蛋白質翻譯后修飾的研究進展課件

1、 蛋白質翻譯后修飾泛素化對于細胞分化與凋亡、DNA修復、免疫應答和應激反應等生理過程起著重要作用； 磷酸化涉及細胞信號轉導、神經活動、肌肉收縮以及細胞的增殖、發(fā)育和分化等生理病理過程； 糖基化在許多生物過程中如免疫保護、病毒的復制、細胞生長、炎癥的產生等起著重要的作用； 脂基化對于生物體內的信號轉導過程起著非常關鍵的作用； 組蛋白上的甲基化和乙酰化與轉錄調節(jié)有關。 蛋白質翻譯后修飾在生命體中具有十分重要的作用。它使蛋白質的結構更為復雜，功能更為完善，調節(jié)更為精細，作用更為專一。蛋白翻譯后修飾的原因蛋白活性調節(jié)的需要 蛋白相互作用的需要亞細胞水平定位的需要 等等泛素化泛素與其他蛋白以共價方式結合

2、蛋白降解所必需泛素作用機理泛素活化酶(ubiquitin - activating enzyme ,E1) 、泛素結合酶(ubiquitin - conjugating enzyme ,E2) 、泛素蛋白連接酶( ubiquitin protein ligating enzyme , E3) 蛋白質量控制祛除突變和錯誤折疊的蛋白，祛除翻譯后受損傷的蛋白；當在環(huán)境和/或細胞應激條件下，一些蛋白受到損害時，受損蛋白通過泛素-蛋白酶體途徑降解. 帕金森病中蛋白酶體的功能變化DNA的修復和程序性細胞死亡正常情況下，一種特殊的E3 酶（Mdm2）與蛋白質p53 形成復合物， p53不斷被降解；當DNA

3、遭到損傷時，p53 被磷酸化，不再與Mdm2 結合被降解，細胞中p53 的數(shù)量迅速增加。p53 是一種轉錄因子，能夠控制特定基因的表達，這些基因調控細胞生長周期、受損DNA 的修復和程序性細胞死亡。腫瘤的發(fā)生人類乳突淋瘤病毒與宮頸癌的發(fā)生有很高的相關性。這種病毒能夠活化細胞內一種特定的E3 酶E6-AP，使其改變識別模式，錯誤地對p53 進行泛素化,使p53降解。細胞喪失對受損DNA 的正常修復功能以及引發(fā)程序性細胞死亡的功能，其結果是DNA 突變數(shù)增加，最終導致癌癥。糖基化大多數(shù)蛋白質以糖蛋白形式存在, 它們包括酶、免疫球蛋白、載體蛋白、激素、毒素、凝集素和結構蛋白.糖蛋白功能涉及細胞識別、

4、信息傳遞、激素調節(jié)、受精、發(fā)生、發(fā)育、分化、神經系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)恒態(tài)維持等各個方面。病菌、病毒的侵染, 癌細胞的增殖及轉移, 自身免疫疾病等都與細胞表面的糖密切相關.糖基一般分為2種：N-連接的糖基化：與天冬酰胺殘基的NH2連接，糖為N-乙酰葡糖胺。O-連接的糖基化：是將單糖以核苷酸糖的形式逐漸加在多肽的絲氨酸或蘇氨酸上, 主要在高爾基體內進行.N糖苷鍵的形成始于內質網Protein glycosylation in RERProtein glycosylation in RER糖基轉移酶的性質糖基轉移酶具有嚴格的底物專一性,糖基轉移酶的表達和細胞周期密切相關,一些糖基轉移酶活性被視為腫瘤的重要

5、標志。N - 乙酰氨基葡萄糖轉移酶III (Gn- TIII ) , 催化G1cNA c 在甘露糖上B1- 4 連接, 它可以作為肝癌的標志, 從正常肝慢性肝炎肝硬化肝癌, 隨著疾病的進展, Gn- TIII 活性成比例增加1 、影響新生肽鏈的折疊與締合 去糖基化的1-抗胰蛋白酶(1-antitrypsin)不能 折疊成正確的構象.運鐵蛋白受體(transferrin receptor)去糖基化后,則不能形成正常的二聚體, 并因而影響受體的轉運和功能2 、糖鏈影響糖蛋白的分泌和定性 去N-糖鏈的免疫球蛋白不能被分泌到胞外而留 在內質網中3 、糖鏈參與分子識別與細胞識別 識別標記：以糖基為識別標

6、記的生命活動廣泛存在 有識別能力：能識別糖基并與糖結合多數(shù)為凝集素 糖鏈幾乎參與了所有識別過程 細胞表面的粘附因子細胞粘附分子（cell adhesion molecule，CAM）是參與細胞與細胞之間及細胞與細胞外基質之間相互作用的分子。可大致分為五類：鈣粘素、選擇素、免疫球蛋白超家族、整合素及透明質酸粘素。 細胞粘附分子都是跨膜糖蛋白，分子結構由三部分組成：胞外區(qū)，肽鏈的N端部分，帶有糖鏈，負責與配體的識別；跨膜區(qū)，多為一次跨膜；胞質區(qū)，肽鏈的C端部分，一般較小，或與質膜下的骨架成分直接相連，或與胞內的化學信號分子相連，以活化信號轉導途徑。 選擇素（selectin）屬親異性CAM，其作用

7、依賴于Ca2。主要參與白細胞與脈管內皮細胞之間的識別與粘合。已知選擇素有三種：L選擇素、E選擇素及P選擇素。4、糖鏈與酶活性 某些溶酶體葡萄糖苷酶去除糖鏈后喪失活性5、糖鏈與激素活性 人EPO含165個氨基酸殘基,四天線碳鏈越多、 體內活性越高，N-糖鏈的核心部分為EPO表現(xiàn) 活性所必須糖鏈分支及位置：平分天線：63ManAsn偏二天線：42ManAsnMan63三天線:42ManAsnMan63四天線:AsnMan6342ManMan6、糖鏈與惡性腫瘤 細胞癌變后,細胞表面作為可識別的標記物發(fā)生了變化(1) 天線數(shù)增加: 天線數(shù)增加是肝癌、胃癌、食道鱗狀上皮癌最常見的糖鏈變化,天線數(shù)往往由正

8、常情況下的二天線轉變?yōu)槿炀€或四天線.有報道顯示,三四天線可能與惡性腫瘤的轉移潛力有正比關系。(2) N-乙酰氨基半乳糖重復順序出現(xiàn)或增加乙酰氨基半乳糖:(3) 核心巖藻糖增加 研究證明,巖藻糖增加是肝癌糖鏈最明顯的變化,消化道癌分泌的AFP也有巖藻糖增加的現(xiàn)象(4) 出現(xiàn)偏二天線 偏二天線只存在于惡性腫瘤中L巖藻糖：7、糖鏈與IgG活性糖鏈糖鏈(1) FC段糖鏈與巨噬細胞FC受體結合及補體激活有關(2) IgG糖鏈改變導致類風濕性關節(jié)炎、紅斑狼瘡等自身免疫性疾病9、糖鏈與精卵識別卵透明帶糖蛋白ZP-3中GalNAC介導精卵識別及精卵結合10、糖鏈與細胞粘著細胞粘著 -細胞因相互識別而聚集成群

9、的能力粘附分子 -識別糖鏈信息分子的蛋白質選擇素-Selectin是一類依賴Ca2+的細胞表面糖蛋白可專一識別配體上唾液酸化、巖藻糖基化的寡糖鏈P-選擇素E-選擇素L-選擇素L-選擇素與炎癥,腫瘤轉移,血小板聚集,血栓形成有關為歸巣受體(淋巴細胞回歸淋巴結的現(xiàn)象SLea NeuNAca 3Gal1 3(L-Fuc1 4)GlcNAcSLex NeuNAca 3Gal1 4(L-Fuc1 4)GlcNAc酸性四糖是其共同配體白細胞滲出 識別與某些疾病的發(fā)生：磷酸化蛋白質的磷酸化是指由蛋白質激酶催化的把ATP或GTP上位的磷酸基轉移到底物蛋白質氨基酸殘基上的過程，其逆轉過程是由蛋白質磷酸酶催化的，

10、稱為蛋白質脫磷酸化。 蛋白質磷酸化和去磷酸化幾乎調節(jié)著生命活動的整個過程,包括細胞的增殖、發(fā)育和分化、信號轉導、細胞凋亡、神經活動、肌肉收縮、新陳代謝、腫瘤發(fā)生等。在細胞應答外界刺激的信號傳遞途徑中,蛋白質磷酸化是目前所知道的最主要方式。蛋白質修飾最普遍的形式能量來源于ATP蛋白激酶的種類與功能 根據(jù)底物蛋白質被磷酸化的氨基酸殘基的種類可分為三大類： 第一類為絲氨酸/蘇氨酸型。第二類為酪氨酸型。 第三類是雙重底物特異性蛋白激酶（dual-specificity protein kinase。 根據(jù)是否有調節(jié)物來分又可分成兩大類：信使依賴性蛋白質激酶，包括胞內第二信使或調節(jié)因子依賴性蛋白激酶及激

11、素（生長因子）依賴性激酶兩個亞類；非信使依賴型蛋白激酶。A激酶某些通過cAMP介導的激素應答實例組織激素 應答肝骨骼肌心肌脂肪腎甲狀腺腎上腺骨卵巢腎上腺素、胰高血糖素糖素腎上腺素腎上腺素腎上腺素、胰高血糖素糖素、促腎上腺皮質激素加壓素促甲狀腺素促腎上腺皮質素甲狀旁腺素LH糖原的水解、葡萄糖的合成、糖原合成的抑制 糖原的水解、糖原合成的抑制 加快收縮三酰基甘油的降解提高表皮細胞對水的通透性促進甲狀腺激素的分泌促進糖皮質激素的分泌增強鈣的重吸收增強膽固醇激素的分泌Gene transcriptionCell proliferationCell survivalCell deathCell diff

12、erentiationCell functionCell motilityImmune responsescAMP與蛋白激酶對細胞活性的影響激酶激酶激酶激酶激酶甘油三酯脂酶糖原合成酶磷酸化酶激酶磷酸化酶微管的組裝與去組裝內質網蛋白激酶C （PKC）分子結構（是一類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶） 功能區(qū)：催化活性中心、與質膜結合區(qū)作用模式胞質中的PKCDG/Ca2+質膜上PKC激活一條蛋白激酶的級聯(lián)反應使抑制蛋白釋放基因調控因子與細胞的生長分化有關由蛋白激酶C介導的某些反應組織反應組織反應血小板腎上腺髓質肝垂體細胞睪丸分泌血清緊張素分泌腎上腺素糖原水解分泌GH和LH睪丸酮的合成肥大細胞胰腺脂肪組織甲狀

13、腺神經元釋放組胺分泌胰島素脂肪合成分泌降鈣素釋放多巴胺CaM激酶及MAP激酶鈣調蛋白激酶（CaM-kinase）是一類絲氨酸/蘇氨酸激酶，應答于細胞內Ca2+水平。MAP激酶（mitogen-activated protein kinase, MAP-kinase，又稱為extracellular-signal-regulated kinase，ERKS）活性受許多外源細胞生長、分化因子的誘導，也受到酪氨酸蛋白激酶及G蛋白受體系統(tǒng)的調控。由鈣觸發(fā)的哺乳動物蛋白的例子蛋白 蛋白的功能蛋白 蛋白的功能肌鈣蛋白C 肌收縮的調節(jié)劑鈣調蛋白 蛋白激酶和其他 一些酶的調節(jié)劑鈣視網膜蛋白 鳥苷酸環(huán)化酶的 激

14、活劑（需）鈣蛋白酶 蛋白酶PI特異的PLC IP3和DAG的 生成劑-輔基蛋白 肌動蛋白結合蛋白鈣調磷酸酶B 磷酸酶膜連蛋白 涉及胞吞胞吐凝溶膠蛋白 肌動蛋白切斷蛋白Ca2+逆向轉運蛋白 Ca2+與單價離子 交換蛋白鈣調結合蛋白 調節(jié)肌肉收縮絨毛蛋白 肌動蛋白的組織者 Ca2+ -ATP酶 Ca2+跨膜運輸泵 磷脂酶A2 花生四烯 酸的產生酪氨酸蛋白激酶 胞質酪氨酸激酶：如Src、JAK； 核內酪氨酸激酶 ：如：Abl、Wee； 受體酪氨酸激酶（RPTKs）4、RPTK-Ras信號轉導途徑RasRafMEKMAPKMAKP進入核中，使一些轉錄因子磷酸化，增強特異基因的轉錄其他效應酶其他效應酶其

15、他效應酶其他效應酶Ser/Thr蛋白激酶，亦稱MAPkkk蛋白激酶，亦稱MAKPP促分裂原活化蛋白激酶 有時轉錄因子上存在一種抑制結構（R），掩蓋了它的NTS功能區(qū)，不能進入核內；磷酸化使該區(qū)暴露，從而易于進入核內。 有時，非磷酸化狀態(tài)下轉錄因子與胞質錨定或抑制亞基結合，掩蓋其NTS結構使之不能進入核內。當轉錄因子本身或者其抑制亞基被磷酸化，使NTS結構暴露，進入核內發(fā)揮功能。轉錄因子NF-KB常與IKB結合成復合體存在于胞質中。只有在被各種刺激因子或佛波脂（PKC激活劑）作用后IKB磷酸化并與NF-KB解離，后者才能進入核內。基因轉錄調控基因轉錄調控細胞增殖erbB原癌基因其實編碼了一個突變

16、的EGF受體蛋白，它的胞內激酶活性區(qū)被永久性激活（相當于EGF到正常EGF受體上）。因此，erbB導致了細胞的永久型分裂。磷酸化調節(jié)細胞過程磷酸化作用總結可逆的磷酸化過程幾乎涉及所有的生理及病理過程，如細胞信號轉導、腫瘤發(fā)生、新陳代謝、神經活動、肌肉收縮以及細胞的增殖、發(fā)育和分化等。乙?；M蛋白與乙?；M蛋白乙?；饕l(fā)生在H3、H4的N端比較保守的賴氨酸位置上，是由組蛋白乙酰轉移酶和組蛋白去乙酰化酶協(xié)調進行。 乙酰化可能通過對組蛋白電荷以及相互作用蛋白的影響，來調節(jié)基因轉錄。 高乙?；c激活基因表達、低乙酰化與抑制基因表達有關 其它蛋白的乙?；疕ubbert 等發(fā)現(xiàn)組蛋白去乙酰化酶HDAC6

17、能逆轉微管蛋白乙酰化的翻譯后修飾。最近，Nguyen 等發(fā)現(xiàn)眼癌腫瘤抑制蛋白的乙?；c細胞分化等相關。組蛋白甲基化是由組蛋白甲基化轉移酶(histonemethyl transferase，HMT)完成的。甲基化可發(fā)生在組蛋白的賴氨酸和精氨酸殘基上 甲基化組蛋白精氨酸甲基化是一種相對動態(tài)的標記，精氨酸甲基化與基因激活相關，而H3和H4精氨酸的甲基化丟失與基因沉默相關。 賴氨酸甲基化似乎是基因表達調控中一種較為穩(wěn)定的標記。例如，H3第4位的賴氨酸殘基甲基化與基因激活相關，而第9位和第27位賴氨酸甲基化與基因沉默相關。 甲基化個數(shù)與基因沉默和激活的程度相關 The modifications may either cause signal activation (H3K4, H3K36, and H3K79), or the silencing(H3K9, H3K27, and H4K20) of gene expression.甲基化的作用組蛋白上的甲基化，不僅在真核細胞染色質的遺傳外修飾中占有中心地位，對細胞分化、發(fā)育、基因表達、基因組穩(wěn)定性及癌癥研究均有深遠的影響。其他類型的甲基化的異常或甲