內(nèi)質網(wǎng)中蛋白質折疊及質量控制來源于酵母菌和哺乳動物細胞系統(tǒng)的

1、內(nèi)質網(wǎng)中蛋白質折疊及質量控制:來源于酵母菌和哺乳動物細胞系統(tǒng)的啟發(fā)摘要:真菌的進化伴隨著胞內(nèi)通信和細胞分化,因此一系列復雜的分泌蛋白和膜蛋白需要合成,修飾及折疊。內(nèi)質網(wǎng)上有很多的專門的酶和輔助因子能夠催化分泌蛋白產(chǎn)生，同時還能外排有害蛋白。大多數(shù)人類的疾病都與蛋白質有關,蛋白的錯誤折疊會導致很多疾病,UPR和ERAD在修復蛋白折疊問題上發(fā)揮著巨大作用。真核生物中多達三分之一的蛋白質都與內(nèi)質網(wǎng)有關,內(nèi)質網(wǎng)能為蛋白質折疊提供一個安全域，有利于二硫鍵的形成和多重折疊蛋白質的富集。許多分泌蛋白都會以錯誤的方式折疊和修飾。然而，錯誤折疊的蛋白質以及蛋白質未折疊問題可以修復。要么通過內(nèi)質網(wǎng)增加自己修復錯誤

2、折疊蛋白的能力即UPR，或者使錯誤折疊蛋白被破壞即ERAD。1.內(nèi)質網(wǎng)中蛋白質折疊機制蛋白質折疊與多肽的主要結構信息和相關的胞內(nèi)網(wǎng)絡有一個復雜的相互作用。折疊起初在胞質核糖體開始,在蛋白質包裝進入內(nèi)質網(wǎng)出口時結束。隨著信號識別粒子識別信號序列,核糖體初始鏈復合物定位于“易位子”的胞質面。分泌蛋白進入內(nèi)質網(wǎng)后會遇到分子伴侶網(wǎng)絡系統(tǒng)。這些系統(tǒng)會涉及到：（1）與Hsp40 ,Hsp70及Hsp90分子伴侶的非共價結合，（2）基于凝集素的分子伴侶，如鈣聯(lián)接蛋白(CNX)和鈣網(wǎng)蛋白(CRT)（3）蛋白二硫化物異構酶(PDIs)。新合成的多肽進入內(nèi)質網(wǎng)后，內(nèi)質網(wǎng)內(nèi)的分子伴侶就會在時間和空間上被組織,新蛋白

3、的早期修飾涉及到寡糖核心(GlcNAC2Man9Glc3)轉移到Asn-X-Ser/Thr,糖基化可以提高蛋白質的溶解性,降低聚合,為CNX 和 CRT提供一個結合位點，便于PDI發(fā)揮作用，也能標記ERAD。在多糖被吸附后,末端葡萄糖就通過GlcI被移除。接著通過GlcII移除第二個葡萄糖。這樣就產(chǎn)生了能作用于CNX 和 CRT的高親和力配體 GlcNAC2Man9Glc1，膜蛋白CNX與易位子有關并結合底物。相反，CRT是可溶性蛋白并且主要與核糖體釋放的分泌蛋白相互作用。一旦結合，CNX/CRT就會使底物保存在內(nèi)質網(wǎng)，阻止聚合和降解同時通過招募PDI，ERp57利于折疊。通過Glc II產(chǎn)生

4、 GlcNAC2Man9去除最后一個葡萄糖就不能結合CNX/CRT，折疊后的底物就能離開內(nèi)質網(wǎng)。然而，通常幾乎所有暴露出疏水區(qū)域的內(nèi)底物都會轉運到BiP或者被UDP-Glc糖蛋白糖基轉移酶再次糖基化進入第二個CNX/CRT循環(huán)。圖一:哺乳動物內(nèi)質網(wǎng)中蛋白早期折疊及質量控制機制2.未折疊蛋白響應：圍繞內(nèi)質網(wǎng)蛋白折疊問題的探討通過UPR誘導,來源于內(nèi)質網(wǎng)錯誤折疊蛋白質聚集的壓力可以得到改善。UPR最初是由一個或三個不同的信號轉導途徑介導而開始的。共有的系統(tǒng)是IRE1，可以編碼單向膜蛋白。在酵母菌中通過拼接Hac1 mRNA翻譯抑制區(qū)域激活Hac1轉錄因子合成。一旦翻譯，Hac1就會結合到含有UPR

5、元素的啟動子上，大量的二次UPR定位被激活，但是所有導致轉錄的因素特性依然未知。在哺乳動物中，IRE1可以通過二個額外的UPR傳感器PERK和 ATF6加入應答過程。Ire1的下游靶位點是XBP1轉錄因子。和Hac1一樣，可以誘導修護內(nèi)質網(wǎng)的產(chǎn)物合成，但是，哺乳動物中對PERK 和 ATF6有更多地特異性要求，可以立即抑制新的蛋白的合成，進一步增加緩解壓力的因子的水平。在后期，這些傳感器可以啟動一個調(diào)往程序?？偟膩碚f，UPR可以減少內(nèi)質網(wǎng)中錯誤折疊蛋白的濃度和毒性。當UPR無法起作用時，內(nèi)質網(wǎng)中含有二硫鍵的錯誤折疊蛋白會抑制細胞生長。最初認為Ire1不能直接感應錯誤折疊蛋白的濃度水平因為Ire

6、1 和 BiP都能在細胞溶解物中沉淀。然而，酵母菌的Ire1的晶體結構能夠識別一個多肽結合位點，這與MHCI中發(fā)現(xiàn)的位點類似。這個位點的突變可以減少Ire1依賴性信號的轉導。但是人類IRE1這個區(qū)域的結構卻是崩潰的，使得多肽是否適合這個位點并不明顯。解決這個問題可以由酵母菌的Ire1會結合未折疊蛋白及BiP會阻止Ire1寡聚物的形成來解釋。當激活了的初期Ire1可以啟動UPR時，在哺乳動物中BiP可能會提供一個閥值,或決定UPR感應動力學。圖二:哺乳動物中UPR被多個信號轉導途徑激活過程3.內(nèi)質網(wǎng)協(xié)助降解：內(nèi)質網(wǎng)中錯誤折疊蛋白快速修復ERAD途徑能識別并破壞不能通過ERQC 的蛋白，首先，ER

7、AD 底物必須被識別，同時內(nèi)質網(wǎng)內(nèi)凝集素會協(xié)助底物識別。第二，底物必須呈現(xiàn)給蛋白酶。第三，蛋白酶體傳遞需要泛素化。第四，蛋白酶體識別并破壞逆向轉運底物。基于許多ERAD底物的拓撲結構，用于底物識別的因子都存在于內(nèi)質網(wǎng)腔，細胞質和細胞膜中。每個間隔的病變折疊底物被分析用來揭示ERAD-M，ERAD-L 和 ERAD-C 底物退化需求的區(qū)別。而且E3泛素連接酶會把泛素附加到ERAD-L/M 和 ERAD-C不同的多蛋白復合物底物上。在內(nèi)質網(wǎng)中包含分子伴侶和凝集素的復合物也許鑒于不同基質的進化能識別ERAD底物。UGT 和CNX/CRT并不孤立存在于凝集素及多肽結合的分子伴侶中。EDE也能識別未糖基

8、化的底物。甘露糖修飾底物也能被同源Yos9和 OS-9/XTP3-B蛋白識別。并與能識別，轉運,泛素化的ERAD底物的組件相關。逆向轉運最重要的可能是二硫鍵的減少，并且可以被含有蛋白的J域，硫氧還蛋白域和ERdj5催化。ERdj5的氧化還原電位會把酶置于還原PDI中，而且，ERdj5 會結合 EDEM。ERAD底物以一個自由的Cdc48/p97方式逆向轉運，內(nèi)質網(wǎng)中p97/Cdc48對于ERAD達到最大量是十分重要的。在哺乳動物中，p97組織蛋白可能會履行這個角色。在酵母菌中，Ubx2也可能扮演這種角色，或者有利于招募泛素化的ERAD底物到Cdc48上。內(nèi)質網(wǎng)膜上有大量的蛋白酶體駐留，逆向轉運和降解是耦合的。在降解前，ERAD底物的聚泛素鏈已經(jīng)被移除。圖三:ERAD-L ,ERAD-C,或ERAD-M中病變的ERAD底物小結UPR和ERAD都有利于促進非質量控制的活性。UPR可以啟動特定細胞應答和發(fā)展決定，ERAD途徑也能用于調(diào)節(jié)新陳代謝過程，能夠調(diào)節(jié)酵母菌中隔解毒以及哺乳動物中蛋白酶體水平。超過一百多種機體失調(diào)疾病如囊性纖維化、失明、阿爾茨海默氏癥都共享胞內(nèi)保守的病理途徑。錯誤折疊的內(nèi)質網(wǎng)蛋白會隨著有毒物質聚合過早降解和累積。因此促發(fā)了三條干擾途徑會作用于底物本身，特定的胞內(nèi)因素，或者作用于全面折疊環(huán)境。