Regulation of heme oxygenase-1 by biliverdin reductase

胆绿素还原酶对血红素加氧酶-1 的调节

基本信息

  • 批准号:
    6777639
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 22.44万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2003
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2003-07-15 至 2007-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Heme oxygenase (HO) activity is vital to a host of biological functions including cellular defense mechanisms, neuronal activity, vascular tone and male reproduction. The enzyme system oxidatively cleaves the heme molecule to biliverdin and carbon monoxide, a signal molecule. Biliverdin is reduced to bilirubin, an antioxidant, by biliverdin reductase (BVR). We have identified 3 HO isozymes: HO-1 (HSP-32), HO-2 and HO-3. HO-1 is exquisitely sensitive to environmental agents that cause oxidative stress and activate MAP kinase signal transduction pathways (e.g. 02 free radicals) as well as carcinogenesis and viral infections (e.g. Herpes, HIV). HO-2 and HO-3 are constitutively expressed. We have previously shown that HO-1 levels rapidly increase in response to oxidative stress both at the transcript and protein levels. The levels, however, rapidly decline with removal of the stimulus. Recently we identified HO-1 as a phosphoprotein. This type of protein modification can be of significance to protein stability and activity. Also, we discovered BVR to be a serine/threonine kinase and an activator of protein kinase C (PKC). PKC is upstream of the MAP kinase signaling pathway. On the other hand, we found that heme degradation product, biliverdin, is an in vivo inhibitor of HO activity and, a most effective inhibitor of PKC. Collectively, these findings lead us to hypothesize that a mechanism for the regulation of HO-1 expression by environmental oxidative stress involves both the kinase and the reductase activities of BVR: As a kinase, it activates the PKC/MAP kinase signaling pathway; and, as a reductase, it circumvents inhibition of the signaling pathway by biliverdin. We further hypothesize that phosphorylation is required for HO-1 activity and/or stability; hence, control of biliverdin production. These hypotheses will be tested by: 1) investigating the significance of HO-1 phosphorylation to its activity; and, examining whether rapid turnover of the induced HO-1 reflects a difference in its phosphorylation state under normal and induced conditions; 2) determining whether HO-1 is a phosphorylation substrate for BVR and/or PKC; 3) analyzing the regulatory role of BVR on induction of HO-1 gene expression through activation of the MAP kinase pathway; and; 4) assessing the effect of biliverdin on MAP kinase pathway activation. H202 will be utilized as the generator of 02 radicals. COS cells transfected with adenoviral vectors of effectors or their mutated counterparts will be used as the experimental model.
描述(由申请人提供):血红素氧酶(HO)活性对于包括细胞防御机制,神经元活性,血管张力和男性繁殖的许多生物学功能至关重要。酶系统将血红素分子裂解至双核素和一氧化碳,一种信号分子。双脂蛋白通过双脂蛋白还原酶(BVR)还原为抗氧化剂胆红素。我们已经确定了3个HO同化:HO-1(HSP-32),HO-2和HO-3。 HO-1对引起氧化应激并激活MAP激酶信号转导途径(例如02自由基)以及癌变和病毒感染(例如疱疹,HIV)的环境剂非常敏感。 HO-2和HO-3由组成型表达。我们先前已经表明,在转录本和蛋白质水平上,HO-1水平对氧化应激的响应迅速增加。然而,通过去除刺激的水平迅速下降。最近,我们将HO-1鉴定为磷蛋白。这种类型的蛋白质修饰可能对蛋白质稳定性和活性具有重要意义。另外,我们发现BVR是丝氨酸/苏氨酸激酶和蛋白激酶C(PKC)的激活剂。 PKC是MAP激酶信号通路的上游。另一方面,我们发现血红素降解产物Biliverdin是HO活性的体内抑制剂,并且是PKC的最有效抑制剂。总的来说,这些发现使我们假设通过环境氧化应激调节HO-1表达的机制涉及BVR的激酶和还原酶活性:作为激酶,它激活了PKC/MAP激酶信号传导途径。并且,作为一个还原酶,它可以规避双甲脂蛋白对信号传导途径的抑制。我们进一步假设HO-1活性和/或稳定性需要磷酸化;因此,控制biliverdin生产。这些假设将通过:1)研究HO-1磷酸化对其活性的重要性;并且,检查诱导的HO-1的快速营业额是否反映了其在正常和诱导条件下其磷酸化状态的差异; 2)确定HO-1是否是BVR和/或PKC的磷酸化底物; 3)分析BVR通过激活MAP激酶途径的诱导HO-1基因表达的调节作用;和; 4)评估双列氏素对MAP激酶途径激活的影响。 H202将被用作02激进的发电机。用效应子的腺病毒载体或其突变对应物转染的COS细胞将用作实验模型。

项目成果

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