休克基因

　　5　HSF的调节生物体调节HSF，主要通过控制HSF的活性，而非其生物合成及细胞内稳定性。因此，HSF的各种调节因素，无论来自体内还是体外，其作用机制及效应都以改变HSF活性为中心。
　　4.3　促进转录对Kluyveromyces lactis等较低等的真核生物而言，HSF与HSE的结合过程与HSF促进转录过程是耦联的；两者结合后， 随HSF上活化区域的暴露，即可促进热休克基因的转录。但高等真核生物的情况就比较复杂，虽然通常两者也能耦联，但在一定的条件下，HSF与HSE结合并不能促进热休克基因的转录［11］，即两者是两个相互独立而非耦合的过程。这一现象说明在高等真核生物体 内，对HSF的DNA结合功能和转录促进功能的调节各有其机制；通常情况下两者互相协调，但在一定的条件下，可将两者分开。与HSF活化紧密相关的还有HSF的定 位及HSF的磷酸化［12］等过程。
　　4.2　三聚体与HSE的结合HSF单体基本上不能结合HSE，只有形成三聚体后，两者的亲和性才大大增强。HSF与HSE亲和力的大小不仅与 HSE内的“－nGAAn－”数目有关，HSF三聚体之间的协作也能极大地促进两者的结合。在热休克基因转录起点 上游数百bp处，往往有多个拷贝的HSE；实验证实，HSF与2个紧邻HSE的亲和力比与单个HSE的亲和力高出近2千倍 。
　　4.1　形成HSF三聚体无应激状态下，HSF以无活性的单体形式存在。当细胞处于应激状态时，细胞内环境发生变化，解除了 对HSF的活性抑制，促进HSF由单体向三聚体转换。HSF之间通过三聚区域结合，具体位点是三聚区域的3个七氨基酸重复序列。无应激时，这3个序列在HSF内部形成稳定的卷曲螺旋结构，以维持其单体状态；应激时，在不明机制作用下，卷曲螺旋结构打开，相邻 HSF的七氨基酸重复序列之间相互作用，形成分子间的卷曲螺旋，在此结构帮助下，每3个HSF单体结合在一起形成一个三聚体。
　　4　HSF活化过程多种内、外界刺激因素均可活化HSF，其中以热休克为最典型、最传统的活化方式。细胞受到高温刺激后，通过目前尚不完全了解的机制，促进HSF活化，HSF从无活性到有活性的这一活化过程现在知道得较为清楚，简述如下：
　　3.1.2　CE2CE2是位于HSFC-末端的一小段序列，也是HSF最为保守的序列之一，能够抑制HSF的转录促进功能。但 CE2仅见于酵母菌，高等生物缺乏这一结构。
　　高等真核生物的情况就比较复杂，其活化区域的确定就相对困难一些，可能位于C-末端的某些区域。 如hHSF1有2个独立的活化区域，位于靠C-端1/3处，受所谓中心调节区域（Central regulatory domain）的调节。该调节区域位于三聚区域与该活化区域之间，对热刺激信 号敏感［10］。
　　3.3　其它结构3.3.1　活化区域（Activator domain）除DNA结合区域与三聚区域外，促进热休克基因转录的活化区域也是HSF较重要的结构之一，但活化区域与上述两个结构区域不同，其物种间的同源性不高，位置也不很确定。通过遗传学方法可将KLHSF（Kluyveromyces lactis HSF）的C末端活化子 （Carboxy-terminal activator,CTA）定位于C末端的32个氨基酸残 基内；而ScHSF（Saccharomyces cerevisiaeHSF）的CTA则散在于180个氨 基酸残基内。N－末端活化子（N－termina lactivator,NTA）的 位置尚未确定。
　　以流体力学方法检测HSF三聚体所得结果表明，三聚体的空间结构比预期的紧密，因此，HSF三聚区域的空间结构并非如所想像的是一个简单的连续卷曲 螺旋（Coiled-coil），其构型可能与流感病毒血凝素的三聚区域相似：较长的七氨基酸重复序列内部相互作用，形成一个三链α-螺旋型卷曲螺旋（Triple-stranded α-helical coiled-coil），其外部由较短的七氨基酸 重复序列形成一个α-螺旋，以稳定其结构。
　　3.2　三聚区域当HSF活化时，相互间需通过三聚区域结合形成HSF三聚体。相对于DNA结合区域，三聚区域位于HSF的C－末端。三聚区域的特征性结构是3个疏水七氨基酸重复序 列（Hydrophobic heptad repeat array）。这3个序列由数目不等的 七氨基酸重复（Heptad repeat）构成。第一个序列较长， 有5～6个七氨基酸重复；第二和第三个序列较短，且基本上重叠在一起，前后只差一个氨基酸；第一个序列与后两个序列之间由QQQ基元（QQQmotif）隔开。（ 注：Q即谷氨酰胺残基）每个七氨基酸重复的第一和第四个疏水氨基酸残基是螺旋型卷曲螺旋结构（Helical coiled-coil structure）所特有的，可用于形成亮氨酸拉链（Leucine zipper）［9］。但具有亮氨酸拉链的蛋白通常形成同二聚体或异二 聚体，像HSF这样形成三聚体的非常少见。
　　许多物理学与遗传学证据都表明，DNA结合区域螺旋－转角－螺旋结构上的第3个螺旋（H3）起识别HSE上 “－nGAAn－”结构的作用。H3通过其极性及阳性氨基酸残基在溶液中形成一个典型的双岐性螺旋（Amphipathic helix），与DNA通过离子键相互作用，但具体的机制尚不清楚。
　　DNA通过主沟与HSF结合，具体结合位点就是DNA上的 HSE。HSF能识别HSE上特异性的“－nGAAn－”结构，HSF单体与“－nGAAn－”结构以1:1的比例结合。HSE上“－nGAAn－ ”结构的数目对HSF与HSE亲和性有很大的影响。一个完整的HSE结构上通常有3个“－nGAAn－”结构，而完整的 HSF也是以三聚体的形式与HSE结合，这样的结合具有最大的亲和力。若HSE上只有2个“－nGAAn－”结构，两者的亲和力只能达到中等水平。
　　HSF的DNA结合区域与DNA结合的部位起始于H1的N端后数个氨基酸处。终止位置对不同的HSF并不一致，但多数认为终止位置位于β4末端之后的16个氨基酸处。这16个氨基酸的功能一方面是通过与疏水核心的相互作用在空间结构上封闭DNA结构区域的一个侧面；另一方面 是使HSF三聚体中各HSF单体的DNA结合区域相互协调，以获得对热休克元件（HSE）的高亲和力。
　　DNA结合区域通过螺旋－转角－螺旋结构形成了一个紧密的球形结构。但与其它DNA结合蛋白（如CAP）的DNA结合区域不同的是：HSF的DNA结合区域有一个α－螺旋凸起（α－helical bulge）；一个由脯氨酸诱导的扭结（Proline－induced kink），该扭结使H2发生明显扭曲；在H2和H3之间有一段5～7个氨基酸的间隔。对于非植物性来源的HSF，在β3和β4之间还有一个暴露的、易曲的可溶性环状结构。