热休克转录因子 1

HSF1 在诱导耐热性所需的热休克蛋白（例如，HSPA1A； 140550）中起着至关重要的作用。此外，HSF1 参与卵子发生、精子发生和胎盘发育（Inouye 等人总结，2004 年）。

▼ 克隆与表达

热休克转录因子（HSF）在热或其他压力条件下激活热休克反应基因。通过使用从果蝇和酵母 HSF 序列中的保守氨基酸推导出的引物通过 PCR 产生的人类 cDNA 片段筛选 cDNA 文库，Rabindran 等人（1991）分离了人类 HSF 的 cDNA，称为 HSF1。推导出的全长 529 个氨基酸的蛋白质富含脯氨酸和丝氨酸，并包含 4 个假定的亮氨酸拉链基序。HeLa 细胞的 Northern 印迹分析检测到一个 2.0 到 2.2kb 的 HSF1 转录物，该转录物在热休克前后以相似的水平表达。

通过小鼠睾丸的免疫组织化学分析，Akerfelt 等人（2010）发现 Hsf1 在精母细胞和圆形精子细胞的细胞核中高度特异性地表达。

▼ 基因结构

张等人（1998）确定小鼠 Hsf1 基因包含 13 个外显子。Bop1 基因的第一个外显子（ 610596 ）位于相反链上，正好位于 Hsf1 翻译起始位点的上游。功能分析表明，重叠区域作为两个基因转录的双向启动子。

▼ 测绘

Gross（2012）基于 HSF1 序列（GenBank BC014638 ）与基因组序列（GRCh37）的比对，将 HSF1 基因对应到染色体 8q24.3。

▼ 基因功能

Rabindran 等人使用重组人蛋白（1991）发现 HSF1 与热休克元件（HSE）特异性结合，并在果蝇胚胎无细胞转录系统中刺激 HSE 的转录。

在一个新的体外系统中，人类 HSF1 可以被非天然蛋白质、热和格尔德霉素激活，Zou 等人（1998）发现添加 Hsp90（ 140571 ）会抑制活化。Hsp90 水平的降低会显着激活 HSF1。含有 Hsp90 的 HSF1 复合物存在于未受压的细胞中，并在受压时解离。邹等人（1998）得出结论，Hsp90 本身和/或与多伴侣复合物相关，是 HSF1 的主要抑制因子。

在过度表达 Hsf1 组成型活性形式的转基因小鼠心脏的 ECG 中，Zou 等人（2003）发现缺血/再灌注损伤引起的 ST 段抬高恢复更快。与野生型小鼠相比，梗塞面积更小，心肌细胞死亡更少。蛋白激酶 B/Akt（见 AKT1；164730）被更强烈地激活，而 Jun N 末端激酶（见 JNK1；601158）和半胱天冬酶-3（CASP3 ；600636 ）在转基因心脏中的活性低于野生型心脏。邹等人（2003）得出结论，HSF1 至少部分通过激活 AKT 和失活 JNK 和 CASP3 来保护心肌细胞免于死亡。

热休克转录因子 HSF1 以非活性单体形式存在于无应激细胞中，并被热和其他应激刺激激活。HSF1 激活涉及三聚化和获得位点特异性 DNA 结合活性，该活性受与某些热休克蛋白相互作用的负调控。沙莫夫斯基等人（2006）表明，热休克激活 HSF1 是一个由含有翻译延伸因子 eEF1A（ 130590 ）和以前未知的非编码 RNA 的核糖核蛋白复合物介导的活跃过程，他们称之为热休克 RNA-1（HSR1; 610157））。HSR1 在人和啮齿动物细胞中组成型表达，其同源物在功能上是可互换的。HSR1 和 eEF1A 都是体外 HSF1 激活所必需的；反义寡核苷酸或针对 HSR1 的短干扰 RNA 损害了体内的热休克反应，使细胞对热敏感。沙莫夫斯基等人（2006）提出 HSR1 在热休克期间的核心作用意味着靶向这种 RNA 可以作为癌症、炎症和其他与 HSF1 失调相关的疾病的新治疗模型。

Reinke 等人使用 DNA 结合蛋白的差异显示来筛选在整个光/暗循环中收集的小鼠肝脏提取物（2008）发现 Hsf1 表现出高度的昼夜节律 DNA 结合活性。当动物变得行为活跃时，Hsf1 在黑暗阶段开始时驱动热休克蛋白的表达。此外，Hsf1 缺陷小鼠的自由奔跑期比野生型同窝小鼠更长。

韦斯特海德等人（2009）证明人类 HSF1 在一个关键残基（lysine-80, K80）处被诱导乙酰化，负调控 DNA 结合活性。去乙酰化酶和长寿因子 SIRT1（ 604479 ）的激活通过将 HSF1 维持在脱乙酰化的 DNA 结合能力状态来延长 HSF1 与热休克启动子 HSP70（ 140550 ）的结合。相反，SIRT1 的下调加速了热休克反应的减弱和 HSF1 从其同源启动子元件中的释放。韦斯特海德等人（2009）得出结论，他们的结果为 HSF1 调节寿命提供了机制基础，并确定了 SIRT1 在蛋白质稳态和热休克反应中的作用。

Akerfelt 等人在启动子微阵列（ChIP-chip）分析中使用染色质免疫沉淀（2010）发现 Hsf1 在小鼠睾丸中结合了 742 个推定的靶基因。Hsf1主要结合与转录和核酸结合相关的基因，并且与性染色体的多拷贝基因显示出显着的关联。ChIP 分析证实 Hsf1 与 Y 和 X 染色体上的多拷贝基因特异性结合。Hsf1 在抑制染色质环境中减数分裂前后均定位于性染色质。

库蒂斯等人（2012 年）证明中暑会引发秀丽隐杆线虫中普遍的坏死细胞死亡和神经变性。在温和升高的温度下对动物进行预处理可以强烈保护动物免受热引起的坏死。热休克转录因子 HSF1 和小热休克蛋白 HSP-16.1 通过预处理介导细胞保护。HSP-16.1 定位于高尔基体，在那里它与转运钙和镁的 ATPase PMR1（ 604384 ）一起发挥作用，以在中暑期间维持钙稳态。预处理还可以抑制各种损伤造成的细胞死亡，并保护哺乳动物神经元免受热细胞毒性。库蒂斯等人（2012）得出的结论是，他们的发现揭示了一种进化上保守的机制，可以抵御各种坏死刺激。在小鼠皮质神经元和纹状体细胞中，Kourtis 等人（2012）发现，与高尔基体标记物 α-甘露糖苷酶-II（ 154582 ）和 PMR1 ATP 酶共定位的晶状体蛋白 α-A（ 123580 ）的过度表达足以保护哺乳动物神经元免受中暑引起的死亡，即使在没有预处理。即使在预处理后，中暑也会导致表达针对 Pmr1 的短发夹 RNA 的神经元出现大量坏死性死亡和轴突变性。

通过综合化学遗传分析，Santagata 等人（2013）发现阻断癌细胞中蛋白质翻译的主要转录作用是 HSF1 的失活，HSF1 是热休克反应的多方面转录调节因子，以及许多其他对合成代谢、细胞增殖和肿瘤发生至关重要的细胞过程。这些分析将翻译通量与 HSF1 转录活性的调节和能量代谢的调节联系起来。用翻译起始抑制剂（如 rocaglates）靶向这种联系剥夺了癌细胞的能量和伴侣武器，并选择性地损害了具有早期致癌病变的恶性和癌前细胞的增殖。

贝尔德等人（2014 年）在秀丽隐杆线虫中设计了一种改良的 hsf1 菌株，可在不增强伴侣诱导的情况下增加抗压性和寿命。这种健康保证通过调节钙结合蛋白 pat10 发挥作用。pat10 的缺失导致肌节蛋白细胞骨架、抗压性和寿命的崩溃。此外，pat10 的过表达增加了肌节蛋白丝的稳定性、耐热性和寿命，这表明除了伴侣调节外，HSF1 在细胞骨架完整性方面具有重要作用，确保细胞在压力和衰老过程中的功能。为了测试保护，Baird 等人（2014）使用细胞松弛素 D 破坏了 HEK293T 细胞中的肌节蛋白细胞骨架，该细胞松弛素 D 阻止肌节蛋白单体添加到细丝中，或 latrunculin A，它结合肌节蛋白单体并阻止聚合。用任何一种药物抑制丝状肌节蛋白的形成都会显着降低人体细胞的耐热性，而不会在允许的温度下导致死亡。贝尔德等人（2014）得出结论，他们的发现重申了肌节蛋白细胞骨架在细胞应激期间的重要性。

▼ 动物模型

基督徒等（2000）证明来自 Hsf1 -/- 雌性的小鼠胚胎在合子期之后无法正常发育，尽管卵母细胞正常排卵和受精。野生型精子并没有使受精卵免于死亡，这表明缺乏该因子的雌性生殖失败是由“母体效应”突变引起的，并且来自母亲的 HSF1 通常控制受精后的早期发育。缺乏编码 HSF1 基因的雌性小鼠具有正常的卵巢和生殖道，这表明卵泡发生和卵子发生不需要 HSF1 表达，而果蝇 HSF 突变和其他影响哺乳动物生育能力的突变则相反。Hsf1 -/- 雌性的排卵卵在中期 2 中保持适当的停滞，直到受精，之后受精卵由 2 个原核和第二个极体形成。虽然Hsf1 -/- 雌性产生的突变胚胎可以启动早期发育，但它们在移植到Hsf1野生型小鼠的输卵管后不能存活，这表明Hsf1 -/- 不育的原因是内在的而不是外在的。Hsf1 突变合子能够表达热休克蛋白，表明合子转录活性可以在没有 HSF1 的情况下开始。超微结构分析表明，异常主要影响 2 细胞阶段无效雌性胚胎的细胞核。证明合子转录活性可以在没有 HSF1 的情况下开始。超微结构分析表明，异常主要影响 2 细胞阶段无效雌性胚胎的细胞核。证明合子转录活性可以在没有 HSF1 的情况下开始。超微结构分析表明，异常主要影响 2 细胞阶段无效雌性胚胎的细胞核。

秀丽隐杆线虫转录因子 hsf1 调节热休克反应并影响衰老。降低 hsf1 活性会加速组织老化并缩短寿命；许等人（2003）表明 hsf1 过表达延长了寿命。许等人（2003）发现 hsf1 与转录因子 daf16 一样，其人类同源物包括 FOXO1（ 136533 ）、FOXO3（ 602681 ）和 FOXO4（ 300033 ），是 daf2-胰岛素（ 176730 ）/Igf1 受体（ 147370 ）突变到延长寿命。许等人（2003）得出的结论是，这是因为 hsf1 和 daf16 共同激活了特定基因的表达，包括编码小热休克蛋白的基因，这反过来又促进了长寿。小的热休克蛋白还延缓了多聚谷氨酰胺膨胀蛋白聚集的发生，这表明这些蛋白将正常的衰老过程与这种与年龄相关的疾病结合起来。

斯蒂尔等人（2008）发现，与具有完整 Hsf1 基因的野生型小鼠相比，在接种朊病毒蛋白（ 176640 ）后，Hsf1 敲除小鼠的死亡速度明显更快。然而，Hsf1 敲除小鼠和野生型小鼠在接种后表现出相似的行为异常和病理变化发生时间。研究结果表明 HSF1 在朊病毒发病机制中具有保护作用，并确定它对疾病进展具有特异性，与疾病发作不同。

阿克费尔特等人（2010）发现 Hsf1 -/- 雄性小鼠表现出仅含有精原细胞的曲细精管区域，并增加了精子头部的形态异常。Hsf1 -/- 附睾在染色质包装和染色质包装蛋白的位置上显示出缺陷。

井上等人（2004）发现用绵羊红细胞免疫的 Hsf1 -/- 小鼠表现出 T 细胞依赖性 B 细胞反应显着降低，IgG，特别是 IgG2a 的产生减少，IgM 的产生正常。在受刺激的脾细胞和腹腔巨噬细胞中的 ELISA 和微阵列分析显示，与野生型细胞相比，Hsf1 -/- 细胞中的Il6（ 147620 ）和 Ccl5（ 187011 ）显着降低。ChIP 分析将 IL6 鉴定为 Hsf1 的直接靶标。井上等人（2004）得出结论，HSF1 在分子上与 IL6 相关，IL6 参与免疫和炎症。

▼ 命名法

Schuetz（1991）指出，尽管出于历史原因选择了 HSF1 和 HSF2（ 140581 ）名称，但这些肽应称为热休克转录因子。