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1、小热休克蛋白家族研究进展,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,氨基酸类药物,重金属,能量代谢抑制物,渗透压,热休克因子,热休克元件,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
2、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,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,？,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,HspB7t:HspB9，HspB
3、10e:HspB4,小热休克蛋白亚家族,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,晶体蛋白结构域,-晶状体蛋白结构域,调节低聚反应,伴侣活性,小的低聚体复合物,蛋白质四级结构稳定性,sHSP-底物复合物可溶性,亚单位与低聚复合物,Nature Structural Biology 2001;8,1025-1030,非ATP依赖的分子伴侣活性,蛋白酶体降解途径,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/C
4、RYAB/HSPB1/B2/B6/B8,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,分子伴侣活性,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(
5、2):143-52,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,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),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,家族
6、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,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,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
7、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,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,家族成员-HspB4/HspB5,家族成员-HspB4/HspB5,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，
8、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,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,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，
9、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,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,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,家族成员
10、-HspB8/Hsp22,磷酸化蛋白激酶及位点 PKC:Ser-14 Thr-63p44MAPK:Ser-27 Thr-87K141N/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),mtHspB8与HspB1共定位,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
11、分相似性提示其对细胞骨架有重要作用,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,小热休克蛋白研究进展,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,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,心肌梗塞抑制凋亡,磷酸化及非磷酸化的HspB1/
12、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,热诱导心肌细胞中HspB5的表达变化,Sarcomere：肌小节,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）,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
13、，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,肿 瘤,凋亡失衡致病因素&保护因素肿瘤标记物：HspB1,HspB8,HspB9细胞,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
14、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,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,神经系统疾病退行性病变,阿尔茨海默氏病（AD），帕金森病，肌萎缩侧索硬化症等都表现为蛋白质构型改变所致错误折叠，蛋白质的异常聚集，神经元内部及外部淀粉状纤维蛋白的堆积,Tau 是中枢神经系统中大量表达的一类低分子量的微管相关蛋白（MAP），尤其表达于神经元轴突Tau 蛋白病的病理改变为高度磷酸化，不可溶的Tau 蛋白在神经元的异常聚集，阿尔茨海默氏病（AD）是最常见的Tau蛋白病在AD，HspB5在活化的胶质细胞中表达上调，同时也表达于胶质细胞中Tau蛋白包涵体中，提示其参与Tau蛋白异常聚集的病理过程，并从中起保护作用,神经系统疾病Tau 蛋白病,TAU-POSITIVE,TAU-POSITIVE,HspB5,HspB5,共定位,共定位,帕金森病脑组织包涵体,神经系统疾病Tau 蛋白病,突变与神经肌肉疾病,疾病的诊断标志物：血浆/组织/肿瘤基因诊断：基因突变疾病的治疗 药物 基因治疗,展 望,小热休克蛋白分子伴侣功能实现的具体机制在神经系统疾病中相应机制及临床应用价值肿瘤发生发展中可能存在的作用及意义,展 望,THANK YOU,
