Transcription factor Sp1 is a protein present in mammalian cells that binds to GC box promoter elements and selectively activates mRNA synthesis from genes that contain functional recognition sites. We have isolated a cDNA that encodes the 696 C-terminal amino acid residues of human Sp1. By expression of truncated fragments of Sp1 in E. coli, we have localized the DNA binding activity to the C-terminal 168 amino acid residues. In this region, Sp1 has three contiguous Zn(II) finger motifs, which are believed to be metalloprotein structures that interact with DNA. We have found that purified Sp1 requires Zn(II) for sequence-specific binding to DNA. Thus, it is likely that Sp1 interacts with DNA by binding of the Zn(II) fingers. To facilitate the identification of mutant variants of Sp1 that are defective in DNA binding, we have also devised a bacterial colony assay for detection of Sp1 binding to DNA.

The biochemical analysis of cellular trans-activators involved in promoter recognition provides an important step toward understanding the mechanisms of gene expression in animal cells. The promoter selective transcription factor, Sp1, has been purified from human cells to more than 95 percent homogeneity by sequence-specific DNA affinity chromatography. Isolation and renaturation of proteins purified from sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gels allowed the identification of two polypeptides (105 and 95 kilodaltons) as those responsible for recognizing and interacting specifically with the GC-box promoter elements characteristic of Sp1 binding sites.

We describe a method for affinity purification of sequence-specific DNA binding proteins that is fast and effective. Complementary chemically synthesized oligodeoxynucleotides that contain a recognition site for a sequence-specific DNA binding protein are annealed and ligated to give oligomers. This DNA is then covalently coupled to Sepharose CL-2B with cyanogen bromide to yield the affinity resin. A partially purified protein fraction is combined with competitor DNA and subsequently passed through the DNA-Sepharose resin. The desired sequence-specific DNA binding protein is purified because it preferentially binds to the recognition sites in the affinity resin rather than to the nonspecific competitor DNA in solution. For example, a protein fraction that is enriched for transcription factor Sp1 can be further purified 500- to 1000-fold by two sequential affinity chromatography steps to give Sp1 of an estimated 90% homogeneity with 30% yield. In addition, the use of tandem affinity columns containing different protein binding sites allows the simultaneous purification of multiple DNA binding proteins from the same extract. This method provides a means for the purification of rare sequence-specific DNA binding proteins, such as Sp1 and CAAT-binding transcription factor.

The RNA polymerase II transcription factor Sp1 is a protein that binds to specific DNA sequences and activates RNA synthesis from a select group of promoters. Sp1 and related factors appear to be important for modulation of gene expression in higher organisms.

We demonstrate the feasibility of generating thousands of transgenic Drosophila melanogaster lines in which the expression of an exogenous gene is reproducibly directed to distinct small subsets of cells in the adult brain. We expect the expression patterns produced by the collection of 5,000 lines that we are currently generating to encompass all neurons in the brain in a variety of intersecting patterns. Overlapping 3-kb DNA fragments from the flanking noncoding and intronic regions of genes thought to have patterned expression in the adult brain were inserted into a defined genomic location by site-specific recombination. These fragments were then assayed for their ability to function as transcriptional enhancers in conjunction with a synthetic core promoter designed to work with a wide variety of enhancer types. An analysis of 44 fragments from four genes found that >80% drive expression patterns in the brain; the observed patterns were, on average, comprised of <100 cells. Our results suggest that the D. melanogaster genome contains >50,000 enhancers and that multiple enhancers drive distinct subsets of expression of a gene in each tissue and developmental stage. We expect that these lines will be valuable tools for neuroanatomy as well as for the elucidation of neuronal circuits and information flow in the fly brain.

The nature and position of transcriptional control elements responsible for the expression of genes encoded by the retrovirus associated with acquired immune deficiency syndrome (AIDS) have not been precisely defined. In this study it is shown that the mammalian Sp1 transcription factor binds to promoter sequences within the AIDS retrovirus long terminal repeat (LTR) and activates RNA synthesis five- to eightfold in reconstituted reactions in vitro. Experiments in which regions of DNA were protected from added reagents by specifically bound proteins (footprinting) indicated that the upstream promoter region of the AIDS virus LTR lies between -45 and -77 (relative to the RNA start site, +1) and contains three tandem, closely spaced Sp1 binding sites of variable affinity. Base-substitution mutations targeted to one or all three Sp1 binding sites were found both to eliminate the binding of Sp1 and to cause up to a tenfold reduction in transcriptional efficiency in vitro. These findings suggest that one important component of the AIDS virus transcriptional control region interacts with a cellular transcription factor, Sp1, and that this factor must function in conjunction with transcriptional elements located downstream of the RNA cap site to mediate the response of the LTR to viral trans -activation.

We describe the purification and characterization of ACF, an TP-utilizing hromatin assembly and remodeling actor. ACF is a multisubunit factor that contains ISWI protein and is distinct from NURF, another ISWI-containing factor. In chromatin assembly, purified ACF and a core histone chaperone (such as NAP-1 or CAF-1) are sufficient for the ATP-dependent formation of periodic nucleosome arrays. In chromatin remodeling, ACF is able to modulate the internucleosomal spacing of chromatin by an ATP-dependent mechanism. Moreover, ACF can mediate promoter-specific nucleosome reconfiguration by Gal4-VP16 in an ATP-dependent manner. These results suggest that ACF acts catalytically both in chromatin assembly and in the remodeling of nucleosomes that occurs during transcriptional activation.

We analyzed the function of the downstream promoter element (DPE), a distinct 7-nucleotide core promoter element that is ∼30 nucleotides downstream of the transcription start site of many TATA-box-deficient (TATA-less) promoters in Drosophila. There is a strict requirement for spacing between the Inr and DPE motifs, as an increase or decrease of 3 nucleotides in the distance between the Inr and DPE causes a seven- to eightfold reduction in transcription as well as a significant reduction in the binding of purified TFIID. These results suggest a specific and somewhat rigid interaction of TFIID with the Inr and DPE sequences. Photo-cross-linking analysis of purified TFIID with a TATA-less DPE-containing promoter revealed specific cross-linking of dTAF II 60 and dTAF II 40 to the DPE, with a higher efficiency of cross-linking to dTAF II 60 than to dTAF II 40. These data, combined with the previously well-characterized interactions between the two TAFs and their homology to histones H4 and H3, suggest that a dTAF II 60–dTAF II 40 heterotetramer binds to the DPE. Human and Drosophila transcription factors exhibit essentially the same requirements for DPE sequence and for Inr–DPE spacing. In addition, the TATA-less promoter of the human interferon regulatory factor-1 (IRF-1) gene contains a DPE that is important for transcriptional activity both in vitro and in cultured cells. Hence, these studies provide evidence for a direct role of TAFs in basal transcription of TATA-less DPE-containing genes and collectively indicate that the DPE is, in many respects, a downstream counterpart to the TATA box that is present in Drosophila to humans.

The 21-base pair repeat elements of the SV40 promoter contain six tandem copies of the GGGCGG hexanucleotide (GC-box), each of which can bind, with varying affinity, to the cellular transcription factor, Sp1. In vitro SV40 early RNA synthesis is mediated by interaction of Sp1 with GC-boxes I, II, and III, whereas transcription in the late direction is mediated by binding to GC-boxes III, V, and VI.