当前位置:主页 > 医学论文 > 实验医学论文 >

E3泛素连接酶CHIP介导HIF-1α降解的机制探讨

发布时间:2019-08-14 09:18
【摘要】: 肿瘤含氧量(tumor oxygenation)在肿瘤细胞的增殖、侵袭和转移的过程中发挥着巨大的作用。生理状态下,绝大多数的肿瘤细胞处于低氧状态(hypoxia)并且发生许多功能性的改变。低氧诱导因子(hypoxia-inducible factors,HIFs)作为一种对氧气敏感的转录因子超家族(transcription factor super family),主要负责众多的低氧诱导基因的表达调控。HIFs主要由三个成员组成:HIF-1、HIF-2(Endothelial PAS domain protein 1,EPAS1)和HIF-3(Inhibitory PAS protein,IPAS)。活化的HIF是由HIF-αand HIF-β亚基构成的异二聚体,前者是氧气敏感的亚基,在常氧条件下极不稳定;后者,也被称作ARNT(arylhydrocarbon receptornuclear translocator)是组成性表达的。HIF-1α主要包含5个功能结构域:bHLH(basichelix-loop-helix)、PAS(PER-ARNT-SIM)、NAD(N-terminal activation domain)、CAD(C-terminal activation domain)及ODD(oxygen-dependent degradation)结构域。bHLH结构域不仅对于HIF1与DNA的结合是必需的,同时还与PAS结构域一起参与同HIF-1b亚基的结合。NAD和CAD结构域主要发挥其转录调控功能,与NAD结构域部分重叠的ODD结构域主要负责翻译后修饰,对于HIF-1α的蛋白稳定性具有重要的调节作用。 已知,HIF-1α蛋白ODD结构域的两个脯氨酸位点(Pro402和Pro564)可以被羟基化酶超家族PHDs(prolyl hydroxylase domain-containing proteins)羟基化修饰(hydroxylation)。羟基化修饰的HIF-1a蛋白易于与特异的E3泛素连接酶VHL(Von Hippel-Lindau)相结合,从而通过泛素蛋白酶体途径降解,这也是低氧诱导因子HIF-1a蛋白在常氧下极不稳定的主要因素。除了羟基化修饰,HIF-1a还可以进行磷酸化(phosphorylation)、乙酰化(acetylation)和S-nitrosylation等修饰,这些不同的修饰状态对HIF-1a的生物活性及稳定性具有重要的影响。就乙酰化而言,ARD1(arrest-defective-1 protein)作为一种乙酰化酶,首先被发现可以在小鼠肿瘤细胞内乙酰化HIF-1a蛋白ODD结构域的赖氨酸位点(Lys532),导致其蛋白水平的下降。然而,随后的研究表明,过表达ARD1质粒或者干扰内源性ARD1的表达,在人肿瘤细胞中对于HIF-1a的蛋白稳定性却没有任何影响。所以,在人肿瘤细胞中,何种乙酰化酶介导HIF-1a的乙酰化修饰目前还不清楚。2007年末,通过酵母双杂交的筛选,Semenza博士的研究小组于发现了两个新型的乙酰化酶SSAT1和SSAT2(spermidine/spermine-N-acetyltransferase-1/2)参与了人肿瘤细胞内HIF-1a蛋白的降解过程。虽然该研究小组没有得到SSAT1或者SSAT2可以直接乙酰化HIF-a的证据,但其研究表明,SSAT1和SSAT2的乙酰化酶活性对于其介导HIF-1a的降解是必需的。另一方面,组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylases,HDACs)也被报道参与了HIF-1a蛋白可逆的乙酰化修饰。HDAC1可以去乙酰化HIF-1a,阻止其进入MTA1(metastasis-associated protein 1)调节的降解过程。另外,干扰HDAC4的表达可以增加HIF-1a的乙酰化水平,从而导致其降解。 CHIP(carboxyl terminus of Hsc70-interacting protein),也被称作STUB1(STIP1homology and U-box containing protein 1),是一种与分子伴侣蛋白(chaperones)功能密切相关的一类E3泛素连接酶。许多蛋白被报导了可以被CHIP通过泛素蛋白酶体途径降解,例如ErbB2、p53、tau和ER等。CHIP主要包含3个功能结构域:一个TPR(tetratricopeptide repeat)结构域位于氨基端,其主要负责与热休克蛋白Hsp90(heat shock protein 90)和热休克结合蛋白Hsc70(heat shockcognate 70)结合,发挥其分子伴侣蛋白功能;一个U-box结构域位于碳末端,其主要负责与降解底物结合,从而发挥其E3泛素连接酶功能;一个含有两个潜在入核信号的linker位于中间,可能主要负责CHIP的细胞内定位。作为Hsp90的底物蛋白,Hsp90对于维持HIF-1a的蛋白稳定性具有重要的作用。在低氧条件下,当Hsp90的功能受到抑制(如Hsp90抑制剂的应用),HIF-1a与Hsp90分离,同时与RACK1(receptor for activated C kinase)结合,其介导HIF-1a通过VHL非依赖的泛素蛋白酶体通路降解。由于目前还未有报道是否RACK1具有E3泛素连接酶活性,所以何种E3泛素连接酶参与了这一过程,目前还不是很清楚。另一方面,已有的研究表明,CHIP蛋白的E3泛素连接酶功能主要与分子伴侣蛋白Hsp90和Hsc70密切相关。除此之外,CHIP的E3泛素连接酶功能还与E2泛素结合酶,UBC4/5超家族相关。由于UBC4/5超家族有着应激激活(stress-activated)的特性,因此,在不同的应激状态下,CHIP有可能在分子伴侣复合物(chaperonecomplexes)到分子伴侣依赖的降解复合物的转变过程中发挥着重要的作用。 在常氧的情况下,由于羟基化酶PHD和E3泛素连接酶VHL的存在,在人肿瘤细胞中,HIF-1a几乎不表达;在低氧条件下,由于氧敏感的羟基化酶PHD的失活,导致了HIF-1a与E3泛素连接酶VHL的分离,从而HIF-1a可以稳定地表达,发挥其转录因子的调控作用。有趣的是,HIF-1a的表达在低氧的条件下也不是一成不变的:HIF-1a在严重低氧(severe hypoxia)或者延迟低氧(prolonged hypoxia)的条件下也可以发生不同程度的降解。在严重低氧(severe hypoxia)的情况下,p53蛋白可以通过抑制HIF-1a的转录活性,来降低HIF-1a的蛋白水平,而MDM2(murine double minutes 2)则以直接或者间接的方式参与p53调节的HIF-1a的降解。已有研究证明,在HepG2肿瘤细胞中,与急性低氧(acute hypoxia,5小时,1% O_2)处理相比较,延迟低氧处理(16小时,1% O_2)可以明显地下调HIF-1a的蛋白水平;在A549肿瘤细胞中,HIF-1a同样在急性低氧(4小时,0.5%O_2)条件下稳定表达,但在延迟低氧的条件下,表达水平却明显地下降(6-12小时,0.5% O_2)。蛋白合成和蛋白降解同时参与了这一生理过程。一方面,延迟低氧可以抑制细胞蛋白合成调节者mTOR(mammalian target of rapamycin)的活性,通过抑制HIF-1a的蛋白合成来降低它的表达水平;另一方面,在延迟低氧的条件下,随着HIF-1a转录活性的增加,HIF-1a自身可以形成一种负反馈环路(negativefeedback loop)来下调HIF-1a蛋白的表达,该降解途径是VHL和PHD非依赖的,而乙酰化修饰对于这条负反馈环路的降解作用却有着明显的正相关性。与常氧条件下,E3泛素连接酶VHL调节HIF-1a的降解已经广为人知所不同的是,哪种E3泛素连接酶参与了延迟低氧中HIF-1a的降解还不清楚。 在本研究中,我们报导了作为一种与分子伴侣蛋白密切相关的E3泛素连接酶,CHIP参与了延迟低氧条件下HIF-1a的降解,同时还可以影响HIF-1a的转录活性,但对于HIF-1a的mRNA水平没有影响。通过应用p53和VHL缺失的细胞株以及RNA干扰实验,我们证实了延迟低氧条件下,CHIP介导HIF-1a的降解途径是VHL和p53/MDM2非依赖的。在延迟低氧的条件下,伴随着HIF-1a蛋白水平的下降,HIF-1a的乙酰化修饰和泛素化修饰都有着明显的增加,而CHIP可以通过与HIF-1a的直接结合,来促进HIF-1a的泛素化状态,加速HIF-1a的降解。随着低氧时间的延长,CHIP的表达水平有轻微的上调,并可以从细胞浆转位到细胞核内,实现与HIF-1a的共定位,从而介导HIF-1a的降解。通过蛋白酶体抑制剂MG132的应用,我们发现了延迟低氧条件下,CHIP介导HIF-1a的降解是通过泛素蛋白酶体通路实现的。同时,我们还发现了组蛋白去乙酰化酶HDAC1和HDAC2都参与了延迟低氧条件下HIF-1a的乙酰化修饰。通过RNA干扰实验和组蛋白去乙酰化酶抑制剂的应用,我们发现了HDAC1和HDAC2的抑制可以导致HIF-1a乙酰化水平的增加,,增加CHIP和HIF-1a的直接结合,最终促进CHIP介导HIF-1a的降解过程。通过对于CHIP的功能结构域的分析,我们证实了其分子伴侣蛋白功能相关的TPR结构域和E3泛素连接酶功能相关的U-box结构域,不但对于CHIP介导的HIF-1a的降解都是必需的,而且对于CHIP抑制HIF-1a的转录激活功能也是必需的。通过对HIF-1a的功能结构域的分析,我们证实了只有HIF-1a的野生型全长质粒才可以被CHIP降解,而与乙酰化作用密切相关的ODD结构域缺失体,或者只表达ODD结构域及其乙酰化为点突变体,最终都无法被CHIP所降解。通过我们的研究,对于目前如何区分低氧诱导因子家族成员的功能这一难题,提出了一个新的观点。
【学位授予单位】:中国人民解放军军事医学科学院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:R341;R73-3

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 邵进;邓廉夫;;VHL/HIF信号转导通路在骨发育及相关疾病中的调控机制[J];国际骨科学杂志;2009年04期

2 袁响林;熊慧华;董兰兰;谢涛;杨彬;于世英;;RNA干扰HIF-1α对人子宫颈癌裸鼠移植瘤多药耐药相关蛋白表达的影响[J];华中科技大学学报(医学版);2008年01期

3 李福祥;徐朝霞;夏前明;全燕;李鸿雁;张彦;;低氧习服对模拟高原低氧大鼠肺组织的影响及其HIF-1α表达变化[J];西部医学;2008年04期

4 尤巧娟;王松;;低氧诱导因子-1的生物功能及其在骨发育中的调节作用[J];四川解剖学杂志;2008年04期

5 蒲红;王永占;;结直肠癌组织中HIF-1α和VEGF表达及其意义[J];四川医学;2009年08期

6 黄磊,敖启林,李芳,邢辉,卢运萍,马丁;低氧对紫杉醇诱导的人卵巢癌细胞A278凋亡的影响及其机制[J];癌症;2005年04期

7 戴叶芹;范卫新;;低氧诱导因子-1与皮肤的相关研究[J];国际皮肤性病学杂志;2006年04期

8 戴叶芹;范卫新;;低氧诱导因子-1α在成纤维细胞中的表达及对毛囊的影响[J];临床皮肤科杂志;2007年01期

9 张昱;吉训明;李文斌;罗玉敏;;低氧诱导因子在脑缺血中的双重作用[J];中国病理生理杂志;2009年01期

10 郭晓强;;异柠檬酸脱氢酶1突变在胶质瘤发生中的作用[J];肿瘤防治研究;2011年01期

相关会议论文 前10条

1 朱玲玲;赵彤;赵惠卿;吴燕;吴丽颖;丁爱石;范明;;低氧对神经前体细胞增殖及低氧诱导因子表达的影响[A];中国生理学会第六届全国青年生理学工作者学术会议论文摘要[C];2003年

2 毛建华;孙晓艳;张群业;黄秋花;鲁静;谢银银;陈竺;陈赛娟;;硫化砷治疗CML通过泛素化机制降解BCR-ABL融合蛋白[A];第12届全国实验血液学会议论文摘要[C];2009年

3 南庆玲;徐勇;;高糖作用的肾系膜细胞SnoN/Ski蛋白表达及泛素化研究[A];中华医学会第十次全国内分泌学学术会议论文汇编[C];2011年

4 符代炎;戴爱国;胡瑞成;陈云荣;朱黎明;;天冬酰胺酰羟化酶与Siah1在大鼠低氧性肺动脉高压发病中的作用[A];中国生理学会第23届全国会员代表大会暨生理学学术大会论文摘要文集[C];2010年

5 龙鼎新;伍一军;;神经病靶酯酶的泛素化降解及ARA54的调节[A];中国毒理学会生化与分子毒理专业委员会第六届全国学术会议、中国毒理学会遗传毒理专业委员会第五届全国学术会议、广东省预防医学会卫生毒理专业委员会学术会议、广东省环境诱变剂学会学术会议论文汇编[C];2008年

6 曹戟;张俊;翁勤洁;林冠宇;何玲娟;谢楠;何俏军;杨波;;低氧选择性药物TPZ对低氧诱导因子-1α(HIF-1α)的调控作用机制研究[A];2011医学科学前沿论坛第十二届全国肿瘤药理与化疗学术会议论文集[C];2011年

7 徐辉明;;Wwp2催化转录因子Oct-4的泛素化修饰[A];中国细胞生物学学会2005年学术大会、青年学术研讨会论文摘要集[C];2005年

8 汪晨;陈涛涌;曹雪涛;;E3泛素连接酶Nrdp1通过泛素化MyD88和TBK1调节TLR信号传导通路[A];第六届全国免疫学学术大会论文集[C];2008年

9 叶晓峰;林晓峰;吴乔;;视黄酸受体α的泛素化或SUMO化决定其特性及其与视黄素X受体α的相互作用[A];中国细胞生物学学会第八届会员代表大会暨学术大会论文摘要集[C];2003年

10 洪谊;杨俊武;谢建辉;顾建新;;磷酸化抑制C型凝集素受体CLEC-2的泛素化及降解[A];2008年全国糖生物学学术会议论文摘要[C];2008年

相关重要报纸文章 前10条

1 记者 唐先武 特约记者 肖鑫;一种新型泛素化酶可有效清除病毒感染[N];科技日报;2009年

2 戴丽昕;聚焦创新前沿 推进产业发展[N];上海科技报;2008年

3 本报特约撰稿人 陆志城;抗癌家族添新成员[N];医药经济报;2005年

4 本栏撰稿 伊京;一分钟培训[N];医药经济报;2003年

5 记者 张骏 通讯员 肖鑫;二军大科研硕果累累[N];解放日报;2009年

6 汪敏 仇逸;低氧利于诱导白血病细胞分化[N];中国医药报;2003年

7 汪敏 仇逸;低氧能够诱导白血病细胞分化[N];新华每日电讯;2003年

8 费留喜;“扼住”生命的咽喉[N];科技日报;2003年

9 记者 唐先武;我科学家发现反馈抑制免疫反应与炎症发生新机制[N];科技日报;2010年

10 本报记者 王军;希望之星冉冉升起[N];医药经济报;2003年

相关博士学位论文 前10条

1 魏巍;E3泛素连接酶CHIP介导HIF-1α降解的机制探讨[D];中国人民解放军军事医学科学院;2008年

2 方伟;去泛素化酶对新生隐球菌生长与毒力的多效性调控及机制研究[D];第二军医大学;2012年

3 吴慧娟;饰胶蛋白聚糖对大鼠系膜细胞生长的影响及其泛素化调节的研究[D];复旦大学;2010年

4 张清;新型低氧诱导因子信号转导通路小分子抑制剂KCN1在眼内黑色素瘤及肝脏转移瘤的靶向治疗实验研究[D];中南大学;2011年

5 侯晓智;去泛素化酶USP4在头颈鳞癌细胞凋亡中的功能与分子机制[D];山东大学;2013年

6 乔文涛;牛泡沫病毒3026反式激活因子Borf1的特征及作用机制初探[D];南开大学;2004年

7 徐夏莲;低氧诱导因子和miR-21在肾脏晚期缺血预适应中作用机制的研究[D];复旦大学;2011年

8 王阳;RNF167调节蛋白质的泛素化与相关抑制剂调节自噬的研究[D];吉林大学;2011年

9 曹伟鹏;pVHL泛素化Dishevelled并促进其通过自噬降解[D];清华大学;2010年

10 张玮;泛素特异性蛋白酶Usp46和Usp26基因错义突变对去泛素化酶活性的影响及其流行病学意义[D];河北医科大学;2013年

相关硕士学位论文 前10条

1 张玮;泛素特异性蛋白酶USP46的分子克隆[D];河北医科大学;2010年

2 李庆凯;泛素特异性蛋白酶USP12的分子克隆[D];河北医科大学;2011年

3 江春雨;人泛素基因原核表达载体的构建、表达及鉴定[D];西北农林科技大学;2007年

4 王建敏;泛素特异性蛋白酶USP13的分子克隆和表达[D];河北医科大学;2011年

5 邓华君;AlkB和低氧诱导因子-1α在大鼠低氧性肺动脉高压模型肺组织中的表达[D];河北医科大学;2013年

6 殷四涛;UCH37对三种不同二泛素的水解作用及水解动力学研究[D];苏州大学;2010年

7 田华;SUMO-1、SENP-1调控低氧诱导因子1-α在低氧性肺动脉高压发病中的作用[D];南华大学;2010年

8 涂华玉;组蛋白H2B泛素化修饰在减数分裂过程中作用的初步研究[D];中国科学技术大学;2011年

9 涂顺;基于“Clip-Chip”技术的全局性蛋白质去乙酰化酶的发现研究[D];上海交通大学;2013年

10 王春花;高原低氧环境下大鼠肾脏低氧诱导因子-1α的表达及意义[D];青海大学;2011年



本文编号:2526476

论文下载
论文发表
教材专著
专利申请


    下载步骤:
    1.微信扫码,备注编号 2526476.
    2.
    点击下载


    本文链接:http://www.bigengculture.com/yixuelunwen/shiyanyixue/2526476.html

    上一篇:重配制备H1N1流感病毒Vero细胞适应株  
    下一篇:没有了