蛋白质翻译后修饰的研究进展课件.ppt

1、 蛋白质翻译后修饰泛素化泛素化对于细胞分化与凋亡、对于细胞分化与凋亡、DNA修复、免疫应答和应激反应等生理过程起修复、免疫应答和应激反应等生理过程起着重要作用；着重要作用；磷酸化磷酸化涉及细胞信号转导、神经活动、肌肉收缩以及细胞的增殖、发育和分涉及细胞信号转导、神经活动、肌肉收缩以及细胞的增殖、发育和分化等生理病理过程；化等生理病理过程；糖基化糖基化在许多生物过程中如免疫保护、病毒的复制、细胞生长、炎症的产生在许多生物过程中如免疫保护、病毒的复制、细胞生长、炎症的产生等起着重要的作用；等起着重要的作用；脂基化脂基化对于生物体内的信号转导过程起着非常关键的作用；对于生物体内的信号转导过程起着非常

2、关键的作用；组蛋白上的甲基化和乙酰化组蛋白上的甲基化和乙酰化与转录调节有关。与转录调节有关。蛋白质翻译后修饰在生命体中具有十分重要的作用。它使蛋白质的结构更为复杂，蛋白质翻译后修饰在生命体中具有十分重要的作用。它使蛋白质的结构更为复杂，功能更为完善，调节更为精细，作用更为专一。功能更为完善，调节更为精细，作用更为专一。蛋白翻译后修饰的原因n蛋白活性调节的需要 n蛋白相互作用的需要n亚细胞水平定位的需要 等等泛素化n泛素n与其他蛋白以共价方式结合n蛋白降解所必需泛素作用机理泛素活化酶(ubiquitin-activating enzyme,E1)、泛素结合酶(ubiquitin-conjugat

3、ing enzyme,E2)、泛素蛋白连接酶(ubiquitin protein ligating enzyme,E3)蛋白质量控制n祛除突变和错误折叠的蛋白，n祛除翻译后受损伤的蛋白；n当在环境和/或细胞应激条件下，一些蛋白受到损害时，受损蛋白通过泛素-蛋白酶体途径降解.帕金森病中蛋白酶体的功能变化DNA的修复和程序性细胞死亡n正常情况下，一种特殊的E3 酶（Mdm2）与蛋白质p53 形成复合物，p53不断被降解；当DNA 遭到损伤时，p53 被磷酸化，不再与Mdm2 结合被降解，细胞中p53 的数量迅速增加。p53 是一种转录因子，能够控制特定基因的表达，这些基因调控细胞生长周期、受损DN

4、A 的修复和程序性细胞死亡。肿瘤的发生n人类乳突淋瘤病毒与宫颈癌的发生有很高的相关性。这种病毒能够活化细胞内一种特定的E3 酶E6-AP，使其改变识别模式，错误地对p53 进行泛素化,使p53降解。细胞丧失对受损DNA 的正常修复功能以及引发程序性细胞死亡的功能，其结果是DNA 突变数增加，最终导致癌症。糖基化n大多数蛋白质以糖蛋白形式存在,它们包括酶、免疫球蛋白、载体蛋白、激素、毒素、凝集素和结构蛋白.n糖蛋白功能涉及细胞识别、信息传递、激素调节、受精、发生、发育、分化、神经系统和免疫系统恒态维持等各个方面。n病菌、病毒的侵染,癌细胞的增殖及转移,自身免疫疾病等都与细胞表面的糖密切相关.n糖

5、基一般分为2种：nN-连接的糖基化：与天冬酰胺残基的NH2连接，糖为N-乙酰葡糖胺。nO-连接的糖基化：是将单糖以核苷酸糖的形式逐渐加在多肽的丝氨酸或苏氨酸上,主要在高尔基体内进行.N糖苷键的形成始于内质网Protein glycosylation in RERProtein glycosylation in RER糖基转移酶的性质n糖基转移酶具有严格的底物专一性,n糖基转移酶的表达和细胞周期密切相关,一些糖基转移酶活性被视为肿瘤的重要标志。nN-乙酰氨基葡萄糖转移酶III(Gn-TIII),催化G1cNA c 在甘露糖上B1-4 连接,它可以作为肝癌的标志,从正常肝慢性肝炎肝硬化肝癌,随着疾

6、病的进展,Gn-TIII 活性成比例增加1、影响新生肽链的折叠与缔合 去糖基化的1-抗胰蛋白酶(1-antitrypsin)不能 折叠成正确的构象.运铁蛋白受体(transferrin receptor)去糖基化后,则不能形成正常的二聚体,并因而影响受体的转运和功能2、糖链影响糖蛋白的分泌和定性 去N-糖链的免疫球蛋白不能被分泌到胞外而留 在内质网中3、糖链参与分子识别与细胞识别 识别标记：以糖基为识别标记的生命活动广泛存在 有识别能力：能识别糖基并与糖结合多数为凝集素 糖链几乎参与了所有识别过程糖链几乎参与了所有识别过程 细胞表面的粘附因子细胞表面的粘附因子细胞粘附分子（细胞粘附分子（cel

7、l adhesion molecule，CAM）是参与细胞是参与细胞与细胞之间及细胞与细胞外基质之间相互作用的分子。可大致与细胞之间及细胞与细胞外基质之间相互作用的分子。可大致分为五类：钙粘素、选择素、免疫球蛋白超家族、整合素及透分为五类：钙粘素、选择素、免疫球蛋白超家族、整合素及透明质酸粘素。明质酸粘素。细胞粘附分子都是细胞粘附分子都是跨膜糖蛋白跨膜糖蛋白，分子结构由三部分组成：，分子结构由三部分组成：胞外区，胞外区，肽链的肽链的N端部分，带有糖链，负责与配体的识别端部分，带有糖链，负责与配体的识别；跨膜区，多为一次跨膜；跨膜区，多为一次跨膜；胞质区，肽链的胞质区，肽链的C端部分，一般较端部

8、分，一般较小，或与质膜下的骨架成分直接相连，或与胞内的化学信号分小，或与质膜下的骨架成分直接相连，或与胞内的化学信号分子相连，以活化信号转导途径。子相连，以活化信号转导途径。选择素（selectin）属亲异性CAM，其作用依赖于Ca2。主要参与白细胞与脉管内皮细胞之间的识别与粘合。已知选择素有三种：L选择素、E选择素及P选择素。4、糖链与酶活性 某些溶酶体葡萄糖苷酶去除糖链后丧失活性5、糖链与激素活性 人EPO含165个氨基酸残基,四天线碳链越多、体内活性越高，N-糖链的核心部分为EPO表现 活性所必须63ManAsn偏二天线：42ManAsnMan63三天线:42ManAsnMan63四天线

9、:AsnMan6342ManMan6、糖链与恶性肿瘤 细胞癌变后,细胞表面作为可识别的标记物发生了变化(1)天线数增加:天线数增加是肝癌、胃癌、食道鳞状上皮癌最常见的糖链变化,天线数往往由正常情况下的二天线转变为三天线或四天线.有报道显示,三四天线可能与恶性肿瘤的转移潜力有正比关系。(2)N-乙酰氨基半乳糖重复顺序出现或增加OOHHHOHOHHHNHCH2OHHCOCH3(3)核心岩藻糖增加 研究证明,岩藻糖增加是肝癌糖链最明显的变化,消化道癌分泌的AFP也有岩藻糖增加的现象(4)出现偏二天线 偏二天线只存在于恶性肿瘤中OO HO HCH3HHO HHHHO H7、糖链与IgG活性糖链糖链(1

10、)FC段糖链与巨噬细胞FC受体结合及补体激活有关(2)IgG糖链改变导致类风湿性关节炎、红斑狼疮等自身免疫性疾病9、糖链与精卵识别卵透明带糖蛋白ZP-3中GalNAC介导精卵识别及精卵结合10、糖链与细胞粘着细胞粘着-细胞因相互识别而聚集成群的能力粘附分子-识别糖链信息分子的蛋白质选择素-Selectin是一类依赖Ca2+的细胞表面糖蛋白可专一识别配体上唾液酸化、岩藻糖基化的寡糖链P-选择素E-选择素L-选择素L-选择素与炎症,肿瘤转移,血小板聚集,血栓形成有关为归巣受体(淋巴细胞回归淋巴结的现象SLea NeuNAca 3Gal1 3(L-Fuc1 4)GlcNAcSLex NeuNAca

11、3Gal1 4(L-Fuc1 4)GlcNAc酸性四糖是其共同配体白细胞渗出疾 病 致 病 原 致 病 原 凝 集 素 专 一 性 结 合 的 糖虐 疾 疟 原 虫 与 血 型 糖 蛋 白 A 的 唾 液 酸 结 合结 肠 炎 肠 道 原 虫 与 肠 表 皮 细 胞 的 N 阿 米 巴 -乙 酰 乳 糖 结 合尿 路 感 染 大 肠 杆 菌 与 人 尿 路 表 皮 细 胞 的 半 乳 糖 结 合胃 炎-胃 溃 疡 幽 门 螺 旋 杆 菌 与 胃 粘 膜 细 胞 的 结 合肺 炎 肺 炎 球 菌 与 肺 膜、脑 膜 N-乙 酰 氨 基 葡 萄 糖 结 合牙 斑 P.Loexcheil 与 半 乳

12、 糖 结 合 PK 1295是 三 种 细 菌 口 腔 链 球 菌 可 粘 着 在 牙 齿 表 面共 聚 结 合 的 S.oralis 其 糖 链 可 被 P 菌 识产 物 别 A.Israelii 表 面 糖 链 可 被 P 菌 的 第 二 种 凝 集 素 识 别流 感 A 型 病 毒 5 乙 酰 神 经 氨 酸 B 型 病 毒 5 羟 乙 酰 神 经 氨 酸 C 型 病 毒 5 羟，9 乙 酰 神 经 氨 酸 识别与某些疾病的发生：识别与某些疾病的发生：磷酸化n蛋白质的磷酸化是指由蛋白质激酶催化的把ATP或GTP上位的磷酸基转移到底物蛋白质氨基酸残基上的过程，其逆转过程是由蛋白质磷酸酶催化

13、的，称为蛋白质脱磷酸化。n蛋白质磷酸化和去磷酸化几乎调节着生命活动的整个过程,包括细胞的增殖、发育和分化、信号转导、细胞凋亡、神经活动、肌肉收缩、新陈代谢、肿瘤发生等。n在细胞应答外界刺激的信号传递途径中,蛋白质磷酸化是目前所知道的最主要方式。n蛋白质修饰最普遍的形式n能量来源于ATP蛋白激酶的种类与功能蛋白激酶的种类与功能 根据底物蛋白质被磷酸化的氨基酸残基的种类可分为三大类：第一类为丝氨酸/苏氨酸型。第二类为酪氨酸型。第三类是双重底物特异性蛋白激酶（dual-specificity protein kinase。根据是否有调节物来分又可分成两大类：n信使依赖性蛋白质激酶，包括胞内第二信使或

14、调节因子依赖性蛋白激酶及激素（生长因子）依赖性激酶两个亚类；n非信使依赖型蛋白激酶。A激酶某些通过cAMP介导的激素应答实例组织激素 应答肝骨骼肌心肌脂肪肾甲状腺肾上腺骨卵巢肾上腺素、胰高血糖素糖素肾上腺素肾上腺素肾上腺素、胰高血糖素糖素、促肾上腺皮质激素加压素促甲状腺素促肾上腺皮质素甲状旁腺素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 加快收缩三酰基甘油的降解提高表皮细胞对水的通透性促进甲状腺激素的分泌促进糖皮质激素的分泌增强钙的重吸收增强胆固醇激素的分泌Gene transcriptionCell proliferationCell survivalCell

15、deathCell differentiationCell functionCell motilityImmune responsescAMP与蛋白激酶对细胞活性的影响与蛋白激酶对细胞活性的影响激酶激酶激酶激酶激酶激酶激酶激酶激酶激酶甘油三酯脂酶甘油三酯脂酶糖原合成酶糖原合成酶磷酸化酶激酶磷酸化酶激酶磷酸化酶磷酸化酶微管的组装微管的组装与去组装与去组装内质网内质网蛋白激酶C（PKC）n分子结构（是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶）功能区：催化活性中心、与质膜结合区n作用模式胞质中的PKCDG/Ca2+质膜上PKC激活一条蛋白激酶的级联反应使抑制蛋白释放基因调控因子与细胞的生长分化有关由蛋白激酶C介导

16、的某些反应组织反应组织反应血小板肾上腺髓质肝垂体细胞睾丸分泌血清紧张素分泌肾上腺素糖原水解分泌GH和LH睾丸酮的合成肥大细胞胰腺脂肪组织甲状腺神经元释放组胺分泌胰岛素脂肪合成分泌降钙素释放多巴胺CaM激酶及激酶及MAP激酶激酶n钙调蛋白激酶（CaM-kinase）是一类丝氨酸/苏氨酸激酶，应答于细胞内Ca2+水平。nMAP激酶（mitogen-activated protein kinase,MAP-kinase，又称为extracellular-signal-regulated kinase，ERKS）活性受许多外源细胞生长、分化因子的诱导，也受到酪氨酸蛋白激酶及G蛋白受体系统的调控。由钙触

17、发的哺乳动物蛋白的例子蛋白 蛋白的功能蛋白 蛋白的功能肌钙蛋白C 肌收缩的调节剂钙调蛋白 蛋白激酶和其他 一些酶的调节剂钙视网膜蛋白 鸟苷酸环化酶的 激活剂（需）钙蛋白酶 蛋白酶PI特异的PLC IP3和DAG的 生成剂-辅基蛋白 肌动蛋白结合蛋白钙调磷酸酶B 磷酸酶膜连蛋白 涉及胞吞胞吐凝溶胶蛋白 肌动蛋白切断蛋白Ca2+逆向转运蛋白 Ca2+与单价离子 交换蛋白钙调结合蛋白 调节肌肉收缩绒毛蛋白 肌动蛋白的组织者 Ca2+-ATP酶 Ca2+跨膜运输泵 磷脂酶A2 花生四烯 酸的产生酪氨酸蛋白激酶酪氨酸蛋白激酶 胞质酪氨酸激酶：如Src、JAK；核内酪氨酸激酶：如：Abl、Wee；受体酪氨

18、酸激酶（RPTKs）4、RPTK-Ras信号转导途径RasRafMEKMAPKMAKP进入核中，使一些转录因子磷酸化，增强特异基因的转录其他效应酶其他效应酶其他效应酶其他效应酶Ser/Thr蛋白激酶，亦称MAPkkk蛋白激酶，亦称MAKPP促分裂原活化蛋白激酶n 有时转录因子上存在一种抑制结构（R），掩盖了它的NTS功能区，不能进入核内；磷酸化使该区暴露，从而易于进入核内。n 有时，非磷酸化状态下转录因子与胞质锚定或抑制亚基结合，掩盖其NTS结构使之不能进入核内。当转录因子本身或者其抑制亚基被磷酸化，使NTS结构暴露，进入核内发挥功能。转录因子NF-KB常与IKB结合成复合体存在于胞质中。只有

19、在被各种刺激因子或佛波脂（PKC激活剂）作用后IKB磷酸化并与NF-KB解离，后者才能进入核内。基因转录调控基因转录调控基因转录调控细胞增殖细胞增殖erbB原癌基因其实编码了一个突变的EGF受体蛋白，它的胞内激酶活性区被永久性激活（相当于EGF到正常EGF受体上）。因此，erbB导致了细胞的永久型分裂。磷酸化调节细胞过程磷酸化作用总结n可逆的磷酸化过程几乎涉及所有的生理及病理过程，如细胞信号转导、肿瘤发生、新陈代谢、神经活动、肌肉收缩以及细胞的增殖、发育和分化等。乙酰化组蛋白与乙酰化n组蛋白乙酰化主要发生在H3、H4的N端比较保守的赖氨酸位置上，是由组蛋白乙酰转移酶和组蛋白去乙酰化酶协调进行。

20、n乙酰化可能通过对组蛋白电荷以及相互作用蛋白的影响，来调节基因转录。n高乙酰化与激活基因表达、低乙酰化与抑制基因表达有关 其它蛋白的乙酰化nHubbert 等发现组蛋白去乙酰化酶HDAC6能逆转微管蛋白乙酰化的翻译后修饰。n最近，Nguyen 等发现眼癌肿瘤抑制蛋白的乙酰化与细胞分化等相关。n组蛋白甲基化是由组蛋白甲基化转移酶(histonemethyl transferase，HMT)完成的。甲基化可发生在组蛋白的赖氨酸和精氨酸残基上 甲基化n组蛋白精氨酸甲基化是一种相对动态的标记，精氨酸甲基化与基因激活相关，而H3和H4精氨酸的甲基化丢失与基因沉默相关。n赖氨酸甲基化似乎是基因表达调控中一

21、种较为稳定的标记。例如，H3第4位的赖氨酸残基甲基化与基因激活相关，而第9位和第27位赖氨酸甲基化与基因沉默相关。n甲基化个数与基因沉默和激活的程度相关 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n组蛋白上的甲基化，不仅在真核细胞染色质的遗传外修饰中占有中心地位，对细胞分化、发育、基因表达、基因组稳定性及癌症研究均有深远的影响。其他类型的甲基化的异常或甲基化酶的突

22、变常会导致疾病的发生。nChuikov 等发现新的调节p53功能的机制，通过Set9 催化的赖氨酸甲基化完成。其他的翻译后修饰n羟基化：羟脯氨酸，羟赖氨酸n酰化:棕榈酰化(G,)nADP核糖化：霍乱毒素，百日咳毒素，白喉毒素AC hormone signal outside GPCR plasma membrane GTP GDP ATP cAMP+PPi cytosolGDP GTP NADADP霍乱毒素GsaADPGsa活化失活cAMP含量增加严重的腹泻n霍乱毒素使患者出现严重腹泻的机理细菌毒素对G蛋白的修饰作用白喉毒素白喉毒素(diphtheria toxin)的作用机理的作用机理NCONH2N+OCH2OOHOHADPCONH2白白喉喉毒毒素素延长因子延长因子-2（有活性有活性）OCH2OOHOHADP延长因子延长因子-2（无活性无活性）总结n蛋白质翻译后修饰是蛋白质功能发挥的需要n正确进行蛋白折叠n生物体的发育n细胞信号转导n调节蛋白降解n