谱绘细胞内的“冰与火之歌”：揭开HSF1调控热休克过程的神秘面纱热休克反应是生物体用来抵御

热休克反应是生物体用来抵御环境压力、维持生命活动中蛋白质稳态至关重要的机制。热休克会导致细胞内众多蛋白质结构和功能损伤，而此时，细胞会启动热休克应答快速表达热休克蛋白，这些热休克蛋白可阻止蛋白质错误折叠和聚集以响应升高的温度和其他压力触发的蛋白质稳态失衡。
在剧烈的应激引起的热休克反应期间，热休克转录因子HSF1经历了复杂的激活调控进而快速且广泛的调控热休克蛋白的转录，然而， HSF1精确且复杂的调控过程仍然是神秘未知的。
2022年3月7日，北京大学孙育杰课题组与北京安贞医院心肺研究所邵世鹏博士合作，在NatureCellBiology杂志上在线发表题为“ReversiblephaseseparationofHSF1isrequiredforanacutetranscriptionalresponseduringheatshock”的文章。研究团队综合使用超分辨显微成像、体外重构和多组学等技术，建立了一个精细调节HSF1相分离的模型，揭示了转录因子HSF1相分离在细胞快速应答热激压力下的作用机制，完善了热休克中HSPs基因表达调控的模型。

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前奏：热休克驱动细胞内
HSF1应激颗粒的形成
生理条件下， HSF1与热休克蛋白以复合物形式存在，此时的HSF1并不具备驱动转录的活性。细胞受到热刺激后，热休克会诱导HSF1在细胞核内形成应激颗粒/小体（nuclearstressbody ， nSB），它们通常被视为热休克反应的指标。
然而，研究表明，在哺乳动物细胞中的HSF1nSB与HSP基因并不共定位[1] 。相反， HSF1会驱动一类长的非编码RNA（卫星III转录本）的转录，这同时阻隔了转录机器，进而诱导全局转录抑制[2] 。此外，啮齿动物细胞在热休克反应中HSF1并不形成nSB ，但仍然可以激活HSP的表达响应热休克[3] 。
这些都表明广泛研究的HSF1nSB不太可能是热休克期间发生的HSP基因剧烈转录激活的主要驱动因素。因此在nSB对HSP基因转录抑制情况存在的情况下， HSF1如何快速激活HSP的转录亟待研究。
主歌：小凝聚体的形成
为了探究HSF1在细胞核内的分布，作者利用随机光学重建显微镜（STORM）技术量化了HSF1分子的空间分布。
结果表明，在热休克条件下， HSF1分子在细胞核中同时形成nSB和具有相分离特性的小凝聚体（直径， ~300nm），不同于与HSP基因无重叠的nSB ， HSF1小凝聚体常与HSP基因位点共定位。
更进一步，基于热休克期间HSF1的翻译后修饰（PTM）调控其转录活性的报道，作者通过构建一系列突变体和体外磷酸化HSF1 ，阐明了特定位点的PTM驱动HSF1相分离。
副歌：HSF1液-液相分离
促进热休克蛋白转录
为了进一步探究HSF1相分离对转录调控的影响，作者使用双色超分辨成像发现HSF1招募转录机器共相分离，形成转录活跃中心。同时，使用Cut&Tag和高通量测序研究了HSF1液-液相分离对其靶向染色质的影响，绘制了不同条件下HSF1的全基因组结合图谱。最后， RNA测序与qPCR实验结果共同支持HSF1的相分离在激活分子伴侣基因表达中的关键作用。 HSF1不仅在急性应激期间诱导分子伴侣表达，还在病理状态下广泛调节其他基因的表达，例如肿瘤和神经退行性疾病[4] 。
有趣的是，作者发现肿瘤中激活状态的HSF1不能发生相分离。而热激过程中处于相分离状态的HSF1不能激活肿瘤中HSF1的靶基因，表明细胞在急性应激和慢性过程中通过不同的机制激活靶基因的表达。

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HSF1可诱导和可逆相分离调控热休克过程中HSP基因转录|参考文献[5]