Paired-homeobox 6 (PAX6) is an evolutionarily conserved key regulator of eye development. Expression of PAX6 is controlled by multiple regulatory elements including an intronic alpha-enhancer, which provides bi-phasic activities in retinal progenitor cells (RPC) in the embryo and GABAergic amacrine subset in the mature retina. However, little has been known about the regulatory mechanisms underlying the alpha-enhancer activation resulting in the expression of Pax6-alpha ΔPD isoform. Here, we identified hydrogen peroxide induced clone 5 (Hic5), which interferes the binding of Pax6 to an auto-regulatory sequence in the alpha-enhancer by linking two LIM-domain transcription factors, Lhx3 and Isl1 bound onto the alpha-enhancer sequences. Thus, the mice lacking Hic5 showed enhanced alpha-enhancer activity to overproduce Pax6-alpha ΔPD isoform, which induces GABAergic amacrine cell development by repressing Lhx3-supported OFF-cone bipolar cell fate. Together, the results suggest that competitive and antagonistic bindings between Pax6 and LIM protein complex to the alpha-enhancer regulate Pax6-alpha ΔPD expression for amacrine versus bipolar cell fate determination of the post-mitotic retinal neurons.
PAX6 유전자는 눈의 발생에 있어 진화적으로 잘 보존된 주요 조절인자이다. PAX6의 발현은 다양한 조절 인자들에 의해 지배되는데, 이는 배아단계의 망막전구 세포와 성숙된 망막의 GABAergic 타입 무축삭세포 에서 이상(二相)적 역할을 가능케 하는 인트론 의 알파 인핸서 를 포함한다. 그러나 Pax6 ΔPD 동형 단백질 생산에 관여하는 Pax6 알파 인핸서 의 활성화 조절 메커니즘은 잘 알려져 있지 않다.
본 연구에서 나는 LIM domain 단백질인 Lhx3 와 Isl1가 알파 인핸서 에 결합하는 것과, 이 두 단백질을 연결하여 Pax6가 알파 인핸서 내의 자체 조절 시퀀스에 결합하는 것을 방해하도록 하는 Hic5 단백질을 확인하였다.
그 결과 Hic5 단백질이 결여된 생쥐에서 알파 인핸서 의 활성이 증가함으로써 Pax6 ΔPD 동형 단백질의 생산이 증가한 사실과, 이에 따른 결과로 Lhx3 발현 OFF 타입 원뿔쌍극세포 로의 운명을 저해함으로써 나타나는 GABAergic 타입 무축삭세포 로의 발생을 확인할 수 있었다.
종합적으로 이 결과들은 유사 분열 후 망막 신경 세포의 무축삭 세포 대 원뿔상극세포로의 세포 운명 결정을 위한 Pax6 ΔPD 동형 단백질의 발현에 있어 알파 인핸서에 대한 Pax6와 LIM domain 단백질 결합체 간의 경쟁적이고 상극적인 결합 양상을 제안하고 있다.
