热休克反应抵消了生物化学和环境压力（包括温度升高）导致的蛋白质错误折叠和聚集的有害影响(1,2). 这种反应由普遍表达的热休克因子-1（HSF-1）调控，涉及编码细胞保护性热休克蛋白（HSPs）的一组特定基因的快速转录(1,2). 应激诱导的非天然蛋白质的出现使细胞内环境平衡失衡，由此引起的伴侣需求的改变被认为触发了热休克反应(1,2). 因为所有这些事件都发生在细胞水平上，所以热休克反应被认为是细胞自主的。事实上，组织培养中的分离细胞，单细胞生物(1,2)和多细胞生物中的单个细胞(三)当直接暴露于热时，所有这些都可以产生热冲击响应。
尽管热休克反应对细胞在应激下的生存至关重要，但大量热休克蛋白的积累可能对细胞的生长和分裂有害(2,4). 因此，尽管启动这种反应的细胞自主性可能对单细胞生物和孤立细胞有益，但多细胞生物中单个细胞热休克反应的不协调触发可能会干扰分化细胞和组织之间的复杂相互作用。
在秀丽隐杆线虫，一对热敏神经元，AFD，检测并响应环境温度(5,6). AFD及其突触后伙伴细胞AIY调节生物体的温度依赖性行为，是寻找生长和繁殖的最佳温度所必需的(6). 我们测试了这种热敏神经回路是否也调节体细胞的热休克反应。为此，我们暴露了野生型秀丽线虫或携带影响AFD或AIY神经元的功能缺失突变的动物()并分析了它们的热休克反应。选择的突变{gcy-23型,gcy-8型(7),税收-4,ttx-1型，以及ttx-3型[有关这些突变的详细信息，请参阅(8)]}由于野生型基因产物在其他组织中不表达，因此只会影响神经元功能gcy-8型和gcy-23型仅在AFD中表示(7). 野生型和突变型成年动物，在20°C的低种群密度下，在大量细菌的存在下生长(8)，暴露于温度瞬时升高（30℃或34℃持续15分钟）下，并测量其热休克反应，即编码主要热诱导细胞质的mRNA总量热休克蛋白70，C12C8.1(9)，热休克后2小时。影响AFD或AIY神经元的突变减少了热休克依赖性的热休克蛋白70两种温度下的（C12C8.1）mRNA(8) (表S1和)而突变，ocr-2型(10)，对动物的其他四个感觉神经元没有影响(8) (表S1).
AFD和AIY神经元在生物体热休克反应中的作用。(A类)影响AFD和AIY功能的基因示意图。AFD通过使用依赖于环鸟苷5′-单磷酸（cGMP）的TAX-4/TAX-2环核苷酸门控（CNG）通道检测温度。鸟苷酸环化酶，gcy-8型,gcy-18型，以及gcy-23型，的上游函数税收-4.ODX转录因子TTX-1调节gcy-8型表达，AIY功能由LIM同源盒基因指定，ttx公司-3.总计热休克蛋白70（C12C8.1）mRNA水平gcy-8型和ttx-3型热休克前和热休克后2小时与野生型动物相关的突变体(B类)30°C和(C类)34°C持续15分钟。总时间进程(D类)热休克蛋白70（C12C8.1）(E类)热休克蛋白70（F44E5.4），以及(F类)hsp16。热休克（34°C；15分钟）后2 mRNA积累gcy-8型和ttx-3型与野生型动物相关的突变体。通过定量逆转录聚合酶链式反应（RT-PCR）测量mRNA量，并将其标准化为最大野生型值。(G公司)野生型生存，gcy公司-8,ttx-3型，以及hsf-1型突变动物。误差条指示±SE[（B）和（C）]以及±SD[（D）和（E）]。热休克蛋白70（C12C8.1）启动子-GFP报告子在(H（H）)野生型(我)gcy-8型、和(J型)ttx-3型突变动物在热休克后2小时（34°C；15分钟）。（i） 咽、（ii）受精囊和（iii）肠细胞。比例尺=100μm。
减少热休克蛋白70（C12C8.1）丰度不仅仅是由于热休克反应开始的延迟(). 这个gcy-8型和ttx-3型突变体的热休克蛋白70（C12C8.1）mRNA在热休克后6小时内与野生型相比，在热休克4小时后出现一些mRNA积累。AFD或AIY神经元缺陷的突变体也减少了另一种细胞质的热休克依赖性积累热休克蛋白70，F44E5.4型(9)和小的热休克蛋白，热休克蛋白16.2，mRNA(11) ().
HSP基因在gcy-8型和ttx-3型变种可能使它们在热应激条件下的生存能力低于野生型动物。情况就是这样()：热敏突变体的耐热性下降与携带hsf-1型功能丧失等位基因(12) ()，尽管hsf-1型mRNA水平在gcy-8型和ttx-3型突变体(8) (图S3A)相对于野生型。
我们检测了诱导物的积累是否减少热休克蛋白70热感突变体中的mRNA反映了神经元组织中的选择性减少，或者对应于整个动物所有细胞中的表达减少。热休克促进热休克蛋白信使核糖核酸在大量野生型体细胞中的表达秀丽线虫通过监控热休克蛋白70（C12C8.1）启动子绿色荧光蛋白（GFP）报告子构建(13) (). 这个的表达式热休克蛋白70突变株中的报告者gcy-8型和ttx-3型热休克后2小时，所有体细胞中的基因都减少了()24小时后继续受损，尽管这些热敏突变体的体细胞本应经历与同等野生型细胞相同的热休克温度(8) (图S1和S2). 这些结果表明秀丽线虫不是细胞自主的。相反，AFD和AIY神经元似乎可以调节非神经元细胞中热休克基因表达的幅度和时间进程，从而影响生物体的耐热性。随后的实验在34°C下使用AFD特异性突变体进行gcy-8型这是热敏神经元回路中已知的最上游的成分。
为了控制非神经元细胞的热休克反应，AFD神经元必须调节细胞转录因子的活性。在真核生物中，热休克后HSP的表达依赖于HSF-1(2). 生物体的耐热性还需要FOXO转录因子DAF-16(14). 测试AFD依赖性需要哪种转录因子热休克蛋白70（C12C8.1）mRNA表达在热休克后，我们使用RNA干扰（RNAi）。耗尽hsf-1型信使核糖核酸，但不是daf-16型野生型mRNA秀丽线虫降低热休克蛋白70（C12C8.1）在整个生物体内的表达(). 耗尽hsf-1型然而，mRNA对已经减少的热休克蛋白70（C12C8.1）mRNAgcy-8型突变体(). 因此，AFD似乎通过HSF-1调节HSP表达，尽管我们不能排除存在平行转录机制。
HSF-1依赖性基因表达受损gcy-8型温度胁迫后的突变体。(A类)总计热休克蛋白70（C12C8.1）mRNA，热休克后2小时（34°C；15分钟），野生型和gcy-8型RNA干扰介导的基因敲除突变动物hsf-1型或daf-16型通过定量RT-PCR测量相对mRNA水平，并将其归一化为对照RNAi的野生型值。(B类)总计热休克蛋白70（C12C8.1）和cdr-1野生型和gcy-8型镉胁迫后的突变体(8). 相对mRNA水平通过定量RT-PCR和归一化野生型值确定。(C类)相对热休克蛋白70镉处理野生型动物和gcy-8型RNA干扰介导的突变体hsf-1型相对mRNA水平通过定量RT-PCR和归一化野生型和gcy-8型控制RNAi上的值。误差条指示±SE。
我们测试了HSF-1依赖性热休克诱导缺陷是否存在于gcy-8型突变体由伴侣蛋白的高组成性表达导致，伴侣蛋白对HSF-1活性或其他HSF-1抑制剂具有负向的自调节作用(2,14). 情况似乎并非如此：野生型和突变型动物都表达了相似数量的组成成分热休克蛋白70(热休克蛋白-1) (图S3B)，应力诱导hsp70[C12C8.1和F44E5.4(8) (表S1)],热休克蛋白90（达夫-21)、和daf-16型(图S3B). 要测试gcy-8型突变动物缺乏产生任何应激诱导转录反应的能力，我们将动物暴露于另一种应激，即过渡金属镉(15)，并分析了它们激活两个镉响应基因转录的能力：热休克蛋白70（C12C8.1）和cdr-1(15). 与热休克时观察到的情况相反热休克蛋白70和cdr-1野生型和gcy-8型突变动物()暴露3小时后。此外，对于野生型动物，镉依赖性诱导热休克蛋白70（C12C8.1）依赖于HSF-1gcy-8型突变体(). 因此，AFD神经元的缺陷不会损害应激依赖性HSF-1转录反应所需的分子机制。这个gcy-8型突变动物并不预先适应应激，而是选择性地受损其诱导HSF-1依赖性热休克基因表达的能力。鉴于AFD在感知环境温度方面的作用，这表明AFD信号是热休克依赖性基因表达所必需的。通过使用挥发性麻醉剂（VA）氟烷和异氟醚对野生型动物的神经元活动进行短暂可逆的抑制，并观察到伴随的抑制作用，进一步证实了这一点热休克蛋白70（C12C8.1）在体细胞中的表达(8) (图S4).
AFD神经元及其相关的热感觉电路秀丽线虫还调节趋热行为，将温度信息与调节生长和新陈代谢的环境信号相结合(6). 其中一个强有力的环境信号是达斡尔人信息素：当动物在食物中处于低种群密度时，低浓度的达斡尔信息素会促进持续生长；高浓度表示饥饿并改变新陈代谢(16). AFD突变体对dauer信息素的敏感性改变(16,17). 因此，dauer信息素也可能以AFD依赖的方式调节热休克反应，将机体应激反应与代谢结合起来。秀丽线虫低密度饲养的动物会启动热休克蛋白热休克后的mRNA(和). 然而，在热休克之前或期间，野生型动物暴露于高浓度的dauer信息素会降低热休克蛋白70（C12C8.1）mRNA诱导(). 因此秀丽线虫受代谢状态影响，在不支持持续生长和繁殖的条件下受到抑制。相比之下gcy-8型达斡尔费洛蒙突变动物产生了相反的效果，诱导了更多的热休克蛋白70（C12C8.1）mRNA在热休克后比在最佳生长条件下饲养的野生动物在热休克时通常看到的mRNA().
细胞热休克反应的AFD依赖性调节受代谢信号调节。(A类)相对热休克蛋白70野生型和gcy-8型在热休克恢复前10分钟和恢复后2小时内，在低种群密度下生长的突变动物或暴露于dauer信息素。注意半对数刻度。通过定量RT-PCR测定相对mRNA水平，并将其归一化为最大野生型值。误差条指示±SE。(B类)描述通过AFD依赖性温度信号和dauer信息素依赖性生长条件信号调节细胞热休克反应的模型。
dauer信息素对野生型和gcy-8型突变动物可以用一个模型来解释，在这个模型中，热休克反应通过两种输入在生物体水平上进行调节：依赖AFD的温度输入和响应生长条件的代谢信号(). 这些输入中的每一个都对另一个负向调节并抑制HSP的表达。在支持生长的条件下，野生型动物的生长依赖性抑制信号是激活的，温度升高会激活AFD，从而抑制抑制信号，从而诱导热休克反应。在存在阳性生长信号但在热休克期间无AFD信号的情况下（如gcy-8型突变体），生长输入不受抑制，热休克反应受到抑制。向野生型动物添加达斡尔氏信息素会抑制生长输入信号，从而通过AFD信号抑制细胞热休克反应。在缺乏AFD和生长信号的情况下gcy-8型突变体暴露于dauer信息素后，热休克反应不受抑制。
我们提出的调节热冲击响应的模型秀丽线虫表明细胞在存在AFD和生长信号的情况下诱导这种反应，就像野生型动物一样，但也像在培养中观察到的分离细胞那样，完全没有这些调节信号。因此，神经元控制可能允许秀丽线虫使单个细胞的应激反应与其不同组织和发育阶段的不同代谢需求相协调。事实上，神经信号已被证明调节细胞内环境的稳定秀丽线虫(18). 由于AFD神经元不会直接支配热休克基因诱导受到影响的任何下游组织，因此这种调节很可能是通过神经内分泌信号介导的。神经元回路对细胞自主热休克反应的覆盖秀丽线虫可能是其他后生动物的一种常见调节机制。事实上，在没有外界压力的情况下，大鼠HSF-1可以通过来自下丘脑-垂体-肾上腺轴的神经内分泌信号激活(19). 因此，调控网络的层级组织可能允许由异质细胞类型组成的组织在后生动物有机体中建立高度协调的应激反应。
