Взаимодействие HIF1α с белками теплового шока HSP90 и HSP70 в коре головного мозга при гипоксии

  • Юлия Игоревна Кирова Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт общей патологии и патофизиологии», 125315, г. Москва, Россия, ул. Балтийская, д. 8 http://orcid.org/0000-0002-2436-3661
  • Элита Леонидовна Германова Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт общей патологии и патофизиологии», 125315, г. Москва, Россия, ул. Балтийская, д. 8 http://orcid.org/0000-0003-1191-8477
Ключевые слова: гипобарическая гипоксия; белки теплового шока (HSP90, HSP70); фактор транскрипции HIF1; кора головного мозга; крысы с генетически детерминированными различиями в толерантности к гипоксии

Аннотация

Цель исследования: изучить динамику экспрессии HIF1α, HSP90 и HSP70 в коре головного мозга (КГМ) крыс с генетически детерминированными различиями в толерантности к дефициту кислорода при воздействиях гипобарической гипоксии разной тяжести, продолжительности и кратности. Методика. Работа выполнена на самцах белых беспородных крыс, типированных по чувствительности к острой гипобарической гипоксии, моделируемой в барокамере (3% O₂; 190 мм рт.ст.; 11,5 тыс. м). Гипобарическую гипоксию (ГБГ) разной тяжести моделировали в барокамере проточного типа. Давление в камере соответствовало «высотам»: 3000 м (14% O₂, 526 мм рт.ст.), 5000 м (10% O₂, 380 мм рт.ст.), 7000 м (8% O₂, 290 мм рт.ст.). Продолжительность экспозиции при однократном воздействии варьировала от 15 мин до 4 ч (15, 30, 45, 60 мин; 2, 4 ч), при курсовом применении ГБГ (ежедневные сеансы, 20 сут.) — 60 мин. С помощью вестерн-блоттинга определяли содержание HSP90 и HSP70 в цитоплазматическом экстракте, а HIF1α — в ядерном экстракте КГМ. Результаты. Впервые показано, что уровень базовой экспрессии HIF1α и HSP90 в условиях нормоксии выше в КГМ неустойчивых к гипоксии крыс в сравнении с устойчивыми, что указывает на высокую значимость HIF1α-HSP90-зависимых механизмов в поддержании кислородного гомеостаза КГМ низкорезистентных к гипоксии крыс в условиях физиологической нормы. Полученные данные впервые демонстрируют, что в условиях гипоксии разной тяжести и продолжительности сопряженно меняется паттерн срочной экспрессии HSP90 и HIF1α в КГМ — от индукции в условиях гипоксии слабой (14% O₂, 526 мм рт. ст.) и средней тяжести (10% O₂, 380 мм рт. ст.) до супрессии в условиях тяжелой гипоксии (8% O₂, 290 мм рт. ст.). При курсовом применении неповреждающей гипоксии (10% O₂/14% O₂, 60 мин, 20 сут.) прогрессирующее увеличение содержания HIF1α в КГМ сопровождается подавлением экспрессии HSP90 и HSP70, что свидетельствует о возможной отрицательной регуляции со стороны HIF1. Данные исследования динамики экспрессии HIF1α, HSP90 и HSP70 при однократном и многократном применении неповреждающей гипоксии позволяют заключить, что для индукции HIF1α-HSP90-зависимых механизмов адаптации необходимо применять короткие курсы (3—8 сут.) часовых гипоксических воздействий средней тяжести. Тяжелая гипоксия при многократном применении вызывает устойчивое подавление экспрессии HSP90, HSP70 и HIF1α в КГМ и срыв HIF1α-HSP90-зависимых механизмов адаптации к дефициту кислорода. Заключение. Применение разных режимов гипобарической гипоксии представляет собой потенциальный подход модуляции стабильности комплекса HIF1α-HSP90 и эффективности HIF1-зависимых механизмов адаптации к дефициту кислорода.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Литература

1. Semenza G.L. Regulation of oxygen homeostasis by hypoxia-inducible factor 1. Physiology. 2009; 24: 97-106.
2. Zhao R., Houry W.A. Hsp90: a chaperone for protein folding and gene regulation. Biochem. Cell Biol. 2005; 83: 703–10.
3. Zhou J., Schmid T., Frank R., Brune B. PI3K/Akt is required for heat shock proteins to protect hypoxia-inducible factor 1{alpha} from pVHL-independent degradation. J Biol Chem. 2004; 279: 13506–13.
4. Liu Y.V., Baek J.H., Zhang H., Diez R., Cole R.N., Semenza G.L. RACK1 competes with HSP90 for binding to HIF-1α and is required for O2-independent and HSP90 inhibitor-induced degradation of HIF-1α. Mol. Cell. 2007; 25(2): 207-17.
5. Beck R., Dejeans N., Glorieux C., Pedrosa R.C., Vásquez D., Valderrama J.A. et al. Molecular chaperone Hsp90 as a target for oxidant-based anticancer therapies. Curr Med Chem. 2011; 18(18): 2816-25.
6. Малышев И.Ю. Гипоксия и репрограммирование иммунного ответа при развитии опухоли: центральная роль макрофагов. Патогенез. 2011; 3: 44-5.
7. Muller P., Ruckova E., Halada P., Coates P.J., Hrstka R., Lane D.P. et al. C-terminal phosphorylation of Hsp70 and Hsp90 regulates alternate binding to co-chaperones CHIP and HOP to determine cellular protein folding/degradation balances. Oncogene. 2012; 32: 3101-10.
8. Shih Y., Chun-Hung L. S-Glutathionylation promotes HSP90 degradation under oxidative stress. The FASEB. 2015; 29(1). Supplement 717.6.
9. Лукьянова Л.Д., Германова Э.Л., Копаладзе Р.А. Закономерности формирования резистентности организма при разных режимах гипоксического прекондиционирования: роль гипоксического периода и реоксигенации. Бюл.экспер. биол. 2009; 147(4): 380-4.
10. Zhang X., Huang C.J., Nazarian R., Ritchie T., de Vellis J.S., Noble E.P. Isolation of nuclear protein from human brain. Bio Thechniques. 1997; 22(5): 848-50.
11. Shahbazian F.M., Jacobs M., Laitha A. Rates of protein synthesis in brain and other organs. Int J Dev Neurosci. 1987;5(1): 39-42.
12. Кирова Ю.И. Роль системы глутатиона в регуляции окислительно-восстановительного статуса коры головного мозга крыс при гипоксии. Патол. физиол. и эксп. терапия. 2014; 4: 40-47.
13. Шурыгина Л.В., Злищева Э.И., Кравцов А.А., Полищук Л.А., Абрамова Н.О. Влияние комената калия на антиоксидантную глутатионовую систему головного мозга стрессированных мышей. Патол. физиол. и эксп. терапия. 2016; 60(2): 20-23.
14. Cummins E.P., Berra E., Comerford K.M., Ginouves A., Fitzgerald K.T., Seeballuck F. et al. Prolyl hydroxylase-1 negatively regulates IκB kinase-β, giving insight into hypoxia-induced NFκB activity. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006; 103: 18154–59.
15. Prodromou C. Mechanisms of Hsp90 regulation. Biochem. J. 2016; 473: 2439–52.
16. Gorlach A., Bonello S. The cross-talk between NF-κB and HIF-1: further evidence for a significant liaison. Biochem. J. 2008; 412: e17–9.
17. Ammirante M., Rosati A., Gentilella A., Festa M., Petrella A., Marzullo L. et al. The activity of hsp90 alpha promoter is regulated by NF-kappa B transcription factors. Oncogen. 2008; 27(8): 1175-8.
18. Lukyanova L.D., Kirova Yu.I. Mitochondria-controlled signaling mechanisms of brain protection in hypoxia. Frontiers in Neuroscience. 2015; 9: 1-15.
19. Kirova Yu.I., Lukyanova L.D. Regulatory role of the glutathione system in coupled redox processes of brain adaptation to hypoxia. In: Y. Kawai, A.R. Hargens, P.K. Singal. Adaptation Biology and Medicine. Current Trends. Narosa Publishing House Pvt. Ltd., New Delhi, India. 2017; 8: 221-40.
20. Kundrat L., Lynne R. Identification of residues on Hsp70 and Hsp90 ubiquitinated by the co-chaperone CHIP. J Mol Biol. 2010; 395(3): 587–94.
21. Shi H. Hypoxia inducible factor 1 as a therapeutic target in ischemic stroke. Curr Med Chem. 2009; 16(34): 4593-600.
22. Taylor D.M., Tradewell M.L., Minotti S., Durham H.D. Characterizing the role of Hsp90 in production of heat shock proteins in motor neurons reveals a suppressive effect of wild-type Hsf1. Cell Stress & Chaperones. 2007; 12(2): 151–62.
23. Gogate S.S., Fujita N., Skubutyte R., Shapiro I.M., Risbud M.V. TonEBP and HIF coordinate Hsp70 expression in hypoxic nucleus pulposus cells: role of Hsp70 in HIF-1α degradation. J Bone Miner Res. 2012; 27(5): 1106–17.
Опубликован
2018-10-05
Как цитировать
Кирова Ю. И., Германова Э. Л. Взаимодействие HIF1α с белками теплового шока HSP90 и HSP70 в коре головного мозга при гипоксии // Патологическая физиология и экспериментальная терапия. 2018. Т. 62. № 3. С. 4–11.
Раздел
Оригинальные исследования