小热休克蛋白家族研究进展精品课件

胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,小热休克蛋白家族研究进展,胡 治 平 教授 博士生导师 中南大学湘雅附二院神经内科 Email:,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,概 述 小热休克蛋白家族简介 分类 结构 特性 功能 小热休克家族成员简介 HspB1-HspB10 临床研究及进展 缺血再灌注损伤 肿瘤 神经系统疾病 展 望,小热休克蛋白家族研究进展,热休克蛋白家族,生物细胞在高温环境下所表现的以基因表达变化为特征的反应称 热休克反应（heat shock response, HSR） 所产生的一组蛋白质叫热休克蛋白（heat shock proteins, HSP） 除了热休克外，许多其它理化及生物刺激都可诱导HSP的产生,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,热休克蛋白的功能,帮助新合成蛋白质的折叠，防止其互相聚集 帮助蛋白质的细胞内移位 帮助变性蛋白质的复性 通过泛素-蛋白酶体通路清除严重受损的蛋白质,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,小热休克蛋白家族,热休克蛋白家族（HSP）中低分子量蛋白亚家族分子量1243KDa 作为重要的分子伴侣参与细胞骨架稳定、细胞迁移、调节细胞的生长与分化 ，与多种疾病的发生，发展关系密切 目前已发现并证实的哺乳动物小热休克蛋白 HSPB1-B10,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,小热休克蛋白亚家族,类亚家族成员 呈现泛素化表 (ubiquitous expression) 无组织特异性 包括 HspB1, HspB5, HspB6, HspB8 类亚家族成员 肌原性组织（m） 睾丸组织（t） 眼晶状体（e） m: HspB2, HspB3, HspB7 t : HspB9，HspB10 e : HspB4,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,小热休克蛋白亚家族,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,小热休克蛋白特点,低分子量蛋白质 具有保守的中央“晶体蛋白结构域” 形成大的低聚复合物 与变性蛋白质形成大的具有特点的复合物 具有非ATP依赖的分子伴侣活性,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,晶体蛋白结构域,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,亚单位与低聚复合物,Nature Structural Biology 2001; 8, 1025-1030,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,非ATP依赖的分子伴侣活性,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,亚单位/亚单位交换,四聚体为结合底物的活性单位 不同的小热休克蛋白之间可以交换亚单位 相似的四级结构 相似的亚单位位置 CRYAA/CRYAB/HSPB1/B2/B6/B8,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,与底物之间的作用,不同底物可结合于同一低聚物 亚单位与底物结合稳定 底物结合的亚单位在不同小热休克蛋白之间可以互换 亚单位不会自发释放结合的底物 与ATP水平有关,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,分子伴侣活性,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,Three coupled equilibria,equilibrium binding between the sHsp and the substrate non-native states,sHsp oligomeric equilibrium,substrate folding equilibrium,Hu et al, Curr Neurovasc Res 2008; Vol.5(2):143-52,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,影响分子伴侣活性的因素,PH值 温度 结构/结合位点 亚单位的活性 低聚复合物的稳定性 目标蛋白质的分子量,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,家族成员-HspB1/Hsp27,第一个在哺乳动物中被证实 存在于众多组织中 热诱导表达 磷酸化是其活性形式 ( IL-2, TNF-,GF) 磷酸化位点：Ser-15, 78, 82 p38 MAPK 及 p38MAPK 激活的蛋白激酶、蛋白激酶C (PKC),胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,参与调节细胞的生长与分化 影响细胞骨架稳定及肌肉收缩（肌动蛋白结合蛋白） 抗凋亡 与细胞耐热性及抗药性的形成有关 与多种肿瘤密切相关：肝癌、乳腺癌、恶性纤维组织细胞瘤、黑色素瘤等 与神经系统疾病相关,家族成员- HspB1/Hsp27,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,家族成员- HspB2/MKBP,强直性肌营养不良蛋白激酶结合蛋白 ( Myotonic dystrophy protein kinase binding protein，MKBP ) 存在于心肌，骨骼肌 与HspB5基因串联排列在人类的第11 号染色体上,由共同的启动子来启始基因的转录 无明显磷酸化 热诱导不影响表达,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,家族成员- HspB2/MKBP,对骨骼肌、心肌细胞的发育是必需的 热休克后在细胞内重新分布,作用于细胞骨架结构 在强直性肌营养不良患者骨骼肌细胞中表达上调,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,家族成员- HspB3/HSPL27,通过分析人类心肌cDNA 文库而发现的, 定位于人类染色体5q11. 2 通常缺乏氨基端保守序列和羧基端尾序列 对维持心肌细胞的结构和功能非常重要 在环境压力下, 迁移到细胞骨架并与之结合，抑制肌动蛋白的聚集,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,家族成员- HspB4/HspB5,由 Berzelins 于1830年从晶状体中分离出来并首次命名 A 晶体蛋白(A -crystallin , CRYAA 或 HSPB4 ) B 晶体蛋白(B -crystallin , CRYAB 或 HSPB5 ) A与B 晶体蛋白在基因序列上具有53 %同源性,Crystallin,-,-,-,A - crystallin,B - crystallin,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,家族成员- HspB4/HspB5,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,家族成员- HspB4/HspB5,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,家族成员- HspB6/ Hsp20,表达于许多组织，尤其在心脏中有很高的表达，达1.3% 与 HspB1 和 HspB5 有很高的同源性 热诱导不影响表达 磷酸化 位点： Ser-16 Ser-157 磷酸化酶：PKA/PKG 中性及偏碱性环境下活性增强，酸性环境活性显著下降,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,家族成员- HspB6/ Hsp20,与血管平滑肌舒张有关 抑制血小板聚集 增强体外心肌细胞收缩功能 缺血再灌注后在心肌细胞内重新分布于细胞骨架系统，对抗再灌注诱发的心肌细胞凋亡，减轻心肌梗塞，促进功能恢复,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,家族成员- HspB7/ cvHsp,Cardiovascular heat shock protein (cvHsp) 选择性表达于心血管系统以及胰岛素敏感组织（骨骼肌，脂肪组织），其中，心脏表达很高，骨骼肌含量中等，脂肪组织表达最少 与 HspB1-6 有 26-49% 的同源性 与心肌收缩有关，对心肌有明确的保护作用 与-丝蛋白（肌动蛋白结合蛋白）结合,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,家族成员- HspB7/ cvHsp,基因定位于1p36.2-p36.3, 多个人类遗传性疾病基因定位于这一区域，如心肌病，骨骼肌疾病等 与胰岛素敏感组织有关，且在肥胖症老鼠模型中表达增加提示可能与肥胖症以及代谢紊乱疾病密切相关,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,家族成员- HspB8/ Hsp22,显著表达于骨骼肌及平滑肌组织，在心脏，脑组织，胎盘，脾脏中也有表达 与HspB1有33%同源性 对热诱导有反应，活性与温度呈相关性 在体外以单体形式存在并具有活性 在体内与类亚家族的其他成员形成异型低聚复合物,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,家族成员- HspB8/ Hsp22,磷酸化蛋白激酶及位点 PKC : Ser-14 Thr-63 p44MAPK : Ser-27 Thr-87 K141N/E 突变见于遗传性末梢运动神经元病 K141N 突变也见于腓骨肌萎缩 Charcot-Marie-Tooth disorder (CMT),胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,mtHspB8与HspB1共定位,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,家族成员- HspB9/ HspB10,均特异性表达于睾丸提示与性别相关 HspB9表达于生殖细胞，而 HspB10曾被称为精子鞭毛外层致密纤维蛋白1 (ODF1) HspB9在许多肿瘤组织中有表达，认为属于（Cancer/Testis Antigens, CAT） HspB10 的表达部位及与骨架蛋白的部分相似性提示其对细胞骨架有重要作用,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,小热休克蛋白研究进展,分子伴侣活性 保护细胞骨架结构 抗凋亡 组织特异性表达 基因突变,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,小热休克蛋白研究进展,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,缺血再灌注损伤： 心肌梗塞 脑缺血再灌注 肿瘤 神经系统疾病： 肌病 神经退行性疾病 遗传病,小热休克蛋白研究进展,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,心肌梗塞保护细胞骨架,缺血损伤能对细胞骨架造成严重损害 心肌细胞骨架的变化先于心肌缺血的超微结构的变化,该损伤明显影响心肌细胞的结构和功能 在生理情况下，BC与细胞骨架成分有相互作用，在应激情况下，这一作用得到增强 磷酸化的HspB2/20结合并稳定肌动蛋白,抑制了由-激动剂介导的细胞凋亡，提高心衰患者生存率,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,心肌梗塞抑制凋亡,磷酸化及非磷酸化的HspB1/27对保护心肌细胞收缩功能及维持细胞的完整性均同样有意义 HspB2，HspB5基因敲除老鼠生理情况下心肌收缩性正常，I/R后表现出心肌收缩功能明显下降伴随更多的细胞坏死及凋亡,缺血再灌注损伤后，HspB1 、 HspB2 、 HspB5 、HspB6 和HspB7分别沉积在肌丝Z 线、带和闰盘等处，通过稳定肌小节来减轻心衰过程中的损伤,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,热诱导心肌细胞中HspB5的表达变化,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,脑缺血再灌注-HspB5,缺血再灌注损伤后胶质细胞核周呈现B-晶体蛋白环状浓染，延伸并显示部分突起（呈串珠状）,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,在大脑中动脉缺血/再灌注的大鼠模型中，缺血半暗带中神经元及胶质细胞中HspB5 表达上调，提示其在缺血后的大脑中扮演重要角色,脑缺血再灌注-HspB5,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,TGN38为高尔基体的特异性标志物，HSP22 及TGN38 的细胞内荧光均表现为核周环状染色，共聚焦观察发现HSP22的红色免疫荧光及TGN38的绿色免疫荧光发生了明显的重叠,脑缺血再灌注-HspB8,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,正常组和缺血再灌注组在不同时间点Hsp22和HIF-1表达趋势线图,HspB6,HIF-1 低氧诱导因子-1,缺氧诱导相关性表达提示可能存在协同作用,脑缺血再灌注-HspB6,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,Masayuk 等首次在有心血管意外的患者血循环中检测到了高浓度的Hsp20/HspB6；有学者发现患有心肌疾病6周的小鼠静脉血血浆中的Hsp20/HspB6 含量较对照组有显著升高 作用机制: (1) 抗血小板聚集 (2) 舒张血管平滑肌 (3) 稳定细胞骨架 (4) 抗凋亡 复杂性动脉粥样硬化斑块中HspB1表达水平下降，患者血浆中HspB1表达较健康对照组血浆中要低,脑缺血再灌注-HspB1/6,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,HSP27动脉血清浓度变化,HSP20动脉血清浓度变化,脑缺血再灌注-HspB1/6,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,血浆HspB1为动脉粥样硬化潜在实验室辅助检验指标 将Hsp20的检测推广至人体试验，评估其作为短暂性脑缺血发作辅助检测指标的可行性研究,脑缺血再灌注-HspB1/6,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,肿 瘤,凋亡失衡 致病因素&保护因素 肿瘤标记物：HspB1, HspB8, HspB9细胞,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,肿 瘤,HspB1在恶性纤维组织细胞瘤中表达提示较好预后 HspB1在体外抑制黑色素瘤生长，转移及进展 在成神经细胞瘤中HSPB1 的高表达可以抑制N2myc 基因扩增,限制成神经细胞瘤的发展 HspB1增强抗肿瘤药物的有效性，并减轻由化疗所致的正常细胞凋亡,HspB1在乳腺癌表达增多，与雌激素受体呈相关性，伴随较短的无病存活时间，预后差，增加转移 HspB1与E2钙粘素、间质金属蛋白酶9 的相互作用赋予了黑色素瘤的恶性生物学行为 HspB1/ HspB5抑制凋亡，致凋亡失衡，促进肿瘤发生,NO,YES,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,诊断:恶性肿瘤标记物 治疗 治疗前: 治疗方案的选择 治疗中: 疗效评价 预后评价,肿 瘤,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,神经系统疾病肌 病,HspB1-3, HspB5-8大量表达于肌肉组织 HspB1，HspB5，HspB6聚合物及HspB2，HspB3聚合物存在于应激后的肌细胞胞浆中 HspB2在肌强直性营养不良患者肌细胞中表达上调 HspB5在肌萎缩中起关键作用 HspB6过表达与心肌肥厚密切相关,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,神经系统疾病肌纤维肌病,Desmin-related myopathy (DRM) 临表: 进行性四肢肌无力，心脏传导阻滞、心衰 (猝死)，可累及颅神经 (面神经麻痹，延髓麻痹)，呼吸肌偶可受累 病理: 心肌及骨骼肌细胞胞浆 desmin 阳性的异常聚合物沉积 遗传: 常染色体显性及隐形遗传均有报道， 近1/3发病与 desmin 基因突变有关,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,神经系统疾病肌纤维肌病,HspB5/CRYAB能阻止desmin的异常聚集 CRYAB的R120G突变： 结构改变 分子伴侣活性改变 与细胞骨架结构作用改变 导致HspB5与desmin 聚合物的形成以及肌纤维的断裂 DRM为由desmin &/or HspB5突变所致的疾病,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06, 武汉, 2007 .10. 26,神经系统疾病多发性硬化,神经系统自身免疫性疾病，诱导细胞及体液免疫的发生 HspB5在急性和慢性MS的少突胶质细胞及星型胶质细胞中表达并具免疫活性 MS中HspB5被抗原呈递至T细胞，且T细胞对HspB5的反应比其他因子要强 作为MS髓鞘中唯一免疫显性的抗原，HspB5可能在MS发病机制中作为自身抗原存在伴表达增强,胡 治 平 小热休克蛋白家族研究进展 AsiaSim 06