第四章 细胞表面结构与功能

Transcription

1 核糖体和蛋白酶体 Ribosome and proteasome

2 核糖体与蛋白质的生物合成 ( 一 ) 参与蛋白质合成的分子 1.mRNA 是蛋白质合成的直接模板 2.tRNA 专一运送氨基酸至 mrna 并与密码子配对 3.rRNA 与蛋白质构成核糖体, 是蛋白质的合成场所 ( 二 ) 蛋白质的生物合成 ( 三 ) 真核生物与原核生物蛋白质合成的差异

3 The Central Dogma (Revised) DNA RNA Protein Breakdown Modification & Degradation 1958 年 Crick 将生物遗传信息的这种传递方式称为中心法则

4 ( 一 ) 参与蛋白质合成的分子 1. mrna( 信使核糖核酸 ) 密码子 :mrna 分子上每三个相邻的单核苷酸, 即三个相邻的碱基组成一个单位, 代表一个氨基酸, 称为密码子或三联体 体内的四种单核苷酸共组成 4 3 =64 个密码子 UAA UAG UGA 终止密码子 AUG 起始密码子, 甲硫氨酸

5 U C A G 遗传 U UUU UUC U U A UUG P h e P h e L e u L e u UCU UCC U C A UCG S e r S e r S e r S e r U A U U A C U A A U A G T y r T y r E n d E n d U G U U G C U G A U G G C y s C y s E n d T r p 密 C CUU CUC C U A CUG L e u L e u L e u L e u CCU CCC C C A CCG Pro Pro Pro Pro C A U C A C C A A C A G H i s His G l n G l n C G U C G C C G A C G G A r g A r g A r g A r g 码表 A A U U A U C A U A A U G Ile Ile I l e M e t A C U A C C A C A A C G T h r T h r T h r T h r A A U A A C AAA A A G A s n A s n L y s L y s A G U A G C A G A A G G S e r S e r A r g A r g G G U U G U C G U A G U G V a l V a l V a l V a l G C U G C C G C A G C G A l a A l a A l a A l a G A U G A C G A A G A G A s p A s p G l u G l u GGU GGC G G A GGG G l y G l y G l y G l y

6 2. trna( 转移核糖核酸 ) trna 反密码环上的反密码子, 可辨认 mrna 上的密码子 trna 的氨基酸臂的 3`-CCA-OH 末端是与氨基酸结合的部位

7 密码子与反密码子的辨认

8 反密码子 Crick 提出密码子与反密码子的配对规律 1 trna 的反密码子通过碱基互补来识别密码子, 两 RNA 链反向平行配对 2 密码子配对具有摇摆性 ( 变偶性 ): 当反密码子的第一个碱基为 C 或 A 时, 配对是专一的 ; 当第一个碱基为 U 或 G 时, 反密码子中的 U 可与密码子中的 G 和 A 配对 ;G 可与 C 和 U 配对 ; 当第一个碱基为次黄嘌呤 (I), 它可以和密码子中的 U C 或 A 配对 3 密码子与反密码子配对的摇摆性说明, 一种 trna 未必只携带一种氨基酸 4 一种氨基酸被多个 trna 携带, 这些携带相同氨基酸而反密码子不同的一组 trna 叫同功受体 trna

9

10 3. 核糖体 核糖体 (ribosome) 亦称核蛋白体 颗粒状, 无膜包被 ( 非膜性细胞器 ), 大小 :15-25nm 含 40%r 蛋白 ( 核糖体表面 ) 60%rRNA ( 核糖体内部 ),2 亚单位构成, 分为 70S ( 原核 ) 和 80S ( 真核 ) 两类 是细胞中合成蛋白质的场所 大小亚单位只在合成蛋白时结合在一起, 合成终止后解离 游离于细胞质基质或附着于内质网上 多个核糖体结合在一条 mrna 上, 称多聚核糖体

11 核糖体的类型 在真核细胞的胞质中 附着核糖体 ( 合成三类蛋白 : 溶酶体蛋白 分泌蛋白和膜受体 ) 核仁 游离核糖体 ( 只合成装配线粒体和叶绿体的膜蛋白 ) 附着核糖体 游离核糖体 : 游离于细胞质, 合成细胞结构蛋白, 分化低细胞内发达附着核糖体 : 附着在内质网上, 合成三大类蛋白, 分泌功能旺盛, 分化程度高的细胞内发达

12 rrna 分子内部碱基配对形成许多短的双链区, 并形成螺旋状, 非 配对区形成环状或泡状 ; 共同折叠成复杂的三维结构, 组成核糖 体骨架, 将核糖体串联起来, 决定其定位

13 沉降系数 (sedimentation coefficient,s) 颗粒在单位离心力场中粒子移动的速度 X 1 为离心前粒子离旋转轴的距离 ;X 2 为离心后粒子离旋转轴的距离 ;ω 是旋转角速度

14 核糖体的组成

15 核糖体的大 小亚基 在大小亚基结合面上有一条隧道, 是 mrna 穿过的地方, 而大亚基上还有一个孔道是新合成肽链释放的通道 大小亚基一般以游离状态存在, 只有当小亚基和 mrna 结合后大小亚基才结合, 形成完整的核糖体 ; 核糖体是一种动态结构, 当参与翻译过程时, 大小亚基结合, 蛋白质合成结束, 大小亚基解体

16 核糖体上的结合位点与催化位点 核糖体的小亚基 : 包括与 mrna 甲硫氨酰 trna( 识别启动信号 ) 启动因子及大亚基结合的位点等 大亚基上有两个位点 : 肽酰位 (P 位 供位 ) 和氨基酰位 (A 位 受位 ), 另外有 E 位 (exit site, 大部分在大亚基上 ) 与新掺入的氨酰 -trna 的结合 氨酰基位点, 又称 A 位点 与延伸中的肽酰 -trna 的结合 肽酰基位点, 又称 P 位点

17 多个核糖体结合在一条 mrna 上, 称多聚核糖体 多聚核糖体决定单位时间内所合成的多肽分子数目, 提高了蛋白合成效率

18 多核糖体电镜图 每个核糖体都独立完成一条多肽链的合成, 所以这种多核糖体可以在一条 mrna 链上同时合成多条相同的多肽链, 这就大大提高了翻译的效率 多核糖体的核糖体个数与模板 mrna 的长度有关

19

20 Protein Synthesis

21 核糖体的自组装 rdna 为重复基因, 人体细胞中约有 200 个拷贝, rdna 没有组蛋白核心, 是裸露的 DNA 节段, 相邻基因之间为非转录的间隔 DNA

22 新合成的 45SrRNA 形成 RNP 甲基化后经 RNA 酶裂解形成 18s 28s 5.8srRNA

23 5S rrna 定位在常染色体, 合成后被转运至核仁区 参与大亚基的装配

24 核糖体自组装 核仁组织区 rdna 45S rrna 20S 中间体 32S 中间体 18S rrna 28S rrna 5.8S rrna 5S rrna 40S 小亚基 60S 大亚基 核糖体

25 ( 二 ) 蛋白质的生物合成 1. 氨基酸的活化和搬运 ( 氨酰 - trna 合成 ) 氨酰 -trna 合成酶具有高度的专一性, 每一种合成酶只识别一种相应的 trna trna 分子所接受氨基酸的种类取决于它特有的碱基顺序, 而这种碱基顺序能够被氨酰 -trna 合成酶所识别 合成一个氨酰 trna 需消耗一个 ATP 的两个高能键

26 2. 蛋白质合成的启动阶段 由核糖体大 小两个亚基 mrna 及有启动作用的 fmet-trna 共同组成 70S 起始复合物 fmet-trna 大亚基 mrna 小亚基 甲酰甲硫氨酰 -trna 识别 AUG 70S 起始复合物

27 附 :SD 序列 (shine-dalgarno 序列 ) 细菌 mrna 上 AUG 起始密码之前的一段序列, 可与 16S RNA 上 3 末端序列互补, 在核糖体与 mrna 结合中起作用, 与翻译起始有关 1. 位于起始密码上游 8-13 个核苷酸处 2. 富含嘌呤的一段序列 :5 -AGGAGGU-3 3. 能和原核生物 30S 亚基的 16s rrna 相应的富含嘧啶序列互补,mRNA 通过该 SD 序列附着在小亚基上

28 SD 序列 SD 序列 起始密码子 (mrna 与小亚基结合的部位 )

29 肽链合成起始 细菌多肽合成的起始需要的条件是 : (1)30S 核糖体亚基, 含有 16S RNA (2)mRNA (3)fMet-tRNA (4) 起始因子 :IF-1,IF-2 和 IF-3 (5)GTP (6)50S 核糖体亚基 (7)Mg2+

30 起始氨基酸 fmet-trna 大肠杆菌起始氨基酸为甲酰甲硫氨酸 (fmet), 有专门的 trna 携带 fmet 由甲酰化酶催化生成, 由甲酰四 H 叶酸提供甲基 H H N COO C-H CH2 CH2 S CH3 fmet - trna i Met 甲酰四 H 叶酸四 H 叶酸甲酰化酶 H H C N =O COO C-H CH2 CH2 S CH3 N-Formylmethionine

31 一种特殊的 trna 启动蛋白的合成 翻译起始于 Met 的参与 trna Met : 携带 Met 掺入蛋白内部 trna f Met : 起始 Met 掺入 由同一种 trna 合成酶合成起始因子识别 trna Met f 延伸因子识别 trna Met

32 IF3 防止 30S 亚基与 50S 亚基过早结合 70S 起始复合体的形成过程

33 30S-mRNA-IF-3-IF-1 30S 前起始复合物 (IF-2-30S-mRNA-fMet-tRNA) 70S 起始复合物 (30S-50S-mRNA-fMet-tRNA)

34 3 延长阶段 ( 包括进位 转肽和移位 ) 进位 转肽 移位

35 肽在多肽链上每增加一个氨基酸都需要经过进位, 转肽和 移位三个步骤 (1) 进位 : 与密码子所对应的氨酰 -trna, 首先与含有 1 个 GTP 的 EF-Tu- 结合, 形成氨酰 -trna-ef-tu-gtp 复合物, 该复合物再结合到核糖体的 A 位点, 称为进位 (2) 转肽 : 转肽 -- 肽键的形成,P 位上的氨基酸提供 α- COOH 基, 与 A 位上的氨基酸的 α-nh2 形成肽键, 肽链合 成方向为 N C (3) 移位 : 二肽位于 A 位,P 位上的 trna 空载而脱落, 核 糖体沿着 mrna 由 5 / 向 3 / 端方向移动一个密码单位, 移位 需要 EF-G,GTP 和 Mg2+ 的参加

36 1 进位

37 2 转肽 : 肽酰转移酶 ( 核糖体参与催化 )

38

39

40 3 移位 :EF-G( 依赖 GTP 的转位因子 )

41 延伸因子 (elongation factors) 原核 : 热不稳定的 EF-Tu (Unstable temperature) 热稳定的 EF-Ts (stable temperature) 真核 :EFT1, EFT2

42 4 肽链的终止阶段 无识别终止密码子的 trna 原核生物有三种释放因子 RF1:UAA/UAG/UGA RF2:UAA/UGA RF3: 影响释放速度, 核糖体解离出大 小亚基 真核生物一种释放因子 erf:uaa/uag/uga 解离后的大小亚基可循环使用, 所以多肽链在核糖体上的合成过程又称核糖体循环 (ribosome cycle)

43 肽链的终止阶段

44 ( 三 ) 真核生物与原核生物蛋白质合成的差异 1. 核糖体组成 原核细胞核糖体 (70S) 真核细胞核糖体 (80S) 亚基大亚基 (50S) 大亚基 (60S) 小亚基 (30S) rrna 约 60~65% 约 55% 小亚基 (40S) 16S( 小亚基中 ) 18S( 小亚基中 ) 5S 23S( 大亚基 ) 5S 5.8S 28S ( 大 ) 蛋白质 21 种 ( 小亚基 ) 33 种 ( 小亚基 ) 34 种 ( 大亚基 ) 约 50 种 ( 大亚基 ) 核糖体的 rrna 分布在内部, 蛋白质分布在外表, 核糖体的功能主要由 rrna 来完成, 蛋白质起辅助作用

45 2. 生物翻译的异同 核糖体 真核生物 80S 原核生物 70S mrna 5 帽子,3 尾巴 5 SD 序列 转录与翻译 起始 trna 合成过程 不耦联 Met-tRNA met i 起始因子多延长因子少 (EFT 1 EFT 2 ) 一种释放因子 RF 耦联 fmet-trna i met IF 1 IF 2 IF 3 EF-TU EF-TS EFG RF 1 RF 2 RF 3

46 3. 参与翻译的蛋白因子异同 阶段 原核 真核 功 能 IF1 IF2 eif2 参与起始复合物的形成 IF3 eif3 eif4c 起始 CBP I 与 mrna 帽子结合 eif4a B F 参与寻找第一个 AUG eif5 协助 eif2 eif3 eif4c 的释放 eif6 协助 60S 亚基从无活性的核糖体上解离 EF-Tu eef1 协助氨酰 -trna 进入核糖体 延长 EF-Ts eef1 帮助 EF-Tu eef1 周转 EF-G eef2 移位因子 RF-1 终止 erf 释放完整的肽链 RF-2

47 真核细胞蛋白质的合成 ( 自学 ) 1 真核细胞核糖体比原核细胞核糖体更大更复杂 ; 2 对起始密码的辨认方式不同, 原核细胞可利用起始密码上游的 SD 序列来识别 AUG 真核细胞 mrna 利用 5/ 端的帽子与小亚基 rrna 互补结合, 小亚基向 3 方向移动以寻找起始密码 首先识别 5 端甲基化的帽子结构 3 真核细胞中线粒体 叶绿体的核糖体大小 组成及蛋白质合成过程都类似于原核细胞

48

49 原核细胞和真核细胞核糖体上蛋白质的合成

50 附 : 核糖体与疾病 蛋白质是生命活动的最终执行者, 核糖体担负着细胞中蛋白质的合成, 因此核糖体在整个生命过程中发挥重要功能 brat 基因在苍蝇中编码可调节 rrna 合成的一种蛋白质 brat 突变的苍蝇可因脑肿大死亡, 脑体积可达到正常苍蝇脑体积的 8 倍, 类似恶性视神经瘤 先天性障碍性贫血 : 与核糖体蛋白质 S19 突变相关

51 附 : 蛋白质合成的抑制剂 抗菌素 (antibiotics), 毒素, 抗代谢物, 干扰素 四环素 ( 土霉素 金霉素 ) 1 作用于细菌 30S 小亚基, 抑制起始复合物形成 2 抑制氨酰 trna 进入核糖体 A 位, 阻滞肽链延伸 ; 3 影响终止因子与核糖体的结合四环素类抗生素对真核细胞核糖体也有抑制但不能通过真核生物细胞膜对 70S 核糖体的敏感性更高 氯霉素 广谱抗生素 1 与核糖体 A 位紧密结合, 阻碍氨基酰 trna 进入 2 抑制肽酰转移酶活性, 肽链延伸受到影响

52 附 : 翻译后加工 一 N 端 fmet 或 Met 的切除二 二硫键的形成三 特定氨基酸的修饰乙酰化 羟基化 磷酸化 糖基化 甲基化等四 折叠分子伴侣 (chaperon) 正确地折叠并使其获得正确构象的蛋白质, 如 :Hsp70 五 切除新生肽链中非功能片段 ( 氨肽酶 羧肽酶 )

53 内部核糖体进入位点序列 (Internal ribosome entry site, IRES): 一般真核 mrna 的翻译都需要 5 帽子来介导核糖体结合, 但真核生物和病毒中还存在一些例外情况, 例如一些基因 5 端具有一段较短的 RNA 序列 ( 约 BP), 这类 RNA 序列能介导核糖体与 RNA 结合, 起始蛋白质翻译. IRES 能招募核糖体对 mrna 进行翻译 将 IRES 与外源 cdna 融合, 发现 IRES 能独立地起始翻译 IRES 多数存在于 RNA 病毒中, 但在很多 DNA 病毒中也出现, 且在哺乳动物 植物以及酵母中均发现了 IRES 序列存在

54 Proteasome 蛋白酶体 1. Uniquitin and ubiquitination enzymes 2. Proteasome 3. Ubiqutin-Proteasome Pathway (UPP) and disease 4. Uniqutin homolog

55 哺乳动物细胞中蛋白质的降解 异常蛋白 Selective and ATP-Dependent 80-90% 短周期蛋白 内质网相关蛋白 Ubiquitin- Proteasome Pathway 长周期蛋白 氨基酸小肽 10-20% 膜蛋白 细胞外蛋白 Lysosome Pathway Non-selective

56 来自以色列工学院的 Aaron Ciechanover Avram Hershko 和美国加利福尼亚大学欧文分校的 Irwin Rose 分享了诺贝尔化学奖

57 什么是泛素 (Ubiquitin)? 1975 年由 Goldstein 首先发现的高度保守的多肽, 分子量约 8. 5 kd 含有一个明显的疏水核心和大量的氢键, 表现出特殊的稳定性, 泛素由 76 个氨基酸残基组成, 其中包括 7 个赖氨酸残基 (K), 其 C 末端可与 底物的赖氨酸残基形成异肽键 (Isopeptide bond), 从而引起底物泛素 化 泛素的 K11 K29 K48 和 K63 均能参与形成多泛素化修饰

58 Ubiquitin-Proteasome Pathway (UPP) 蛋白质降解 小肽 去泛素化 26S 蛋白酶体 泛素结合 泛素活化 目标蛋白

59 硫酯键 E1 将活化后的泛素通过交酯化过程交给泛素结合酶 E2 异肽键 底物蛋白 N 端的赖氨酸 (K) 的氨基与泛素 C 端的甘氨酸 (G) 的羧基之间形成了异肽键

60 泛素化所需的酶 泛素甘氨酸端的羧基连接到泛素活化酶 E1 的巯基, 这个步骤需要以 ATP 作为能量, 最终形成一个泛素和泛素活化酶 E1 之间的硫酯键. 硫酯键 异肽键 E1 将活化后的泛素通过交酯化过程交给泛素结合酶 E2

61

62 E1 --- 泛素活化酶 (Ubiquitin activating Enzyme) 泛素活化酶 (E1) : 是泛素与底物蛋白结合所需要的第一个酶 E1 有 2 个亚型, 是由同一个 mrna 在不同的起始位点翻译而成的, 存在于细胞浆和细胞核中 E1 水解 ATP, 与泛素的羧基末端形成高能硫酯键而激活泛素 E2 泛素结合酶 ( the ubiquitin-conjugating enzyme ) 泛素分子经过转硫醇反应从 E1 半胱氨酸残基转移给 E2s 活化的半胱氨酸位点

63 E3--- 泛素连接酶 (Ubiquitin ligase) 在 E3 催化下, 泛素从 E2 转移到底物蛋白的赖氨酸的 ε- 氨基上形成了一个异肽键 (CO-NH-Lys), 泛素化途径最重要的特征就是底物的多样性和选择性, 这一功能由 E3s 直接决定 左边蓝绿色的区域与靶蛋白结合, 右边与 E2, 使这两个物质相互靠近, 发生反应, 使蛋白泛素化

64 Three major kinds of E3 ligase 1. RING finger domain: APC (anaphase-promoting complex) 间期促进性复合物 ; SCF complex (Skp1-Cullin-F-box protein complex) ; MDM2; Parkin and c-cb1 2. HECT domain: homologous to E6- associatedprotein carboxyl terminus (HECT domain 能与底物形成硫酯键 ) 3. U-box domain(chip)

65 去泛素化作用 (Deubiquitination) 泛素前体的处理 去除短泛素链末端的泛素 泛素分子的再利用 去除蛋白质上的多聚泛素链 Amerik and Hochstrasser, 2004

66 去泛素化酶 (Deubiquitinating enzyme) 去泛素化酶可分为两类 : 1. 泛素 -C- 末端水解酶 : 通常参与蛋白降解后泛素分子的再利用及对多聚泛素链的修饰, 也参与由泛素前体产生泛素单体的过程 ( 如 UCH37 UCH-L1) 2. 泛素特异性蛋白酶 : 参与去除蛋白质上的多聚泛素链, 也可从短泛素链的末端去掉单个泛素 ( 如 USP8) 去泛素化酶属半胱氨酸蛋白酶, 目前已发现 90 多种

67 泛素化模式 (Ubiquitination Modes) K48 polyubiquitylation K63 polyubiquitylation 靶蛋白必须经多聚泛素 ( 多于 4 个泛素分子 ) 修饰才能被蛋白酶体识别与降解 Monoubiquitylation 调节蛋白质的活性和定位 Multiple monoubiquitylation 调节蛋白质内吞, 修饰和转录

68

69 蛋白酶体结构 26S 蛋白酶体包括 2 个 19S 调控蛋白和一个 20S 核心蛋白

70 20S 蛋白酶体至少有三种不同的蛋白酶活性 已知的 20S 蛋白酶体蛋白酶活性至少有三种, 催化位点均位于 β 亚基上, 分别是 : 类糜蛋白酶活性 (β5), 类胰蛋白酶活性 (β2), 肽 - 谷氨酰肽水解酶活性 (β1)

71 26S 蛋白酶体的亚基组成

72 泛素化的生物学意义 泛素化 (ubiquitination) 在几乎所有的真核细胞活动中起着关键作用 泛素 蛋白酶体 (proteasome) 通路则是真核细胞内最主要的蛋白质降解途径 泛素化调控的细胞活动至少包括 : 1. 细胞周期 (Cell cycle progression) 2. 细胞凋亡 (Apoptosis) 3. 转录调控 (Transcriptional regulation) 4. DNA 修复 (DNA repair) 5. 免疫应答 (Immune response 6. 蛋白质降解及质量控制 (Protein degradation and quality control )

73 泛素化途径的异常与人类重大疾病 泛素化途径与很多疾病有关, 包括癌症 Angelman 综合征等严重智力障碍 疾病, 帕金森氏病 阿尔茨海默病等神经变性性疾病以及 II 型糖尿病等等 神经退行性疾病 ( 如帕金森氏症 ): 癌症 : Parkin, UCH-L1 BRCA1, CYLD, Mdm2, Nrdp1, pvhl 传染病病原体的入侵 致病机制 : E6-AP E6-AP 这种 E3 酶的缺失会导致 Angelman 综合征 ( 一种神经性综合征 )

74 泛素连接酶 Parkin 的失活与帕金森氏症 Current Opinion in Neurobiology 2004, 14:

75 Parkin Substrates Current Opinion in Neurobiology 2004, 14:

76 泛素化失调与肿瘤 失调蛋白底物修饰肿瘤类别 SKP2 p27 (KIP) Polyubiquitylation Malignant melanoma MDM2 p53 Polyubiquitylation Non-small-cell lung cancer, soft-tissue carcinoma, colorectal cancer HAUSP p53, MDM2 De-ubiquitylation Non-small-cell lung cancer lymphoma APC Cyclin B, Polyubiquitylation Colorectal cancer securin FANCL FANCD2 Monoubiquitylation Fanconi anaemia-related cancers CYLD IKKγ De-ubiquitylation Cylindromatosis IAP2 BCL10 Polyubiquitylation MALT lymphomas CBL RTKs Multiple Lymphoma, AML and monoubiquitylation gastric carcinoma pvhl HIF Polyubiquitination von Hippel-Lindau disease

77 对 p53 蛋白的调控 p53 蛋白是细胞内重要的凋亡调控因子, 可通过激活一系列靶基因实现凋亡调控功能 MDM2 是 E3 家族成员, 促进 p53 从核内向细胞质转运, 使之被泛素化后降解, 从而发挥抗凋亡作用 多种肿瘤细胞中发现 UPP 活性上调,p53 蛋白降解增加, 肿瘤细胞增殖明显上升

78 对转录因子 NF-κB 的调控 细胞转录因子 NF-κB 可以激活抗凋亡基因如 bcl-2 等, 发挥抗凋亡作用 正常情况下, NF-κB 活性被 IκB 抑制 肿瘤细胞中参与 IκB 降解的蛋白酶体活性增加, 细胞内 NF-κB 水平升高, 细胞增殖增加

79 去泛素化酶 CYLD 的突变与圆柱瘤 Cylindromatos 的发生相关 N 末端 TRAF2 结合位点 C 末端 CYLD 具有 TRAF2(TNF-receptor-associated factor 2, 为 Iκ B 的泛素连接酶 ) 结合位点, 可促进 Iκ B 的去泛素化 从 而抑制 NF-κB 的活性

80 圆柱瘤 Cylindromatos 也称 头帕肿瘤综合症 (turban tumour syndrome), 其患者细胞 CYLD 的两个等位基因都发生了突变, 结果使患者细胞中 CYLD 丧失功能, 导致核转录因子 NF-κB 的过度活化 ; 启动基因的转录, 导致细胞的过度增殖 N ENGL J MED 2004, 350:

81 蛋白酶体 --- 抗肿瘤药物靶标 大量实验研究显示, 活跃增殖的恶性肿瘤细胞比正常细胞对蛋白酶体抑制剂更加敏感 肿瘤细胞对蛋白酶体抑制敏感, 而正常细胞不敏感的机理尚不清楚, 目前猜测可能与如下因素有关 : 癌细胞处于快速的增殖中, 并且存在一个或多个细胞周期检控点 (checkpoint) 异常, 这导致缺陷蛋白的积累速度高于正常细胞, 因此更需要蛋白酶体作为一种蛋白降解途径 蛋白酶体活性的抑制可以修复某些细胞周期及凋亡检控点的突变因子, 使失控的细胞增殖被抑制

82 The proteasome inhibitor, Velcade (Botezomib/PS- 341), has been approved by FDA to treat multiple myeloma and lymphoma. 作用位点 : 特异性抑制蛋白酶体的类糜蛋白酶活性 (β5 亚基 )

83 PS-341 临床实验结果

84 类泛素蛋白的结构高度相似 Ubiquitin ISG15 NEDD8 Sumo

85 SUMO (Small ubiquitin-like modifier)- 101 amino acids Activating enzyme complex has two subunits AOS1 is similar to the N-terminal half of Ub E1 UBA2 is homologous to the C-terminal half of Ub E1 and contains the cysteine necessary for linkage with SUMO Conjugating enzyme: UBC9

86 SUMO 修饰的功能

87 SUMO 化修饰的底物

88 Desumoylating enzymes Ulp1 Has both isopeptidase and C- terminal hydrolase activity Required for G2/M transition Sumo C-terminal hydrolases, e.g. SENP1

89 Nedd8 (neural precursor cell-expressed developmentally downregulated) Activating enzyme complex (2 subunits) ---APP-BP1 and UBA3 The APP-BP1 N-terminal half is homologous to the N- terminal half of ubiquitin E1 UBA3 is homologous to the C-terminal half of ubiquitin E1 and contains the cysteine required for thiol ester linkage with Nedd8 Conjugating enzyme: UBC12 Deneddylation: COP9 Signalosome (CSN) Substrates (SCF components) Cdc53 in yeast Cullin family members in humans