热休克 70-KD 蛋白质 1A

许多生物体，如果蝇，通过合成少量特定蛋白质来对升高的温度作出反应。这种现象也发生在酵母和培养的 HeLa 细胞中。将 HeLa 细胞暴露在 45 摄氏度的温度下 10 分钟导致至少 3 组蛋白质的合成增加，这些蛋白质的分子量约为 100,000、72,000-74,000 和 37,000 道尔顿（ Slater et al., 1981）。该现象被放线菌素 D 阻断，表明转录控制。从热休克细胞中体外翻译细胞质 RNA，然后对翻译产物进行二维凝胶分析，显示 72,000 到 74,000 道尔顿的主要条带由 7 种多肽组成，分别命名为 α、α-prime、β、γ 、δ、ε 和 zeta。热休克蛋白合成的增加在热处理后不久就开始了，但直到 2 小时后才达到最大值。感应模式表明协调调节。为了研究这一点，Cato 等人（1981）克隆了编码 β、γ、δ 和 ε 热休克多肽的 cDNA 序列。希基等人（1986）分离的 cDNA 克隆代表了人类细胞中至少 5 种不同的热诱导 mRNA。

Milner 和 Campbell（1990）确定 HSPA1A 基因编码预测的 641 个氨基酸的蛋白质。通过对 HeLa 细胞 RNA 的 Northern 印迹分析，他们检测到一个大约 2.4-kb 的 HSPA1A 转录物，该转录物以低水平组成性表达，并在热休克后被诱导。

▼ 基因功能

虽然普遍存在的高度保守的热休克蛋白的功能尚不清楚，但已观察到热休克蛋白的表达与转化之间的有趣关系。Pelham（1986）推测了热休克蛋白的功能。

细胞因子和原癌基因 mRNA 通过 3 素数非翻译区中富含 AU 的元素迅速降解。快速衰减涉及富含 AU 的结合蛋白 AUF1（ 601324 ），它与热休克蛋白 HSC70（ 600816 ） 和 HSP70、翻译起始因子 EIF4G（600495 ）和聚（A） 结合蛋白（ 604679 ） 复合。富含 AU 的 mRNA 衰变与 EIF4G 从 AUF1 的置换、AUF1 的泛素化和蛋白酶体对 AUF1 的降解有关。拉罗亚等人（1999）发现热休克、泛素-蛋白酶体网络下调或泛素化酶 E1 失活可诱导 HSP70（ 314370），都导致 HSP70 隔离 AUF1 在核周 - 核中，并且所有 3 个过程都阻止了富含 AU 的 mRNA 和 AUF1 蛋白的衰变。这些结果将细胞因子 mRNA 的快速降解与泛素-蛋白酶体途径联系起来。

在腺病毒晚期感染或细胞热休克期间，大多数加帽细胞 mRNA 的翻译被抑制，腺病毒晚期 mRNA 通过称为核糖体分流的机制进行翻译。在分流中，核糖体通过依赖帽的过程加载到 mRNA 上，然后在下游 AUG 开始翻译之前分流或绕过 mRNA 的大片段。核糖体分流由腺病毒 mRNA 的 5 素非编码区介导，称为三方前导区，与 18S rRNA 具有惊人的互补性。岳和施耐德（2000）发现人HSP70 mRNA的5'非编码区含有与腺病毒三联前导序列相关的元件。当帽依赖性蛋白质合成被阻断时，该元件促进热休克期间 HSP70 表达的核糖体分流。

未折叠的 PAELR（ 602583 ） 是 E3 泛素连接酶 parkin（ 602544 ） 的底物。PAELR 在多巴胺能神经元的内质网（ER） 中的积累诱导 ER 应激，导致神经退行性变。今井等人（2002）表明芯片（ 607207）、HSP70、parkin 和 PAELR 在体外和体内形成复合物。ER 应激期间复合物中 CHIP 的量增加。CHIP促进了HSP70与parkin和PAELR的解离，从而促进了parkin介导的PAELR泛素化。此外，在没有 HSP70 的情况下，CHIP 增强了帕金介导的 PAELR 体外泛素化。CHIP 还增强了 parkin 抑制 PAELR 诱导的细胞死亡的能力。作者得出结论，因此 CHIP 是一种哺乳动物 E4 样分子，可正向调节 parkin E3 活性。

HSP是控制蛋白质折叠和防止蛋白质聚集的分子伴侣。它们与肽复合并与树突状细胞（DC） 和巨噬细胞结合，然后以受体依赖性方式被内化。HSP 然后与 MHC I 类分子共定位以启动保护性和肿瘤特异性细胞毒性 T 淋巴细胞（CTL） 反应。Delneste 等人使用流式细胞仪和蛋白质印迹分析结合抑制测定（2002）发现 HSP70 在 DCs 和巨噬细胞上结合 LOX1（OLR1; 602601 ），但不结合其他测试的清道夫受体，以进入 MHC I 类途径以启动 CTL 反应。

杨等人（2003）表明，胞质伴侣 HSP90（ 140571 ） 和 HSP70 停靠在线粒体外膜的输入受体 TOMM70（ 606081 ） 中的一个特化四三肽（TPR） 结构域上。这种相互作用将一组前蛋白传递给受体，用于随后依赖于 HSP90 ATP 酶的膜易位。伴侣/TOMM70 识别的中断抑制了这些前蛋白进入线粒体。杨等人（2003）提出了一种机制，其中伴侣被膜结合受体招募用于特定的靶向事件。

TIM44（ 605058 ） 是一种外周内膜蛋白，将线粒体 HSP70 连接到输入通道。刘等人（2003）表明，受调控的相互作用通过其对 TIM44 的内在高亲和力以及通过辅因子 MGE1 从 TIM44 释放 ADP 结合的线粒体 HSP70，使通道中活性的、ATP 结合的线粒体 HSP70 的占有率最大化。即使在没有 ATP 水解的情况下，模型肽底物也会从 TIM44 中快速释放线粒体 HSP70。在体内，易位多肽的类似相互作用会从通道中释放线粒体 HSP70。与易位的棘轮模型一致，随后的 ATP 水解将捕获多肽，通过阻止其向胞质溶胶运动来驱动导入。

清水等人（1999）发现 18 名重度抑郁症患者的外周血单核细胞表达了一个短的 HSPA1A 转录物，该转录物利用外显子 1 而不是外显子 2，这在更常见的 HSPA1A 转录物中发现。没有蛋白质与这种短 HSPA1A mRNA 的表达相关，可能是由于缺少 TATA 框或内部核糖体结合位点丢失。

贝克尔等人（2002）发现表达 Cd40（ 109535 ） 的小鼠巨噬细胞与其结合的肽特异性结合并内化人 HSP70。HSP70-肽复合物与 Cd40 外质结构域的结合是由处于 ADP 状态的 HSP70 的 N 末端核苷酸结合结构域介导的。HSP70 和 Cd40 之间的结合在肽底物存在的情况下增加，并且结合诱导的信号通过 p38（ 600289 ）。贝克尔等人（2002 年）得出结论，CD40 是一种 伴侣蛋白 样受体，可介导巨噬细胞和树突状细胞对外源 HSP70 肽复合物的摄取。

菲克等人（2003 年）证明，胞质伴侣 HSP70 和 HSP90 直接与存在于 ER 中的野生型 HERG（ 152427 ） 基因产物（I（Kr） 心脏钾通道的 α 亚基）的核心糖基化形式相互作用，但不是完全糖基化，细胞表面形式。贩运缺陷型突变体仍与 ER 中的 HSP70 和 HSP90 紧密相关，而在成熟期间从伴侣中释放出无功能但贩运的 HERG，与野生型相当。菲克等人（2003）得出结论，HSP90 和 HSP70 对于野生型 HERG 的成熟以及转移缺陷型 HERG 突变体的保留至关重要。

卡利亚等人（2004）证明大鼠 Bag5（ 603885 ） 直接与 Hsp70 和 parkin（ 602544 ） 相互作用。Bag5 抑制 Hsp70 介导的错误折叠蛋白重折叠和 parkin E3 泛素连接酶活性，并增强蛋白聚集体中 parkin 的隔离。在大鼠中，与对照组相比，Bag5 的过表达导致多巴胺能神经元死亡增加，而抑制性突变 Bag5 的过表达导致多巴胺能存活增加。卡利亚等人（2004）得出结论，Bag5 是 Hsp70 和 parkin 功能的负调节剂，使多巴胺能神经元对损伤诱导的死亡敏感，从而促进神经退行性变。

Okada 等人使用重组人和牛蛋白进行下拉分析（2004）表明 Ca（2+） 结合蛋白 S100A1（ 176940 ） 而不是钙调蛋白（见114180 ），与热休克伴侣成分 HSP90、HSP70、FKBP52（FKBP4; 600611 ） 和 CYP40（PPID; 601753 ）。共免疫沉淀研究证实了相互作用。S100A1 有助于 HSP70/HSP90 多伴侣复合物中的蛋白质重新折叠。

罗德等人（2005）发现通过小干扰 RNA 耗尽 HSP70 和 HSP70-2（HSPA2; 140560 ） 的癌细胞表现出明显不同的形态（分离和圆形与扁平衰老样）、细胞周期分布（G2/M 与 G1 停滞），和基因表达谱。HSP70 和 HSP70-2 的同时消耗对癌细胞具有协同抗增殖作用。

钱等人（2006）证明 CHIP（ 607207 ） 不仅在急性应激期间增强 HSP70 的诱导，而且在应激恢复过程中介导其周转。这种双相调节的核心是其底物依赖性：CHIP 优先泛素化伴侣结合的底物，而当错误折叠的底物耗尽时，通过 CHIP 依赖​​性靶向泛素-蛋白酶体系统降解 HSP70。钱等人（2006 年）得出结论，对 CHIP 相关伴侣转换因子及其结合底物的顺序分析提供了一种优雅的机制，通过适当调整伴侣水平以反映细胞质内蛋白质构建的状态来维持体内平衡。

里贝尔等人（2007）证明，在红细胞分化而非细胞凋亡期间，伴侣蛋白 Hsp70 保护 GATA1（ 305371 ） 免受半胱天冬酶介导的蛋白水解。在半胱天冬酶激活开始时，Hsp70 在进行终末分化的红细胞前体细胞核中与 GATA1 共定位并相互作用。相反，促红细胞生成素饥饿诱导 Hsp70 的核输出和 GATA1 的切割。在体外试验中，Hsp70通过其肽结合结构域保护 GATA1 免受 半胱天冬酶-3（ CASP3 ；600636） 介导的蛋白水解。里贝尔等人（2007）使用 RNA 介导的干扰来降低在红细胞生成素存在下培养的红细胞前体的 Hsp70 含量。这导致 GATA1 裂解、血红蛋白含量降低、抗凋亡蛋白 Bcl-XL 表达下调（见600039）和细胞凋亡导致的细胞死亡。通过转导抗半胱天冬酶的 GATA1 突变体消除了这些影响。因此，Ribeil 等人（2007）得出结论，在经历终末分化的红细胞前体中，Hsp70 阻止活性 CASP3 切割 GATA1 并诱导细胞凋亡。

钟等人（2008）发现肥胖的胰岛素抵抗患者骨骼肌中HSP72 蛋白表达降低，JNK（见 JNK1, 601158 ）磷酸化增加。使用热休克疗法、转基因过表达或药理学方法在小鼠骨骼肌和全球范围内过度表达 HSP72 可防止饮食或肥胖引起的高血糖、高胰岛素血症、葡萄糖耐受不良和胰岛素抵抗。这种保护与防止 JNK 磷酸化密切相关。钟等人（2008 年）得出结论，HSP72 在遗传性肥胖或高脂肪喂养的情况下在阻断炎症和预防胰岛素抵抗方面发挥重要作用。

柯克果等人（2010）表明 Hsp70 通过与内溶酶体阴离子磷脂双（单酰基甘油）磷酸酯（BMP） 结合来稳定溶酶体，BMP 是溶酶体鞘磷脂代谢的重要辅助因子。在酸性环境中，Hsp70 以高亲和力和特异性结合 BMP，从而促进 BMP 结合和酸性鞘磷脂酶（ASM） 的活性。BMP 抗体抑制 Hsp70-BMP 相互作用或 Hsp70 中的点突变（trp90 到 phe），以及 ASM 的药理学和遗传抑制，有效地恢复 Hsp70 介导的溶酶体稳定化。值得注意的是，Niemann-Pick 病 A（ 257200 ） 和 B（ 607616 ）患者的细胞中 ASM 活性降低），由编码 ASM 的鞘磷脂磷酸二酯酶-1 基因（SMPD1; 607616 ）突变引起的严重溶酶体贮积症也与溶酶体稳定性的显着降低有关，这种表型可以通过重组 Hsp70 治疗得到有效纠正。柯克果等人（2010 年）得出的结论是，综合起来，他们的数据为通过内吞递送途径进入溶酶体腔的化合物开发新的溶酶体贮积症和癌症治疗方法开辟了令人兴奋的可能性。

Fong 等人在人体组织切片上使用免疫组化筛选（2015）将 Hsp70 鉴定为 SIGLEC5（ 604200 ） 和 SIGLEC14（ 618132 ）的内源性配体，即使 Hsp70 不是糖基化蛋白。进一步的分析表明，Hsp70 与 SIGLEC5 和 SIGLEC14 的 V 集域相互作用。在单核细胞中，Hsp70 通过 SIGLEC5 传递抗炎反应，但通过 SIGLEC14 传递促炎反应。然而，来自 SIGLEC14-null 等位基因纯合个体的单核细胞表现出与 SIGLEC5 的免疫抑制反应相同的免疫反应，其中 Hsp70 引发抗炎反应而不是促炎反应。

▼ 基因结构

Milner 和 Campbell（1990）报道称 HSPA1A 基因，他们称之为 HSP70-1，缺乏内含子。

清水等人（1999）确定 HSPA1A 基因包含 3 个外显子。外显子 1 和 2 交替剪接在外显子 3 上，外显子是蛋白质编码外显子。TATA、CCAAT 和 GC 框仅存在于外显子 2 中，而 E 框仅存在于外显子 1 中。外显子在许多可用的转录因子结合位点上也不同。

▼ 测绘

Goate 等人使用克隆的基因组 HSP70 DNA 序列（1987）通过体细胞杂交和 RFLP 分析证明，人类基因组中至少有 3 个不同的 HSP70 基因座，其中一个位于 6 号染色体上。通过 Southern 分析，中国仓鼠-人体细胞杂交体的蛋白质凝胶和原位杂交，哈里森等人（ 1986 , 1987 ） 证明编码 HSP70 的功能基因对应到人类染色体 6、14（HSPA2; 140560 ）、21 和至少一个其他染色体。6 号染色体上的大部分颗粒位于短臂上，在 6p22-p21.3 区域有一个峰值。在 14 号染色体上，定位为 14q22-q24。这两个区域都包含脆弱的站点。两个热休克基因（140555 , 140556 ） 位于 1q（ Leung et al., 1992 ），可能在补体系统的其他成分区域，补体激活调节剂（RCA；120830等），聚集在 1q32。因此，基因复制事件可能在热休克基因的进化中发挥了作用。

萨金特等人（1989）证明了人类主要组织相容性复合体（MHC） 内补体和肿瘤坏死因子基因之间的重复 HSP70 基因座在 6p21.3 上，彼此相距 12 kb，与 C2 基因相距 92 kb。加斯金斯等人（1990）证明 Hsp70 基因也位于小鼠的 MHC 中。Milner 和 Campbell（1990）在人类 MHC 中不仅发现了 HSP70 基因的 2 个拷贝（HSPA1A 和 HSPA1B；603012），而且还发现了第三个同源物 HSP70-HOM（HSPA1L；140559）。

格罗斯等人（1992）得出结论，牛 HSP70-1 和 HSP70-2 基因与人类 HSPA1A 和 HSPA1L 同源，因为它们位于牛第 23 号染色体上并且与人类 6p 上的基因座显示同线性。

▼ 分子遗传学

Milner 和 Campbell（1992）研究了不同 HLA 单倍型中 HSPA1A 基因中序列变异的存在。他们只发现非常有限的序列变异，不会导致氨基酸取代。

待确认的关联

有关 HSPA1A 基因变异与噪声引起的听力损失之间可能关联的讨论，请参见613035。

▼ 动物模型

脊髓小脑性共济失调 1 型（SCA1; 164400 ） 是一种三重重复疾病，其特征是由于小脑浦肯野细胞和脑干神经元的退化导致运动协调丧失。在 SCA1 和其他聚谷氨酰胺疾病中，膨胀的蛋白质聚集成核包涵体。由于这些核内含物积累了分子伴侣、泛素和蛋白酶体亚基（细胞蛋白质重折叠和降解机制的所有组成部分），作者假设蛋白质错误折叠和蛋白质清除受损可能是多谷氨酰胺疾病发病机制的基础。为了确定增强伴侣活性是否可以通过减少蛋白质聚集来减轻哺乳动物模型中的表型，Cummings 等人（2001）与过表达诱导型 HSP70 的小鼠杂交 SCA1 小鼠。尽管浦肯野细胞中的核包涵体数量持续存在，但生理和组织病理学分析表明，高水平的 HSP70 似乎可以防止神经退行性变，并保留小脑中的树突状树枝状结构。

格里格等人（2012）表明，增加肌内 Hsp72 的表达可以保持肌肉力量并改善 2 种肌肉萎缩症小鼠模型中的营养不良病理学。用 BGP-15 治疗，一种 Hsp72 的药理学诱导剂，可以防止肥胖引起的胰岛素抵抗，改善 mdx 营养不良小鼠严重受影响的膈肌的肌肉结构、力量和收缩功能。在 dko 小鼠中，DMD 的表型可导致严重的后凸畸形、肌肉无力和过早死亡，BGP-15 可减少后凸畸形，改善四肢和膈肌营养不良的病理生理，并延长寿命。格里格等人（2012）发现肌质/内质网 Ca（2+）-ATPase（SERCA; 108730） 在 mdx 和 dko 小鼠的严重受影响的肌肉中功能失调，并且 Hsp72 与 Serca 相互作用以在压力条件下保持其功能，最终导致 Hsp72 上调所见的肌肉退化减少。用 BGP-15 治疗同样增加了营养不良骨骼肌中的 Serca 活性。格里格等人（2012）得出结论，他们的结果提供了证据，表明增加肌肉中 Hsp72 的表达（通过施用 BGP-15）对于 DMD 和相关疾病具有显着的治疗潜力，无论是作为孤立治疗还是作为具有其他潜力的佐剂治疗，包括基因、细胞和药物治疗。

▼ 历史

加布里埃尔等人（1996）报道了Harrison 等人使用的杂交细胞系（1987 年）将热休克 70-kD 蛋白（HSPA3） 对应到 21 号染色体发现包含其他人类染色体片段，这使映射的有效性受到质疑。他们提供的数据表明含有人类 21 号染色体的杂交细胞系不表达人类 Hsp70。