Signal transducer and activator of transcription 1 Isoforms in transcriptional control

Signal transducer and activator of transcription (STAT) 1 ist ein essentieller Transkriptionsfaktor für die Interferon (IFN) vermittelte Signaltransduktion und reguliert die angeborene und die adaptive Immunität, indem es die Expression von pro-inflammatorischen Genen aktiviert. Der Verlust von STAT1 führt zu einer höheren Anfälligkeit für Infektionen mikrobiellen oder viralen Ursprungs, ist aber nicht embryonal lethal. Die C-terminale Domäne von STAT1 enthält die einzige zur Zeit beschriebene Transaktivierungsdomäne und fehlt in der STAT1 Isoform vollständig. Frühere Forschungsarbeiten zeigten, dass STAT1 Histonacetyltransferasen nicht rekrutieren und keine Transkription auf nativem Chromatin initiieren konnte. Unter anderem etablierte dies STAT1 als transkriptionsinaktive Isoform. Daten, die von unseren neu generierten transgenen Stat1/ Mäusen stammen, beweisen jedoch transkriptionelle Aktivität von STAT1. Nach Stimulation von primären Knochenmarksmakrophagen mit IFN, konnte unsere Gruppe eine von STAT1 Homodimeren induzierte Zielgenexpression nachweisen. Allerdings war die Expression der Zielgene, die durch STAT1 induziert wurde, teilweise schwächer und/oder verzögert im Vergleich zu STAT1 induzierter Zielgenexpression. Mithilfe von Locus gerichteten Chromatin-Immunpräzipitationsanalysen an ausgewählten Zielgenen mit hohen Basalniveau an acetylierter Histone (Irf1 und Irf8) konnten wir zeigen, dass STAT1 Polymerase II rekrutieren kann. Den generellen Transkriptionsfaktor TFIIH, die Kinase CDK9 und den Mediator Komplex wurden von STAT1 jedoch nur ineffizient rekrutiert, was in geringerer Transkriptionsinitiation und -elongation resultierte. Frühere Studien bestätigend, war STAT1 nicht in der Lage eine Histonacetylierung bei CIIta, einem Zielgenen mit niedrigem Grad an Histonmodifikationen vor der Stimulation, zu induzieren. Die durch STAT1 im Komplex mit IRF9 und STAT2 induzierte Genexpression (z.B. Irf7) wurde durch die Abwesenheit der C-terminalen Transaktivierungsdomäne nicht negativ beeinflusst. In vivo Experimente bestätigten weiters die transkriptionelle Aktivität von STAT1. Stat1/ Mäuse, die mit dem IFN-sensitiven Erreger Listeria monocytogenes infiziert wurden, zeigten eine signifikant erhöhte Pathogenresistenz im Vergleich zu Stat1-Null Mäusen, waren jedoch im Vergleich zu WT oder Stat1/ Tieren anfälliger. Die Daten, die im Rahmen dieser Arbeit präsentiert werden, charakterisieren STAT1 als einen aktiven Transkriptionsfaktor, der ein eigenes IFN-induziertes Expressionsprofil induziert und teilweise IFN-induzierte Immunität ermöglicht. Die nur in STAT1 enthaltene Transaktivierungsdomäne bleibt für eine vollständige STAT1-vermittelte Antwort unverzichtbar.Signal transducer and activator of transcription (STAT) 1 is an essential transcription factor for interferon (IFN) -mediated signalling and regulates innate and adaptive immunity by driving the expression of multiple pro-inflammatory genes. Loss of STAT1 results in higher susceptibility to infections of microbial or viral origin but is not embryonically lethal. The C-terminal domain of STAT1 constitutes the currently only described transactivation domain of the transcription factor and is entirely missing in the isoform STAT1. Earlier reports demonstrated that STAT1 was unable to recruit histone acetyltransferases and failed in initiating transcription on native chromatin, thus rendering it a transcriptionally inactive isoform. However, using our newly generated transgenic Stat1/ mice we demonstrate transcriptional competence of STAT1. Upon stimulation of primary bone marrow derived macrophages with IFN, STAT1 homodimers induce target gene expression. Importantly, the observed target gene expression is distinct from STAT1 homodimer-induced responses, often being reduced and/or delayed. Using site-directed chromatin immunoprecipitation assays at selected target genes with high basal levels of acetylated histones (Irf1 and Irf8), we revealed that STAT1 is able to recruit polymerase II but only inefficiently recruited the general transcription factor TFIIH, cyclin dependent kinase (CDK) 9 and the Mediator complex. This resulted in less efficient transcriptional initiation and elongation. Confirming earlier studies, STAT1 was unable to induce histone acetylation at CIIta, a target gene where the level of histone modification is low prior to stimulation. Gene expression induced by STAT1 in complex together with IRF9 and STAT2 (e.g. Irf7) was not negatively affected by the absence of the C-terminal transactivation domain. In vivo experiments substantiated transcriptional activity of STAT1. Stat1/ mice challenged with the IFN-sensitive pathogen Listeria monocytogenes showed significantly increased pathogen resistance when compared to Stat1-null mice, but were less resistant when compared to WT or Stat1/ animals. The data provided within this thesis characterises STAT1 as an active transcription factor, which induces an IFN-driven expression profile distinct from STAT1 and maintains partially IFN-driven immunity. However, the transactivation domain provided by STAT1 remains indispensable for a full-fledged STAT1 mediated response.submitted by Matthias ParriniAbweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersMedizinische Universität Wien, Diss., 2018(VLID)342681