文摘
热休克蛋白(休克)是广泛表达分子伴侣’但也在诱导细胞暴露于压力的刺激。热休克都牵连到的感应和传播一些疾病。本文主要关注监管因素,控制热休克转录的基因编码。我们也强调不同的转录因子是如何能够互动,调节热休克在不同病理状态。因此,更好地理解复杂的信号通路调节Hsp表达可能导致新的治疗目标。
1。介绍
热休克蛋白(休克)是一组高度保守的蛋白质与蛋白质体内平衡的主要生理作用[1,2]。甚至在大多数细胞类型前压力热休克构成总蛋白质的1% - -2%,表明这些蛋白质的一个重要的角色在《细胞生物学和生理学的轻。这些特别关注调节其他蛋白质的折叠和展开。蛋白质命名,然而,因为他们第一次确认的基础上增加合成后暴露在温度升高(3]。随后已经清楚地表明他们可以感应后各种紧张刺激。一半寿命等热休克(每个Hsp命名根据其质量kilodaltons)检测在显著水平轻细胞,增加丰富的合适的刺激后,同时等Hsp70在既定的表达和诱导形式存在压力的刺激激活的(4,5]。
休克蛋白在正常和压力的双重作用的细胞,显然需要复杂的监管过程的存在,确保正确的表达模式。事实上,这些过程必须手术在胚胎发育的早期阶段,由于基因编码Hsp70和一半已被证明是在第一个胚胎基因转录(6,7]。
热休克诱导的应对各种压力的激活依赖于特定的转录因子家族的成员,热休克因子(hsf)绑定到热休克元素(HSE)启动子的基因编码休克蛋白(8]。四个hsf (HSF14)已克隆的生物和他们的角色现在已经为特征。只有HSF1和HSF3已被证明参与调节热休克在热应力而HSF2和HSF4轻细胞参与Hsp监管和监管水平,以应对各种各样的生物过程,如免疫活化和细胞分化[8]。然而,一般的刺激诱导Hsp nonstress条件下基因表达的变化缺乏特点和他们的行为的机制尚不清楚。在本文中,我们讨论最近的研究表明热休克不仅受hsf孤独,但也通过转录因子能够交互或配合HSF1和调节的转录调节热休克nonstressful刺激的反应。最近,稍后会解释说,它也被报道,HSF2像HSF1也可以扮演一个角色作为stress-inducible因素在促进诱导热休克在特定条件下。
2。的热休克转录调控HSF家庭
2.1。HSF1
如前所述,HSF1的HSF已被确认为介导应激Hsp基因表达,以应对环境压力。这种压力导致HSF1寡聚化和核translocalization,其次是增强DNA结合Hsp基因启动子。最近的研究表明,HSF1负由Hsp70和一半,因此建议一个负反馈循环Hsp70的规定和一半基因后热休克反应(8- - - - - -10]。HSF1是由各种流程进行转译后的修改包括磷酸化,乙酰化作用,sumoylation [8]。磷酸化和sumoylation都参与调节HSF1的transactivation能力(8]。最近,而p300已被证明乙醯化HSF1,脱乙酰作用的NAD +端依赖sirtuin蛋白(SIRT1)是参与的衰减阶段热休克反应的预防HSF1乙酰化和DNA结合8]。
负责在多个丝氨酸磷酸化的HSF1的激酶网站包括糖原合成酶激酶3(GSK)和c-jun n端激酶(物)11,12]。细胞因子白介素6 (il - 6)已被证明去阻遏HSF1通过减少葛兰素史克的活动(13]。然而,HSF1的积极作用磷酸化Hsp应激激活的基因表达也发生。这种作用的确切机制尚未完全阐明,尽管蛋白激酶CK2似乎参与加强和HSF1的DNA结合转录活动通过磷酸化的苏氨酸142残留14]。建议还可能涉及到去磷酸化激活HSF1的11]。
HSF1的关键作用被发现细胞缺乏这种支持的关键因素表现出缺陷Hsp感应后暴露在热休克(15]。缺乏HSF1此外,细胞受到凋亡细胞死亡后暴露在热应力(15]。此外,老鼠也缺乏HSF1的肿瘤坏死因子水平升高(肿瘤坏死因子-),导致死亡率上升后内毒素和炎症的挑战15]。有趣的是,HSF1也已被证明interleukin-1等调节其他基因和c-fos16,17),这表明HSF1的作用在调节应激反应基因以外的其他编码热休克。
最近,据报道,HSF1也在生物钟功能作为生理转录因子。生物钟使有机体适应环境预设的大脑区域控制行为的变化。昼夜转录因子已知及时和有节奏的方式规定因此,使用一个新的dna结合蛋白质的差异显示技术(DDDPs), HSF1被证明是高节奏的转录活动。此外,HSF1增强的表达热休克发病的黑暗阶段,当这些动物开始行为活跃。此外,Hsf1-deficient老鼠有一段时间不同步的,因此比野生型的同胞更活跃,表明联合作用HSF1的哺乳动物计时和cytoprotection系统(18]。
2.2。HSF2
如前所述,Hsp生存基因表达不仅是至关重要的细胞暴露于细胞外应力刺激,但还在正常的细胞过程,如胚胎发育和细胞分化。HSF2已经被描述为因子参与调节nonstressful条件下热休克。例如,它曾报道,Hsp70表达由氯高铁血红素激活诱导K562细胞时,这个过程需要激活HSF2 [19]。HSF2 HSF2存在两个亚型和HSF2由于可变剪接,HSF2的地方同种型主要是表现在成人组织,而HSF2同种型主要是在胚胎组织中表达20.]。HSF2 DNA结合活性高在早期胚胎发生在心脏等组织,中枢神经系统和睾丸20.]。HSF2开发最近报道的重要性和Hsf2-null老鼠大脑显示配子发育缺陷和异常表现为心室扩大(21]。
在有丝分裂过程中,基因是众所周知的压实为了染色体被隔离在胞质分裂。然而,一些基因启动子等诱导Hsp70i(热应激upregulation)仍未压实的。的因素,控制和防止压实的过程或书签最近特征。例如,Hsp70i书签现在已知由HSF2,结合这个启动子在细胞有丝分裂,新兵蛋白磷酸酶2 a,并与CAP-G condensin酶的亚基促进有效的去磷酸化和失活的condensin复合物在附近,从而防止压在这个网站22]。阻塞HSF2-mediated书签HSF2 RNA干扰减少hsp70i感应和生存的压力在G1期细胞,这表明生物基因书签的重要性。HSF2也被证明是绑定到HSE其他热休克基因的启动子元素,包括一半寿命和Hsp27、以及原癌基因c-fos [23]。这些数据表明,HSF2既是重要的本构stress-inducible HSE-containing基因的表达。
它也知道HSF2可以形成heterotrimers HSF1。一定的压力后,HSF1被激活和HSF1-HSF2 heterotrimers形成。同时压力减少HSF2的水平和限制heterotrimerization通过限制HSF2的可用性。有人建议HSF1-HSF2 heterotrimerization提供了一个开关,整合转录激活发育过程中针对特定的刺激;审查[8]。
2.3。HSF3
HSF3最初发现禽流感细胞并没有报道描述HSF3在其他生物。像HSF1 HSF3也是热应力响应(24]。然而,激活HSF3, HSF1所需的阈值温度不同,HSF1激活那么严重比HSF3[热休克24]。之前,据报道,HSF3绑定到c-Myb,所需的转录因子参与细胞增殖和细胞周期G1 / S的过渡,也平行Hsp70的表达(25]。这些研究表明,HSF3 / cMyb交互可能参与细胞随周期变动的休克蛋白的表达。此外,最近,它已经表明,HSF3 / c-Myb协会被直接绑定HSF3 p53肿瘤抑制基因的转录因子,从而抑制Hsp70表达(26]。
2.4。HSF4
相比HSF1 HSF2蛋白,表达在大多数组织中,HSF4蛋白质的水平很低,在许多哺乳动物组织除了在肺和大脑27]。至少有两种亚型,HSF4a HSF4b,由替代rna拼接派生事件。HSF4b能够激活转录而HSF4a不会和这个微分效应尚未特征(27,28]。有趣的是,与显性遗传性白内障相关突变的HSF4人类[29日]。最近,HSF4被发现有一个角色在调节lens-specific gamma-crystalline基因在镜头开发(30.]。
3所示。Non-HSF转录因子的作用在调节Hsp统计和NF-IL6通路基因表达
小鼠的表型缺乏HSF1是正常的在没有压力和Hsp70的表达和一半的细胞缺乏HSF1类似于野生型细胞,尽管他们表现出一个缺陷在热应力后的热休克反应(13]。这些研究表明,其他hsf可能弥补HSF1的缺乏和/或其他转录因子也可能是负责在正常生长条件下的表达热休克。从我们的实验室最近的研究已经确定了另一组由不同的细胞因子和转录因子被激活能够调节Hsp70和一半基因表达。这些因素包括STAT1, STAT3和NF-IL6及其功能角色如下所述。
细胞质的统计是一个家族转录因子在细胞因子调节胞内信号启动核细胞表面受体和传播。数据被激活在守恒的酪氨酸磷酸化和丝氨酸残基c端两面神域的激酶(激酶)和MAP激酶家族,分别。这允许统计dimerise并把核,从而调节基因的表达(31日]。干扰素-γ是STAT1的强有力的催化剂,而白细胞介素- 6 (il - 6)的家庭成员包括il - 6、白血病抑制因子(生活),和CT-1主要激活STAT3 (31日]。
我们实验室曾表明STAT1和STAT3反对行为对凋亡细胞死亡在不同细胞类型(32]。我们报道的超表达STAT1能够增强心肌细胞动作电位凋亡细胞死亡暴露于缺血再灌注(I / R)损伤而过度的STAT3 STAT1能够减少STAT1-induced细胞死亡水平的I / R后调制赞成和凋亡基因的表达(33]。此外,这些对细胞凋亡的影响需要丝氨酸-但不是酪氨酸-磷酸化STAT1的c端transactivation域(34,35]。
此外,我们表明,STAT1能够调节p53的活动及其对细胞凋亡的影响(36]。这些影响包括与STAT1 STAT1 / p53蛋白质交互作用作为p53共激活剂(36]。我们还表明,STAT1也能够与另一个p53家庭成员p73 [37]。然而,在STAT1-p53交互提高p53转录活动相比,STAT1-p73交互显示减少p73机能活动类似p53-responsive基因(37]。因此,STAT1能够有微分对p53 / p73转录活动的影响。
p53活动和HSF1-heat-shock响应之间的联系途径最近被发现记录HSF1与逆境应答活化剂的p300(带)转录辅因子,控制DNA损伤反应的关键因素通过调节p53活动的能力38]。此外,带增强HSF1绑定和染色质在Hsp基因乙酰化作用,最有可能通过p300的p300组蛋白乙酰转移酶的活动本身。此外,细胞耗尽带不热休克条件下生存的38]。总的来说,这些数据表明,带是一个重要的辅助因子,在染色质水平控制调节heat-shock-responsive转录。
已知细胞因子il - 6刺激两种截然不同的信号通路,导致两个不同类型的细胞的激活转录因子(39]。因此,初步研究表明,各种IL-6-inducible基因包含名为NF-IL6为转录因子结合位点(核因子il - 6),显示高同源性与鼠肝核因子C / EBP (CCAAT-enhancer-binding蛋白质),因此也被称为C / EBP(40]。随后,C / EBP的另一个成员的家庭,称为NF-IL或C / EBP被识别和显示形式与NF-IL6形成,导致协同转录效应(41]。暴露的细胞il - 6后,NF-IL6磷酸化,从而导致其增强刺激转录的能力(41]而NF-IL6是合成新创(41]。正如上面提到的第二个途径刺激的il - 6是JAK / STAT3信号通路。
人们普遍认为NF-IL6 / NF-IL6和STAT3-signalling通路允许il - 6基因激活两种截然不同的,每一个都是回应这些途径之一。因此,1级(如急性期蛋白质酸性糖蛋白,结合珠蛋白、c反应蛋白和血清淀粉样蛋白)包含响应元素NF-IL6和NF-IL6这些因素已经被证明参与这些基因的激活后il - 6治疗(32]。同意这个想法,这些基因被暴露刺激细胞il - 1也刺激NF-IL6 / NF-IL6活动在不影响STAT3 (42]。相比之下,2型急性期基因如纤维蛋白原、thiostatin,微球蛋白不诱导il - 1和缺乏NF-IL6 / NF-IL6结合位点。相反,这些基因包含绑定网站允许绑定的STAT3,负责激活这些基因对il - 6 (42]。
4所示。STAT1的角色,STAT3和调制热休克NF-IL6因素
我们之前报道43),il - 6可以诱导90 kDa的增加表达热休克蛋白(一半)在各种不同的细胞类型。的一半基因启动子是对il - 6, NF-IL6或NF-IL6也可能被激活(43]。此外,一个简短的启动子区域包含一个NF-IL6-binding网站是必不可少的il - 6和NF-IL6启动子的激活。启动子区域可以提供响应il - 6和过度的NF-IL6不同的启动子。这些发现表明,一半是一个类的成员由NF-IL6 / NF-IL6 IL-6-responsive基因被激活。
有趣的是,这个简短的启动子区域还包含绑定网站一半寿命STAT3和启动子可以通过这个因素也被激活。此外,过度NF-IL6和STAT3的一半的协同效应启动子似乎和这两个信号通路激活所需一半启动子的il - 6 (44]。尽管他们在il - 6信号协同行动,然而,这两个通路有相反的效果一半寿命heat-shock-mediated调控的启动子。因此STAT3的刺激效应降低热休克而NF-IL6起到了促进的作用。当应用在一起,热休克和il - 6产生只有一半寿命薄弱的激活启动子与要么单独刺激相比,表明STAT3在HSF主导的抑制作用在这些条件下(44]。相比之下,il - 1,这只激活NF-IL6途径,加强与热休克产生强烈激活的一半(44]。这些结果因此hsp90-gene打开一个新的方面的监管是额外的,与heat-shock-activated交互途径。
以前,我们也检查是否能够调节STAT1 Hsp表达。我们发现干扰素-增加治疗hsp - 70和hsp - 90的水平,也提高了活动的hsp - 70和hsp - 90启动子这些影响是依赖STAT1转录因子的激活干扰素-(45]。这些影响并不在STAT1-deficient细胞系,表明干扰素-通过STAT1-dependent通路调节Hsp感应。干扰素的作用通过相同的短/ STAT1介导hsp - 70 / hsp - 90区域启动子,也介导NF-IL6 STAT3和可以绑定STAT1的影响(45]。
这个区域还包含压力激发了转录因子的结合位点HSF1。我们表明,STAT1和HSF1相互作用通过蛋白质相互作用并产生强烈的转录激活(45]。这与前面的发现STAT3和HSF1彼此对抗,我们表明STAT3和HSF1不直接交互。据我们所知,这是第一个报告HSF1交互直接通过一个与另一个蛋白质间交互作用的转录因子。蛋白质-蛋白质之间的关系和绑定不同的压力和cytokine-activated转录因子的短的地区Hsp - 90和Hsp - 70基因启动子可能会扮演非常重要的角色在Hsp nonstressful基因活化的刺激和集成这些反应的这些基因的应激反应。STAT1此外,我们的研究结果可以与p53,这些因素都是可以调节的影响HSF1 Hsp表达,表明不同的互动伙伴HSF1的可能影响HSF1-mediated转录监管。
5。链接HSF1, STAT1, STAT3和NF-IL6海拔病理性疾病
许多疾病可以表现出较高水平的热休克(46]。这包括系统性红斑狼疮(SLE)患者有较高水平的一半。有趣的是,循环il - 6水平的提升也被报道在系统性红斑狼疮(47),水平已被证明是与疾病活动,最高的活动性疾病患者。此外,自发生产正常的免疫球蛋白和SLE-derived B淋巴细胞在文化可以增强添加外源性il - 6和抗体抑制il - 6 (48]。因此这些发现表明,il - 6可能在自身免疫性疾病的发病机制中发挥作用。此外,抗体注入白介素可以减轻疾病症状lupus-prone NZB / NZW F1小鼠(49]。此外,高浓度的一半在系统性红斑狼疮相关的自身抗体水平的il - 6和一半(50]。
为了因此测试直接il - 6的作用在调节一半寿命表达式在活的有机体内我们使用老鼠已被人为地设计表达水平升高il - 6通过由转基因il - 6基因的额外拷贝(51]或失活的基因编码转录因子C / EBP这也是导致这些小鼠il - 6水平的高度52]。在这些实验中,高浓度的一半被观察到il - 6转基因和C / EBP淘汰赛老鼠(53]。因此,il - 6水平升高引起的这些动物相比确实是平行的一半寿命水平的提高正常小鼠的控制。此外,它也观察到,il - 6转基因和C / EBP淘汰赛动物,一半寿命提升与自身抗体的特定生产到一半。也感兴趣的il - 6基因的失活在C / EBP淘汰赛小鼠的抑制导致Castleman-like疾病通常观察到这些动物和减少自身抗体的生产。
这些结果支持模型中il - 6水平升高的系统性红斑狼疮患者诱发一半的蛋白质含量增加进而导致自身抗体的产生这种蛋白质。此外,il - 10也被提升在系统性红斑狼疮和il - 10展示了一半寿命增强基因表达(54]。因此,这些研究表明,il - 6和il - 10可能会扮演关键角色的一半水平和自身抗体生产的自身免疫性疾病。
如上所述,NF-IL6执行不同的功能,参与调控的基因导致的急性期反应,而且葡萄糖代谢,和组织分化,包括脂肪形成和造血作用55- - - - - -57]。还发现了热休克和STAT3在增加水平在许多固体肿瘤和血液学的恶性肿瘤58,59]。他们的表达可能部分占恶性肿瘤细胞的能力来维持蛋白质体内平衡甚至敌对的缺氧微环境中肿瘤。因此,STAT3似乎函数作为一个抗凋亡因子,特别是在许多恶性肿瘤,STAT3往往是既定的主动/磷酸化STAT3激活与晚期转移性癌症有关,如前列腺癌(60]。此外,STAT3的行为作为一种癌基因,可以改变正常成纤维细胞可以形成肿瘤在裸小鼠61年]。因此,针对STAT3的激活被认为是一个有吸引力的抗癌疗法(60]。
同样,医生让肿瘤细胞的生存、生长、转移,即使在factor-deprived增长条件下,允许继续蛋白质翻译和细胞增殖(62年,63年]。因此,针对热休克的化学抑制剂可能在多个致癌过程是有益的。(64年]。热休克和癌症之间的联系进一步的证据是HSF1基因敲除小鼠的研究报道,显示减少肿瘤的发展,和HSF1缺乏培养细胞呈现高度耐火材料转换由RAS突变或血小板源生长因子b (PDGF-B)超表达[65年,66年]。同样,HSF1消耗减少的可行性多种人类癌症细胞系,但对正常细胞没有影响,这表明HSF1提供关键救援癌细胞细胞经历压力(67年]。因此,似是而非的STAT3-Hsp交互可能是一个这样的生存途径,使肿瘤细胞生存、生长和转移的癌症。
6。结论
综述论文演示了由一群热休克转录因子的调制除了传统的HSF家庭正常nonstressful条件下,也在一些疾病。发现对这些因素的反应发生在HSF Hsp基因启动子DNA结合位点,表明HSF1以及其他HSF能够配合统计或NF-IL6家庭成员互动。进一步的研究来确定hsf小说蛋白质相互作用的伙伴还将提供洞察热休克和其他分子伴侣’的规定。解体的机械基础的合作无疑将增进我们的理解不同hsf及其之间的相互依存关系与其他因素相互作用的复杂的管理过程,确保正确的Hsp表达模式是产生在不同生理状态(图1)。
