シャペロンHsp70は、抗アポトーシスクライアントを安定化させるために、プロアポトーシスBimによって活性化されたBH3受容体である

The chaperone Hsp70 is a BH3 receptor activated by the pro-apoptotic Bim to stabilize anti-apoptotic clients.

• Zongwei Guo
• Ting Song
• Ziqian Wang
• Donghai Lin
• Keke Cao
• Peng Liu
• Yingang Feng
• Xiaodong Zhang
• Peiran Wang
• Zhichao Zhang

抄録

シャペロンheatshockprotein 70 (Hsp70)は、ストレス下でのタンパク質のミスフォールディングを回避するために重要であるが、細胞ストレスを緩衝する能力がアポトーシスを防ぐ多くの種類の癌においてもアップレギュレーションされている。これまでの研究では、Hsp70はBimやBaxなどのアポトーシスを起こすBcl-2ファミリータンパク質と相互作用することが示唆されています。しかし、この相互作用の決定的な証明は待たれており、その構造的基盤と分子機構についての知見は未だに得られていません。これまでの研究では、Bcl-2ファミリーに存在するBcl-2ホモロジー3（BH3）ドメインが受容体に関与してアポトーシスを刺激することが確認されていますが、今回、Hsp70が物理的にアポトーシスを刺激することを明らかにしました。今回、Hsp70がBH3ドメインを介してプロアポトーシスのマルチドメインやBH3のみのタンパク質と物理的に相互作用し、新規なBH3受容体として機能することを、in vitro蛍光偏光（FP）、等温滴定熱量測定（ITC）、細胞を用いた免疫沈降（co-IP）実験、1H-15N横方向緩和最適化分光法（TROSY-HSQC）を用いて明らかにしました。さらに、トリプシンによるプロテオリシス、ATP 活性、変性ロハダネス凝集の測定から、BimBH3 は Hsp70 のヌクレオチド結合ドメイン（NBD）の新規アロステリック部位に結合し、Bim が正のコシャペロンとして ATP 活性とシャペロン機能を促進することが明らかになりました。Hsp70の抗アポトーシス機能は、Bimがアポトーシスを抑制するためにBimを抑制すると同時に、Bimの助けを借りてAKTやRaf-1などの発がん性クライアントを安定化させるという二重の役割を果たしていることが明らかになった。細胞運命制御におけるBimの2つの顔が明らかになり、確立されたアポトーシス活性化因子としての役割とは反対に、Bimは癌化タンパク質の折り畳みを助ける可能性があることが明らかになりました。

The chaperone heat shock protein 70 (Hsp70) is crucial for avoiding protein misfolding under stress, but is also upregulated in many kinds of cancers, where its ability to buffer cellular stress prevents apoptosis. Previous research has suggested Hsp70 interacts with pro-apoptotic Bcl-2 family proteins, including Bim and Bax. However, a definitive demonstration of this interaction awaits, and insights into the structural basis and molecular mechanism remain unclear. Earlier studies have identified a Bcl-2 homology 3 (BH3) domain present in Bcl-2 family members that engages receptors to stimulate apoptosis. We now show that Hsp70 physically interacts with pro-apoptotic multidomain and BH3-only proteins via a BH3 domain, thereby serving as a novel BH3 receptor, using in vitro fluorescent polarization (FP), isothermal titration calorimetry (ITC) and cell-based co-immunoprecipitation (co-IP) experiments, 1H-15N transverse relaxation optimized spectroscopy (TROSY-HSQC), trypsin proteolysis, ATPase activity and denatured rhodanese aggregation measurements further demonstrated that BimBH3 binds to a novel allosteric site in the nucleotide-binding domain (NBD) of Hsp70, by which Bim acts as a positive co-chaperone to promote the ATPase activity and chaperone functions. A dual role of Hsp70's anti-apoptotic function was revealed that when it keeps Bim in check to inhibit apoptosis, it simultaneously stabilizes oncogenic clients including AKT and Raf-1 with the aid of Bim. Two faces of Bim in cell fate regulation were revealed that in opposite to its well-established pro-apoptotic activator role, Bim could help the folding of oncogenic proteins.

Published under license by The American Society for Biochemistry and Molecular Biology, Inc.