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安徽大學(xué)課程論文論文題目：細(xì)胞增殖和生存管理：蛋白激酶和半胱天冬酶的匯聚班級(jí)：2011級(jí)微生物專業(yè)姓名: 吳遜導(dǎo)師： 陳惠鵬日期：2012年5月9日細(xì)胞增殖和生存的管理：蛋白激酶和半胱天冬酶的匯聚吳遜微生物專業(yè)D201102011摘要：蛋白激酶的精密網(wǎng)絡(luò)密切參與了細(xì)胞增殖和生存活動(dòng)的調(diào)控管理。除了蛋白激酶，細(xì)胞還包含了許多蛋白激酶網(wǎng)絡(luò)。包括有反應(yīng)級(jí)聯(lián)中天冬氨酸介導(dǎo)的半胱天冬酶在管理細(xì)胞存活中扮演著重要的角色。常通過(guò)細(xì)胞凋亡的起始和執(zhí)行階段發(fā)揮作用。對(duì)可調(diào)控蛋白激酶和凋亡網(wǎng)絡(luò)的擾動(dòng)會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞生存的改變并常會(huì)出現(xiàn)細(xì)胞轉(zhuǎn)型和腫瘤的形成。此外，近期的研究證明半胱天冬酶及其底物易受細(xì)胞內(nèi)磷酸化，說(shuō)明存在一個(gè)蛋白激酶和半胱天冬酶信號(hào)途徑潛在的匯集。有趣的是，許多半胱天冬酶基質(zhì)活性位點(diǎn)在裂縫中保護(hù)起來(lái)，其磷酸化位點(diǎn)靠近該裂縫位點(diǎn)。理論上有可能，許多明確的蛋白激酶可以保護(hù)蛋白免于半胱天冬酶介導(dǎo)的分裂。因?yàn)樗嵝园被岬腃K2蛋白激酶特別興趣，包含別半胱天冬酶識(shí)別的天冬氨酸殘基是占支配地位特殊的決定因素。關(guān)鍵字：蛋白激酶半胱天冬酶凋亡蛋白激酶CK2磷酸化調(diào)節(jié)分裂1.引言基于蛋白激酶的改變和蛋白激酶介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)活動(dòng)和人類疾病緊密相關(guān)這一證明，包含癌癥的許多形式蛋白激酶已成為潛在治療靶標(biāo)的主要門類。此領(lǐng)域尤其顯著的進(jìn)步是研發(fā)了蛋白激酶抑制物“伊馬替尼”，該藥物作為藥物靶向分子在治療慢性粒細(xì)胞白血病中直接作用于BCR-Abl蛋白激酶而獲得成功。而其他蛋白激酶抑制物也顯示出分子靶向治療的前景，但是仍然有許多挑戰(zhàn)，包括在蛋白家族超家族和另外類別的蛋白之內(nèi)存在蛋白激酶抑制物的脫靶效應(yīng)。當(dāng)結(jié)構(gòu)上和功能上的特征被特殊蛋白激酶抑制物作為定向靶標(biāo)，后者的影響將會(huì)上升擴(kuò)展至其他蛋白質(zhì)家族。例如因?yàn)樵S多蛋白激酶抑制物都為催化位點(diǎn)抑制物并競(jìng)爭(zhēng)性的抑制ATP。脫靶效應(yīng)的一個(gè)主要的原因胞內(nèi)許多其他ATP結(jié)合蛋白的互作。另外一個(gè)需要克服的挑戰(zhàn)是關(guān)于調(diào)節(jié)機(jī)制中存在的普遍的性質(zhì)。許多蛋白激酶是多效性的包含于許多生物反應(yīng)進(jìn)程，這些進(jìn)程對(duì)正常細(xì)胞穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。因此，盡管許多蛋白激酶已經(jīng)顯示出有前途的治療靶標(biāo)但都在疾病的干擾下，對(duì)于抑制后的這些蛋白激酶能影響正常的細(xì)胞功能需要有完全的理解。除了蛋白激酶之外，細(xì)胞還包含蛋白酶作用網(wǎng)絡(luò)，包含天冬氨酸特殊的蛋白酶如半胱天冬酶在管理細(xì)胞生存中起著重要的作用，該作用通過(guò)滲入細(xì)胞凋亡的起始和結(jié)束階段。對(duì)半胱天冬酶網(wǎng)絡(luò)的干擾將引起細(xì)胞生存的改變并通常實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化和腫瘤發(fā)生。此外，對(duì)半胱天冬酶受控的事件中治療干預(yù)顯現(xiàn)了誘人的前景。然而，正如蛋白激酶一樣，其家族的相似性對(duì)于選擇個(gè)體半胱天冬酶成員靶向性提增加了挑戰(zhàn)。而且，caspase包含于各種生物進(jìn)程如區(qū)別不以細(xì)胞死亡告終的類型，所以要強(qiáng)調(diào)去從正常體內(nèi)平衡中分辨caspase途徑在疾病中干擾怎樣運(yùn)行。既然蛋白激酶和caspase代表著治療干預(yù)未來(lái)的目標(biāo)，但為了高效利用家族里面的有效成員，通過(guò)分子靶向治療的方法仍有許多困難克服。在與疾病發(fā)生機(jī)理緊密相關(guān)的這些酶的功能查詢時(shí)，一個(gè)潛在的蛋白激酶和caspase信號(hào)途徑的顯現(xiàn)已經(jīng)很明顯。在此方面，許多蛋白已經(jīng)被識(shí)別，許多磷酸化敏感性的調(diào)節(jié)了caspase分裂。這毫無(wú)疑問(wèn)有很多例子，在遠(yuǎn)離分裂位點(diǎn)的磷酸化進(jìn)行磷酸化卻影響到分裂作用。我們的討論的焦點(diǎn)在鄰近與caspase識(shí)別序列的戴白磷酸化位點(diǎn)在caspase介導(dǎo)的分裂中如何接受保護(hù)。此機(jī)制當(dāng)關(guān)乎癌癥時(shí)尤為有趣，當(dāng)通過(guò)直接影響caspase介導(dǎo)的信號(hào)途徑中非正常的活化蛋白激酶來(lái)增加磷酸化在增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的活力。2.磷酸化對(duì)于caspase分裂的保護(hù)Caspase在細(xì)胞凋亡致死途徑中是核心的組成部分。這些酶的合成起初來(lái)源于前體酶，常受外在的刺激活化如死亡受體配體，或者是內(nèi)在的線索可被破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)而提升。Caspase在級(jí)聯(lián)反應(yīng)中是有組織化的，包含起始caspase如可被外在途徑活化的caspase8或是內(nèi)部途徑活化的caspase9甚至還有活化因子caspase3，caspase3可以通過(guò)上游起始caspase的分裂來(lái)活化?；罨@些途徑將會(huì)導(dǎo)致許多細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)分裂以及細(xì)胞形態(tài)學(xué)和細(xì)胞清除和死亡的代謝隨后的改變。假定毀壞caspase的性質(zhì)，并不奇怪的是這些途徑會(huì)受多個(gè)水平的控制。對(duì)于蛋白激酶信號(hào)途徑和caspase途徑的相互租用的前景，這里有許多文獻(xiàn)顯示出在管理細(xì)胞凋亡中有許多蛋白激酶介導(dǎo)的途徑的參與。例如，p53腫瘤抑制物起決定的作用，對(duì)于DNA損壞的反應(yīng)以及斷絕是否細(xì)胞周期受阻，亦或是許多蛋白激酶磷酸化以不同方式來(lái)調(diào)控功能特性致使的細(xì)胞凋亡中均起到重要的作用。凋亡前體蛋白Bad也是受到一系列單外激酶的調(diào)控。依賴于為激酶和位點(diǎn)的磷酸化作用，這些修飾將會(huì)提升或抑制其前期凋亡的功能。最終，p53和Bad影響線粒體中細(xì)胞色素C的釋放，致使凋亡復(fù)合體的形成，這一步驟在導(dǎo)致caspase活化和細(xì)胞凋亡至關(guān)重要。綜上，這些研究將清楚地證明了蛋白激酶途徑和caspase可控制性的互作。但是，這些互作有一些次要，蛋白激酶的目標(biāo)是調(diào)控caspase活化而不是caspase途徑中的成分。假定在管理特性中磷酸化作用的唯一特性，跟希望有其他細(xì)胞凋亡活動(dòng)管理者可以被發(fā)現(xiàn)作為磷酸化作用的靶標(biāo)。實(shí)際上，磷酸化作用在管理caspase途徑中起著重要角色的例子是不斷地在增加。對(duì)激酶和caspase信號(hào)匯聚證明了諸如Bid、Max、PTEN可在易斷裂鍵的磷酸化中用而在caspase分裂中被保護(hù)。這些蛋白均明顯的與細(xì)胞生存和腫瘤發(fā)生的控制相關(guān)。Bid是一個(gè)重要的外在凋亡途徑重要的成分可被caspase8分解產(chǎn)生tBid,這是一種蛋白質(zhì)去除頂端蛋白的形式可誘導(dǎo)線粒體內(nèi)細(xì)胞色素C的釋放和內(nèi)源凋亡途徑中成分的活化。Max是Myc管理網(wǎng)絡(luò)成分之一控制轉(zhuǎn)錄，對(duì)于凋亡至關(guān)重要。最后，PTEN是腫瘤抑制基因可拮抗PI3K并通過(guò)Ask減弱生存的信號(hào)。近來(lái)另一個(gè)與caspase途徑成分被磷酸化保護(hù)類似的例子更有吸引力，S348位點(diǎn)磷酸化的caspase8的裂解顯示出對(duì)鼠caspase9的保護(hù)。當(dāng)然還有許多其他報(bào)道的caspase通過(guò)磷酸化產(chǎn)生活化或抑制，但細(xì)胞內(nèi)caspase9的S348位點(diǎn)磷酸化因其在caspase8的識(shí)別修飾中同樣魅力很大。表一顯示仍有其他的蛋白甚至目前我們不勝了解其控制死亡和存活的角色，在那里磷酸化位點(diǎn)和caspase裂解位點(diǎn)鄰近也均顯示出限制caspase裂解的作用。合起來(lái)這些上述強(qiáng)調(diào)的蛋白強(qiáng)調(diào)了一點(diǎn)就是磷酸化位點(diǎn)和caspase裂解位點(diǎn)的鄰近可以多水平控制caspase途徑減弱其信號(hào)致使凋亡。Table1SelectedexamplesofproteinEprotectedfromcaspase-mediatedcleavagebyphoEphorylation.ProteinJeanieOverlappingkinaseandcaspasecleavagesireKinase匚aspaseReferenceBIDDELQTDGSQ匚KhCK28[36]Preseniliiv2DSYDSFGEP匚KhCK2[昭]Max1EVESDEEQP匚KZ5[38]PTENDVSDNEPDH匚KZ3[37]Caspase9LDSDSEPDAV匚K2S[39]匚onnexin45.6VVSDEVEGP匚KZ3[79]Nogo-BSSTDSPPR匚DK1,CDK27[47]PhospholipaseC*71AFPnvGAlEGFR3,7「43]Phospliorylatedresiduesareinredandcaspasecleavagesitesareunderlined.3、caspase和蛋白激酶識(shí)別基序的部分重疊W/Y咼H也JWL鷗X網(wǎng)3,7醪風(fēng)V.X.J8,9,101/L.X.JProteinKinaseConsensusMotifsBasophilic:AktAcidophilic:CK2Pro-directed:Basophilic:AktAcidophilic:CK2Pro-directed:ERK2@-xS@-x?l-XS/T&XFig.1.匸onvergenceofcaspasesandproteinkinases.Consensusmorifsforcaspases[24h44]andselectedproteinkinasesinduditigthebasophilicproteinkinaseAkt[80],從定義上講，所有caspase裂解氣底物都在C-末端的天冬氨酸位點(diǎn)，僅有少部分在谷氨酸位點(diǎn)?；隗w外實(shí)驗(yàn)形成的合成多肽庫(kù)，對(duì)一些底物裂解序列的長(zhǎng)度評(píng)價(jià)，一些額外特殊的決定因素首要定位于N-端易斷裂的鍵針對(duì)個(gè)別caspase已經(jīng)被確定。對(duì)于個(gè)別的caspase摘要中的一致的識(shí)別位點(diǎn)的局限性，因?yàn)榈鞍字袧撛谝恢挛稽c(diǎn)的存在并不反映出生理上的關(guān)聯(lián)。然而，一致的序列可以作為導(dǎo)向做為個(gè)別caspase底物預(yù)測(cè)或是識(shí)別個(gè)別caspase是類似蛋白裂解的緣由。同樣的，專一的決定因素已在許多蛋白激酶中確定。此外，假定存在的位點(diǎn)在許多蛋白中并不有關(guān)聯(lián)，這些序列將會(huì)裁決出蛋白激酶的特性和底物的關(guān)系。在蛋白激酶和caspase匯集的環(huán)境下，對(duì)他們各自共同的識(shí)別修飾位點(diǎn)的檢測(cè)顯示出潛在的可考慮性重疊，許多蛋白可以在磷酸化位點(diǎn)鄰近與可裂解的位點(diǎn)。在caspase裂解位點(diǎn)處出現(xiàn)了天冬氨酸增加了蛋白激酶重疊的可能性和caspase識(shí)別位點(diǎn)將符合蛋白激酶磷酸化識(shí)別位點(diǎn)的序列，例如酸性殘基占著支配地位的蛋白激酶CK1和CK2。實(shí)際上，先前報(bào)道CK2暗含著負(fù)責(zé)將Bid、Max、PTEN和caspase9磷酸化的酶。對(duì)于某些CK2可以磷酸化的位點(diǎn)CK1也同樣可以勝任。顯示出了使用一致的動(dòng)機(jī)去設(shè)計(jì)蛋白激酶及其亞基關(guān)系的局限性。盡管磷酸化的蛋白激酶更有可能去識(shí)別caspase的識(shí)別位點(diǎn)。但并不是說(shuō)重疊的蛋白激酶和caspase識(shí)別圖形將專門的為這些酶所代表。正如圖一中顯示，有證據(jù)指出脯氨酸位點(diǎn)和基本位點(diǎn)起特殊的決定性作用的脯氨酸介導(dǎo)的和嗜堿性蛋白激酶也可能展現(xiàn)出caspase識(shí)別位點(diǎn)的重復(fù)。在這個(gè)方面，脯氨酸介導(dǎo)的Nogo-B磷酸化保護(hù)其免受caspase7裂解，此證明顯示出來(lái)可能性。磷酸酶C-r1是另外一個(gè)有趣的例子，因其證明了酪氨酸蛋白激酶會(huì)聚各種caspase的潛力?？偟膩?lái)說(shuō)，可以合理的預(yù)料到許多蛋白激酶信號(hào)途徑可以受caspase裂解的沖擊。4、CK2:會(huì)聚caspase的信號(hào)途徑正如上述強(qiáng)調(diào)，許多蛋白顯示出了caspase和蛋白激酶識(shí)別圖形的重疊，這樣顯示出來(lái)磷酸化作用保護(hù)了CK2底物的分裂。有證據(jù)說(shuō)CK2可以保護(hù)一系列細(xì)胞內(nèi)蛋白，caspase介導(dǎo)的分裂有一系列原因。首先，CK2顯示出蛋白激酶網(wǎng)絡(luò)成分中的一員，包含遺傳轉(zhuǎn)化與腫瘤發(fā)生。在多種癌癥中發(fā)現(xiàn)了CK2活性的非正常的高水平，包含乳腺，前列腺，頭和頸，膀胱，肺部，腎臟和白血病。類似的，基因表達(dá)系列分析顯示來(lái)自不同腫瘤組織的CK2高表達(dá)的識(shí)別性基因。另外，近來(lái)發(fā)現(xiàn)乳腺癌中的CK2是具有攻擊性基因信號(hào)的成分。其次，現(xiàn)雖不完全了解在細(xì)胞內(nèi)的管理，但可考慮的證據(jù)顯示其結(jié)構(gòu)性的活化。，在此方面，當(dāng)細(xì)菌中表達(dá)，CK2的催化單元很有能力且并不需要類似磷酸化的激活需要其他激酶的協(xié)助。因此，在這些CK2高水平的腫瘤和白血病的細(xì)胞中，可以想象生理的CK2靶標(biāo)均高磷酸化。而且，假如高效表達(dá)的CK2在亞細(xì)胞單元中被修飾或CK2位點(diǎn)的非正常化的定位，可以設(shè)想Ck2可以磷酸化非標(biāo)準(zhǔn)的底物?？偟膩?lái)說(shuō)，是否增加磷酸化就會(huì)升高在過(guò)磷酸化或僅限病理學(xué)上的底物水平磷酸化中的CK2水平。很容易設(shè)想最終的結(jié)果將是對(duì)凋亡刺激減弱的反應(yīng)和增強(qiáng)細(xì)胞存活?；谄浔Ｗo(hù)個(gè)別蛋白免受caspase裂解，可以預(yù)料提高CK2促進(jìn)細(xì)胞存活,減弱ck2的水平將會(huì)對(duì)凋亡刺激更加敏感從而威脅細(xì)胞生存。實(shí)際上，有證據(jù)支持這些預(yù)測(cè)。Guo等人的研究表明，當(dāng)處以凋亡刺激，提高CK2的表達(dá)水平將顯著性的增加前列腺癌細(xì)胞的生存。此外，在本文其他部分討論的，癌癥細(xì)胞生存的ck2的報(bào)道正在增加。藥理學(xué)抑制物中CK2的抑制作用或通過(guò)RNA干擾敲掉針對(duì)凋亡信號(hào)的敏感性細(xì)胞，包涵放射療法，化學(xué)療法和死亡受體配體。總的來(lái)說(shuō)，這些發(fā)現(xiàn)將有助于CK2作為分子靶標(biāo)治療的潛在候選人。5、結(jié)論和預(yù)見(jiàn)綜上所述，逐漸增加的證據(jù)表明磷酸化作用能保護(hù)兩者caspase和caspase底物避免其裂解，預(yù)期減少對(duì)凋亡信號(hào)的反應(yīng)并轉(zhuǎn)化為增加癌細(xì)胞的生存。作為一個(gè)恰當(dāng)?shù)睦?，可以顯示出CK2致力于腫瘤發(fā)生至少磷酸化caspase和caspase靶標(biāo)的能力。除了CK2還有其他的與腫瘤發(fā)生相關(guān)的。因此，有理由估計(jì)其他蛋白激酶展示出高表達(dá)或增加活性通過(guò)類似的機(jī)制可以提高癌癥細(xì)胞的生存。而且，這里的例子被引用表明磷酸化是怎樣管理caspase對(duì)個(gè)別蛋白的裂解?？梢韵胂蟮牧诉@些例子只是我們預(yù)測(cè)的冰山之一角。這種場(chǎng)景突出了磷酸化管理機(jī)制中的普遍流行和凋亡進(jìn)程中大數(shù)目的可承受裂解的蛋白質(zhì)。隨著全球化磷酸化蛋白的研究和系統(tǒng)識(shí)別蛋白方法來(lái)承受蛋白水解方法。許多蛋白額外的例子表明蛋白質(zhì)位點(diǎn)與caspase重疊位點(diǎn)將會(huì)毫無(wú)疑問(wèn)被發(fā)現(xiàn)。

DeathStimulus(te.TNF,FasL)OCPARCtBidPTEMBADApoptosisMaxCX45.6IPTEN6、讀后思考分析本文思路，磷酸化作用在蛋白質(zhì)修飾過(guò)程中主要的形式，但是磷酸化作用是在細(xì)胞內(nèi)是一種多酶參與的反應(yīng)體系，作者巧妙的發(fā)現(xiàn)了CK2這個(gè)酶和caspase介導(dǎo)的分裂有一系列原因，從而影響到細(xì)胞凋亡。Caspase死亡受體的凋亡途徑中，尋找腫瘤細(xì)胞和正常的細(xì)胞凋亡的信號(hào)進(jìn)行比較。比較完畢顯示出差異，然后去尋找發(fā)現(xiàn)了Caspase代謝途徑中某個(gè)關(guān)鍵酶?，F(xiàn)下以關(guān)鍵酶作為支點(diǎn)，進(jìn)行磷酸化或去磷酸化，從而激活或抑制某個(gè)酶的代謝活性。其目的就是，讓腫瘤細(xì)胞恢復(fù)正常的細(xì)胞凋亡反應(yīng)過(guò)程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤的分析和治療。本人覺(jué)得接下來(lái)的工作應(yīng)該集中在CK2的結(jié)構(gòu)分析和作用的效果與其在體內(nèi)的含量究竟是一個(gè)什么樣的關(guān)系，腫瘤細(xì)胞中高效表達(dá)CK2是否可以抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)或者促進(jìn)細(xì)胞的凋亡？磷酸化位點(diǎn)和裂解的位點(diǎn)彼此相鄰，促進(jìn)的caspase的裂解作用，但是蛋白激酶的磷酸化作用不可能面面俱到，還有細(xì)胞體內(nèi)有一些去磷酸化作用的磷酸酶，可以隨時(shí)的進(jìn)行檢測(cè)并去磷酸化，是的體內(nèi)的

磷酸化作用達(dá)不到預(yù)想中的效果，如果讓所有的磷酸酶失活，那又影響到caspase凋亡途徑中的其他的反應(yīng)，從而終止細(xì)胞凋亡的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。因此，如何去控制磷酸酶的去磷酸化作用。作者從序列的相似性上去分析，caspase和CK2的代謝中有所關(guān)聯(lián)，有所交叉，這是個(gè)很好的分析手段，序列的相似性將直接反應(yīng)出氨基酸的排布順序，進(jìn)而直接分析出其作用的位點(diǎn)和裂解的位點(diǎn)的相互作用。7、參考文獻(xiàn)ReferencesHI民Cohen.ProEeinkinases-themajordrugtargetsofrheL^enty-firsEcentury?Nat.Rev.Dru各Di^cov.1f2OO2]309-315.|2|h】ENoble.扎Endicott,L5I.johnson.ProteinkinaseLnhibirors:insightsIntadn^gdesignfromstructure.Science303(2004}1800-1805.[3JCLSawyers.0pporcunil\esandchallengesinthedevelopmentofkinaseinhibitortherapyforcancer.,Genes,Dev,17(2003}2998-3010.[4JA.LHopkins,CJLGroom,Thedruggablegenome,Nat.Rev.Drug.Disrov.I；2002)727-73UL[5|DAV.Sherb&nou,BJ.Druker,ApplyingthediscoveryofthePtiikdelptiiactiromosome,J.Clin.Invest.117(2007J2067-207^[6JB.J.Druker.NS.Lydon,LessonslearnedfromthedevelopmentofanabltyrosinekinaseinhibitorforchronicmyeLogenousleukemia.J.Clin.Invest.105(2000)3-7.[7JURlx,0.Hantschel.GDurnberger,LL.RemsingRi扎 Planyavsky.N.V.Fernbach,LKaupe,K.LBennett.[\ValentColinge,T.Kocher,G.Superti-Furga.ChemicalproteomicprofilesoftheBCR-ABLinhibitorsinutinihnilotinib,anddas^tinibrevealnovelkinaseandrLOrtkinasetargets,Blood110(2007)4055-4063.[8].[,Bain,LPlater,M.Elliott,N.Shpim^QHastie,H.McLauthla牛LKlevcrniqJ&Arthur,D.R.Alessi,P.Cohen.TheselectivityofproEeinkinaseinhibiEors:吉furtherupdate.BiocbemJ.4D8[2007)297-315.[9J[,Bain”H.McLauchlanPElliott^P.Cohen,Thespecificitiesofproteinkinaseinhibitors:anupdate,Biochem.J.371(20031199-204.1UJS.P.Davies,H.Reddy,M.Caivano,P.Cohen,Specifidry^ndmechanismofactionofsomecommonlyusedproLeinkinaseinhibitors,Biochem.J.351(2000^35-105.11JJ.S.Duncan,LGyenis,J.Lenehan,M.Bretner,LALGraves,TAHaysteailtD.W.Litchfi