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热休克转录因子4(heat shock transcription factor4,HSF4)的突变可以导致人的绕核型白内障,从而开辟了白内障机制研究的另一条新的通路。我们构建了hsf4-/-小鼠,表型为晶体的质地易碎,透明性下降,微观结构主要表现为纤维结构的疏松松散。我们进一步分析了这种表型的机制,从不同角度研究HSF4对晶体发育的调节机制。晶体的机构蛋白γ-crystallins,特别是γS-crystallin,可能是HSF4调节晶体成熟发育的主要机制之一。γS-crystallin是在成熟晶体蛋白当中最大的部分,它可能直接受HSF4的调节,从而影响晶体次级纤维的成熟。不管是芯片的数据,还是RT-PCR的分析,γS-crystallin在hsf4-/-小鼠晶体都有明显的下调。我们利用了人的晶体上皮细胞系SRA01/04作为研究模型,通过细胞生物学的实验方法,得出HSF4b可以直接作用在γS-crystallin的启动子的热休克调控元件HSE上,进而调节mRNA的转录。这样的结论也在与另一白内障小鼠rncat的杂交当中得到加强,hsf4-/-可以加快rncat白内障表型的出现,加重白内障的程度。另外中间纤维在晶体特异的珠状连接蛋白(beaded filament structural proteins,BFSPs)也可能是HSF4直接调节的基因。我们用细胞生物学的方法,同样证明了HSF4b可以直接结合在BFSPs的启动子区域的HSE上,直接调控基因的表达。同时,我们发现了αA-crystallin的特定翻译后的剪切修饰也随着hsf4的敲除而减少或消失,同时验证也与这种剪切密切相关的水解酶Lp82和calpain2也在hsf4-/-小鼠晶体中下调,这也可能是HSF4调节晶体长期发育的一条通路。
HSF4是否也对老年性白内障有些作用?我们选择了150例上海地区的单发单纯性白内障进行了测序分析,发现了5个突变可能有一定的贡献。这当中还有一个改变氨基酸的位点p.Gln61Arg,另有两个无意突变和二个内含子突变,这些突变都发生在DNA结合区域,可能对HSF4对DNA结合有一定的关系。尽管,这种突变不一定能引起致病性的结果,但是却可能在一定程度上增加老年性白内障的发病率。
综合上面,HSF4对晶体发育的调节非常重要,可能在不同时期对一些晶体发育关键因素起到综合的调节作用,可能是从一下四个方面发挥作用:1)下调了晶体结构蛋白γ-crystallins,特别是γS-crystallin;2)下调了珠状连接蛋白bfsp1和bfsp2;3)使一些晶体特殊的水解酶系统的紊乱,导致维持晶体结构的剪切消失;4)一些DNA结合区域的罕见突变可能长期改变HSF4的功能,一定程度上增大老年性白内障的发病率。