低氧诱导因子

低氧诱导因子(Hypoxia—induciblefactor-1，HIF一1)HIF一1由HIF—la和HIF—lB两个亚基组成的异源二聚体，其中HIF—la是调节亚基。HIF—a的功能主要受氧张力的调节，且这种调节主要发生在转录后水平翻译（即翻译），包括羟基化，乙酰化和磷酸化.第一部分：转录一、a亚基和B亚基结构具有相似之处，都含有碱性螺旋一环一螺旋，bHLH)／PAS蛋白结构，属于bHLH／PAS超家族。结构分析证明，bHLH和PAS结构域是形成HIF-1异源二聚体所必需的部位，HIF-1与DNA的结合（即转录）就是由此区域介导。二、HIF-laHIF—a由826个氨基酸组成，包含一段氧依赖降解区域(oxygendependentdegradationdomain，ODDD)，参与氧调节的HIF—la稳定性调节。HIF—a的C末端一侧有两个反转录区，N]N—TAD和C—TADJ。研究发现，CTAD可以和协同作用因子flWCBP／p300相互作用，从而激活基因的转录.三、HIF．2aHIF-2a在HIF—la发现后不久也被克隆出含有870个氨基酸。与HIF—la有48％的氨基酸序列同源，因此在结构和生物化学特性上有许多相似之处，比如HIF一2ct也可以和HIF1B形成异源二聚体，并结合于低氧反应元件.四、HIF-3aHIF一3a继HIF—la、HIF一2a以后发现，它也可与HIF—lB形成二聚体，并结合于HRE。另外，HIF一3a存在一个剪接变异体，被称为IPAS(inhibitoryPAS)，主要表达于小脑的浦肯野细胞和角膜上皮中。IPAS不具有内源性转录活性，但是，它也可以和HIF—let氨基末端区域作用，从而阻止其DNA结合，发挥HIF—let负性调控子的作用.五、HIF-1BHIF一1B又称芳香烃受体核转运蛋白ARNT)，由bHLH、PAS和TAD三个结构域组成。其中介导二聚体形成的bHLH区域，结合HIF—la而形成完整的DNA连接区域一PAS结构域，共同参与二聚体功能的构成；TAD是转录调控结构域。第二部分，翻译HIF-1功能调节（因为HIF-1B是结构性亚基，不论低氧或是常氧，它的mRNA和蛋白表达水平都保持在一个恒定水平)HIF-la稳定性以及复合体的转录激活的精细调控主要由一系列翻译后修饰来调控，这些修饰包括羟基化、蛋白泛素化、乙酰化，以及磷酸化作用等。HIF—la的翻译后修饰发生在多个区，在常氧状态下，氧依赖降解区两个脯氨酸残基羟基化和一个赖氨酸残基乙酰化可以促进HIF-1与pVHL泛素E3连接酶复合体识别并相互作用，使其被26S蛋白酶体降解。另外，C—TAD区一个天冬酰胺羟基化会抑制HIF-1与CBP／p300的协同作用，从而抑制其转录活性。以下详细阐述机制。一、脯氨酰羟化酶羟化脯氨酸残基常氧时，胞浆内合成的HIF-la位于ODDD的第402位脯氨酸(Pro402)和第564位脯氨酸(Pro564)在脯氨酰羟化酶结构域(prolylhydroxylasedomain，PHD)作用下快速地被羟基化，同时可作为蛋白泛素化的信号Il。发生羟基化的两个脯氨酸残基在HIF一2a和HIF-3a蛋白中也是保守的，当这两个脯氨酸残基都发生突变时,会阻碍HIF-1a与pVHL间相互作用，从而增加HIF-la在常氧下的稳定性；当这两个脯氨酸中的其中之一个发生突变时，只能起到部分稳定HIF-1a的作用。二、pVHL介导的蛋白泛素化VHL基因编码的是全长213氨基酸和N末端缺失(氨基酸54位．213位)的两种蛋白质，由于这两种蛋白功能相似，共同称为pVHL(productofvonHippel-lindaudisease，pVHL)。pVHL作为一种肿瘤抑制物。pVHL和elonginC，elonginB，culin-2以及Rbxl共同组成VCB．Cul2E3连接酶复合体引。一旦HIF．1a的两个脯氨酸残基被羟化，即可被pVHL捕获，这种结合非常特异。HIF．1与这个复合体结合后会发生蛋白泛素化，最终被蛋白酶体降解。当细胞缺少野生型pVHL时，HIF．1a和HIF．2a在常氧下稳定并有活性，从而导致其下游低氧诱导基因产物过表达J。因此，当pVHL发生突变时，诱发肿瘤的一种可能的机制是使得HIF．1a稳定和具有活性，进而引起细胞在没有低氧的情况下，其下游基因编码并表达许多促血管新生的基因产物。三、ARD1介导的赖氨酸乙酰化HIF．1a分子的ODDD结构域内第532位赖氨酸残基(1ys532)可被一种称为arrest．defective．1(ARD1)的乙酰转移酶乙酰化。Lys532乙酰化有利于HIF．1a与pVHL的结合，从而使HIF．1a变得不稳定刚。当lys532突变为精氨酸可导致HIF．1a稳定性增加【29】。ARD1的乙酰基转移活性并不受氧浓度影响。但是，ARD1的mRNA和蛋白水平在低氧情况下均会减少，从而使HIF．1a在低氧时乙酰化较常氧时少【2引。四、FIH．1介导的天冬酰胺羟化HIF．1a翻译后修饰可以调节HIF．1a蛋白的稳定性。但是仅仅稳定性并不足以保证HIF．1的全部转录活性。调节HIF．1活性的第二个主要机制就是C．TAD和N．TAD激活区的修饰。这些激活区可以通过募集协同激活因子cBP／p3OO、SRC．1，以及TIF2等起作用【3州。在正常氧张力下，低氧诱导因子抑制因子(factorinhibitingHIF．1，FIH．1)能羟化HIF．1a分子C．TAD结构域内第803位天冬酰胺残基(Asn803)(HIF．2的Asn851)，从而阻断HIF．1a与cBP／p3OO的相互作用。低氧条件下，FIH．1的酶活性受到抑制，失去了对Asn803的羟化作用，HIF．1便募集并结合cBP／p3OO。Mahon等发现，FIH．1、HIF．1a和pVHL会形成一个三元络合物。最近，Lee等研究表明，FIH．1羟化Asn803的条件是HIF．1a必须与pVHL结合，而低氧时HIF．1a不能与pVHL结合。因此，在低氧条件下，FIH-1便失去了对Asn803羟化的功能。五。MAPK介导的磷酸化HIF．1a可被直接磷酸化，其中主要是丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)发挥作用。p42／44和p38MAPK抑制剂可以阻断HIF．1a介导的相关基因表达。HIF．1a／HIF．2a在低氧时的转录活性依赖于p42／44MAPK。磷酸化修饰可促进HIF．1a的转录，但不影响HIF．1a的稳定性。