The STAT family of proteins carries out a dual function: signal transduction and activation of transcription. A new family member, Stat3, becomes activated through phosphorylation on tyrosine as a DNA binding protein in response to epidermal growth factor (EGF) and interleukin-6 (IL-6) but not interferon γ (IFN-γ). It is likely that this phosphoprotein forms homodimers as well as heterodimers with the first described member of the STAT family, Stat91 (renamed Stat1 α), which is activated by the IFNs and EGF. Differential activation of different STAT proteins in response to different ligands should help to explain specificity in nuclear signaling from the cell surface.

Interferon-stimulated gene factor 3 (ISGF3) is the ligand-dependent transcriptional activator that, in response to interferon treatment, is assembled in the cell cytoplasm, is translocated to the nucleus, and binds the consensus DNA site, the interferon-stimulated response element. We have purified ISGF3 and identified its constituent proteins: a DNA-binding protein of 48 kDa and three larger polypeptides (84, 91, and 113 kDa), which themselves do not have DNA-binding activity. The multisubunit structure of ISGF3 most likely reflects its participation in receiving a ligand-dependent signal, translocating to the nucleus, and binding to DNA to activate transcription.

In response to specific ligands, various STAT proteins (signal transducers and activators of transcription) are phosphorylated on tyrosine by Jak protein kinases and translocated to the nucleus to direct gene transcription. Selection of a STAT at the interferon γ receptor as well as specific STAT dimer formation depended on the presence of particular SH2 groups (phosphotyrosine-binding domains), whereas the amino acid sequence surrounding the phosphorylated tyrosine on the STAT could vary. Thus, SH2 groups in STAT proteins may play crucial roles in specificity at the receptor kinase complex and in subsequent dimerization, whereas the kinases are relatively nonspecific.

Signal transducers and activators of transcription (STAT proteins) bind to palindromic sequence elements related to interferon gamma (IFN-gamma) activation sites, which were first identified in the promoters of IFN-gamma-inducible genes. Although the sequences of the natural palindromic STAT-binding elements vary considerably, they conform to the general structure TT(N)5AA. We have systematically examined the effects of the spacing between the TT and AA core half sites on the binding of the STAT complexes activated by IFN-gamma, interleukin (IL) 6, granulocyte-macrophage colony-stimulating factor, and IL-4. We show that (i) as suggested earlier, a core palindromic TT--AA motif with a 5-bp spacing displays general STAT binding, (ii) a palindromic motif with a spacing of 4 bp selectively binds to complexes containing Stat3, and (iii) a motif with a 6-bp spacing selectively binds the STAT complexes activated by IL-4. We have examined natural elements in the promoters of cytokine-responsive genes that differ in half-site spacing and found that they display binding properties predicted from the synthetic binding sites. Furthermore, the observed differential selective binding characteristics for the most part correlate with the ability to mediate transcriptional activation of transfected test genes in response to the cytokines tested. Our results thus demonstrate that the specificity of STAT-directed transcription in response to particular cytokines or cytokine families depends in part on the spacing of half sites within the conserved response element sequence.

Research Article1 November 1993free access Complementation of a mutant cell line: central role of the 91 kDa polypeptide of ISGF3 in the interferon-alpha and -gamma signal transduction pathways. M. Müller M. Müller Imperial Cancer Research Fund Laboratories, London, UK. Search for more papers by this author C. Laxton C. Laxton Imperial Cancer Research Fund Laboratories, London, UK. Search for more papers by this author J. Briscoe J. Briscoe Imperial Cancer Research Fund Laboratories, London, UK. Search for more papers by this author C. Schindler C. Schindler Imperial Cancer Research Fund Laboratories, London, UK. Search for more papers by this author T. Improta T. Improta Imperial Cancer Research Fund Laboratories, London, UK. Search for more papers by this author J.E. Darnell Jr J.E. Darnell Jr Imperial Cancer Research Fund Laboratories, London, UK. Search for more papers by this author G.R. Stark G.R. Stark Imperial Cancer Research Fund Laboratories, London, UK. Search for more papers by this author I.M. Kerr I.M. Kerr Imperial Cancer Research Fund Laboratories, London, UK. Search for more papers by this author M. Müller M. Müller Imperial Cancer Research Fund Laboratories, London, UK. Search for more papers by this author C. Laxton C. Laxton Imperial Cancer Research Fund Laboratories, London, UK. Search for more papers by this author J. Briscoe J. Briscoe Imperial Cancer Research Fund Laboratories, London, UK. Search for more papers by this author C. Schindler C. Schindler Imperial Cancer Research Fund Laboratories, London, UK. Search for more papers by this author T. Improta T. Improta Imperial Cancer Research Fund Laboratories, London, UK. Search for more papers by this author J.E. Darnell Jr J.E. Darnell Jr Imperial Cancer Research Fund Laboratories, London, UK. Search for more papers by this author G.R. Stark G.R. Stark Imperial Cancer Research Fund Laboratories, London, UK. Search for more papers by this author I.M. Kerr I.M. Kerr Imperial Cancer Research Fund Laboratories, London, UK. Search for more papers by this author Author Information M. Müller1, C. Laxton1, J. Briscoe1, C. Schindler1, T. Improta1, J.E. Darnell1, G.R. Stark1 and I.M. Kerr1 1Imperial Cancer Research Fund Laboratories, London, UK. The EMBO Journal (1993)12:4221-4228https://doi.org/10.1002/j.1460-2075.1993.tb06106.x PDFDownload PDF of article text and main figures. ToolsAdd to favoritesDownload CitationsTrack CitationsPermissions ShareFacebookTwitterLinked InMendeleyWechatReddit Figures & Info Mutants in complementation group U3, completely defective in the response of all genes tested to interferons (IFNs) alpha and gamma, do not express the 91 and 84 kDa polypeptide components of interferon-stimulated gene factor 3 (ISGF3), a transcription factor known to play a primary role in the IFN-alpha response pathway. The 91 and 84 kDa polypeptides are products of a single gene. They result from differential splicing and differ only in a 38 amino acid extension at the C-terminus of the 91 kDa polypeptide. Complementation of U3 mutants with cDNA constructs expressing the 91 kDa product at levels comparable to those observed in induced wild-type cells completely restored the response to both IFN-alpha and -gamma and the ability to form ISGF3. Complementation with the 84 kDa component similarly restored the ability to form ISGF3 and, albeit to a lower level, the IFN-alpha response of all genes tested so far. It failed, however, to restore the IFN-gamma response of any gene analysed. The precise nature of the DNA motifs and combination of factors required for the transcriptional response of all genes inducible by IFN-alpha and -gamma remains to be established. The results presented here, however, emphasize the apparent general requirement of the 91 kDa polypeptide in the primary transcriptional response to both types of IFN. Previous ArticleNext Article Volume 12Issue 111 November 1993In this issue RelatedDetailsLoading ...

A Drosophila Stat gene (D-Stat) with a zygotic segmental expression pattern was identified. This protein becomes phosphorylated on Tyr-704 when coexpressed in Schneider cells with a Drosophila janus kinase (JAK), Hopscotch (HOP). The phosphorylated protein binds specifically to the consensus sequence TTCCCGGAA. Suppressor mutations of hopTum-l, a dominant hyperactive allele of hop whose phenotype is hematocyte overproduction and tumor formation, were selected. One of these mutantsstatHJ, mapped to the same chromosomal region (92E) as does D-Stat, had an incompletely penetrant pair rule phenotype, and exhibited aberrant expression of the pair rule gene even skipped (eve) at the cellular blastoderm stage. Two D-STAT-binding sites were identified within the eve stripe 3 enhancer region. Mutations in either of the STAT-binding sites greatly decreased the stripe 3 expression in transgenic flies. Clearly, the JAK–STAT pathway is connected to Drosophila early development.