Identification of new LOXL2 substrates : a role for lysine oxidation in embryonic stem cell differentiation

Abstract

Protein function is often regulated and controlled by posttranslational modifications, such as oxidation. Although oxidation has been mainly considered to be uncontrolled and nonenzymatic, many enzymatic oxidations occur on enzyme-selected lysine residues; for instance, LOXL2 oxidizes lysines by converting the ε-amino groups into aldehyde groups. Using an unbiased proteomic approach, we have identified methylated TAF10, a member of the TFIID complex, as a LOXL2 substrate. LOXL2 oxidation of TAF10 induces its release from its promoters, leading to a block in TFIID-dependent gene transcription. In embryonic stem cells, this results in the inactivation of the pluripotency genes and loss of the pluripotent capacity. During zebrafish development, the absence of LOXL2 resulted in the aberrant overexpression of the neural progenitor gene Sox2 and impaired neural differentiation. Thus, lysine oxidation of the transcription factor TAF10 is a controlled protein modification and demonstrates a role for protein oxidation in regulating pluripotency genes

La funció de les proteïnes és sovint regulada i controlada per modificacions post-traduccionals, com ara l’oxidació. Encara que l’oxidació ha sigut principalment considerada com una modificació incontrolada i no enzimàtica, moltes oxidacions tenen lloc en residus de lisina seleccionats enzimàticament: per exemple, LOXL2 oxida lisines convertint els grups ε-amino en grups aldehid. Mitjançant espectrometria de masses hem identificat el TAF10 metilat (membre del complex TFIID) com a substrat de LOXL2. L’oxidació de LOXL2 sobre TAF10 indueix la seva separació dels promotors, donant lloc a un bloqueig de la transcripció dels gens dependents de TFIID. En cèl•lules mare embrionàries, aquest efecte resulta en la inactivació dels gens de pluripotència i en la pèrdua de la capacitat pluripotent. La importància de la LOXL2 en la pèrdua d’aquest estat pluripotent queda reflexada en el desenvolupament del peix zebra, on la seva absència resulta en una sobreexpressió del gen marcador de progenitors neurals Sox2 i en la deterioració de la diferenciació neural. Per tant, l’oxidació de la lisina del factor de transcripció TAF10 és una modificació proteica controlada i demostra com l’oxidació de proteïnes pot exercir una funció en la regulació dels gens de pluripotència.