Hsp90抑制剂对未折叠蛋白反应作用的研究进展

肿瘤细胞因癌基因突变、缺氧及营养受限而高度依赖未折叠蛋白反应(unfolded protein response,UPR)。细胞通过内质网(endoplasmic reticulum,ER)膜上3个跨膜蛋白感知未折叠蛋白信号,引起未折叠蛋白反应,动态调控内质网折叠能力,一方面通过暂时减缓翻译和加快蛋白质流出减少ER蛋白质折叠负担,另一方面通过转录因子提高伴侣分子合成,增加ER折叠能力。未折叠的蛋白质长时间积聚在ER会对细胞产生毒性,引起不能缓解的ER应激状态,启动细胞凋亡程序。热休克蛋白90(heat shock protein 90,Hsp90)是一种进化保守的伴侣分子,参与了300多种新生蛋白质的折叠与成熟,其中包括UPR重要信号IRE1α(inositol-requiring enzyme 1α)。Hsp90抑制剂导致细胞产生大量未折叠蛋白质,同时直接诱导IRE1α的降解,从而破坏UPR恢复蛋白质平衡的能力,诱导UPR相关凋亡。目前,Hsp90抑制剂可有效诱导分泌型肿瘤细胞如骨髓瘤以及RAS突变肿瘤UPR途径的凋亡。     

从量子跃迁观点对蛋白质折叠速率的统计分析

理解蛋白质折叠速率是探明蛋白质结构和折叠机制物理基础的关键.蛋白质折叠速率的温度依赖关系是当前一个未解决的难题.假定蛋白质折叠是一个分子构象间的量子跃迁,导出了一个蛋白质折叠速率的解析公式.由此公式出发,计算了资料库中二态蛋白质的折叠速率和研究了它们的温度依赖性.从第一性原理出发,对实验给出的16个二态蛋白质折叠速率的非阿列尼乌斯(non-Arrhenius)温度关系给予成功解释,进而预测了这些蛋白质解折叠速率的温度依赖关系.依据量子折叠理论,给出了一个预测二态蛋白质折叠速率的统计公式,用于65个蛋白的资料库,理论和实验比较的相关系数为0.73.此外,理论还给出了与实验结果一致的最大和最小折叠速率估计.     

蛋白质折叠类型分类方法及分类数据库

蛋白质折叠规律研究是生命科学重大前沿课题,折叠分类是蛋白质折叠研究的基础。目前的蛋白质折叠类型分类基本上靠专家完成,不同的库分类并不相同,迫切需要一个建立在统一原理基础上的蛋白质折叠类型数据库。本文以ASTRAL-1.65数据库中序列同源性在25%以下、分辨率小于2.5的蛋白为基础,通过对蛋白质空间结构的观察及折叠类型特征的分析,提出以蛋白质折叠核心为中心、以蛋白质结构拓扑不变性为原则、以蛋白质折叠核心的规则结构片段组成、连接和空间排布为依据的蛋白质折叠类型分类方法,建立了低相似度蛋白质折叠分类数据库——LIFCA,包含259种蛋白质折叠类型。数据库的建立,将为进一步的蛋白质折叠建模及数据挖掘、蛋白质折叠识别、蛋白质折叠结构进化研究奠定基础。     

信号肽与导肽——生物膜研究的一个活跃领域

在真核细胞中蛋白质跨膜运送相对讲主要有两种类型：(1)通过内质网膜,在此过程中信号肽等对识别、运送起着重要的作用;(2)通过线粒体膜、叶绿体膜、过氧化物酶体等。在这些过程中,导肽(或称引肽、运送肽)有重要的作用。本文对信号肽、导肽(尤其是后者)的研究进展概况作一简扼的介绍。     

用计算机折叠蛋白质:我们走了多远?(英文)

蛋白质折叠是现代科学最具挑战性的难题之一。Anfinsen的先驱性工作已经过去数十年了,我们对蛋白质折叠的机理仍不甚了然。但值得庆幸的是,科学工作者们在解析几个模型蛋白质的折叠机理上已经取得了明显的进展。这篇综述将主要回顾在蛋白质折叠的计算研究方面的进展。受益于计算机技术的迅猛发展,在1998年首次实现了一个微秒的全原子水平的蛋白质折叠,从2000年开始,folding@home将全球分布式计算技术应用于蛋白质折叠。在经历了数十年艰苦的努力之后,天然蛋白质亚埃精度的折叠终于在2007年成功实现。近年来,一种全新的概念开始出现,人们越来越多地用网络来解释蛋白质折叠的机理。随着分子力场的不断完善,分子模拟将会在解析蛋白质折叠的机理上起到越来越重要的作用。     

第四届全国生物膜学术讨论会会议通知

本届会议拟于1989年12月召开。会议内容交流我国在生物膜的物理、化学和生物学方面取得的最新成果并探讨我国生物膜的发展。会议形式大公报告(特邀)。专题讨论。初步拟分下列专题: (1)生物膜的结构。(2)生物膜与能量转换。(3)离子及小分子的跨膜运送。(4)离子通道。(5)蛋白质的跨膜运送。(6)生物膜与信息传递(CAMP系统,肌醇磷脂系统)。(7)受体。     

蛋白质工程和蛋白质折叠

蛋白质一级结构决定着高级结构。蛋白质肽链在适宜条件下会自动卷曲形成其相应的高级结构,即自动发生蛋白质折叠,其自动发生的原因和过程仍不十分清楚,但是随着蛋白质工程的日益兴起,这些与折叠有关的问题也愈显重要,就此已有文章进行过讨论[1,2]。反之,如把新兴的蛋白质工程手段(尤其是基因定点诱变技术)应用来研究这些折叠问题,必将推动蛋白质折叠的研究。本文将就蛋白质折叠与蛋白质工程相互影响的一些例子进行讨论。     

蛋白质构象病

蛋白质的空间结构又称为三维结构或构象（conformation）,特定的空间构象是蛋白质发挥其各种功能的结构基础。由于蛋白质担负着复杂的生化反应,因此在生物合成以后,蛋白质本身也经历着复杂的生理过程;蛋白质自翻译以后,需进行一系列的翻译后过程,包括跨膜转运、修饰加工、折叠复性、生化反应、生物降解等,这些过程都伴随着蛋白质的结构转换。随着对疯牛病的研究,人们发现：蛋白质分子的氨基酸序列虽不改变,但其空间结构或构象的改变也能引起疾病。同时,越来越多的研究表明,一些遗传性疾病是由于基因突变导致了蛋白质的错误折叠,这些突变并不直接影响蛋白质的功能结构域,但由于蛋白质的错误折叠,干扰了其正确运输,形成对细胞有毒性作用的聚积物。     

光合作用系统II外周蛋白——P23k去折叠的热力学和动力学

利用荧光光谱学等方法结合高压力技术研究了光合作用系统II中的一个外周蛋白——— 2 3kD(以P2 3k表示 )蛋白的去折叠。热力学研究表明 ,在 2 0℃、180MPa(1MPa =10 .0大气压 )可使该蛋白质完全去折叠 ,而在3℃ ,16 0MPa即可使该蛋白质完全去折叠 ,这是迄今为止有关研究中最易被高压力去折叠的一个蛋白质。在2 0℃ ,该蛋白质在常压下去折叠反应的标准自由能与标准体积变化分别为 2 3.4 5kJ mol和 - 15 0 .3ml mol;动力学研究揭示该蛋白质的折叠反应的活化体积ΔV f 为正值 (84 .1ml mol) ,而去折叠反应的活化体积ΔV u 为负值(- 6 6 .2ml mol)。在常压下 ,折叠和去折叠反应的速度常数 (K0f,K0u)分别为 1.87s- 1 和 1.3× 10 - 4s- 1 ,这些结果为解释该蛋白质易被压力去折叠提供了线索     

基于功能域组分的蛋白质折叠类型识别

蛋白质空间结构研究是分子生物学、细胞生物学、生物化学以及药物设计等领域的重要课题.折叠类型反映了蛋白质核心结构的拓扑模式,对折叠类型的识别是蛋白质序列与结构关系研究的重要内容.选取LIFCA数据库中样本量较大的53种折叠类型,应用功能域组分方法进行折叠识别.将Astral 1.65中序列一致性小于95%的样本作为检验集,全库检验结果中平均敏感性为96.42%,特异性为99.91%,马修相关系数(MCC)为0.91,各项统计结果表明:功能域组分方法可以很好地应用在蛋白质折叠识别中,LIFCA相对简单的分类规则可以很好地集中蛋白质的大部分功能特性,反映了结构与功能的对应关系.     

未折叠蛋白反应的信号转导

在内质网中,分泌性蛋白、跨膜蛋白和内质网驻留蛋白折叠成天然构象,经过修饰后,形成有活性的功能性蛋白质。如果蛋白质在内质网内的折叠受到抑制,造成未折叠蛋白聚集,将引起内质网应激。激活未折叠蛋白反应（unfolded protein response,UPR）,使蛋白质的生物合成减少,内质网的降解功能增强,从而降低内质网负担,维持细胞内的稳态。如果内质网应激持续存在,则可能诱发细胞凋亡。研究表明,未折叠蛋白反应能在多种肿瘤细胞中发生,并能促进肿瘤细胞的生长。本文对未折叠蛋白反应与肿瘤研究的最新进展进行综述。     

大肠杆菌二硫键形成蛋白A（DsbA）研究进展

二硫键形成蛋白A(DisulfidebondformationproteinA,DsbA)是存在于大肠杆菌周质胞腔内的一种参与新生蛋白质折叠过程中催化二硫键形成的折叠酶。综述了DsbA三维结构、进化过程、协助蛋白质体内外复性方面的研究进展。DsbA比硫氧还原蛋白具有更强的氧化性,其强氧化性来自于Cys30残基异常低的pKa值和不稳定的氧化型结构,通过定点突变的研究表明了Cys30残基是DsbA活性中心最关键的氨基酸残基之一。DsbA不论在体内与目标蛋白融合表达还是在体外以折叠酶形式添加,都能有效地催化蛋白质的折叠复性,同时DsbA还具有部分分子伴侣的活性。     

动力学接触序: 基于量子跃迁的蛋白质折叠速率参数

把蛋白质折叠看成多肽链上扭转态间的量子跃迁, 依据构象动力学的量子理论, 提出用接触残基间多肽链转动惯量和扭转势能来表征接触特性的动力学接触序, 从而能定量地从动力学角度研究蛋白质折叠速率. 在80个蛋白的数据集上实验, 证实了构象量子跃迁观点的合理性并得到以下结论: (1) 折叠速率与接触转动惯量之间存在显著相关性; (2) 多态蛋白的折叠可以看成在同样转动惯量、温度等条件下的二态蛋白折叠基础上的中间态延迟, 并估计了延迟时间的数量级; (3) 折叠可以分为释能和吸能两类, 蛋白质折叠速率上限由释能折叠决定, 并导出大多数折叠速率大的二态蛋白的量子跃迁过程为释能反应, 而折叠速率小的多态蛋白为吸能反应.     

怎样理解β—折叠属于蛋白质二级结构

不少中学生物学教师对β-折叠划为蛋白质二级结构提出疑问,疑问的主要点是:蛋白质的二级结构是指一条多肽链的折叠盘绕方式,而β-折叠(不论是平行的或是反平行的)都是两条以上肽链折叠盘绕而成,一条与两条以上显然是不相等的。而所有研究蛋白质的论著都毫无置疑地把β-折叠列为二级结构,这应该怎样理解呢?本文试浅析如下: 二级结构的概念和特征蛋白质的分子量很大(约六千到一百万之间)。结构十分复杂。为了研究的方便,1952年Linderstrφm—Lang首先将蛋白质的结构划     

从氨基酸序列预测蛋白质折叠速率

蛋白质折叠速率预测是当今生物物理学最具挑战性的课题之一．近年来,许多科研工作者开展了大量的研究工作来探索折叠速率的决定因素,许多参数和方法被相继提出．但氨基酸残基间的相互作用、氨基酸的序列顺序等信息对折叠速率的影响从未被提及．采用伪氨基酸组成的方法提取氨基酸的序列顺序信息,利用蒙特卡洛方法选择最佳特征因子,建立线性回归模型进行折叠速率预测．该方法能在不需要任何(显示)结构信息的情况下,直接从蛋白质的氨基酸序列出发对折叠速率进行预测．在Jackknife交互检验方法的验证下,对含有99个蛋白质的数据集,发现折叠速率的预测值与实验值有很好的相关性,相关系数能达到0.81,预测误差仅为2.54．这一精度明显优于其他基于序列的方法,充分说明蛋白质的序列顺序信息是影响蛋白质折叠速率的重要因素．     

蛋白质折叠速率数据集的构建及分析

近年来,随着高精度的蛋白质折叠速率实验数据的不断积累,使得从蛋白质折叠速率角度研究蛋白质折叠机制的理论工作者,迎来了前所未有的机遇和挑战。然而,却有约100多个蛋白质的折叠速率实验数据散落在2个数据库和若干文献中。为了方便今后的理论工作分析,作者将这些散落数据汇集整理出来,构建了一个包含109个非冗余单体野生型蛋白质的折叠速率数据集,称为PFRD109(protein folding rate dataset 109)。PFRD109所包含的109个蛋白质中,有69个二态蛋白和40个多态蛋白,折叠速率从10-4到106s-1,跨度为10个数量级。链长最短的为16 aa,最长为390 aa,二态蛋白平均长度为78 aa,多态蛋白平均长度为137 aa。当前,生物信息学对蛋白质折叠速率的研究,主要集中于寻找与折叠速率和折叠动力学相关的各种生化参数或拓扑参数,进而实现对蛋白质折叠速率和蛋白质折叠动力学类型的预测。因此,本文还针对PFRD109数据集,就这两个方面进行了一些参数的统计分析。     

不同类型氨基酸网络参量与蛋白质折叠的关系

理论和实验研究表明,蛋白质天然拓扑结构对其折叠过程具有重要的影响．采用复杂网络的方法分析蛋白质天然结构的拓扑特征,并探索蛋白质结构特征与折叠速率之间的内在联系．分别构建了蛋白质氨基酸网络、疏水网、亲水网、亲水-疏水网以及相应的长程网络,研究了这些网络的匹配系数(assortativity coefficient)和聚集系数(clustering coefficient)的统计特性．结果表明,除了亲水-疏水网,上述各网络的匹配系数均为正值,并且氨基酸网和疏水网的匹配系数与折叠速率表现出明显的线性正相关,揭示了疏水残基间相互作用的协同性有助于蛋白质的快速折叠．同时,研究发现疏水网的聚集系数与折叠速率有明显的线性负相关关系,这表明疏水残基间三角结构(triangle construction)的形成不利于蛋白质快速折叠．还进一步构建了相应的长程网络,发现序列上间距较远的残基接触对的形成将使蛋白质折叠进程变慢．     

内质网应激与肝脏胰岛素抵抗

肝脏是机体物质代谢的中心,也是胰岛素作用的重要靶器官。肝脏胰岛素抵抗会影响糖脂代谢,机体出现血糖升高、肝内脂质沉积等症状,从而进一步加重胰岛素抵抗,二者形成恶性循环。内质网是蛋白质合成、折叠、加工及其质量监控的重要场所,广泛分布于真核细胞中。当机体出现生理性应激(如蛋白质分泌量增加)或病理性应激(如内质网中存在大量无法正确折叠的突变蛋白质)时,会导致蛋白质折叠需求与内质网蛋白质折叠能力之间的不平衡,从而引起内质网应激。内质网应激与肝脏胰岛素抵抗密切相关。近年来,大量研究发现,内质网应激不仅能直接破坏胰岛素信号传导通路,还可以通过多种方式作用于靶组织进一步促进胰岛素抵抗(尤其在肝脏)。     

重组蛋白包涵体的复性研究

重组蛋白在大肠杆菌中的高表达往往形成不可溶、无生物活性的包涵体,需经过变性溶解后,在适当条件下复性形成天然的构象,才可恢复其生物活性．变复性实验是建立在对蛋白质体外折叠机制的了解的基础上．根据近年来对蛋白质折叠机制的认识和重组蛋白包涵体在复性方面的主要进展,论述以下3个方面的内容：1)蛋白质在细胞内的折叠机制;2)蛋白质体外折叠机制;3)蛋白质复性的策略和方法．