蛋白家族調(diào)控論文

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1972年，Kerr等提出細胞凋亡的概念，細胞凋亡（apoptosis）又謂細胞程序化死亡（programmedcelldeath,PCD）是一種參與了生物體許多過程的細胞去除機制，是由基因編程調(diào)控的細胞主動自殺過程。生物體通過這種機制完成對衰老細胞和畸形細胞的清除。另外細胞凋亡對胚胎發(fā)育，免疫耐受，細胞群體穩(wěn)定等有重大影響，并且對進一步深入研究艾滋病，癌癥等對人類的生存構成嚴重威脅的疾病有潛在的價殖。因此，許多年以來，細胞凋亡一直是生物領域科研研究的熱點。細胞凋亡的過程非常復雜，與此有關的兩大家族bcl-2,caspase對細胞凋亡的調(diào)控起著舉足輕重的作用，本文就這兩大家族對細胞凋亡的調(diào)控機制影響作一綜述。

1BCL-2蛋白家族

BCL-2蛋白家族分為三個亞族，原生存亞族（Pro-suvivalsubfamily）即BCL-2亞族成員有BCL-2,BCL-CL,KS-BCL-2,BCL-W,MCL-1,BHRF1,NR-B,ORF16,LMW5-HL,AL,FIB-19K,及CED-9;兩個原凋亡家族（Proapoptotrcsubfamily）是BaxandBH3亞族。Bax,bak,bid及egl-1屬bh3亞族【1】。其中15種蛋白為哺乳動物（主要是人）所有，nr-3為雞所有，線蟲c.elegans中的蛋白有ced-9及egl-1,病毒蛋白有LMW5-HL,BHRF1,ORF-16,KS-BCL-2和EIB-19K,BCL-2家族在細胞凋亡過程中起到調(diào)節(jié)者的作用。

1.1細胞周期

細胞增殖可以啟動PCD，在一定條件下，bax能加速細胞周期進程。而BCL對凋亡的阻遏抑制細胞增殖受阻礙的細胞也難以再進入細胞周期的淋巴細胞中，BCL-2造成的生長抑至與阻礙轉錄因子NFZF(NucleaarFactorAssocciateTranscription)激活相關，另外對FAS信號途徑的干擾會抑至細胞。增殖其中對FADD功能的干擾會破壞依賴生長抑至蛋白P53的細胞增殖。BCL-2家族成員對細胞增殖的作用機理目前尚不清楚【2】。

1.2BCL-2結構蛋白

BCL-2或BCL-XL的結合蛋白也參與PCD的調(diào)控包括RAF-1朊病毒蛋白PR1,NIP-1,NIP-2,NIP-3等一些未知功能蛋白，而BAX不與這些蛋白結合，這是抑制或誘導死亡的家族成員之間的重要區(qū)別。

BCL-2能引起依賴Ca2＋的calkineurin從胞質(zhì)至細胞內(nèi)膜的重新分配并阻止其與磷酸化的轉錄因子，NF-AT或其他底物相互作用，而nf－at為某些類型細胞的增殖所必需【3】目前尚不清楚calkineurin的作用機理，但有可能與BCL-2抑至的細胞增殖及NFAF移位至核內(nèi)有關，BCL-2還可能刺激RAF-1移至線粒體膜，并與BAG-1合作在此處激活RAF-1活化的RAF-1誘導原凋亡蛋白BAD磷酸化通過BAD與BCL-2或BCL-XL的二聚化消除，細胞保護功能從而誘發(fā)PCD。另外，CED-4，calkineurin，BAG-1,RAF-1及bcl－2能與P53－BP2結合，因此詮釋了BCL-2的過量表達對P53從胞質(zhì)運輸至核內(nèi)的干擾【4】

1．3非依賴Caspsse的細胞死亡

大部分bcl－2家族蛋白的BH3配體區(qū)，可以相互作用，該結構域的缺失對消除這種作用，并延長PCD。有趣的是，在嗜糖啤酒酵母(Saccharmycescerevisiae)和粟酒裂殖酵母(Schicosceccharomycespombe)細胞中，缺少BCL-2類蛋白，CED-4及Caspase但也能被Bax和Bak殺死。這提供了一種早于Caspase作用的死亡形式。甚至當Caspase抑制子存在時，Bax類蛋白的過表達或二聚化也能引起哺乳動物的細胞凋亡[5.].因此認為Bax及同類蛋白的離子通道活性可能介導非依賴Caspase的死亡，但其機制尚未知。

2Caspase家族與細胞凋亡調(diào)控

1993年yuan等發(fā)現(xiàn)哺乳動物中的ICE與線蟲促使細胞凋亡的ces-3蛋白有很高的同源性，引起人們對這類蛋白酶對細胞凋亡作用的研究[6]。ICE屬于切割位點在ASP的半胱氨酸蛋白酶類，現(xiàn)命名為Casp.Caspase家族廣泛存在于人體的各個組織當中，但是各個成員分布與表達都有其特異性。例如，Casp-1在子宮和胎盤中幾乎不表達，而Casp-4有較高的表達水平。腦中有大量的Caspa-3，少量的Casp-7存在[7]其他成員則難以測出。Caspase家族各成員常存在于同一細胞的細胞質(zhì)當中，有很少一部分存在于細胞和當中，其具體作用情況還需進一步研究。Caspase作用的底物可歸為三類：（1）的酶原，例如procase-1,-3,-8,-10等；（2）凋亡時所必需的致失活蛋白，如，PARF,U1-TOK,DDNA-PK,D4-GDI,Pkb,胞時蛋白，肌動蛋白，核纖層蛋白等；（3）凋亡時所需的激活蛋白，如pkcδPKCQ,MEKK1,PITSLRE,SREBP-1,-2DEF等這些底物多數(shù)存在于細胞核內(nèi)，少數(shù)在細胞漿內(nèi)。

2.1凋亡階段性

Caspase使細胞凋亡過程的主要執(zhí)行者，大量事實證明，哺乳動物中最主要的凋亡效應因子是Caspase[7]細胞凋亡時一個有啟動子，各種效應因子和抑制因子參與的復雜的蛋白酶級聯(lián)反應過程，傳統(tǒng)上將細胞凋亡蛋白酶級聯(lián)過程分成信號引發(fā)，調(diào)控執(zhí)行，及結構改變?nèi)齻€階段。

2.2信號引發(fā)途徑

在信號引發(fā)階段，最合理的機制是cd-95(Fas/Apo-1)受體傳導途徑，死亡受體（Fas,TNFR-2,DR3和TRAI受體）接受胞外的凋亡刺激于同原配基結合產(chǎn)生異位表達，在胞內(nèi)受體上的死亡域于結合器分子FADD相應，區(qū)域相互作用，進而，與死亡蛋白酶FLICE或Caspase-8酶原形成復合體。其數(shù)量達到一定程度時，使Caspase-8自身活化，從而啟動凋亡的執(zhí)行。另一種被普遍接受的機制，基因毒性損傷，生長因子消失，糖皮質(zhì)激素刺激以及輻射高低溫等各種不利因素，經(jīng)過BCL-2家組成員的調(diào)控將信息傳達到效應Caspase，但具體此誘發(fā)因素怎樣傳導到BCL-2家組成員尚不清楚[8]

2.3細胞凋亡調(diào)控執(zhí)行階段蛋白酶及聯(lián)反應機制

在細胞凋亡調(diào)控執(zhí)行中心階段，線蟲細胞死亡途徑中的三個主要成分及其作用機制及比較明了。Ced-9和作為pro-ced-3(線蟲的Caspase)特異性伴侶的ced-4共同穩(wěn)定和調(diào)節(jié)ced-3的活性。當接受到死亡信息時，ced-9/4/3復合物種ced-9游離對ATP水解的阻扼解除，ced-3獲能并通過ced-4發(fā)生重組而活化，在一系列關于Caspase-3活化的生化研究中發(fā)現(xiàn)，一些Caspase的活化機制與線蟲ced-3相同。細胞色素C能激活Caspase，活性Caspase也能促進細胞色素C從線粒體釋放，提示線粒體上存在Caspase底物。該底物的降解又加速細胞色素C的釋放。線粒體可能作為凋亡放大器形成細胞色素C釋放或Caspase活化都將啟動死亡環(huán)，最終導致大規(guī)模的Caspase活化，Caspase及聯(lián)反應及凋亡發(fā)生[9-11]

3展望

對BCL-2蛋白家族，Caspase家族以及一些死亡有了一定的認識但對其中具體的作用機理尚不清楚。例如：在哺乳動物中找到的Caspase不下10種，為什么要這么多種類的Caspase？它們各自作用的特點是什么？在細胞內(nèi)的作用歷程如何？BCL-2家族中，CED-9/4/3復合物之間是物理連接還是需要其他的蛋白搭橋？Bax類蛋白的結構與BCL-2類蛋白有眾多的相同點，為何又具有相反的功能？B43亞族迥異的序列是否意味各成員反應不同的凋亡信號？而且還有一些矛盾的報道（可能存在細胞類型不同，細胞因子不同，觸發(fā)凋亡的信號不同，信息傳遞的途徑不同，應答的生理效應不同等原因）。總之，細胞凋亡是一個十分復雜的生理過程，參與調(diào)控的因子眾多，隨著研究進一步深入，渴望在不久的將來能給出一幅輪廓比較清楚的生物界基本通用的凋亡模式圖。