蛋白質(zhì)構(gòu)象病第1頁(yè)/共34頁(yè)蛋白質(zhì)構(gòu)象疾病李俊良12S028021第2頁(yè)/共34頁(yè)一、構(gòu)象病的概念與種類二、研究構(gòu)象病的重要意義三、帕金森病與構(gòu)象病關(guān)系研究四、構(gòu)象病的治療方向第3頁(yè)/共34頁(yè)一、蛋白質(zhì)構(gòu)象病概念若蛋白質(zhì)的折疊發(fā)生錯(cuò)誤，盡管其一級(jí)結(jié)構(gòu)不變，但蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致疾病發(fā)生。蛋白質(zhì)構(gòu)象病的機(jī)理：有些蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉樣纖維沉淀，產(chǎn)生毒性而致病，表現(xiàn)為蛋白質(zhì)淀粉樣纖維沉淀的病理改變。第4頁(yè)/共34頁(yè)構(gòu)象病的種類1、由朊蛋白構(gòu)象變化所引起的疾病:致死家族性失眠癥、瘋牛病、綿羊瘙癢病2、淀粉樣蛋白等相關(guān)的神經(jīng)退行性疾病：阿爾茨海默病、前額顳癡呆綜合征、肌肉萎縮外側(cè)硬化癥、帕金森病3、抑絲酶家族構(gòu)象異常所引起的疾?。哼z傳性血管水腫、家族型早期發(fā)作癡呆腦病第5頁(yè)/共34頁(yè)瘋牛病瘋牛病是由朊病毒蛋白(prionprotein,PrP)引起的一組人和動(dòng)物神經(jīng)退行性病變。正常的PrP富含α-螺旋，稱為PrPc。PrPc在某種未知蛋白質(zhì)的作用下可轉(zhuǎn)變成全為β-折疊的PrPsc，從而致病。PrPcα-螺旋PrPscβ-折疊正常瘋牛病第6頁(yè)/共34頁(yè)第7頁(yè)/共34頁(yè)二、研究構(gòu)象病的意義蛋白質(zhì)折疊所固有的問題是會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤，其結(jié)果常常是發(fā)生蛋白質(zhì)聚集，在一些條件下，聚集的蛋白可形成淀粉樣沉淀，淀粉樣蛋白沉積的研究成為構(gòu)象病研究的重點(diǎn)第8頁(yè)/共34頁(yè)蛋白質(zhì)折疊問題的本質(zhì)是生命信息流動(dòng)從DNA-RNA-多肽鏈-到功能蛋白的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，解決了蛋白質(zhì)折疊問題，將會(huì)對(duì)生物工程大規(guī)模生產(chǎn)有各種用途的蛋白質(zhì)以及揭示構(gòu)象病機(jī)理、設(shè)計(jì)構(gòu)象病防治策略作出貢獻(xiàn)構(gòu)象病問題不僅在醫(yī)學(xué)上是一個(gè)發(fā)現(xiàn)，揭示了一種新的致病的機(jī)制。構(gòu)象病的提出更是在生物學(xué)基本概念的發(fā)展過程中，是分子生物學(xué)中心法則的發(fā)展中也是一個(gè)重要突破，突破了信息不能再蛋白質(zhì)之間傳遞的禁地第9頁(yè)/共34頁(yè)三、帕金森病帕金森病(Parkinson’sdisease,PD)又名震顫麻痹(paralysisagitans)。PD在60歲以上人群中患病率為1000/10萬(wàn)，并隨年齡增長(zhǎng)而增高，兩性分布差異不大是一種常見的中老年人神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病發(fā)病機(jī)制十分復(fù)雜，病因迄今未明第10頁(yè)/共34頁(yè)第11頁(yè)/共34頁(yè)病理之一主要病理改變是中腦黑質(zhì)致密部DA能神經(jīng)元變性、缺失。出現(xiàn)癥狀時(shí)DA能神經(jīng)元常丟失50%以上，癥狀明顯時(shí)神經(jīng)元丟失嚴(yán)重，殘留者變性，黑色素減少瑞典的ArvidCarlsson因發(fā)現(xiàn)DA（多巴胺）的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能及其在控制運(yùn)動(dòng)中的作用，成為2000年諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的三個(gè)得主之一。他的研究使人們認(rèn)識(shí)到大腦特定部位DA缺乏可導(dǎo)致帕金森病，并推動(dòng)了該病治療藥物的研制第12頁(yè)/共34頁(yè)第13頁(yè)/共34頁(yè)腦內(nèi)存在多條DA遞質(zhì)通路，最重要為黑質(zhì)-紋狀體通路。該通路DA神經(jīng)元在黑質(zhì)致密部，正常時(shí)自血流攝入左旋酪氨酸，經(jīng)細(xì)胞內(nèi)酪氨酸羥化酶（TH）轉(zhuǎn)化為左旋多巴（L-DOPA）。再經(jīng)過多巴脫羧酶（DDC）轉(zhuǎn)化為DA。DA通過黑質(zhì)-紋狀體束作用于殼核和尾狀核細(xì)胞黑質(zhì)中。左旋酪氨酸（TH）→L-DOPA（DDC）→DADA最后被MAO（單胺氧化酶）、COMT（兒茶酚-氧位-甲基轉(zhuǎn)移酶）分解成高香草酸（HVA）第14頁(yè)/共34頁(yè)第15頁(yè)/共34頁(yè)Synuclein蛋白最初是在電鱘魚的帶電器官中發(fā)現(xiàn)的，主要分布于神經(jīng)元突觸前末梢,尤其在腦內(nèi)新皮層、海馬、嗅球、紋狀體、背側(cè)丘腦、下丘腦、黑質(zhì)及小腦等部位的神經(jīng)元胞液中含量更加豐富。目前研究表明,α-synuclein存在于帕金森病相關(guān)的纖維結(jié)構(gòu)中。α-synuclein可促進(jìn)神經(jīng)元的分化、多巴胺（DA）釋放的上調(diào)等過程,并具有分子伴侶樣活性的作用。第16頁(yè)/共34頁(yè)純化的α-synuclein是一種耐熱含140個(gè)氨基酸、分子量為14kD可溶性非折疊構(gòu)象的酸性蛋白,其N末端2/3的序列可以形成一系列雙極性區(qū)域,其二級(jí)結(jié)構(gòu)在溶液中主要為無(wú)規(guī)則卷曲,但可轉(zhuǎn)換為α-螺旋結(jié)構(gòu),并與大量含有酸性磷脂的膜結(jié)構(gòu)及蛋白結(jié)合,這將導(dǎo)致其天然構(gòu)象改變及蛋白本身部分發(fā)生折疊;最新研究也表明α-synuclein3個(gè)點(diǎn)突變基因A30P、A53T、E46K都位于與脂質(zhì)結(jié)合的氨基端,推測(cè)可能通過破壞α-synuclein與DA神經(jīng)元脂質(zhì)的結(jié)合而導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞變性壞死。第17頁(yè)/共34頁(yè)α-synuclein的一種聚集方式第18頁(yè)/共34頁(yè)胞漿內(nèi)出現(xiàn)特征性嗜酸性包涵體--Lewy小體，α-synuclein（α-突觸核蛋白基因）是Lewy小體中重要成分病理之二第19頁(yè)/共34頁(yè)自然狀態(tài)下,α-synuclein呈無(wú)序的未折疊結(jié)構(gòu)的單體,但在高濃度時(shí),它可轉(zhuǎn)變?yōu)榈矸劾w維樣的β-折疊結(jié)構(gòu),與單體不同,這類寡聚體中間構(gòu)象呈包含20-30個(gè)α-synuclein分子的圓柱狀結(jié)構(gòu),隨后彼此聚合形成鏈條狀,最終轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的纖維狀結(jié)構(gòu)的多聚體,此中間構(gòu)象不易經(jīng)泛素蛋白酶體通路降解,并可與26S蛋白酶體上19S-CAP的S6亞基結(jié)合來抑制UPP活性,從而導(dǎo)致寡聚體在細(xì)胞內(nèi)大量聚集及Lewy小體的形成。第20頁(yè)/共34頁(yè)P(yáng)arkin和UCH-L1蛋白構(gòu)象

改變與PD的關(guān)系大量實(shí)驗(yàn)表明,Lewy中除α-synuclein外,還含有如泛素、parkin、synphilin-1、UCH-L1、熱休克蛋白、26S蛋白酶體等多種蛋白質(zhì)。它們介導(dǎo)協(xié)助α-synuclein蛋白結(jié)構(gòu)正確形成并維持其天然構(gòu)象及調(diào)控α-synuclein蛋白結(jié)構(gòu)積聚狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中發(fā)揮著重要作用。第21頁(yè)/共34頁(yè)P(yáng)ael-R是一跨膜多肽,主要分布于黑質(zhì)致密部多巴胺神經(jīng)元內(nèi),當(dāng)在細(xì)胞過度表達(dá)時(shí),Pael-R變成非溶形式而不能折疊。未折疊的Pael-R可以引起蛋白應(yīng)激而損傷細(xì)胞。轉(zhuǎn)染正常parkin蛋白的SH-SY5Y細(xì)胞能有效阻止錯(cuò)誤折疊蛋白應(yīng)激,轉(zhuǎn)染發(fā)生突變parkin蛋白的細(xì)胞則失去了這種作用,導(dǎo)致細(xì)胞死亡?？梢?parkin蛋白可抑制錯(cuò)誤折疊蛋白應(yīng)激而保護(hù)細(xì)胞。其功能障礙時(shí),錯(cuò)誤折疊的Pael受體不能被泛素化降解,在細(xì)胞內(nèi)聚集,引起錯(cuò)誤折疊蛋白應(yīng)激而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。第22頁(yè)/共34頁(yè)DAT是一跨膜神經(jīng)遞質(zhì)載體,位于多巴胺神經(jīng)元突觸處細(xì)胞膜的表面,負(fù)責(zé)迅速吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)多巴胺神經(jīng)遞質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn),parkin蛋白不但能通過增強(qiáng)細(xì)胞表面DAT的表達(dá)來增加對(duì)多巴胺的攝取,并能啟動(dòng)UPP降解錯(cuò)構(gòu)DAT可避免多巴胺神經(jīng)元的退行性變,證實(shí)DAT為parkin的新型底物,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形成正確寡聚化DTA才能發(fā)揮其功能。第23頁(yè)/共34頁(yè)parkin基因缺陷小鼠MES株中DAT表達(dá)明顯不足。衣霉素(糖基化蛋白抑制劑)能使DAT糖基化而錯(cuò)誤折疊,當(dāng)parkin基因突變后,錯(cuò)誤折疊的DAT將不能有效泛素化降解。錯(cuò)誤折疊的DAT能與正確折疊的DAT相互結(jié)合聚集,從而影響DAT在細(xì)胞膜表達(dá)及多巴胺的吸收及轉(zhuǎn)運(yùn)。第24頁(yè)/共34頁(yè)實(shí)驗(yàn)顯示PD腦內(nèi)DAT功能顯著降低第25頁(yè)/共34頁(yè)synphilin-1是α-synuclein的相互作用蛋白,在Lewy小體內(nèi)含量豐富,并能促進(jìn)Lewy小體的形成。而parkin蛋白功能障礙時(shí),單獨(dú)轉(zhuǎn)染α-synuclein或synphilin-1均不能形成Lewy小體,推測(cè)三者在PD的發(fā)病過程中可能起協(xié)同作用。第26頁(yè)/共34頁(yè)UCHL-1基因編碼的泛素C-末端水解酶L1是腦內(nèi)含量最豐富的蛋白之一,占腦蛋白總量的2%,而在PD患者的Lewy小體內(nèi)發(fā)現(xiàn)該蛋白在聚泛素化蛋白降解的過程中可以釋放并循環(huán)使用泛素化蛋白來保障胞內(nèi)整個(gè)降解過程的順利進(jìn)行,可能是通過裂解循環(huán)泛素單體而間接地促進(jìn)多聚體α-synuclein的泛素化降解來減少細(xì)胞毒性作用。UCHL-1基因突變,不但使其蛋白喪失了功能,而且還可誘發(fā)常染色體顯性遺傳PD。第27頁(yè)/共34頁(yè)目前已知含量最豐富的分子伴侶糖調(diào)節(jié)蛋白是在觀察糖培養(yǎng)的雞胚胎成纖維細(xì)胞時(shí)發(fā)現(xiàn)的,屬熱休克蛋白家族成員,它們能利用ATP水解的能量去加速蛋白質(zhì)的折疊和阻止蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔的堆積,確保內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白質(zhì)正確折疊后輸送到高爾基體,而非正確折疊的蛋白質(zhì)回到細(xì)胞質(zhì)中經(jīng)泛素-蛋白水解系統(tǒng)降解。第28頁(yè)/共34頁(yè)蛋白水解系統(tǒng)由Ub,E1,E2,E3及26S蛋白酶體等組成。該系統(tǒng)除了能夠清除結(jié)構(gòu)異常蛋白外,還能調(diào)節(jié)細(xì)胞的周期和凋亡。分子伴侶不僅能幫助新生肽鏈組裝成熟,還能與依賴ATP的蛋白水解酶一起,負(fù)責(zé)對(duì)細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)進(jìn)行“質(zhì)量監(jiān)控”。第29頁(yè)/共34頁(yè)對(duì)PD動(dòng)物模型研究證實(shí),Hsp70的表達(dá)可以抑制α-synuclein的錯(cuò)誤折疊及多聚體的形成而減少不溶性大分子物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的聚集;體外研究也發(fā)現(xiàn),Hsp70的過表達(dá)能阻止蛋白質(zhì)的錯(cuò)義突變及重構(gòu)錯(cuò)構(gòu)蛋白而減少細(xì)胞內(nèi)多聚體的形成來保護(hù)細(xì)胞免受其毒性作用,并與其它分子伴侶蛋白協(xié)助UPP促進(jìn)聚集體的降解。例如，小鼠中Hsp70與GRP78誘導(dǎo)表達(dá)水平的上調(diào)可有效地減緩或抑制帕金森病的發(fā)生第30頁(yè)/共34頁(yè)四、構(gòu)象病的治療對(duì)目前發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)構(gòu)象病的研究表明，雖然不同的構(gòu)象病的臨床和病理特征各異,但其共同的病理特征表現(xiàn)在：病理性蛋白質(zhì)中β折疊結(jié)構(gòu)的增加,使分子聚集，最終導(dǎo)致對(duì)蛋白水解酶的抗性增大。針對(duì)蛋白質(zhì)構(gòu)象病的特點(diǎn),近年來人們關(guān)注較多的是:嘗試通過β折疊形成阻斷肽、分子伴侶等方法,達(dá)到抑制或逆轉(zhuǎn)功能蛋白質(zhì)病理構(gòu)象形成,從而對(duì)蛋白質(zhì)構(gòu)象病進(jìn)行防治。第31頁(yè)/共34頁(yè)β折疊形成阻斷肽是一種相關(guān)構(gòu)象的類似物,它與蛋白質(zhì)中發(fā)生構(gòu)象改變的核心部位部分同源,可以穩(wěn)定靶構(gòu)象的生理結(jié)構(gòu)不向β折疊結(jié)