热休克蛋白与疾病

RNA-EMSA
RNA-IP and IB
Sangupta TK: JBC,2004, 279(12):10855-63 Cancio-Lonches C: J Virol. 2011;85(16): 8056–8068.
Bioinformatics analysis for the genes containing the nucleolin binding motif within the mRNA molecules
2、mRNA翻译受抑 microRNA
完全互补
植物miRNA 部分哺乳类miRNA
Western Blot， RT-PCR
不完全互补
哺乳类miRNA
Western Blot
microRNA increases expression of target genes
Chang Y, Circulation Res. 2009, 104(5):572-5.
泛素-蛋白酶体通路 （ubiquitin-proteasome pathway）
泛素为分子量～8kd的HSP，促进异常蛋白质 在蛋白酶体中降解。 包括：不完全的蛋白质，误折叠的蛋白质（由于 基因突变等），变性的蛋白质，多亚基复合物的游 离亚基，不能结合辅因子的蛋白质，氧化损伤的蛋 白质，不能在 ER 中折叠的膜蛋白或分泌蛋白，错 误导向的蛋白质。
3、翻译后修饰
磷酸化 泛素化
Ischemia 30’/ Reperfusion 24 h
area at risk (AAR);
infarct-to-risk region ratio
Qian J. Circ Res. 2009;105(12):1223-31
Summary on regulation of HSPs expression
2、生物细胞在高温环境下所表现的以基因表达变 化 为 特 征 的 反 应 称 热 休 克 反 应 （ heat shock response, HSR），所产生的一组蛋白质叫热休 克蛋白（heat shock protein, HSP）。
3、除了热休克外，许多其它理化及生物刺激都可 诱 导 HSP 的 产 生 ， 故 HSP 又 称 为 应 激 蛋 白 （ stress protein, SP）。
胞浆 胞浆 内质网
～70000 胞浆 胞浆,核 线粒体 内质网
与类固醇激素受体结合,热耐受 与类固醇激素受体结合,热耐受 分泌蛋白质的折叠
蛋白质折叠及移位 蛋白质折叠,细胞保护作用 蛋白质折叠及移位 新生蛋白质折叠 蛋白质的折叠 蛋白质的折叠 胶原合成的质量控制 蛋白质折叠
～60000
～47000 20000～30000 线粒体 胞浆 内质网 胞浆 胞浆 胞浆,核 胞浆 线粒体 胞浆,核
Sites
5’－UTR及3'－UTR 5’－UTR及3'－UTR 5’－UTR及3'－UTR 编码区 3'－UTR 5’－UTR及编码区 编码区及3'－UTR 3'－UTR 编码区
Nucleolin 与HHale Waihona Puke BaiduP70 mRNA 3’-UTR直接结合，增加其稳定性
RNA-RNA interaction: microRNA
正常蛋白质 氧化应激 羰基化蛋白质 蛋白质混合二硫化物(PrSSG)
变性蛋白质
泛素化
堆积、聚集
蛋白酶体
多肽碎片，氨基酸
细胞凋亡
五、HSP表达的调控
一）、转录水平调控 1、组成型表达(constitutive expression): 涉及 HSP基因5’端调控区的普通启动子及组织特 异性启动子等，其调控机制至今仍不十分清 楚。 2、诱导表达(inducible expression): 主要通过 热休克因子（HSF）调控。
～10000 ～8000
肌动蛋白的动力学变化 细胞骨架的稳定 为HSP60的辅因子 蛋白质的非溶酶体降解
四、HSP的功能—分子伴侣
（molecular chaperone）
1、帮助新合成蛋白质的折叠，防止其互相聚集 2、帮助蛋白质的细胞内移位 3、帮助变性蛋白质的复性 4、清除严重受损的蛋白质
Substrate loading complex for the HSP90 system [HSP90 (orange), HSP70 (light orange), HSP40 (yellow), HOP (blue), and client substrate (red)
膜脂质过氧化,酶释放
梗塞面积 心肌力学,酶释放 凋亡
Chong KY, 1998
Okubo S,2001 Jayakumar J,2000 Suzuki K,2000
HSP70 对H2O2 所致心肌细胞 核仁损伤的保护作用
Ctrl
H2O2
Fig 2-7. Effects of HSR on nucleolar segregation induced by oxidative stress ( 10×20).
HSF1-/Growth retrdation; Female infertility
二）、转录后水平调控 1、mRNA稳定性
Protein-RNA interaction: nucleolin
RNA binding element: (T/G)CCCG(A/G) within the 5’ or 3’ UTR or the ORF region of the target genes.
Heat Shock Proteins and Diseases
Dept. of Pathophysiology, Xiangya School of Medicine, CSU
Kangkai Wang
09-026-2012 CHANG SHA
Contents
I. Introduction of HSPs
二、HSP的特点
1、广泛存在 2、结构保守
3、在细胞正常生命活动中发挥重要作用
4、应激状态下表达增多，发挥细胞保护作用
三、HSP的分类及细胞内分布
主要HSP家族成员 HSP110亚家族 HSP110 HSP105 HSP90亚家族 HSP90α(HSP86) HSP90β(HSP84) Grp94 HSP70亚家族 HSC70(组成型) HSP70(诱导型) HSP75 GRP78(Bip) HSP60亚家族 HSP60 TriC HSP47 HSP40( hdj-1) 小分子HSP亚家族 HSP32(HO-1) HSP27 α B-晶状体蛋白 HSP10 泛素(ubiquitin) 分子量 ～110000 核仁,胞浆 胞浆 ～90000 热耐受,交叉耐受 蛋白质折叠 细胞内定位 可能的生物学功能
1. Definition of HSPs 2. Characteristic 3. Classfication and distribution within cell 4. Functions 5. Regulation of expression
II. HSPs and heart disease III. HSPs and atherosclerosis
AA1-309
AA 310-713
Methods for Detecting the expression of target genes and the interaction between nucleolin and mRNA :
After inhibition of transcription with actinomycin D Western blot RT-PCR OR real time PCR Interaction assay RNA-EMSA RNA-IP and RT-PCR Reporter gene analysis
3、HSF家族

酵母——HSF（为存活所必须） 果蝇——HSF（与存活及生长无关，但为卵 细胞发生及幼虫发育所必须）

鸡
——HSF1~3 ——HSF1～2，HSF4


小鼠——HSF1～2, HSF4
人
脊椎动物HSF家族的主要功能
HSF1——调控HSR，受精卵早期发育、胎盘发育等 HSF2——胚胎发育? HSF3——仅在禽类发现，与HSF1有协同作用 HSF4——(4a, 4b)功能不明，与白内障的发生密切相关
Contents
I. Introduction of HSPs
1. Definition of HSPs 2. Characteristic 3. Classfication and distribution within cell 4. Functions 5. Regulation of expression
pcDNA3.1- HSP70WT, HSP70ΔNLS pEGFP- HSP70WT, HSP70ΔNLS
pcDNA3.1(-)
HSP70WT
HSP70ΔNLS
Ctrl
H2 O2 3h
HSP70 inhibited H2O2–mediated nucleolar segregation in C2C12 cells
mRNA stability Translation repression
HSF
microRNA
Expression of HSPs
nucleolin Phosphorylation Ubiquitination
transcription
Protein stability and activation status
IV. HSPs and inflammation V. HSPs and tumor
VI. HSPs and aging VII. Perspective on translation medicine
一、基本概念
Ritossa’s puffs, 1962 1、对环境变化做出反应是生物细胞的基本特征及 生存的必要条件。
HSP70的心肌保护作用研究
改变HSP70水平的方法 心肌损伤模型 保护作用 参考文献
热休克
心肌缺血,热休克 基因转染
大鼠离体心I/R
大鼠在体心I/R 小鼠心肌细胞,缺氧
超微结构,心功能,酶释放
心肌力学,梗塞面积 细胞膜损伤,酶释放
Currie RW,1988
Donnelly TJ,1992 Williams RS,1993
II. HSPs and heart disease III. HSPs and atherosclerosis IV. HSPs and inflammation V. HSPs and tumor VI. HSPs and aging
热休克蛋白与心脏疾病
细胞保护 心肌保护：外源性保护 内源性保护：缺血预适应 热休克蛋白 心肌内源性保护概念的提出： 1986，Murry发现缺血预适应（ischemic preconditioning）； 1988，Currie发现经热休克预处理后，大 鼠心肌缺血-再灌注损伤减轻。
Genes
Hsp70 Bcl-2 Hsp32(HOX1) Hsf1 Bmp4 HSP90 COX-2 NAIP/BIRC1 MCL1
C23-binding sequence
(U/G)CCCG(A/G) (U/G)CCCG(A/G) (U/G)CCCG(A/G) GCCCGG (U/G)CCCG(A/G) (U/G)CCCG(A/G) GCCCGG GCCCGG GCCCGG/GCCCGA
基因转染
转基因小鼠
H9C2细胞,缺氧
离体心I/R
细胞存活率,LDH释放
心肌力学,
Mestril R, 1994
Plumier JC,1995
能量代谢
梗塞面积
Radford NB,1996
Hatter JJ,1996
基因转染(HSC70)
腺病毒心肌内注射 病毒脂质体,冠脉内
H9C2,氧化应激
家兔在体心I/R 大鼠离体心I/R
HSR
HSR+H2O2
Ctrl
H2O2 3 h
HSR
HSR+H2O2 3 h
Fig2-11. Effect of HSR on the nucleolar segregation in HSF1+/+ MEFs.
Ctrl
H2O2 3 h
HSR
HSR+ H2O2 3 h
Fig2-12. Effect of HSR on the nucleolar segregation in HSF1-/- MEFs.