內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中蛋白質(zhì)折疊及質(zhì)量控制來(lái)源于酵母菌和哺乳動(dòng)物細(xì)胞系統(tǒng)的

1、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中蛋白質(zhì)折疊及質(zhì)量控制:來(lái)源于酵母菌和哺乳動(dòng)物細(xì)胞系統(tǒng)的啟發(fā)摘要:真菌的進(jìn)化伴隨著胞內(nèi)通信和細(xì)胞分化,因此一系列復(fù)雜的分泌蛋白和膜蛋白需要合成,修飾及折疊。內(nèi)質(zhì)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(shí)還能外排有害蛋白。大多數(shù)人類的疾病都與蛋白質(zhì)有關(guān),蛋白的錯(cuò)誤折疊會(huì)導(dǎo)致很多疾病,UPR和ERAD在修復(fù)蛋白折疊問(wèn)題上發(fā)揮著巨大作用。真核生物中多達(dá)三分之一的蛋白質(zhì)都與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)有關(guān),內(nèi)質(zhì)網(wǎng)能為蛋白質(zhì)折疊提供一個(gè)安全域，有利于二硫鍵的形成和多重折疊蛋白質(zhì)的富集。許多分泌蛋白都會(huì)以錯(cuò)誤的方式折疊和修飾。然而，錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)以及蛋白質(zhì)未折疊問(wèn)題可以修復(fù)。要么通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)增加自己修復(fù)錯(cuò)誤

2、折疊蛋白的能力即UPR，或者使錯(cuò)誤折疊蛋白被破壞即ERAD。1.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中蛋白質(zhì)折疊機(jī)制蛋白質(zhì)折疊與多肽的主要結(jié)構(gòu)信息和相關(guān)的胞內(nèi)網(wǎng)絡(luò)有一個(gè)復(fù)雜的相互作用。折疊起初在胞質(zhì)核糖體開(kāi)始,在蛋白質(zhì)包裝進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)出口時(shí)結(jié)束。隨著信號(hào)識(shí)別粒子識(shí)別信號(hào)序列,核糖體初始鏈復(fù)合物定位于“易位子”的胞質(zhì)面。分泌蛋白進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)后會(huì)遇到分子伴侶網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這些系統(tǒng)會(huì)涉及到：（1）與Hsp40 ,Hsp70及Hsp90分子伴侶的非共價(jià)結(jié)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(gòu)酶(PDIs)。新合成的多肽進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)后，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)的分子伴侶就會(huì)在時(shí)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(zhuǎn)移到Asn-X-Ser/Thr,糖基化可以提高蛋白質(zhì)的溶解性,降低聚合,為CNX 和 CRT提供一個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，便于PDI發(fā)揮作用，也能標(biāo)記ERAD。在多糖被吸附后,末端葡萄糖就通過(guò)GlcI被移除。接著通過(guò)GlcII移除第二個(gè)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(guān)并結(jié)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(jié)合，CNX/CRT就會(huì)使底物保存在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，阻止聚合和降解同時(shí)通過(guò)招募PDI，ERp57利于折疊。通過(guò)Glc II產(chǎn)生

4、 GlcNAC2Man9去除最后一個(gè)葡萄糖就不能結(jié)合CNX/CRT，折疊后的底物就能離開(kāi)內(nèi)質(zhì)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(huì)轉(zhuǎn)運(yùn)到BiP或者被UDP-Glc糖蛋白糖基轉(zhuǎn)移酶再次糖基化進(jìn)入第二個(gè)CNX/CRT循環(huán)。圖一:哺乳動(dòng)物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中蛋白早期折疊及質(zhì)量控制機(jī)制2.未折疊蛋白響應(yīng)：圍繞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白折疊問(wèn)題的探討通過(guò)UPR誘導(dǎo),來(lái)源于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)聚集的壓力可以得到改善。UPR最初是由一個(gè)或三個(gè)不同的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑介導(dǎo)而開(kāi)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(guò)拼接Hac1 mRNA翻譯抑制區(qū)域激活Hac1轉(zhuǎn)錄因子合成。一旦翻譯，Hac1就會(huì)結(jié)合到含有UPR

5、元素的啟動(dòng)子上，大量的二次UPR定位被激活，但是所有導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄的因素特性依然未知。在哺乳動(dòng)物中，IRE1可以通過(guò)二個(gè)額外的UPR傳感器PERK和 ATF6加入應(yīng)答過(guò)程。Ire1的下游靶位點(diǎn)是XBP1轉(zhuǎn)錄因子。和Hac1一樣，可以誘導(dǎo)修護(hù)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的產(chǎn)物合成，但是，哺乳動(dòng)物中對(duì)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(jìn)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(dòng)一個(gè)調(diào)往程序?？偟膩?lái)說(shuō)，UPR可以減少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中錯(cuò)誤折疊蛋白的濃度和毒性。當(dāng)UPR無(wú)法起作用時(shí)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中含有二硫鍵的錯(cuò)誤折疊蛋白會(huì)抑制細(xì)胞生長(zhǎng)。最初認(rèn)為Ire1不能直接感應(yīng)錯(cuò)誤折疊蛋白的濃度水平因?yàn)镮re

6、1 和 BiP都能在細(xì)胞溶解物中沉淀。然而，酵母菌的Ire1的晶體結(jié)構(gòu)能夠識(shí)別一個(gè)多肽結(jié)合位點(diǎn)，這與MHCI中發(fā)現(xiàn)的位點(diǎn)類似。這個(gè)位點(diǎn)的突變可以減少Ire1依賴性信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)。但是人類IRE1這個(gè)區(qū)域的結(jié)構(gòu)卻是崩潰的，使得多肽是否適合這個(gè)位點(diǎn)并不明顯。解決這個(gè)問(wèn)題可以由酵母菌的Ire1會(huì)結(jié)合未折疊蛋白及BiP會(huì)阻止Ire1寡聚物的形成來(lái)解釋。當(dāng)激活了的初期Ire1可以啟動(dòng)UPR時(shí)，在哺乳動(dòng)物中BiP可能會(huì)提供一個(gè)閥值,或決定UPR感應(yīng)動(dòng)力學(xué)。圖二:哺乳動(dòng)物中UPR被多個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑激活過(guò)程3.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)協(xié)助降解：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中錯(cuò)誤折疊蛋白快速修復(fù)ERAD途徑能識(shí)別并破壞不能通過(guò)ERQC 的蛋白，首先，ER

7、AD 底物必須被識(shí)別，同時(shí)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)凝集素會(huì)協(xié)助底物識(shí)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(shí)別并破壞逆向轉(zhuǎn)運(yùn)底物?；谠S多ERAD底物的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，用于底物識(shí)別的因子都存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞膜中。每個(gè)間隔的病變折疊底物被分析用來(lái)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(huì)把泛素附加到ERAD-L/M 和 ERAD-C不同的多蛋白復(fù)合物底物上。在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中包含分子伴侶和凝集素的復(fù)合物也許鑒于不同基質(zhì)的進(jìn)化能識(shí)別ERAD底物。UGT 和CNX/CRT并不孤立存在于凝集素及多肽結(jié)合的分子伴侶中。EDE也能識(shí)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(shí)別。并與能識(shí)別，轉(zhuǎn)運(yùn),泛素化的ERAD底物的組件相關(guān)。逆向轉(zhuǎn)運(yùn)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(huì)把酶置于還原PDI中，而且，ERdj5 會(huì)結(jié)合 EDEM。ERAD底物以一個(gè)自由的Cdc48/p97方式逆向轉(zhuǎn)運(yùn)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中p97/Cdc48對(duì)于ERAD達(dá)到最大量是十分重要的。在哺乳動(dòng)物中，p97組織蛋白可能會(huì)履行這個(gè)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(zhì)網(wǎng)膜上有大量的蛋白酶體駐留，逆向轉(zhuǎn)運(yùn)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(jié)UPR和ERAD都有利于促進(jìn)非質(zhì)量控制的活性。UPR可以啟動(dòng)特定細(xì)胞應(yīng)答和發(fā)展決定，ERAD途徑也能用于調(diào)節(jié)新陳代謝過(guò)程，能夠調(diào)節(jié)酵母菌中隔解毒以及哺乳動(dòng)物中蛋白酶體水平。超過(guò)一百多種機(jī)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(cuò)誤折疊的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白會(huì)隨著有毒物質(zhì)聚合過(guò)早降解和累積。因此促發(fā)了三條干擾途徑會(huì)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。