热休克转录因子4b(Hsf4b)对晶状体上皮细胞增生和分化的调控机制

Abstract: Mutation of Heat shock transcription factor 4 gene is closely associated with the human heritage autosomal chromosome cataracts. However，little is known about the roles of Hsf4b in lens development. With the in vitro cultured lens epithelial cells, we find that Hsf4b participates in the regulation of lens epithelial cell cycles , migration, epithelial-mesenchymal transition and the energy-senser AMPK's kinase activity by regulating the expression of Hsp25, αB-crystallin, P57kip2, and RhoGTpase family members of RhoA, Rac1 and CDC42 or other unknown proteins. Hsf4b can regulate the. Hsf4b' transcriptional activity and protein stability are regulated by growth factor FGF2. In this project we will : 1) build the in vitro culture system of lens epitheial cells with matrigel; 2) investigate the molecular mechanism of Hsf4b on the expression of p57kip2 and their roles in the regulation of lens epithelial cell proliferation; 3) The association between Hsf4b and FGF2 and their roles in regulation of lens epithelial cell proliferation, differentiation, EMT and migration; 4) the regulatory association between Hsf4 and AMPK in the regulation of the cell energy homeostasis. Taken together, our studying results will demonstrate that potential roles of Hsf4b in lens development.

Hsf4基因突变可诱发家族遗传性白内障，但Hsf4调控晶状体组织发育的机理仍然不清楚。我们研究发现：Hsf4b通过调控Hsp25、αB-晶体蛋白、细胞周期激酶抑制因子p57kip2、RhoA、Rac1、CDC42GTPase的表达，参与调控晶状体上皮细胞增生和纤维细胞分化；并参与调控细胞内能量调控分子AMPK的活性；Hsf4b的转录活性和蛋白质半衰期受生长因子FGF2 调控。该项目集中研究：①建立原代体外培养的小鼠和大鼠晶状体细胞模型；②Hsf4b调控P57kip2表达的分子机理及在晶状体上皮细胞增生中的作用；③Hsf4b在转导FGF2信号通路中的相互作用及在晶状体上皮细胞迁移和分化中的作用；④Hsf4b基因缺失诱导能量感应因子AMPK激活的分子机理。深入探讨Hsf4b在上述通路中的分子作用机理，为释疑Hsf4b基因突变诱导的遗传性白内障提供理论依据。

热休克转录因子4基因突变与家族常染色体显性和隐性白内障的发生关系密切，基因敲除HSF4导致小鼠新生期白内障，主要病理改变是前囊上皮细胞不正常增生，纤维组织空泡样变，细胞脱核延迟，非溶性蛋白质堆积和细胞凋亡。HSF4的转录活性如何参与调控晶状体细胞这些病理性改变的机制还不清楚。本项目研究发现，在晶状体上皮细胞内， HSF4的转录活性受FGF2调控， FGF2通过激活ERK1／2，上调HSF4蛋白磷酸化和类泛素化修饰水平和HSF4 的转录活性， 同时HSF4 作为一个新的FGF2下游，参与调控FGF2诱导的上皮细胞向纤维细胞形态的转化。应用丙氨酸突变分析发现磷酸化修饰HSF4／S299 位点可负调控HSF4的转录活性，磷酸化修饰HSF4/T472 位点则调控HSF4与细胞核膜通道蛋白Importin 1 beta 的结合，继而调控HSF4的核内转运。在晶状体上皮细胞内，我们发现HSF4可抑制H2O2， cisplatin等诱导的细胞凋亡。其抗凋亡活性主要依赖下游HSP25 和alphaB-crystallin 与Bax， cytochrome C的结合。 此外，我们还发现HSF4 能与HSF1作用，促使HSF1在蛋白酶体和溶酶体中的降解，调控上皮细胞内热休克蛋白种类的再分配和表达水平。总之，我们课题应用晶状体细胞系，揭示了HSF4转录活性的调控机制以及其对细胞内稳态的调控作用。结果预示HSF4参与发育晶状体细胞内稳态（抗凋亡）的调控。