プロテオスタシスの守護者である HSF1 は、プロテアソーム機能不全時に HSF2 の転写を制御する

The proteostasis guardian HSF1 directs the transcription of its paralog and interactor HSF2 during proteasome dysfunction.

• Silvia Santopolo
• Anna Riccio
• Antonio Rossi
• M Gabriella Santoro

抄録

タンパク質の恒常性は真核生物の生命維持に不可欠である。生物は、熱ショック転写因子（HSF）を活性化させることで、タンパク質毒性ストレスに応答し、細胞保護、長寿、発生に重要な役割を果たしています。ヒトの6つのHSFのうち、HSF1はストレス誘発転写応答を調節するプロテオスタシスガーディアンとして機能し、HSF2は発生、特に脳と生殖器官において重要な役割を果たしている。HSF1は安定なタンパク質であるが、HSF2は不安定なタンパク質であり、その発現は組織によって異なるが、HSF2の発現を制御するメカニズムはまだよくわかっていない。ここでは、プロテアソーム阻害剤である抗がん剤ボルテゾミブ（Velcade）が、臨床的に適切な濃度で、異なる種類のがんにおいて HSF1 の活性化を介して、de novo HSF2 mRNA 転写を誘発することを明らかにした。次世代プロテアソーム阻害薬である ixazomib と carfilzomib でも同様の結果が得られており、HSF2 発現の誘導はプロテアソーム機能障害に対する一般的な反応であることが示された。HSF2-プロモーターの解析、電気泳動モビリティシフトアッセイ、およびクロマチン免疫沈降の研究から、HSF2-プロモーターの転写開始部位の上流1.397bpに位置するヒートショックエレメントにHSF1がリクルートされていることが予想外に明らかになった。さらに重要なことは、プロテアソーム機能不全時にHSF1がHSF2遺伝子の転写に重要な役割を果たしていることを発見したことであり、同じファミリーのメンバーの発現制御に関与する転写因子の興味深い例を示している。さらに、ボルテゾミブによって誘導された HSF2 は核内に局在し、HSF1 と相互作用し、ボルテゾミブを介した癌細胞の遊走制御に関与していることが明らかになった。これらの結果は、HSF2の発現制御に光を当て、HSF1/HSF2の新規な相互作用を明らかにし、これらの基本的な転写因子の薬理学的調節の進展につながる可能性があることを示している。

Protein homeostasis is essential for life in eukaryotes. Organisms respond to proteotoxic stress by activating heat shock transcription factors (HSFs), which play important roles in cytoprotection, longevity and development. Of six human HSFs, HSF1 acts as a proteostasis guardian regulating stress-induced transcriptional responses, whereas HSF2 has a critical role in development, in particular of brain and reproductive organs. Unlike HSF1, that is a stable protein constitutively expressed, HSF2 is a labile protein and its expression varies in different tissues; however, the mechanisms regulating HSF2 expression remain poorly understood. Herein we demonstrate that the proteasome inhibitor anticancer drug bortezomib (Velcade), at clinically relevant concentrations, triggers de novo HSF2 mRNA transcription in different types of cancers via HSF1 activation. Similar results were obtained with next-generation proteasome inhibitors ixazomib and carfilzomib, indicating that induction of HSF2 expression is a general response to proteasome dysfunction. HSF2-promoter analysis, electrophoretic mobility shift assays, and chromatin immunoprecipitation studies unexpectedly revealed that HSF1 is recruited to a heat shock element located at 1.397 bp upstream from the transcription start site in the HSF2-promoter. More importantly, we found that HSF1 is critical for HSF2 gene transcription during proteasome dysfunction, representing an interesting example of transcription factor involved in controlling the expression of members of the same family. Moreover, bortezomib-induced HSF2 was found to localize in the nucleus, interact with HSF1, and participate in bortezomib-mediated control of cancer cell migration. The results shed light on HSF2-expression regulation, revealing a novel level of HSF1/HSF2 interplay that may lead to advances in pharmacological modulation of these fundamental transcription factors.