Hypoxie-induzierter Faktor

Der Hypoxie-induzierter Faktor, kurz HIF, ist ein Transkriptionsfaktorkomplex, der die Versorgung der Zelle mit Sauerstoff reguliert, indem er eine Balance zwischen Sauerstoffbedarf und Sauerstoffversorgung herstellt. Das kodierende Gen (Gen-Name: HIF1A) ist auf dem Gen 14: 61.23 – 61.28 lokalisiert. Das Protein HIF besteht aus einer labilen alpha-Untereinheit, die beim Menschen (und der Maus) in drei Isoformen, HIF-1 -3alpha existiert, und einer beta-Untereinheit.

Entsteht ein O2-Mangel in einer Zelle, so  antworten die Zellen auf diesen Zustand durch die Aktivierung ausgewählter Gene unter Kontrolle des Transkriptionsfaktorkomplexes  „Hypoxie induzierbarer Faktor-1“ HIF-1. Eine Untereinhaut von HIF (HIF-1alpha) ist pO2-sensibel.

HIF-1alpha wird ständig synthetisiert, wird jedoch bei hohem oder normalem pO2 der Zelle innerhalb weniger Minuten über das Hippel-Lindau-Tumor-Suppressor-Protein wieder abgebaut.  Bei einem hypoxämischen Zustand hingegen wird HIF-1alpha stabilisiert, reichert sich an und kann in den Kern translozieren. HIF aktiviert das Erythropoetin-Gen (Erythropoetin-Bildung)  und eine Reihe weiterer Gene.

Die Regulation von HIF-1 erfolgt durch posttranslationale Hydroxylierung seiner alpha-Untereinheit, wodurch sowohl die Menge als auch die Aktivität von HIF-1 durch die Sauerstoffkonzentration in der Zelle kontrolliert werden. Die für diese Modifikation verantwortlichen Enzyme, Prolyl- und Asparaginyl-Hydroxylasen, dienen dabei als zelluläre Sauerstoffsensoren.

HIF-1 spielt eine  zentrale Rolle nicht nur für die physiologische Reaktion der Zellen auf Hypoxie, sondern auch für die Pathophysiologie von ischämischem Gewebes sowie für das Tumormikromilieu. Die bisher eindeutig identifizierten HIF-1 Zielgene lassen sich in zwei Gruppen einordnen:

• Gene, deren Produkte über eine Steigerung des anaeroben Glukoseabbaus ATP bereitstellen
• Gene, deren Produkte die Gewebeoxygenierung durch gesteigerte Gefäßbildung, Gefäßweitstellung oder über eine Steigerung der Erythropoiese, verbessern. Weiterhin wird angenommen, dass eine HIF-induzierte Expression von VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor) und GLUT-1 (Glukose Transporter Typ 1) eintritt.

Eine Überexpression von HIF spielt bei der hereditären Leiomyomatose eine Rolle.

1. Jaakkola P et al. (2001) Targeting of HIF-alpha to the von Hippel-Lindau ubiquitylation complex by O2-regulated prolyl hydroxylation. Science 292: 468–472.
2. Koivunen P et al. (2006) The Length of Peptide Substrates Has a Marked Effect on Hydroxylation by the Hypoxia-inducible Factor Prolyl 4- Hydroxylases. J Biol Chem 281: 28712–28720.
3. Lando D et al. (2002) Asparagine hydroxylation of the HIF transactivation domain a hypoxic switch. Science 295: 858– 861.
4.  Mahon P C et al. (2001) FIH- 1: a novel protein that interacts with HIF-1alpha and VHL to mediate repression of HIF-1 transcriptional activity. Genes Dev 15: 2675–2686.
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