热休克蛋白产生机制
3 热休克蛋白产生机制
当环境温度高于细胞生长温度2～8℃时，细胞内HSPs基因转录迅速增加，其他蛋白基因的转录降低，接着HSPm RNA选择性转录，HSPs在细胞内迅速选择性地积聚。应激时细胞内HSPs基因的激活机制在进化上是非常保守的，目前认为，真核细胞HSPs基因的转录调节过程包括热休克因子 (heat shock fac-tor，HSF) 的激活、HSF与热休克元件 (heat shock elements， HSEs) 的结合及HSPs基因的转录等三个步骤[1]。
3.1 热休克元件 (HSEs)
HSEs是位于HSPs基因5’端上游的一段特殊DNA序列，它以5个碱基 (NGAAN) 为基本单位重复排列而成，N代表在进化上保守性较差但很重要的碱基。HSEs至少有两个NGAAN单位，才对HSF具有较强的结合力，其连接方式可以是头一头相连 (NGAANNTTCN)，或尾一尾相连 (NTTCNNGAAN)[2]。在非应激细胞中，HSF与HSE有低水平结合。热休克时，这种结合迅速增加，5min即达高峰，比热休克前高将近20倍。如热刺激持续存在，这种结合活性的高峰状态至少可以维持1h，热休克刺激去除后，结合活性恢复至原来的低水平状态[3]。
3.2 热休克因子 (HSFs)
体外实验发现酵母菌和果蝇的HSFs与DNA结合时形成蛋白质三聚体，在体内还可形成更大的复合物。当HSF与HSE结合时，HSF多聚体的每一个亚单位分别与HSE的一个NGAAN单位结合。用分子克隆技术已成功地从人类细胞中分离出两种HSF蛋白。HSE在种系发生上虽具有极强的保守性，但不同种系HSF蛋白的相似性极小，其相似性仅限于和DNA结合的结构域及三聚体形成区两个部位。正常细胞中HSF以一种稳定的形式存在，与HSE的结合力较低。当发生热休克时，HSF经磷酸化转变为一种与HSE结合力极强的形式，当细胞恢复时，又转变为结合力较低的形式[4]。
3.3 热休克蛋白的基因结构
人类HSP70基因和大多数HSP基因一样，没有内含子，由2440个核苷酸组成，5’端非编码序列长212个核苷酸，3’端非编码序列长242个核苷酸，5’端上游含“TATA盒子”(真核细胞启动子的一个元件，距转录起始位置30个核苷酸) 和HSE (由两个头一头相连的NGAAN单位组成，距转录起始位置79个核苷酸)。HSP70基因在进化上具有高度保守性，人类HSP70氨基酸序列与果蝇HSP70的同源性为73%，与大肠杆菌诱导型HSP70 (即Dnak) 同源性为47%。人类HSP70基因核苷酸序列与果蝇的同源性达72%，与大肠杆菌Dna K的同源性为50%[5]。
3.4 热休克反应的调节
当细胞受到热休克刺激时，HSF由无活性形式转变为能刺激转录的形式。事实上，人类和果蝇的HSF只有在热休克时才与DNA结合，这就需要HSF首先获得与DNA结合的能力，才能作用并激活HSP基因的启动子。此外，在热休克后人类HSF会发生广泛磷酸化。有两条不同的途径可以激活HSF，第一条途径是: HSF单体聚合成寡聚体，形成HSF复合物与HSEs结合;第二条途径是: HSF磷酸化形成具有转录活性的复合物。HSF与HSE结合后，启动HSP基因转录[6][7]。
有证据表明肌肉应激反应的调节涉及转录、翻译、和翻译后的蛋白修饰。在正常温度下，HSP70m RNA在真核非应激细胞的表达很低，几乎在不能够测量的水平。15min的热休克后，心肌HSPm RNA快速增加，2～4h达最高水平，6h后恢复[8][9]。一次5min的冠状闭塞使HSP70m RNA双倍增加，而四个循环的5min缺血/5min再灌注导致HSP70m RNA3倍增加，1h后达高峰，缺血后24h恢复到基础水平[10]。人类骨骼肌HSP70m RNA浓度在30min跑后的4min显著增加4倍; 也有报道在运动后30min或3h达最高水平的[11]。这表明肌肉热休克、缺血和运动反映各有不同的转录调节。热休克后，人类的骨骼肌HSP水平快速的增加，而在训练期间，HSP蛋白水平则几天后才有实质性的增加，出现滞后现象。(https://www.daowen.com)
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