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.2011年1月；12(1):63-70.
doi:10.1038/embor.2010.170。 Epub 2010年11月26日。

低氧诱导转录因子途径调节最简单动物粘液旋毛虫的氧感应

克里斯托弗·洛纳兹 1, 马修·科尔曼, 安娜·博莱宁格, 伯恩德·席尔沃特, 彼得·W·H·霍兰德, 彼得·拉特克利夫, 克里斯托弗·斯科菲尔德
附属公司

低氧诱导转录因子途径调节最简单动物粘液旋毛虫的氧感应

克里斯托夫·洛纳兹等。 EMBO代表. 2011年1月.

摘要

人的低氧反应是由低氧诱导转录因子（HIF）介导的，脯氨酰羟化酶（PHD）是其氧敏感成分。HIF系统的进化起源以前还不清楚。我们在最简单的动物——粘液旋毛虫中证明了一个功能性HIF系统：粘液旋毛虫中的HIF靶点包括糖酵解酶和代谢酶，这表明HIF在基础多细胞动物适应波动的氧气水平中发挥作用。T.adhaerens PHDs的表征和跨物种互补分析揭示了一种保守的氧传感机制。跨基因分析使HIF系统成分的相对重要性合理化，并暗示HIF系统可能存在于所有动物中，但在这个王国中是独特的。

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数字

图1
图1
低氧调节丝盘虫基因。(A类)的域结构阿达伦锥虫bHLH PAS蛋白；序列56360（Srivastava等人，2008）对应于可能的taHIFα同源物。星号表示（预测的）基于同源建模的DNA相互作用残基（PDB 1AN4）。显示了已知和推测的HIFαODD序列；箭头表示已知和推测的脯氨酰羟基化位点。(B类)RT-qPCR分析附着T缺氧时显示折叠调节（2%O2)相对于正常氧（归一化为β-肌动蛋白;n个=3; ±标准误差。；*P（P）<0.05). (C类)缺氧程度的增加增加了塔尔多和taPDK公司（归一化为β-肌动蛋白;n个=3; ±标准误差。；*P（P）<0.05). (D类)RNA干扰的RT-qPCR分析taPHD公司在里面阿达伦锥虫.鉴于taPHD公司水平降低，低氧诱导基因的表达(taPDK公司和塔尔多)增加（归一化为β-肌动蛋白;n个=3; ±标准误差。；*P（P）<0.05).阿尔多果糖二磷酸醛缩酶；bHLH，基本螺旋-环-螺旋；CDO公司半胱氨酸双加氧酶；缺氧诱导转录因子1α；集成电路设备胰岛素降解酶；ODD，氧依赖性降解域；保时捷德国（PDK）丙酮酸脱氢酶激酶；PGK公司，磷酸甘油酸激酶；PLOD公司前胶原赖氨酸羟化酶；RNA干扰；RT-qPCR、逆转录定量PCR；taHIFα，丝盘虫缺氧诱导型转录因子-α；塔菲，丝盘虫脯氨酰羟化酶。
图2
图2
丝盘虫PHD具有保守的底物结合特征，并作为taHIFα脯氨酰羟化酶活性。(A类)PHD2/taPHD的MYND指与常规MYND-指序列的比较。请注意，PHD中的一个半胱氨酸被组氨酸取代（用星号表示；GenBank条目：dmNERVY，45445680；MTG8，4757916；dmDEAF1，7293736）。(B类)人PHD2/3与taPHD的序列比较；对应于移动区域的序列被装箱。二级结构：α-螺旋，绿色圆柱体；β链，绿色箭头。(C类)taHIFα（绿色）与taPHD结合的同调模型（灰色；使用PDB 3HQR）。请注意，taPHD中保留了一个活动环（红色），并通过静电（Arg 148/Asp 150）和疏水相互作用（Leu 138/Ile 147）“锚定”到活性位点。(D类)质谱分析显示taPHD催化了taHIFαODD的羟基化（16-Da质量位移）。taPHD与Fe（II）共纯化，其活性受抗坏血酸刺激。(E类)对齐阿达伦锥虫和人类HIFαODD结构域。CODD，C端子ODD；NODD，N端ODD；ODD，氧依赖性降解域；2OG，2-氧戊二酸；脯氨酰羟化酶；taHIFα，阿达伦锥虫低氧诱导转录因子-α；塔菲，阿达伦锥虫脯氨酰羟化酶。
图3
图3
阿达伦锥虫脯氨酰羟化酶和脯氨酸羟化酶2在低氧反应中具有保守的功能。(A类)FRET分析显示人与阿达伦锥虫HIFα肽与VHL复合物的结合依赖于脯氨酰反式-4-羟基化（两次重复）。(B类)taPHD催化HIF1αNODD、CODD和taHIFαODD等摩尔混合物的羟基化（培养过夜后观察到NODD羟基化）。(C类)如非变性电喷雾质谱所示，用等摩尔Fe（II）和2OG（质量：146 Da）孵育taPHD可在无底物的情况下形成稳定的络合物（半衰期>24 h；注意缺乏琥珀酸盐形成）。(D类)taHIFα的羟基化18O（运行）2收益18O公司。(E类)taHIFα剪接变异体的结构域分析。(F类)逆转录-定量PCR分析低氧对塔希夫α剪接变体水平(n个=3; ±标准误差。；*P（P）<0.05). 有关拼接位置，请参见在线补充图S4。(G公司)血凝素标记人PHD2转染人293T细胞的免疫印迹2−426,秀丽线虫EGL9型2−723和阿达伦锥虫taPHD，表明所有酶都会导致缺氧时内源性HIF1α水平的降低。(H（H）)人类293T细胞的免疫印迹显示，在没有PHD2的情况下，taPHD足以抑制内源性HIF1α水平。转染有或没有血凝素标记的细胞附着TtaPHD+控制或PHD2级小干扰RNA。CODD，C端子ODD；FRET，荧光共振能量转移；HA、血凝素；缺氧诱导转录因子-α；NODD，N-末端氧依赖降解结构域；2OG，2-酮戊二酸盐；PHD，脯氨酰羟化酶；小干扰RNA；塔菲，阿达伦锥虫脯氨酰羟化酶；VHL，von Hippel-Lindau蛋白。
图4
图4
低氧诱导转录因子系统的进化分析。(A类)后生动物HIF系统基因产物的系统发育域分析（不按比例）。椭圆代表基因组复制；可能没有显示假基因；未着色的区域表示没有异构体分配；灰色区域反映了不完全测序基因组所必需的预测。Profile HMM用于搜索更遥远的同源物。在一些保存的基因组中，感兴趣的蛋白质域被注释为内含子（可能部分是由于它们的低序列保守性），需要考虑所有可能的基因组翻译，进行基因重新注释和剖面HMM搜索。HIFα子域序列和缩写见在线补充表S2和S3。(B类)人类相对位置的比较高强度聚焦α和博士基因（不按比例），预测它们在祖先脊索动物基因组中的相对位置，以及阿达伦锥虫基因定位（注意，基础动物几乎不含同源异型盒基因）。在人类基因组中，高强度聚焦α和博士基因映射到四个相关的染色体区域，接近同源盒基因六1/2,SIX3/6系列,SIX4/5型,前置器,MEIS公司和OTX公司基因家族。bHLH，基本螺旋-环-螺旋；CAD，C末端转录激活域；CODD，C末端氧依赖降解域；FIH，抑制HIF的因子；缺氧诱导转录因子；隐马尔可夫模型；NODD，N端ODD；PAS、Per–Arnt–Sim；脯氨酰羟化酶；VHL，von Hippel-Lindau蛋白。
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中的注释

  • 动物氧感应的进化起源。
    Rytkönen KT，Storz JF。 Rytkönen KT等人。 EMBO代表，2011年1月；12(1):3-4. doi:10.1038/embor.2010.192。Epub 2010年11月26日。 2011年EMBO代表。 PMID：21109778 免费PMC文章。

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