Molecular mechanism of the regulation of the mammalian heat shock transcription factor Hsf1
哺乳动物热休克转录因子Hsf1调控的分子机制
基本信息
- 批准号:468811147
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- 依托单位:
- 依托单位国家:德国
- 项目类别:Research Grants
- 财政年份:
- 资助国家:德国
- 起止时间:
- 项目状态:未结题
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项目摘要
The heat shock response is a universal, cell-autonomous transcriptional program. It is induced by an imbalance of protein homeostasis and orchestrated in all eukaryotic cells by heat shock transcription factor Hsf1. Through this function Hsf1 is in metazoa at center stage of many physiological and pathophysiological processes like post-embryonic development and aging, cancer and neurodegeneration. The activity of Hsf1 is controlled by intrinsic stress-induced conformational changes, by a large number of post-translational modifications, and by molecular chaperones and other interacting proteins. Hsf1 exerts its function by releasing RNA polymerase II that is paused at the transcription start site in heat shock genes. Despite over 40 years of intense research, the mechanism of Hsf1 activity regulation at a molecular level remains poorly understood. Metazoan Hsf1 consists of a DNA binding domain, leucine zipper-like heptad-repeat regions A and B (HR-A/B) functioning as trimerization domain, a regulatory domain, a third heptad repeat region (HR-C), repressing trimerization, and a transactivation domain. In a previously DFG funded project we demonstrated that Hsf1 is a thermosensor, the response of which is proportional to the severity and the length of the heat stress. Using purified proteins, we demonstrated that trimeric Hsf1 is dissociated from DNA in vitro by Hsc70 and DnaJB1 by monomerization of Hsf1. Hsc70 monomerizes Hsf1 trimers by successive cycles of entropic pulling, unzipping the three-stranded leucine-zipper.In this project we have four aims. (1) We want to gain insights into the structure of monomeric, dimeric and oligomeric Hsf1 using x-ray crystallography and cryo-electron microscopy. (2) We want to develop Hsf1 activity sensors based on bioluminescence resonance energy transfer (BRET). Such sensors could be used for screening for drugs that inhibit Hsf1 activation or Hsc70-mediated Hsf1 inactivation. (3) We want to analyse the modulation of the core Hsf1 activation-attenuation cycle by posttranslational modifications in the trimerization domain and adjacent to the Hsc70 binding site that is essential for Hsf1 monomerization. (4) We want to study the interaction of the reported Hsf1 activator and inhibitor HSBP1 and SSBP1 with Hsf1 by biochemical assays and hydrogen exchange mass spectrometry to get a molecular understanding of their activity. With aims (3) and (4) we want to elucidate how the core activation-attenuation cycle of Hsf1 activity integrates multiple input signals and is tuned to the needs of the cell.
热休克反应是一种普遍的、细胞自主的转录程序。它是由蛋白质稳态失衡引起的,并在所有真核细胞中由热休克转录因子Hsf1介导。通过这一功能,Hsf1在后生动物中处于许多生理和病理生理过程的中心阶段,如胚胎后发育和衰老、癌症和神经变性。Hsf1的活性受内在应激诱导的构象改变、大量的翻译后修饰以及分子伴侣和其他相互作用蛋白的控制。Hsf1通过释放暂停在热休克基因转录起始位点的RNA聚合酶II来发挥其功能。尽管经过40多年的深入研究,在分子水平上调控Hsf1活性的机制仍然知之甚少。后生动物Hsf1由一个DNA结合域、作为三聚体结构域的亮氨酸拉链样七肽重复区a和B (HR-A/B)、一个调控结构域、一个抑制三聚体的第三七肽重复区(HR-C)和一个转激活结构域组成。在之前DFG资助的项目中,我们证明了Hsf1是一种热传感器,其响应与热应力的严重程度和长度成正比。使用纯化的蛋白,我们证明了三聚体Hsf1在体外通过Hsf1的单体化被Hsc70和DnaJB1与DNA分离。Hsc70通过连续的熵拉循环使Hsf1三聚体单体化,解开三链亮氨酸拉链。在这个项目中,我们有四个目标。(1)我们希望利用x射线晶体学和低温电子显微镜来了解Hsf1的单体、二聚体和低聚体的结构。(2)研制基于生物发光共振能量转移(BRET)的Hsf1活性传感器。这种传感器可用于筛选抑制Hsf1激活或hsc70介导的Hsf1失活的药物。(3)我们希望通过翻译后修饰在三聚结构域和毗邻Hsf1单体化所必需的Hsc70结合位点上对核心Hsf1激活-衰减周期的调节进行分析。(4)我们希望通过生化分析和氢交换质谱分析来研究已报道的Hsf1激活剂和抑制剂HSBP1和SSBP1与Hsf1的相互作用,以了解它们的分子活性。在目标(3)和(4)中,我们想要阐明Hsf1活性的核心激活-衰减周期如何整合多个输入信号并调整到细胞的需要。
项目成果
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