Hoxc13 聚甘氨酸重复序列的功能获得性通过改变靶基因及其相互作用促进了哺乳动物被覆器官的进化

《BMC Genomics》：Hoxc13 polyglycine repeat gain-of-function contributes to mammalian integument evolution by altering targeted genes and interactions

　　

摘要

背景

Hoxc13是一种关键的转录因子，负责调控毛发角蛋白基因的表达。我们之前的研究表明，在哺乳动物进化过程中，Hoxc13蛋白获得了一种特征性的聚甘氨酸重复序列（polyG）插入。该插入使Hoxc13区别于其非哺乳动物同源物，并可能有助于毛发的生成。

方法

为了探究polyG片段对Hoxc13 DNA结合图谱的影响，研究人员利用体外表达系统合成了来自绒山羊的正常Hoxc13-W蛋白和polyG缺失的Hoxc13-S蛋白，并使用DNA亲和纯化测序（DAP-seq）、基因组比对、通路富集、基序分析和分子对接对它们的基因组结合图谱进行了比较。

结果

Hoxc13-W和Hoxc13-S在基因组范围内的DNA结合能力存在显著差异。Hoxc13-W识别出12,679个结合峰，而Hoxc13-S仅识别出3,634个，两者之间仅有243个共享峰。功能富集分析表明，Hoxc13-W特异性结合参与调控毛囊形态发生和周期关键通路的基因。相比之下，Hoxc13-S的目标基因主要富集在轴突导向通路中。在Wnt信号通路中，Hoxc13-W结合了30个基因，而Hoxc13-S仅结合了5个基因。基序分析进一步表明，polyG片段对核心Hoxc13结合基序（5′-ATAAA-3′）以外的顺式调控基序产生了显著影响。分子对接分析表明，polyG片段改变了Hoxc13的N端结构，从而影响其蛋白质-蛋白质相互作用能力。

结论

综上所述，这些发现表明，polyG片段在从非哺乳动物向哺乳动物脊椎动物进化转变过程中增强了Hoxc13介导的基因调控网络，并可能促进了哺乳动物毛发相关表型特征的进化。