Górnośląskie Centrum Obliczeń Naukowych i Inżynierskich

Czynnik HSF1 (Heat Shock Factor 1) jest podstawowym czynnikiem transkrypcyjnym aktywowanym w odpowiedzi na stres komórkowy, podczas gdy HSF2 jest aktywny w trakcie rozwoju i zróżnicowania komórek, również w czasie spermatogenezy. Mimo, że oba czynniki są niezbędne dla prawidłowego przebiegu spermatogenezy (podwójny knockout genowy u myszy skutkuje zablokowaniem procesu), aktywacja HSF1 przez szok termiczny inicjuje apoptozę komórek spermatogenicznych prowadząc do bezpłodności mężczyzn. Apoptoza wywołana stresem umożliwia usunięcie komórek potencjalnie uszkodzonych, zmniejsza więc ryzyko przekazania uszkodzeń następnym pokoleniom. Mechanizm indukcji takiej apoptozy nie jest jednak znany.

Celem badań było scharakteryzowanie mechanizmów towarzyszących apoptozie wywołanej podwyższeniem temperatury, a w szczególności oddziaływań pomiędzy HSF1 i HSF2 podczas odpowiedzi na stres termiczny. Przeprowadziliśmy immunoprecypitację chromatyny (ChIP) wykorzystując przeciwciała anty-HSF1 i anty-HSF2 oraz zbadaliśmy oddziaływania między HSF1 i HSF2 metodą PLA (proximity ligation assay). Poszukiwaliśmy wspólnych miejsc wiązania obu czynników transkrypcyjnych (zarówno w temperaturze fizjologicznej, która dla jąder wynosi około 32°C, jak i po podwyższeniu temperatury do 38°C lub 43°C) w spermatocytach, które są komórkami najbardziej wrażliwymi na uszkodzenia wywołane stresem. Fragmenty DNA uzyskane w reakcji ChIP zostały zsekwencjonowane (Illumina Genome Analyzer IIx), a uzyskane wyniki poddano analizie bioinformatycznej (sprawdzenie jakości odczytów, usuwanie duplikatów, mapowanie odczytów do mysiego genomu, ustalenie kryteriów minimalnego wzbogacenia wobec kontroli negatywnej, detekcja pików i ich annotacja oraz wizualizacja, określenie sekwencji zgodności dla HSF1 i HSF2, analiza GO genów wiążących oba czynniki). Uzyskaliśmy wiedzę na temat globalnego wiązania HSF1 i HSF2 do chromatyny. Wykazaliśmy, że w temperaturze fizjologicznej lub po łagodnej hipertermii w temperaturze 38°C wspólne wiązanie obu czynników zachodzi głównie w promotorach genów Hsp i innych genów związanych ze stresem. Hipertermia w temperaturze 43°C prowadzi do silniejszego wiązanie HSF1 i uwalniania HSF2; w tej temperaturze nie wykryto więc wspólnych miejsc wiązania obu czynników. Wykazaliśmy również za pomocą PLA, że HSF1 i HSF2 znajdują się w bliskiej odległości od siebie (lub tworzą kompleksy) w temperaturze fizjologicznej. Podniesienie temperatury spowodowało zmniejszenie liczby takich kompleksów, co było szczególnie widoczne po hipertermii w temperaturze 43°C. Z wykonanej analizy wynika, że HSF1 i HSF2 mogą współpracować ze sobą w komórkach spermatogenicznych w temperaturze fizjologicznej oraz w 38°C. Jednak podniesienie temperatury prowadzi do remodelowania chromatyny i interakcje między HSF1 i HSF2 są zakłócane. Potencjalnie może to wpływać na regulację odpowiedzi na stres i przyczyniać się do wrażliwości tych komórek.

Wyniki przeprowadzonych analiz zostały opublikowane w czasopiśmie The International Journal of Biochemistry & Cell Biology 57 (2014) 76–83, o współczynniku oddziaływania (IF) 4,24 (pięcioletni IF = 4,595).