金属活性化転写因子1を介したヒ素によるメタロチオネインIの誘導：ヒ素センシングにおけるC末端システイン残基の重要な役割

金属活性化転写因子1（MTF1）は、亜鉛とストレス信号によるメタロジオネインIおよびIIの誘導を媒介します。MTF1活性化のメカニズムはよく理解されていません。MT1誘導については、ヒ素（AS（3+））とMTF1との相互作用を分析しました。AS（3+）は、マウスHEPA1C1C7細胞におけるMT1 mRNA発現を強力に誘導します。誘導は、MTF1ノックアウト細胞で誘導が失われるが、MTF1との再構成時に回復するため、機能性MTF1に依存します。さらに、As（3+）は、MTF1の内因性MT1の金属応答要素への結合を誘導します。誘導は、亜鉛濃度の調節によって影響を受けるのではなく、シクロヘキシミドによって著しく増強されます。ビシナルタンパク質システインチオール基に共有結合して結合するフェニルアルシン酸化物（PAO）は、AS（3+）よりも大きい効力の大きさでMT1を誘導します。PAOアフィニティビーズは、末端近くの5つのシステイン残基のクラスターに結合することにより、MTF1（MTF1（321-675））のカルボキシル半分を効果的に引き下げます。AS（3+）、CD（2+）、CO（2+）、Ni（2+）、Ag（+）、Hg（2+）、およびBi（3+）がMTF1（321-）をブロックする（321-）によるプレインキュベーション675）in vitroおよびin vivoでのPAOビーズによって、PAOと同じC末端システインクラスターへの金属誘導因子の結合が発生することを示しています。C末端システインクラスターまたはシステイン残基の突然変異の欠失は、MTF1の転写活性化活性とMTF1のMTF1ノックアウト細胞のMT1誘導を回復する能力を廃止または著しく低下させます。この発見は、ヒ素検知とヒ素 - キステインチオール相互作用を介したヒ素検知と遺伝子転写におけるMTF1のC末端システインクラスターの重要な役割を示しています。

Metal-activated transcription factor 1 (MTF1) mediates the induction of metallothioneins I and II by zinc and stress signals. The mechanism of MTF1 activation has not been well understood. We analyzed the interaction between arsenic (As(3+)) and MTF1 for Mt1 induction. As(3+) potently induces Mt1 mRNA expression in mouse hepa1c1c7 cells. Induction is dependent upon functional MTF1 as induction is lost in Mtf1 knockout cells but is restored upon reconstitution with Mtf1; moreover, As(3+) induces the binding of MTF1 to the metal response elements of endogenous Mt1. Induction is not affected by modulating zinc concentrations but is markedly enhanced by cycloheximide. Phenylarsine oxide (PAO), which covalently binds to vicinal protein cysteine thiol groups, induces Mt1 with a magnitude of higher potency than that of As(3+). PAO affinity beads effectively pulls down the carboxyl half of MTF1 (MTF1(321-675)) by binding to a cluster of five cysteine residues near the terminus. Preincubation with As(3+), Cd(2+), Co(2+), Ni(2+), Ag(+), Hg(2+), and Bi(3+) blocks pulldown of MTF1(321-675) by PAO beads in vitro and in vivo, indicating that binding of the metal inducers to the same C-terminal cysteine cluster as PAO occurs. Deletion of the C-terminal cysteine cluster or mutation of the cysteine residues abolishes or markedly reduces the transcription activation activity of MTF1 and the ability of MTF1 to restore Mt1 induction in Mtf1 knockout cells. The findings demonstrate a critical role of the C-terminal cysteine cluster of MTF1 in arsenic sensing and gene transcription via arsenic-cysteine thiol interaction.