蛋白質(zhì)構(gòu)象病教學提綱

1、蛋白質(zhì)構(gòu)象病一、蛋白質(zhì)構(gòu)象病概念 若蛋白質(zhì)的折疊發(fā)生錯誤，盡管其若蛋白質(zhì)的折疊發(fā)生錯誤，盡管其一級結(jié)一級結(jié)構(gòu)不變構(gòu)不變，但蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生改變，仍可，但蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴重時可導致疾病發(fā)生。影響其功能，嚴重時可導致疾病發(fā)生。 蛋白質(zhì)構(gòu)象病的機理：蛋白質(zhì)構(gòu)象病的機理：有些蛋白質(zhì)錯誤折有些蛋白質(zhì)錯誤折疊后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀疊后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉樣纖維沉淀，產(chǎn)生毒性而致病，表現(xiàn)為粉樣纖維沉淀，產(chǎn)生毒性而致病，表現(xiàn)為蛋白質(zhì)淀粉樣纖維沉淀的病理改變。蛋白質(zhì)淀粉樣纖維沉淀的病理改變。構(gòu)象病的種類 1、由朊蛋白構(gòu)象變化所引起的疾病:致死家族性失眠癥、瘋牛病

2、、綿羊瘙癢病 2、淀粉樣蛋白等相關(guān)的神經(jīng)退行性疾病：阿爾茨海默病、前額顳癡呆綜合征、肌肉萎縮外側(cè)硬化癥、帕金森病 3、抑絲酶家族構(gòu)象異常所引起的疾?。哼z傳性血管水腫、家族型早期發(fā)作癡呆腦病瘋牛病瘋牛病瘋牛病是由朊病毒蛋白瘋牛病是由朊病毒蛋白(prion protein, PrP)引起的一組人和動物神經(jīng)退行性病變。引起的一組人和動物神經(jīng)退行性病變。正常的正常的PrP富含富含-螺旋，稱為螺旋，稱為PrPc。PrPc在在某種未知蛋白質(zhì)的作用下可轉(zhuǎn)變成全為某種未知蛋白質(zhì)的作用下可轉(zhuǎn)變成全為-折疊的折疊的PrPsc，從而致病。，從而致病。PrPc-螺旋螺旋PrPsc-折疊折疊正常正常瘋牛病瘋牛病二、研究

3、構(gòu)象病的意義 蛋白質(zhì)折疊所固有的問題是會發(fā)生錯誤，其結(jié)果常常是發(fā)生蛋白質(zhì)聚集，在一些條件下，聚集的蛋白可形成淀粉樣沉淀，淀粉樣蛋白沉積的研究成為構(gòu)象病研究的重點 蛋白質(zhì)折疊問題的本質(zhì)是生命信息流動從DNA-RNA-多肽鏈-到功能蛋白的最后一個環(huán)節(jié)，解決了蛋白質(zhì)折疊問題，將會對生物工程大規(guī)模生產(chǎn)有各種用途的蛋白質(zhì)以及揭示構(gòu)象病機理、設(shè)計構(gòu)象病防治策略作出貢獻 構(gòu)象病問題不僅在醫(yī)學上是一個發(fā)現(xiàn)，揭示了一種新的致病的機制。構(gòu)象病的提出更是在生物學基本概念的發(fā)展過程中，是分子生物學中心法則的發(fā)展中也是一個重要突破，突破了信息不能再蛋白質(zhì)之間傳遞的禁地三、帕金森病 帕金森病(Parkinsons dis

4、ease, PD)又名震顫麻痹(paralysis agitans)。 PD在60歲以上人群中患病率為1000/10萬，并隨年齡增長而增高，兩性分布差異不大 是一種常見的中老年人神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病 發(fā)病機制十分復雜，病因迄今未明病理之一 主要病理改變是中腦黑質(zhì)致密部DA能神經(jīng)元變性、缺失。出現(xiàn)癥狀時DA能神經(jīng)元常丟失50%以上，癥狀明顯時神經(jīng)元丟失嚴重，殘留者變性，黑色素減少 瑞典的Arvid Carlsson因發(fā)現(xiàn)DA（多巴胺）的信號轉(zhuǎn)導功能及其在控制運動中的作用，成為2000年諾貝爾醫(yī)學獎的三個得主之一。他的研究使人們認識到大腦特定部位DA缺乏可導致帕金森病，并推動了該病治療藥物的研制 腦內(nèi)

5、存在多條DA遞質(zhì)通路，最重要為黑質(zhì)-紋狀體通路。該通路DA神經(jīng)元在黑質(zhì)致密部，正常時自血流攝入左旋酪氨酸，經(jīng)細胞內(nèi)酪氨酸羥化酶（TH）轉(zhuǎn)化為左旋多巴（L-DOPA）。再經(jīng)過多巴脫羧酶（DDC）轉(zhuǎn)化為DA。DA通過黑質(zhì)-紋狀體束作用于殼核和尾狀核細胞黑質(zhì)中。 左旋酪氨酸（TH）L-DOPA（DDC）DA DA最后被MAO（單胺氧化酶）、COMT（兒茶酚-氧位-甲基轉(zhuǎn)移酶）分解成高香草酸（HVA） Synuclein蛋白最初是在電鱘魚的帶電器官中發(fā)現(xiàn)的，主要分布于神經(jīng)元突觸前末梢,尤其在腦內(nèi)新皮層、海馬、嗅球、紋狀體、背側(cè)丘腦、下丘腦、黑質(zhì)及小腦等部位的神經(jīng)元胞液中含量更加豐富。 目前研究表明,-

6、synuclein存在于帕金森病相關(guān)的纖維結(jié)構(gòu)中。-synuclein可促進神經(jīng)元的分化、多巴胺（DA）釋放的上調(diào)等過程,并具有分子伴侶樣活性的作用。 純化的-synuclein是一種耐熱含140個氨基酸、分子量為14kD可溶性非折疊構(gòu)象的酸性蛋白,其N末端2/3的序列可以形成一系列雙極性區(qū)域,其二級結(jié)構(gòu)在溶液中主要為無規(guī)則卷曲,但可轉(zhuǎn)換為-螺旋結(jié)構(gòu),并與大量含有酸性磷脂的膜結(jié)構(gòu)及蛋白結(jié)合,這將導致其天然構(gòu)象改變及蛋白本身部分發(fā)生折疊;最新研究也表明-synuclein 3個點突變基因A30P、A53T、E46K都位于與脂質(zhì)結(jié)合的氨基端,推測可能通過破壞-synuclein與DA神經(jīng)元脂質(zhì)的結(jié)

7、合而導致神經(jīng)細胞變性壞死。-synuclein的一種聚集方式 胞漿內(nèi)出現(xiàn)特征性嗜酸性包涵體-Lewy小體，-synuclein（-突觸核蛋白基因）是Lewy小體中重要成分病理之二 自然狀態(tài)下,-synuclein呈無序的未折疊結(jié)構(gòu)的單體,但在高濃度時,它可轉(zhuǎn)變?yōu)榈矸劾w維樣的-折疊結(jié)構(gòu),與單體不同,這類寡聚體中間構(gòu)象呈包含20-30個-synuclein分子的圓柱狀結(jié)構(gòu),隨后彼此聚合形成鏈條狀,最終轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的纖維狀結(jié)構(gòu)的多聚體,此中間構(gòu)象不易經(jīng)泛素蛋白酶體通路降解,并可與26S蛋白酶體上19S-CAP的S6亞基結(jié)合來抑制UPP活性,從而導致寡聚體在細胞內(nèi)大量聚集及Lewy小體的形成。Parki

8、n和UCH -L1蛋白構(gòu)象改變與PD的關(guān)系 大量實驗表明, Lewy中除-synuclein外,還含有如泛素、parkin、synphilin-1、UCH-L1、熱休克蛋白、26S蛋白酶體等多種蛋白質(zhì)。 它們介導協(xié)助-synuclein蛋白結(jié)構(gòu)正確形成并維持其天然構(gòu)象及調(diào)控-synuclein蛋白結(jié)構(gòu)積聚狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中發(fā)揮著重要作用。 Pael-R是一跨膜多肽,主要分布于黑質(zhì)致密部多巴胺神經(jīng)元內(nèi),當在細胞過度表達時, Pael-R變成非溶形式而不能折疊。未折疊的Pael-R可以引起蛋白應激而損傷細胞。轉(zhuǎn)染正常parkin蛋白的SH-SY5Y細胞能有效阻止錯誤折疊蛋白應激,轉(zhuǎn)染發(fā)生突變parki

9、n蛋白的細胞則失去了這種作用,導致細胞死亡?？梢? parkin蛋白可抑制錯誤折疊蛋白應激而保護細胞。其功能障礙時,錯誤折疊的Pael受體不能被泛素化降解,在細胞內(nèi)聚集,引起錯誤折疊蛋白應激而導致細胞死亡。 DAT是一跨膜神經(jīng)遞質(zhì)載體,位于多巴胺神經(jīng)元突觸處細胞膜的表面,負責迅速吸收、轉(zhuǎn)運多巴胺神經(jīng)遞質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn), parkin蛋白不但能通過增強細胞表面DAT的表達來增加對多巴胺的攝取,并能啟動UPP降解錯構(gòu)DAT可避免多巴胺神經(jīng)元的退行性變,證實DAT為parkin的新型底物,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形成正確寡聚化DTA才能發(fā)揮其功能。 parkin基因缺陷小鼠MES株中DAT表達明顯不足。 衣霉素(糖基化蛋

10、白抑制劑)能使DAT糖基化而錯誤折疊,當parkin基因突變后,錯誤折疊的DAT將不能有效泛素化降解。錯誤折疊的DAT能與正確折疊的DAT相互結(jié)合聚集,從而影響DAT在細胞膜表達及多巴胺的吸收及轉(zhuǎn)運。實驗顯示PD腦內(nèi)DAT功能顯著降低 synphilin-1是-synuclein的相互作用蛋白,在Lewy小體內(nèi)含量豐富,并能促進Lewy小體的形成。而parkin蛋白功能障礙時,單獨轉(zhuǎn)染-synuclein或synphilin-1均不能形成Lewy小體,推測三者在PD的發(fā)病過程中可能起協(xié)同作用。 UCHL-1基因編碼的泛素C-末端水解酶L1是腦內(nèi)含量最豐富的蛋白之一,占腦蛋白總量的2%,而在PD

11、患者的Lewy小體內(nèi)發(fā)現(xiàn)該蛋白在聚泛素化蛋白降解的過程中可以釋放并循環(huán)使用泛素化蛋白來保障胞內(nèi)整個降解過程的順利進行,可能是通過裂解循環(huán)泛素單體而間接地促進多聚體-synuclein的泛素化降解來減少細胞毒性作用。UCHL-1基因突變,不但使其蛋白喪失了功能,而且還可誘發(fā)常染色體顯性遺傳PD。 目前已知含量最豐富的分子伴侶糖調(diào)節(jié)蛋白是在觀察糖培養(yǎng)的雞胚胎成纖維細胞時發(fā)現(xiàn)的,屬熱休克蛋白家族成員,它們能利用ATP水解的能量去加速蛋白質(zhì)的折疊和阻止蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔的堆積,確保內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白質(zhì)正確折疊后輸送到高爾基體,而非正確折疊的蛋白質(zhì)回到細胞質(zhì)中經(jīng)泛素-蛋白水解系統(tǒng)降解。 蛋白水解系統(tǒng)由Ub, E

12、1, E2, E3及26S蛋白酶體等組成。該系統(tǒng)除了能夠清除結(jié)構(gòu)異常蛋白外,還能調(diào)節(jié)細胞的周期和凋亡。分子伴侶不僅能幫助新生肽鏈組裝成熟,還能與依賴ATP的蛋白水解酶一起,負責對細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)進行“質(zhì)量監(jiān)控”。 對PD動物模型研究證實, Hsp70的表達可以抑制-synuclein的錯誤折疊及多聚體的形成而減少不溶性大分子物質(zhì)在細胞內(nèi)的聚集;體外研究也發(fā)現(xiàn),Hsp70的過表達能阻止蛋白質(zhì)的錯義突變及重構(gòu)錯構(gòu)蛋白而減少細胞內(nèi)多聚體的形成來保護細胞免受其毒性作用,并與其它分子伴侶蛋白協(xié)助UPP促進聚集體的降解。 例如，小鼠中Hsp70與GRP78誘導表達水平的上調(diào)可有效地減緩或抑制帕金森病的發(fā)生四、構(gòu)象病的治療 對目前發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)構(gòu)象病的研究表明，雖然不同的構(gòu)象病的臨床和病理特征各異, 但其共同的病理特征表現(xiàn)在：病理性蛋白質(zhì)中折疊結(jié)構(gòu)的增加, 使分子聚集，最終導致對蛋白水解酶的抗性增大。 針對蛋白質(zhì)構(gòu)象病的特點, 近年來人們關(guān)注較多的是: 嘗試通過折疊形成阻斷肽、分子伴侶等方法,達到抑制或逆轉(zhuǎn)功能蛋白質(zhì)病理構(gòu)象形成, 從而對蛋白質(zhì)構(gòu)象病進行防治。折疊形成阻斷肽是一種相關(guān)構(gòu)象的類似物, 它與蛋白質(zhì)中發(fā)生構(gòu)象改變的核心部位部分同源, 可以穩(wěn)定靶構(gòu)象的生理結(jié)構(gòu)不向折疊結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。如: 針對阿爾茨海默病設(shè)計的 A微纖維形成抑制劑等已顯現(xiàn)出了良好的應用前景分子伴侶是一類可以