醫(yī)學課件】 小熱休克蛋白家族研究進展

1、 :/docin/rayshiu :/docin/rayshium概概 述述小熱休克蛋白家族簡介小熱休克蛋白家族簡介 分類分類 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 特性特性 功能功能小熱休克家族成員簡介小熱休克家族成員簡介 HspB1-HspB10HspB1-HspB10m臨床研究及進展臨床研究及進展缺血再灌注損傷缺血再灌注損傷腫瘤腫瘤神經(jīng)系統(tǒng)疾病神經(jīng)系統(tǒng)疾病m展展 望望m生物細胞在高溫環(huán)境下所表現(xiàn)的以基因表達變化為特征的反生物細胞在高溫環(huán)境下所表現(xiàn)的以基因表達變化為特征的反應(yīng)稱應(yīng)稱 熱休克反應(yīng)（熱休克反應(yīng)（heat shock response, HSRheat shock response, HSR）m所產(chǎn)生的一組

2、蛋白質(zhì)叫熱休克蛋白（所產(chǎn)生的一組蛋白質(zhì)叫熱休克蛋白（heat shock proteins, heat shock proteins, HSPHSP）m除了熱休克外，許多其它理化及生物刺激都可誘導除了熱休克外，許多其它理化及生物刺激都可誘導HSPHSP的產(chǎn)生的產(chǎn)生m幫助新合成蛋白質(zhì)的折疊，防止其互相聚集幫助新合成蛋白質(zhì)的折疊，防止其互相聚集m幫助蛋白質(zhì)的細胞內(nèi)移位幫助蛋白質(zhì)的細胞內(nèi)移位m幫助變性蛋白質(zhì)的復(fù)性幫助變性蛋白質(zhì)的復(fù)性m通過泛素通過泛素- -蛋白酶體通路清除嚴重受損的蛋白質(zhì)蛋白酶體通路清除嚴重受損的蛋白質(zhì)m熱休克蛋白家族（熱休克蛋白家族（HSP）中低分子量蛋白亞家族分子量）中低分子量蛋

3、白亞家族分子量1243KDam作為重要的分子伴侶參與細胞骨架穩(wěn)定、細胞遷移、調(diào)節(jié)細胞的生長作為重要的分子伴侶參與細胞骨架穩(wěn)定、細胞遷移、調(diào)節(jié)細胞的生長與分化與分化 ，與多種疾病的發(fā)生，發(fā)展關(guān)系密切，與多種疾病的發(fā)生，發(fā)展關(guān)系密切m目前已發(fā)現(xiàn)并證實的哺乳動物小熱休克蛋白目前已發(fā)現(xiàn)并證實的哺乳動物小熱休克蛋白 HSPB1-B10 HspBAlternativeNameGene LocusAmino Acid ResiduesMolecular Weight(KDa)HspB1Hsp277p12.319922-23HspB2MKBP11q22q2318220HspB3HspL275q11.21501

4、7HspB4A-crystallin/CRYAA1q22.3170-18020HspB5B-crystallin/CRYAB11q22.3q23.117520HspB6Hsp2019q13.1315717HspB7cvHsp1p36.2p34.317018-19HspB8Hsp22/E2IG112q24.23190-20021-22HspB917q21.216017-18HspB10ODF18q2225028-29m類亞家族成員類亞家族成員 呈現(xiàn)泛素化表呈現(xiàn)泛素化表 (ubiquitous expression) 無組織特異性無組織特異性 包括包括 HspB1, HspB5, HspB6, H

5、spB8m類亞家族成員類亞家族成員 肌原性組織（肌原性組織（m） 睪丸組織（睪丸組織（t） 眼晶狀體（眼晶狀體（e） m: HspB2, HspB3, HspB7 t : HspB9，HspB10 e : HspB4m低分子量蛋白質(zhì)低分子量蛋白質(zhì)m具有保守的中央具有保守的中央“晶體蛋白結(jié)構(gòu)域晶體蛋白結(jié)構(gòu)域”m形成大的形成大的低聚復(fù)合物低聚復(fù)合物m與變性蛋白質(zhì)形成大的與變性蛋白質(zhì)形成大的具有特點的復(fù)合物具有特點的復(fù)合物m具有具有非非ATPATP依賴依賴的分子伴侶活性的分子伴侶活性Nature Structural Biology 2001; 8, 1025-1030 m 四聚體為結(jié)合底物的活性單

6、位四聚體為結(jié)合底物的活性單位m 不同的小熱休克蛋白之間可以交換亞單位不同的小熱休克蛋白之間可以交換亞單位 相似的四級結(jié)構(gòu)相似的四級結(jié)構(gòu) 相似的亞單位位置相似的亞單位位置 CRYAA/CRYAB/HSPB1/B2/B6/B8m不同底物可結(jié)合于同一低聚物不同底物可結(jié)合于同一低聚物m亞單位與底物結(jié)合穩(wěn)定亞單位與底物結(jié)合穩(wěn)定m底物結(jié)合的亞單位在不同小熱休克蛋白之間可以底物結(jié)合的亞單位在不同小熱休克蛋白之間可以互換互換m亞單位不會自發(fā)釋放結(jié)合的底物亞單位不會自發(fā)釋放結(jié)合的底物m與與ATP水平有關(guān)水平有關(guān)equilibrium binding between the sHsp and the substr

7、ate non-native statessHsp oligomeric equilibrium substrate folding equilibriumHu et al, Curr Neurovasc Res 2008; Vol.5(2):143-52 m PH值值m 溫度溫度m 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)/結(jié)合位點結(jié)合位點m 亞單位的活性亞單位的活性m 低聚復(fù)合物的穩(wěn)定性低聚復(fù)合物的穩(wěn)定性m 目標蛋白質(zhì)的分子量目標蛋白質(zhì)的分子量磷酸化磷酸化疏水結(jié)構(gòu)域疏水結(jié)構(gòu)域m第一個在哺乳動物中被證實第一個在哺乳動物中被證實m存在于眾多組織中存在于眾多組織中m熱誘導表達熱誘導表達m磷酸化是其活性形式磷酸化是其活性形式 (

8、 IL-2, TNF-,GF)磷酸化位點：磷酸化位點：Ser-15, 78, 82 p38 MAPK 及及 p38MAPK 激活的蛋白激酶、蛋白激酶激活的蛋白激酶、蛋白激酶C (PKC)m參與調(diào)節(jié)細胞的生長與分化參與調(diào)節(jié)細胞的生長與分化m影響細胞骨架穩(wěn)定及肌肉收縮（肌動蛋白結(jié)合蛋白）影響細胞骨架穩(wěn)定及肌肉收縮（肌動蛋白結(jié)合蛋白）m抗凋亡抗凋亡m與細胞耐熱性及抗藥性的形成有關(guān)與細胞耐熱性及抗藥性的形成有關(guān)m與多種腫瘤密切相關(guān)：肝癌、乳腺癌、惡性纖維組織細胞瘤、與多種腫瘤密切相關(guān)：肝癌、乳腺癌、惡性纖維組織細胞瘤、黑色素瘤等黑色素瘤等m與神經(jīng)系統(tǒng)疾病相關(guān)與神經(jīng)系統(tǒng)疾病相關(guān) m強直性肌營養(yǎng)不良蛋白激

9、酶結(jié)合蛋白強直性肌營養(yǎng)不良蛋白激酶結(jié)合蛋白 ( Myotonic dystrophy protein kinase binding protein，MKBP )m存在于心肌，骨骼肌存在于心肌，骨骼肌m與與HspB5基因串聯(lián)排列在人類的第基因串聯(lián)排列在人類的第11 號染色體上號染色體上,由共同的由共同的啟動子來啟始基因的轉(zhuǎn)錄啟動子來啟始基因的轉(zhuǎn)錄m無明顯磷酸化無明顯磷酸化m熱誘導不影響表達熱誘導不影響表達m對骨骼肌、心肌細胞的發(fā)育是必需的對骨骼肌、心肌細胞的發(fā)育是必需的m熱休克后在細胞內(nèi)重新分布熱休克后在細胞內(nèi)重新分布,作用于細胞骨架結(jié)作用于細胞骨架結(jié)構(gòu)構(gòu)m在強直性肌營養(yǎng)不良患者骨骼肌細胞中表達

10、上在強直性肌營養(yǎng)不良患者骨骼肌細胞中表達上調(diào)調(diào)m通過分析人類心肌通過分析人類心肌cDNA 文庫而發(fā)現(xiàn)的文庫而發(fā)現(xiàn)的, 定位于定位于人類染色體人類染色體5q11. 2m通常缺乏氨基端保守序列和羧基端尾序列通常缺乏氨基端保守序列和羧基端尾序列m對維持心肌細胞的結(jié)構(gòu)和功能非常重要對維持心肌細胞的結(jié)構(gòu)和功能非常重要m在環(huán)境壓力下在環(huán)境壓力下, 遷移到細胞骨架并與之結(jié)合，抑遷移到細胞骨架并與之結(jié)合，抑制肌動蛋白的聚集制肌動蛋白的聚集m由由 Berzelins 于于18301830年從晶狀體中分離出來并首次命名年從晶狀體中分離出來并首次命名 A 晶體蛋白晶體蛋白(A -crystallin , CRYAA

11、 或或 HSPB4 ) B 晶體蛋白晶體蛋白(B -crystallin , CRYAB 或或 HSPB5 )m A與與B 晶體蛋白在基因序列上具有晶體蛋白在基因序列上具有53 %同源性同源性Crystallin-A - crystallinB - crystallin A B C D E F G 熱應(yīng)激對心肌細胞熱應(yīng)激對心肌細胞B-晶狀體蛋白合成的影響晶狀體蛋白合成的影響 A：細：細胞培養(yǎng)于胞培養(yǎng)于37；B, C, D, E, F：細胞于：細胞于43培養(yǎng)培養(yǎng)1h后后恢復(fù)恢復(fù)1h，3h，6h，12h，24h ; G：B-晶狀體蛋白的晶狀體蛋白的標準蛋白標準蛋白m表達于許多組織，尤其在心臟中有很

12、高的表達，達表達于許多組織，尤其在心臟中有很高的表達，達1.3%m與與 HspB1 和和 HspB5 有很高的同源性有很高的同源性m熱誘導不影響表達熱誘導不影響表達m磷酸化磷酸化 位點：位點： Ser-16 Ser-157 磷酸化酶：磷酸化酶：PKA/PKGm中性及偏堿性環(huán)境下活性增強，酸性環(huán)境活性顯著下降中性及偏堿性環(huán)境下活性增強，酸性環(huán)境活性顯著下降m與血管平滑肌舒張有關(guān)與血管平滑肌舒張有關(guān)m抑制血小板聚集抑制血小板聚集m增強體外心肌細胞收縮功能增強體外心肌細胞收縮功能m缺血再灌注后在心肌細胞內(nèi)重新分布于細胞骨架缺血再灌注后在心肌細胞內(nèi)重新分布于細胞骨架系統(tǒng)，對抗再灌注誘發(fā)的心肌細胞凋亡，

13、減輕心系統(tǒng)，對抗再灌注誘發(fā)的心肌細胞凋亡，減輕心肌梗塞，促進功能恢復(fù)肌梗塞，促進功能恢復(fù)mCardiovascular heat shock protein (cvHsp) 選擇性表達于心血管系統(tǒng)以及胰島素敏感組織選擇性表達于心血管系統(tǒng)以及胰島素敏感組織（骨骼肌，脂肪組織），其中，心臟表達很高，（骨骼肌，脂肪組織），其中，心臟表達很高，骨骼肌含量中等，脂肪組織表達最少骨骼肌含量中等，脂肪組織表達最少m與與 HspB1-6 有有 26-49% 的同源性的同源性m與心肌收縮有關(guān)，對心肌有明確的保護作用與心肌收縮有關(guān)，對心肌有明確的保護作用m與與-絲蛋白（肌動蛋白結(jié)合蛋白）結(jié)合絲蛋白（肌動蛋白結(jié)合蛋

14、白）結(jié)合m基因定位于基因定位于1p36.2-p36.3, 多個人類遺傳性疾病基因多個人類遺傳性疾病基因定位于這一區(qū)域，如心肌病，骨骼肌疾病等定位于這一區(qū)域，如心肌病，骨骼肌疾病等m與胰島素敏感組織有關(guān)，且在肥胖癥老鼠模型中表達與胰島素敏感組織有關(guān)，且在肥胖癥老鼠模型中表達增加提示可能與肥胖癥以及代謝紊亂疾病密切相關(guān)增加提示可能與肥胖癥以及代謝紊亂疾病密切相關(guān)m顯著表達于骨骼肌及平滑肌組織，在心臟，腦組顯著表達于骨骼肌及平滑肌組織，在心臟，腦組織，胎盤，脾臟中也有表達織，胎盤，脾臟中也有表達m與與HspB1有有33%同源性同源性m對熱誘導有反應(yīng)，活性與溫度呈相關(guān)性對熱誘導有反應(yīng)，活性與溫度呈相關(guān)

15、性m在體外以單體形式存在并具有活性在體外以單體形式存在并具有活性m在體內(nèi)與在體內(nèi)與類亞家族的其他成員形成異型低聚復(fù)類亞家族的其他成員形成異型低聚復(fù)合物合物m磷酸化蛋白激酶及位點磷酸化蛋白激酶及位點 PKC : Ser-14 Thr-63p44MAPK : Ser-27 Thr-87mK141N/E 突變見于遺傳性末梢運動神經(jīng)元病突變見于遺傳性末梢運動神經(jīng)元病mK141N 突變也見于腓骨肌萎縮突變也見于腓骨肌萎縮 Charcot-Marie-Tooth disorder (CMT) Hsp27mtHsp22共定位共定位核染色核染色m均特異性表達于睪丸提示與性別相關(guān)均特異性表達于睪丸提示與性別相關(guān)

16、mHspB9表達于生殖細胞，而表達于生殖細胞，而 HspB10曾被稱為曾被稱為精子鞭毛外層致密纖維蛋白精子鞭毛外層致密纖維蛋白1 (ODF1)mHspB9在許多腫瘤組織中有表達，認為屬于在許多腫瘤組織中有表達，認為屬于（Cancer/Testis Antigens, CAT）mHspB10 的表達部位及與骨架蛋白的部分相似的表達部位及與骨架蛋白的部分相似性提示其對細胞骨架有重要作用性提示其對細胞骨架有重要作用m分子伴侶活性分子伴侶活性m保護細胞骨架結(jié)構(gòu)保護細胞骨架結(jié)構(gòu)m抗凋亡抗凋亡m組織特異性表達組織特異性表達m基因突變基因突變m缺血再灌注損傷：缺血再灌注損傷：心肌梗塞心肌梗塞腦缺血再灌注腦缺

17、血再灌注m腫瘤腫瘤m神經(jīng)系統(tǒng)疾?。荷窠?jīng)系統(tǒng)疾?。杭〔〖〔∩窠?jīng)退行性疾病神經(jīng)退行性疾病遺傳病遺傳病m缺血損傷能對細胞骨架造成嚴重損害缺血損傷能對細胞骨架造成嚴重損害 m心肌細胞骨架的變化先于心肌缺血的超微結(jié)構(gòu)的心肌細胞骨架的變化先于心肌缺血的超微結(jié)構(gòu)的變化變化,該損傷明顯影響心肌細胞的結(jié)構(gòu)和功能該損傷明顯影響心肌細胞的結(jié)構(gòu)和功能 m在生理情況下，在生理情況下，BC與細胞骨架成分有相互作用，與細胞骨架成分有相互作用，在應(yīng)激情況下，這一作用得到增強在應(yīng)激情況下，這一作用得到增強 m磷酸化的磷酸化的HspB2/20結(jié)合并穩(wěn)定肌動蛋白結(jié)合并穩(wěn)定肌動蛋白,抑制了抑制了由由-激動劑介導的細胞凋亡，提高心衰患

18、者生存激動劑介導的細胞凋亡，提高心衰患者生存率率m磷酸化及非磷酸化的磷酸化及非磷酸化的HspB1/27對保護心肌細胞收對保護心肌細胞收縮功能及維持細胞的完整性均同樣有意義縮功能及維持細胞的完整性均同樣有意義mHspB2，HspB5基因敲除老鼠生理情況下心肌收基因敲除老鼠生理情況下心肌收縮性正常，縮性正常，I/R后表現(xiàn)出心肌收縮功能明顯下降伴后表現(xiàn)出心肌收縮功能明顯下降伴隨更多的細胞壞死及凋亡隨更多的細胞壞死及凋亡m缺血再灌注損傷后，缺血再灌注損傷后，HspB1 、 HspB2 、 HspB5 、HspB6 和和HspB7分別沉積在肌絲分別沉積在肌絲Z 線、線、帶和閏盤等帶和閏盤等處，通過穩(wěn)定肌

19、小節(jié)來減輕心衰過程中的損傷處，通過穩(wěn)定肌小節(jié)來減輕心衰過程中的損傷B-C S P S P S P S PB-C S P S P S P S PB-C S P S P S P S PWestern blot Western blot 顯示熱應(yīng)激導致心肌細胞中顯示熱應(yīng)激導致心肌細胞中B-B-晶狀體蛋晶狀體蛋白從胞漿向細胞器轉(zhuǎn)移白從胞漿向細胞器轉(zhuǎn)移 Ctrl 0h 1h 2h 0h 2h 4h 6h 0h 2h 4h 6hHS10HS30HS60缺血再灌注損傷后膠缺血再灌注損傷后膠質(zhì)細胞核周呈現(xiàn)質(zhì)細胞核周呈現(xiàn)B-晶體蛋白晶體蛋白環(huán)狀濃染，環(huán)狀濃染，延伸并顯示部分突起延伸并顯示部分突起（呈串珠狀）（呈

20、串珠狀）m在大腦中動脈缺血在大腦中動脈缺血/ /再灌注的再灌注的大鼠模型中，缺血半暗帶中神大鼠模型中，缺血半暗帶中神經(jīng)元及膠質(zhì)細胞中經(jīng)元及膠質(zhì)細胞中HspB5 表表達上調(diào)，提示其在缺血后的大達上調(diào)，提示其在缺血后的大腦中扮演重要角色腦中扮演重要角色 TGN38為高爾基體的特異性標志物，HSP22 及TGN38 的細胞內(nèi)熒光均表現(xiàn)為核周環(huán)狀染色，共聚焦觀察發(fā)現(xiàn)HSP22的紅色免疫熒光及TGN38的綠色免疫熒光發(fā)生了明顯的重疊 TIME7D3D1D6HNORMALTHE NUMBER OF POSITIVE CELLS100806040200GROUPHsp22HIF-1正常組和缺血再灌注組在不同

21、時間點Hsp22和HIF-1表達趨勢線圖 HspB6HIF-1低氧誘導因子-1 缺氧誘導相關(guān)性表達提示可能存在協(xié)同作用mMasayuk 等首次在有心血管意外的患者血循環(huán)中檢測到了高濃度的Hsp20/HspB6；有學者發(fā)現(xiàn)患有心肌疾病6周的小鼠靜脈血血漿中的Hsp20/HspB6 含量較對照組有顯著升高 m 作用機制: (1) 抗血小板聚集 (2) 舒張血管平滑肌 (3) 穩(wěn)定細胞骨架 (4) 抗凋亡 復(fù)雜性動脈粥樣硬化斑塊中HspB1表達水平下降，患者血漿中HspB1表達較健康對照組血漿中要低HSP27動脈血清濃度變化 HSP20動脈血清濃度變化 m血漿血漿HspB1為動脈粥樣硬化潛在實驗室輔

22、助檢驗指標為動脈粥樣硬化潛在實驗室輔助檢驗指標m將將Hsp20Hsp20的檢測推廣至人體試驗，評估其作為短暫性腦缺血發(fā)作輔助的檢測推廣至人體試驗，評估其作為短暫性腦缺血發(fā)作輔助檢測指標的可行性研究檢測指標的可行性研究m凋亡失衡凋亡失衡m致病因素致病因素&保護因素保護因素m腫瘤標記物：腫瘤標記物：HspB1, HspB8, HspB9細胞凋亡過少凋亡過少增殖過快增殖過快HspB1在惡性纖維組織細胞瘤中表達提示較好預(yù)后HspB1在體外抑制黑色素瘤生長，轉(zhuǎn)移及進展在成神經(jīng)細胞瘤中HSPB1 的高表達可以抑制N2myc 基因擴增,限制成神經(jīng)細胞瘤的發(fā)展HspB1增強抗腫瘤藥物的有效性，并減輕由

23、化療所致的正常細胞凋亡HspB1在乳腺癌表達增多，與雌激素受體呈相關(guān)性，伴隨較短的無病存活時間，預(yù)后差，增加轉(zhuǎn)移HspB1與E2鈣粘素、間質(zhì)金屬蛋白酶9 的相互作用賦予了黑色素瘤的惡性生物學行為HspB1/ HspB5抑制凋亡，致凋亡失衡，促進腫瘤發(fā)生m診斷診斷: :惡性腫瘤標記物惡性腫瘤標記物m治療治療 治療前: 治療方案的選擇 治療中: 療效評價m預(yù)后評價預(yù)后評價mHspB1-3, HspB5-8大量表達于肌肉組織大量表達于肌肉組織mHspB1，HspB5，HspB6聚合物及聚合物及HspB2，HspB3聚合物存在于應(yīng)激后的肌細胞胞漿中聚合物存在于應(yīng)激后的肌細胞胞漿中 mHspB2在肌強直

24、性營養(yǎng)不良患者肌細胞中表達上調(diào)在肌強直性營養(yǎng)不良患者肌細胞中表達上調(diào)mHspB5在肌萎縮中起關(guān)鍵作用在肌萎縮中起關(guān)鍵作用mHspB6過表達與心肌肥厚密切相關(guān)過表達與心肌肥厚密切相關(guān)mDesmin-related myopathy (DRM) 臨表臨表: 進行性四肢肌無力，心臟傳導阻滯、心衰進行性四肢肌無力，心臟傳導阻滯、心衰 (猝死猝死)，可累及顱神經(jīng)，可累及顱神經(jīng) (面神經(jīng)麻痹，延髓麻痹面神經(jīng)麻痹，延髓麻痹)，呼吸肌偶可受累，呼吸肌偶可受累病理病理: 心肌及骨骼肌細胞胞漿心肌及骨骼肌細胞胞漿 desmin 陽性的異常聚合物沉積陽性的異常聚合物沉積遺傳遺傳: 常染色體顯性及隱形遺傳均有報道，常

25、染色體顯性及隱形遺傳均有報道， 近近1/3發(fā)病與發(fā)病與 desmin 基因突基因突變有關(guān)變有關(guān)mHspB5/CRYAB能阻止能阻止desmin的異常聚集的異常聚集mCRYAB的的R120G突變：突變： 結(jié)構(gòu)改變結(jié)構(gòu)改變 分子伴侶活性改變分子伴侶活性改變 與細胞骨架結(jié)構(gòu)作用改變與細胞骨架結(jié)構(gòu)作用改變 導致導致HspB5與與desmin 聚合物的形成以及肌纖維的斷裂聚合物的形成以及肌纖維的斷裂mDRM為由為由desmin &/or HspB5突變所致的疾病突變所致的疾病m神經(jīng)系統(tǒng)自身免疫性疾病，誘導細胞及體液免疫的發(fā)生神經(jīng)系統(tǒng)自身免疫性疾病，誘導細胞及體液免疫的發(fā)生 mHspB5在急性和慢性在急性和慢性MS的少突膠質(zhì)細胞及星型膠質(zhì)細的少突膠質(zhì)細胞及星型膠質(zhì)細胞中表達并具免疫活性胞中表達并具免疫活性 mMS中中HspB5被抗原呈遞至被抗原呈遞至T細胞，且細胞，且T細胞對細胞對HspB5的的反應(yīng)比其他因子要強反應(yīng)比其他