Heat shock proteins (HSPs)은 다양한 생리학적인 또는 환경적 스트레스에 응답하여 유도된다. 그러나 HSPs의 전사 활성은 heat shock factors (HSFs)에 의해 조절 된다. 현재 연구에서는 붕어와 마우스의 간세포 배양에서 열 스트레스에 의한 heat shock factor 1 (HSF1)의 패턴 차이와 heat shock protein 70 (HSP70)의 발현을 면역분석법을 이용하여 조사하였다. 붕어의 간세포는 $33^{\circ}C$에서 trimer를 이루지만 마우스의 간세포는 $42^{\circ}C$에서 trimer를 이루었다. 이 연구는 붕어와 마우스의 HSF1은 열 스트레스로부터 다른 온도에서 반응을 한다는 것을 보여준다. 또한 재조합 단백질을 이용하여 붕어와 인간의 HSF1의 온도에 따른 활성 조건을 CD spectroscopy와 면역분석을 이용하여 조사하였다. 이러한 결과들은 인간과 마우스 HSF1과 붕어의 HSF1은 온도에 의한 활성 변화를 보이지만 그들의 최적 활성 온도는 다르다는 것을 알 수 있다.
The activation of heat shock factor 1 (HSF1) can be induced by the changes in environmental pH, but the mechanism of HSF1 activation by acidification is not completely understood. This paper reports that a low pH (pH~6.0) can trigger human HSF1 activation. Considering the involvement of the imidazole group of histidine residues under acid pH stress, an in vitro EMSA experiment, Trp-fluorescence spectroscopy, and protein structural analysis showed that the residue, His83, is the essential for pH-dependent human HSF1-activation. To determine the roles of His83 in the HSF1-mediated stress response affecting the cellular acid resistance, mouse embryo fibroblasts with normal wild-type or mutant mouse HSF1 expression were preconditioned by heating or pH stress. The results suggest that His83 is essential for HSF1 activation or the HSF1-mediated transcription of heat shock proteins, in protecting cells from acid pH stress.
Kim, Seok-Jun;Lee, Seok-Cheol;Kang, Hyun-Gu;Gim, Jungsoo;Lee, Kyung-Hwa;Lee, Seung-Hyun;Chun, Kyung-Hee
Yonsei Medical Journal
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제59권9호
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pp.1041-1048
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2018
Purpose: Heat shock factor 1 (HSF1) is a key regulator of the heat shock response and plays an important role in various cancers. However, the role of HSF1 in gastric cancer is still unknown. The present study evaluated the function of HSF1 and related mechanisms in gastric cancer. Materials and Methods: The expression levels of HSF1 in normal and gastric cancer tissues were compared using cDNA microarray data from the NCBI Gene Expression Omnibus (GEO) dataset. The proliferation of gastric cancer cells was analyzed using the WST assay. Transwell migration and invasion assays were used to evaluate the migration and invasion abilities of gastric cancer cells. Protein levels of HSF1 were analyzed using immunohistochemical staining of tissue microarrays from patients with gastric cancer. Results: HSF1 expression was significantly higher in gastric cancer tissue than in normal tissue. Knockdown of HSF1 reduced the proliferation, migration, and invasion of gastric cancer cells, while HSF1 overexpression promoted proliferation, migration, and invasion of gastric cancer cells. Furthermore, HSF1 promoted the proliferation of gastric cancer cells in vivo. In Kaplan-Meier analysis, high levels of HSF1 were associated with poor prognosis for patients with gastric cancer (p=0.028). Conclusion: HSF1 may be closely associated with the proliferation and motility of gastric cancer cells and poor prognosis of patients with gastric cancer. Accordingly, HSF1 could serve as a prognostic marker for gastric cancer.
The heat shock transcription factor (HSF) family consists of at least three members in mammals and regulates expression of heat shock proteins in response to heat shock and proteotoxic stresses. Especially, HSF1 is indispensable for this response. Members of this family are also involved in development of some tissues such as the brain and reproductive organs. However, we did not know the molecular mechanisms that regulate developmental processes. Involvement of HSFs in the sensory development was implicated by the finding that human hereditary cataract is associated with mutations of the HSF4 gene. Analysis of gene-disrupted mice showed that HSF4 and HSF1 are required for the lens and the olfactory epithelium, respectively. Furthermore, a common molecular mechanism that regulates developmental processes was revealed by analyzing roles of HSFs in the two developmentally-related organs.
The expression of BCL-2 interacting cell death suppressor (BIS), an anti-stress or anti-apoptotic protein, has been shown to be regulated at the transcriptional level by heat shock factor 1 (HSF1) upon various stresses. Recently, HSF1 was also shown to bind to BIS, but the significance of these protein-protein interactions on HSF1 activity has not been fully defined. In the present study, we observed that complete depletion of BIS using a CRISPR/Cas9 system in A549 non-small cell lung cancer did not affect the induction of heat shock protein (HSP) 70 and HSP27 mRNAs under various stress conditions such as heat shock, proteotoxic stress, and oxidative stress. The lack of a functional association of BIS with HSF1 activity was also demonstrated by transient downregulation of BIS by siRNA in A549 and U87 glioblastoma cells. Endogenous BIS mRNA levels were significantly suppressed in BIS knockout (KO) A549 cells compared to BIS wild type (WT) A549 cells at the constitutive and inducible levels. The promoter activities of BIS and HSP70 as well as the degradation rate of BIS mRNA were not influenced by depletion of BIS. In addition, the expression levels of the mutant BIS construct, in which 14 bp were deleted as in BIS-KO A549 cells, were not different from those of the WT BIS construct, indicating that mRNA stability was not the mechanism for autoregulation of BIS. Our results suggested that BIS was not required for HSF1 activity, but was required for its own expression, which involved an HSF1-independent pathway.
Hahn, Ji-Sook;Hu, Zhanzhi;Thiele, Dennis J.;Lyer, Vishwanath R.
한국미생물학회:학술대회논문집
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한국미생물학회 2005년도 International Meeting of the Microbiological Society of Korea
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pp.105-109
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2005
Heat Shock Transcription Factor (HSF), and the promoter heat Shock Element (HSE), are among the most highly conserved transcriptional regulatory elements in nature. HSF mediates the transcriptional response of eukaryotic cells to heat, infection and inflammation, pharmacological agents, and other stresses. While HSF is essential for cell viability in yeast, oogenesis and early development in Drosophila, extended life-span in C. elegans, and extra-embryonic development and stress resistance in mammals, little is known about its full range of biological target genes. We used whole genome analyses to identify virtually all of the direct transcriptional targets of yeast HSF, representing nearly three percent of the genomic loci. The majority of the identified loci are heat-inducibly bound by yeast HSF, and the target genes encode proteins that have a broad range of biological functions including protein folding and degradation, energy generation, protein secretion, maintenance of cell integrity, small molecule transport, cell signaling, and transcription. Approximately 30% of the HSF direct target genes are also induced by the diauxic shift, in which glucose levels begin to be depleted. We demonstrate that phosphorylation of HSF by Snf1 kinase is responsible for expression of a subset of HSF targets upon glucose starvation.
The expression of $p21^{WAF1/ClP1/SDl1}$, one of the cyclin-dependent kinase inhibitors, is regulated by a variety of transcription factors including p53 and STAT. Heat shock induces the expression of p21 in a temperature- and time-dependent manner. Although the p21 induction by heat shock has been reported to be controlled by p53, a p53-independent mechanism Is also involved. To understand the p53-independent regulation of heat shock-induced p21 expression, we searched the promoter region of p21 gene and found one or two heat shock element (HSE)-like sequences in human, rat, and mouse. Electromobility shift assay (EMSA) showed that heat shock factor (HSF) could bind to these HSE-like sequences In response to heat shock, even though to a lesser extent than to HSE. In addition, p21 promoter deletion analysis revealed that heat shock activated a p21 deletion promoter construct containing the HSE-like sequences but lacking p53-binding sites, but not a promoter construct containing neither HSE-like sequences nor the p53-responsive element. Furthermore, the p21 induction by heat shook was significantly inhibited in confluent cells in which heat shock-induced HSF activation was reduced. These results suggest that the transcriptional regulation of p21 by heat shock may be mediated through activation and binding to HSE-like sequences of HSF.
다양한 종류의 박테리아에서부터 사람의 세포에 이르기까지 환경적인 스트레스나 병에 의한 스트레스 혹은 스트레스가 없는 상황에서도 열충격반응(heat shock response) 유도되어진다. 열충격반응에 노출된 세포에서는 모든 단백질의 발현이 정지되는 반면, 열충격단백질(heat shock proteins: HSPs)은 발현되어 스트레스로부터 세포를 보호한다. HSF1(heat shock factor 1)이라는 HSPs 유도단백질은 열충격반응시 단량체형태에서 삼중체의 형태로 구조변화를 일으켜 heat shock element(HSE)라고 불리우는 HSP gene의 발현 promoter에 특이적으로 결합하게 되어 HSPs를 발현시킨다. Human HSF1(hHSF1)은 다섯 개의 시스테인 잔기를 가지고 있는데 이 시스테인의 thiol(-SH)기는 강한 친전자성을 띔으로 급격히 산화되거나 질산화된다. 이러한 고찰은 시스테인 잔기가 산화 환원 의존적인 황산기/이황화결합 전환을 통해 구조적인 변화를 가져온다는 사실을 의미하고 있다. 따라서 본 연구에서는 여러 가지 산화환원제를 이용하여 HSF1에 존재하는 다섯 개의 시스테인 잔기의 역할과 삼량체 형성에 관여하는 잔기에 대하여 알아보고자 하였다. 또한 이황화결합을 통한 삼량체형성의 구조적변화의 관점에서 HSF1의 구조 변화와 DNA 결합력과의 상관관계에 관하여도 알아보고자 하였다. 본 연구결과로 HSF1의 DNA binding domain은 삼량체를 형성하는 구조적인 변화를 통해서 DNA에 대한 결합력이 증가되는 것을 알 수 있었는데 이것은 삼량체가 됨으로서 HSF1의 내부에 위치해 있던 DNA binding domain이 외부로 노출 되어져 DNA에 쉽게 결합할 수 있게 된다는 사실을 시사한다.
Kim, Sun-Hee;Han, Song-Iy;Oh, Su-Young;Seo, Myoung-Suk;Park, Hye-Gyeong;Kang, Ho-Sung
대한의생명과학회지
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제9권2호
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pp.59-65
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2003
When cells are exposed to proteotoxic stresses such as heat shock, amino acid analogs, and heavy metals, they increase the synthesis of the heat shock proteins (HSPs) by activating the heat shock transcription factor 1 (HSF1), whose activity is controlled via multiple steps including homotrimerization, nuclear translocation, DNA binding, and hyperphosphorylation. Under unstressed conditions, the HSF1 activity is repressed through its constitutive phosphorylation by glycogen synthase kinase 3$\beta$ (GSK3$\beta$), extracellular regulated kinase 1/2 (ERK1/2), and stress-activated protein kinase/c-Jun N-terminal kinase (SAPK/JNK). However, the protein kinase (s) responsible for HSF1 hyperphosphorylation and activation is not yet identified. In the present study, we observed that profile of p38 mitogen-activated protein kinase (p38MAPK) activation in response to heat shock was very similar to those of HSF1 hyperphosphorylation and nuclear translocation. Therefore, we investigated whether p38MAPK is involved in the heat shock-induced HSF1 activation and HSP expression. Here we show that the p38MAPK inhibitors, SB202190 and SB203580, but not other inhibitors including the MEK1/2 inhibitor PD98059 and the PI3-K inhibitor LY294002 and wortmannin, suppress HSF1 hyperphosphorylation in response to heat shock and L-azetidine 2-carboxylic acid (Azc), but not to heavy metals. Furthermore, heat shock-induced HSF1-DNA binding and HSP72 expression was specifically prevented by the p38MAPK inhibitors, but not by the MEK1/2 inhibitor and the PI3-K inhibitors. These results suggest that SB202190- and SB203580-sensitive p38MAPK may positively regulate HSP gene regulation in response to heat shock and amino acid analogs.
Three novel Class A genes that encode heat shock transcription factor (HSF) were cloned from Oryza Sativa L using a yeast hybrid method. The OsHSF7 gene was found to be rapidly expressed in high levels in response to temperature, which indicates that it may be involved in heat stress reception and response. Over-expression of OsHSF7 in transgenic Arabidopsis could not induced over the expression of most target heat stress-inducible genes of HSFs; however, the transcription of some HSF target genes was more abundant in transgenic plants following two hours of heat stress treatment. In addition, those transgenic plants also had a higher basal thermotolerance, but not acquired thermotolerance. Collectively, the results of this study indicate that OsHSF7 might play an important role in the response to high temperature. Specifically, these findings indicate that OsHSF7 may be useful in the production of transgenic monocots that can over-express protective genes such as HSPs in response to heat stress, which will enable such plants to tolerate high temperatures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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