Der Großhirnkortex stellt die komplexeste Struktur des Säugetiergehirns dar und ist der Sitz der sensorischen, motorischen und höheren kognitiven Funktionen. Seine Entstehung beruht auf einem fein abgestimmten Gleichgewicht zwischen Proliferation und Differenzierung der Vorläuferzellen, das die Anzahl und die Art der für jede Schicht und jedes kortikale Areal spezifischen Neuronen bestimmt. Ein entscheidender Kontrollpunkt dieses Gleichgewichts liegt in der Dauer der G1-Phase des Zellzyklus: Die Verlängerung dieser Phase erhöht die Neigung einer sich teilenden Zelle, den Zyklus zu verlassen und in die neuronale Differenzierung einzutreten. Proliferative Teilungen zeichnen sich durch eine kurze G1-Phase aus, differenzierende Teilungen durch eine lange G1-Phase. Das Fortschreiten durch die G1-Phase hängt jedoch hauptsächlich von der Aktivität der Cyclin/Cdk-Komplexe ab, unter denen Cyclin D1 (Ccnd1) eine zentrale Position im Regulationsnetzwerk einnimmt, das über das Schicksal der kortikalen Vorläuferzellen bestimmt.
Um die transkriptionelle Regulation von Ccnd1 in den frühen Stadien der Kortikogenese der Maus zu untersuchen, kombinierten die Autoren eine genomweite Chromatin-Immunpräzipitation (ChIP-Seq), In-vitro-Assays der transkriptionellen Aktivität vom Luciferase-Typ und die Mausgenetik, wobei sie sich insbesondere auf transgene Gain-of-Function- und Loss-of-Function-Modelle von Sp8 sowie auf RNA-Sequenzierungsdaten stützten. Dieser Ansatz zielte darauf ab, die Transkriptionsfaktoren, die die Expression des Gens steuern, und die genomischen Regionen, auf die sie einwirken, zu identifizieren.
Die Arbeiten zeigen, dass der Transkriptionsfaktor SP8 am Ccnd1-Locus an exonischen Regionen bindet und nicht nur am klassischerweise untersuchten Promotor. In vitro entfaltet SP8 eine Transaktivierungsaktivität am 3'-Ende des Gens, im Bereich eines Fragments, das dem Exon 5 entspricht, wo eine Gruppe putativer Bindungsstellen mit dem in ChIP-Seq identifizierten Peak zusammenfällt. Darüber hinaus scheint SP8 die durch PAX6 vermittelte Repression von Ccnd1 entlang der dorsoventralen Achse des sich entwickelnden Palliums zu modulieren und trägt so zur Ausbildung eines Gradienten der neuronalen Differenzierung bei, der in medialer Position schwach und in lateraler Position stark ausgeprägt ist. Dagegen hängt die Aktivierung von Ccnd1 über den Promotor und das 5'-Ende des Gens nicht von SP8 ab, sondern von β-Catenin (CTNNB1), einem Effektor des Wnt-Signalwegs, ohne dass diese beiden Faktoren in dieser Region kooperieren. Vor allem verändert die Veränderung des Sp8-Expressionsniveaus in vivo die Expression von Ccnd1 im Verlauf der frühen Kortikogenese.
Insgesamt deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass die Regulation von Ccnd1 im murinen Pallium aus multiplen Signalen resultiert, die zu einem komplexen Expressionsmuster führen, und dass SP8 dabei eine herausragende Rolle spielt. Die Autoren betonen, dass das 3'-Ende des Gens, das bereits als kritisches regulatorisches Element auf posttranskriptioneller Ebene bekannt ist, ebenfalls einer transkriptionellen Kontrolle unterliegen könnte, was einen unerwarteten Aktivierungsmechanismus der SP-Transkriptionsfaktorenfamilie offenbart, der noch weiter zu untersuchen ist.