蛋白质构象病

1、蛋白质构象疾病,一、构象病的概念与种类 二、研究构象病的重要意义 三、帕金森病与构象病关系研究 四、构象病的治疗方向,一、蛋白质构象病概念,若蛋白质的折叠发生错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的构象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生。 蛋白质构象病的机理：有些蛋白质错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病，表现为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变,构象病的种类,1、由朊蛋白构象变化所引起的疾病:致死家族性失眠症、疯牛病、绵羊瘙痒病 2、淀粉样蛋白等相关的神经退行性疾病：阿尔茨海默病、前额颞痴呆综合征、肌肉萎缩外侧硬化症、帕金森病 3、抑丝酶家族构象异常所引

2、起的疾病：遗传性血管水肿、家族型早期发作痴呆脑病,疯牛病 疯牛病是由朊病毒蛋白(prion protein, PrP)引起的一组人和动物神经退行性病变。 正常的PrP富含-螺旋，称为PrPc。PrPc在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为-折叠的PrPsc，从而致病,PrPc -螺旋,PrPsc -折叠,正常,疯牛病,二、研究构象病的意义,蛋白质折叠所固有的问题是会发生错误，其结果常常是发生蛋白质聚集，在一些条件下，聚集的蛋白可形成淀粉样沉淀，淀粉样蛋白沉积的研究成为构象病研究的重点,蛋白质折叠问题的本质是生命信息流动从DNA-RNA-多肽链-到功能蛋白的最后一个环节，解决了蛋白质折叠问题，将会

3、对生物工程大规模生产有各种用途的蛋白质以及揭示构象病机理、设计构象病防治策略作出贡献 构象病问题不仅在医学上是一个发现，揭示了一种新的致病的机制。构象病的提出更是在生物学基本概念的发展过程中，是分子生物学中心法则的发展中也是一个重要突破，突破了信息不能再蛋白质之间传递的禁地,三、帕金森病,帕金森病(Parkinsons disease, PD)又名震颤麻痹(paralysis agitans)。 PD在60岁以上人群中患病率为1000/10万，并随年龄增长而增高，两性分布差异不大 是一种常见的中老年人神经系统变性疾病 发病机制十分复杂，病因迄今未明,病理之一,主要病理改变是中脑黑质致密部DA能

4、神经元变性、缺失。出现症状时DA能神经元常丢失50%以上，症状明显时神经元丢失严重，残留者变性，黑色素减少 瑞典的Arvid Carlsson因发现DA（多巴胺）的信号转导功能及其在控制运动中的作用，成为2000年诺贝尔医学奖的三个得主之一。他的研究使人们认识到大脑特定部位DA缺乏可导致帕金森病，并推动了该病治疗药物的研制,脑内存在多条DA递质通路，最重要为黑质-纹状体通路。该通路DA神经元在黑质致密部，正常时自血流摄入左旋酪氨酸，经细胞内酪氨酸羟化酶（TH）转化为左旋多巴（L-DOPA）。再经过多巴脱羧酶（DDC）转化为DA。DA通过黑质-纹状体束作用于壳核和尾状核细胞黑质中。 左旋酪氨酸（

5、TH）L-DOPA（DDC）DA DA最后被MAO（单胺氧化酶）、COMT（儿茶酚-氧位-甲基转移酶）分解成高香草酸（HVA,Synuclein蛋白最初是在电鲟鱼的带电器官中发现的，主要分布于神经元突触前末梢,尤其在脑内新皮层、海马、嗅球、纹状体、背侧丘脑、下丘脑、黑质及小脑等部位的神经元胞液中含量更加丰富。 目前研究表明,-synuclein存在于帕金森病相关的纤维结构中。-synuclein可促进神经元的分化、多巴胺（DA）释放的上调等过程,并具有分子伴侣样活性的作用,纯化的-synuclein是一种耐热含140个氨基酸、分子量为14kD可溶性非折叠构象的酸性蛋白,其N末端2/3的序列可以

6、形成一系列双极性区域,其二级结构在溶液中主要为无规则卷曲,但可转换为-螺旋结构,并与大量含有酸性磷脂的膜结构及蛋白结合,这将导致其天然构象改变及蛋白本身部分发生折叠;最新研究也表明-synuclein 3个点突变基因A30P、A53T、E46K都位于与脂质结合的氨基端,推测可能通过破坏-synuclein与DA神经元脂质的结合而导致神经细胞变性坏死,synuclein的一种聚集方式,胞浆内出现特征性嗜酸性包涵体-Lewy小体，-synuclein（-突触核蛋白基因）是Lewy小体中重要成分,病理之二,自然状态下,-synuclein呈无序的未折叠结构的单体,但在高浓度时,它可转变为淀粉纤维样的

7、-折叠结构,与单体不同,这类寡聚体中间构象呈包含20-30个-synuclein分子的圆柱状结构,随后彼此聚合形成链条状,最终转化为稳定的纤维状结构的多聚体,此中间构象不易经泛素蛋白酶体通路降解,并可与26S蛋白酶体上19S-CAP的S6亚基结合来抑制UPP活性,从而导致寡聚体在细胞内大量聚集及Lewy小体的形成,Parkin和UCH -L1蛋白构象改变与PD的关系,大量实验表明, Lewy中除-synuclein外,还含有如泛素、parkin、synphilin-1、UCH-L1、热休克蛋白、26S蛋白酶体等多种蛋白质。 它们介导协助-synuclein蛋白结构正确形成并维持其天然构象及调控

8、-synuclein蛋白结构积聚状态转换过程中发挥着重要作用,Pael-R是一跨膜多肽,主要分布于黑质致密部多巴胺神经元内,当在细胞过度表达时, Pael-R变成非溶形式而不能折叠。未折叠的Pael-R可以引起蛋白应激而损伤细胞。转染正常parkin蛋白的SH-SY5Y细胞能有效阻止错误折叠蛋白应激,转染发生突变parkin蛋白的细胞则失去了这种作用,导致细胞死亡。可见, parkin蛋白可抑制错误折叠蛋白应激而保护细胞。其功能障碍时,错误折叠的Pael受体不能被泛素化降解,在细胞内聚集,引起错误折叠蛋白应激而导致细胞死亡,DAT是一跨膜神经递质载体,位于多巴胺神经元突触处细胞膜的表面,负责迅

9、速吸收、转运多巴胺神经递质。研究发现, parkin蛋白不但能通过增强细胞表面DAT的表达来增加对多巴胺的摄取,并能启动UPP降解错构DAT可避免多巴胺神经元的退行性变,证实DAT为parkin的新型底物,内质网形成正确寡聚化DTA才能发挥其功能,parkin基因缺陷小鼠MES株中DAT表达明显不足。 衣霉素(糖基化蛋白抑制剂)能使DAT糖基化而错误折叠,当parkin基因突变后,错误折叠的DAT将不能有效泛素化降解。错误折叠的DAT能与正确折叠的DAT相互结合聚集,从而影响DAT在细胞膜表达及多巴胺的吸收及转运,实验显示PD脑内DAT功能显著降低,synphilin-1是-synuclein

10、的相互作用蛋白,在Lewy小体内含量丰富,并能促进Lewy小体的形成。而parkin蛋白功能障碍时,单独转染-synuclein或synphilin-1均不能形成Lewy小体,推测三者在PD的发病过程中可能起协同作用,UCHL-1基因编码的泛素C-末端水解酶L1是脑内含量最丰富的蛋白之一,占脑蛋白总量的2%,而在PD患者的Lewy小体内发现该蛋白在聚泛素化蛋白降解的过程中可以释放并循环使用泛素化蛋白来保障胞内整个降解过程的顺利进行,可能是通过裂解循环泛素单体而间接地促进多聚体-synuclein的泛素化降解来减少细胞毒性作用。UCHL-1基因突变,不但使其蛋白丧失了功能,而且还可诱发常染色体显

11、性遗传PD,目前已知含量最丰富的分子伴侣糖调节蛋白是在观察糖培养的鸡胚胎成纤维细胞时发现的,属热休克蛋白家族成员,它们能利用ATP水解的能量去加速蛋白质的折叠和阻止蛋白质在内质网腔的堆积,确保内质网的蛋白质正确折叠后输送到高尔基体,而非正确折叠的蛋白质回到细胞质中经泛素-蛋白水解系统降解,蛋白水解系统由Ub, E1, E2, E3及26S蛋白酶体等组成。该系统除了能够清除结构异常蛋白外,还能调节细胞的周期和凋亡。分子伴侣不仅能帮助新生肽链组装成熟,还能与依赖ATP的蛋白水解酶一起,负责对细胞内的蛋白质进行“质量监控,对PD动物模型研究证实, Hsp70的表达可以抑制-synuclein的错误折

12、叠及多聚体的形成而减少不溶性大分子物质在细胞内的聚集;体外研究也发现,Hsp70的过表达能阻止蛋白质的错义突变及重构错构蛋白而减少细胞内多聚体的形成来保护细胞免受其毒性作用,并与其它分子伴侣蛋白协助UPP促进聚集体的降解。 例如，小鼠中Hsp70与GRP78诱导表达水平的上调可有效地减缓或抑制帕金森病的发生,四、构象病的治疗,对目前发现的蛋白质构象病的研究表明，虽然不同的构象病的临床和病理特征各异, 但其共同的病理特征表现在：病理性蛋白质中折叠结构的增加, 使分子聚集，最终导致对蛋白水解酶的抗性增大。 针对蛋白质构象病的特点, 近年来人们关注较多的是: 尝试通过折叠形成阻断肽、分子伴侣等方法,达到抑制或逆转功能蛋白质病理构象形成, 从而对蛋白质构象病进行防治,折叠形成阻断肽是一种相关构象的类似物, 它与蛋白质中发生构象改变的核心部位部分同源, 可以稳定靶构象