低酸素誘導因子（HIF）転写標的遺伝子の調節における低酸素誘導因子（FIH）を阻害するアスパラギニルヒドロキシラーゼ因子の役割の遺伝分析[修正]

低酸素誘導性因子（HIF）は、低酸素に対する幅広い細胞応答を指示するヘテロ二量体転写因子です。最近の研究では、プロリルおよびアスパラギニルヒドロキシル化によりHIF-alphaサブユニットを修飾する2-オキソグルタル酸およびFe（II）依存性ジオキシゲナーゼのセットが定義されています。これらのプロセスは、HIF-alphaの安定性と転写活性の両方をダウンレギュレーションするデュアル制御システムを潜在的に提供します。原始生物と哺乳類細胞の両方における遺伝子分析は、HIFの調節におけるプロリルヒドロキシラーゼ経路の重要な役割を実証していますが、HIFアスパラギニルヒドロキシラーゼ経路と内因性HIF転写の発現を指示する際のその役割について類似した研究は行われていません。ターゲットはまだ明確に定義されていません。ここでは、小さな干渉RNAを介したFIH抑制とドキシサイクリン誘導系による過剰発現を制御した過剰発現を使用して、両方向におけるFIH発現の変化がHIF標的遺伝子の範囲の発現に相互作用することを示しています。これらの効果は、無酸素細胞ではなく正常酸素および重度の低酸素細胞で観察されました。重度の低酸素細胞におけるFIH活性の証拠は、プロリルヒドロキシラーゼphD2の結果と対照的であり、これらの酵素が生体内で異なる酸素依存性を示すことを示唆しており、PHD2は生物活性のためにより高いレベルの酸素を必要とします。我々の結果は、広範囲の酸素張力にわたってHIF依存性の標的遺伝子を調節する際のFIHの重要な生理学的役割を示しており、FIHの阻害が重度の低酸素症でさえHIF標的遺伝子発現を増強する可能性があることを示しています。

Hypoxia-inducible factor (HIF) is a heterodimeric transcription factor that directs a broad range of cellular responses to hypoxia. Recent studies have defined a set of 2-oxoglutarate and Fe(II)-dependent dioxygenases that modify HIF-alpha subunits by prolyl and asparaginyl hydroxylation. These processes potentially provide a dual system of control, down-regulating both HIF-alpha stability and transcriptional activity. Although genetic analyses in both primitive organisms and mammalian cells have demonstrated a critical role for the prolyl hydroxylase pathway in the regulation of HIF, analogous studies have not been performed on the HIF asparaginyl hydroxylase pathway, and its role in directing the expression of endogenous HIF transcriptional targets has not yet been clearly defined. Here we demonstrate, using small interfering RNA-mediated FIH suppression and controlled overexpression by a doxycycline-inducible system, that alterations in FIH expression in both directions have reciprocal effects on the expression of a range of HIF target genes. These effects were observed in normoxic and severely hypoxic cells but not anoxic cells. Evidence for FIH activity in severely hypoxic cells contrasted with results for the prolyl hydroxylase PHD2, suggesting that these enzymes display different oxygen dependence in vivo, with PHD2 requiring higher levels of oxygen for biological activity. Our results demonstrate an important physiological role for FIH in regulating HIF-dependent target genes over a wide range of oxygen tensions and indicate that inhibition of FIH has the potential to augment HIF target gene expression even in severe hypoxia.