熱休克蛋白專題知識講座培訓課件

1、熱休克蛋白專題知識講座10/7/20221熱休克蛋白專題知識講座10/3/20221Ellis定義的分子伴侶： 幫助其他含多肽結構的物質在體內進行正確的組裝，并且不是組裝后的結構發(fā)揮其正常的生物功能的組分，它們是結構可以完全相同，也可以完全不同的蛋白質的總稱。其中最大的一類分子伴侶是熱休克蛋白（heat shock proteins,HSP）。熱休克蛋白專題知識講座10/7/20222Ellis定義的分子伴侶： 幫助其他含多肽結構的物質熱休克蛋白的發(fā)現(xiàn) 1992年Horwitz提出HSP是一種分子伴侶的理論。目前HSP的作用和功能已經(jīng)引起世界各國學者的廣泛關注，尤其是對HSP70的研究最為深入

2、。 HSP首先是在果蠅體內發(fā)現(xiàn)的。 1962年Ritossa發(fā)現(xiàn)，將果蠅的培養(yǎng)濕度從25提高到30 （熱休克環(huán)境溫度升高），30分鐘后就可在多絲染色體上看到 蓬松現(xiàn)象（或稱膨突puff），提示這些區(qū)帶基因的轉錄加強并可能有某些蛋白質的合成增加。 1974年Tissieres研究證實該現(xiàn)象的產(chǎn)生是因為溫度高增強了這一區(qū)域的基因轉錄，相應生成了一系列分子量為70kDa和26kDa的蛋白質這些蛋白質被命名為熱休克蛋白質（HSP）。熱休克蛋白專題知識講座10/7/20223熱休克蛋白的發(fā)現(xiàn) 1992年Horwitz提出HSP是一種分休克蛋白生成的誘因在正常生理條件下，如細胞的增生和分化、胚胎的生長和發(fā)

3、育、激素的刺激等，熱休克蛋白即呈基礎表達。正常生長條件下，所有細胞中，熱休克蛋白占總蛋白量的5%-10%。 在應激條件下，熱休克蛋白表達明顯增加，且可發(fā)生移 位。這些應激包括：1 體外環(huán)境應激：熱、冷、有機物、重金屬（砷、鎘等）、缺氧等。2 體內病理生理應激：基因損傷、組織創(chuàng)傷、微生物感染等。熱休克蛋白專題知識講座10/7/20224休克蛋白生成的誘因在正常生理條件下，如細胞的增生和分化、胚胎熱休克蛋白的組成和結構組成鄔堂春等于1995年從人體腫瘤細胞株，大鼠肝臟和心臟，家兔和小鼠肝組織純化了主要的熱休克蛋白HSP70并分析了它的氨基酸組成在所測的5種來源的HSP70中，含量位于前三位的氨基酸

4、除大鼠心臟為甘氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸外，其余的均為甘氨酸、谷氨酸和天冬氨酸。所有來源的HSP70均富含苯丙氨酸、賴氨酸、纈氨酸、亮氨酸和脯氨酸。熱休克蛋白專題知識講座10/7/20225熱休克蛋白的組成和結構組成鄔堂春等于1995年從人體腫瘤細胞熱休克蛋白的組成和結構結構Flynn等的研究表明：HSP70的氨基酸的一級結構可分為3個功能域： 近N端為45kDa大小結構上高度保守的氨基酸序列，具有ATPase活性區(qū)，比羧基端部分具有更高的保守性，與不同生物的HSP70所共有的生化特性有關； 緊接著為18kDa大小相對保守的氨基酸序列，是多肽的結合部位； 近C端有約10kDa結構上多變的氨基酸序列

5、，其結構尚不明，可能與特定的一組蛋白底物相互作用有關。熱休克蛋白專題知識講座10/7/20226熱休克蛋白的組成和結構結構Flynn等的研究表明： 近N端熱休克蛋白的分類 HSP100家族 HSP90家族（分子量約83-90kDa） HSP70家族（分子量約66-78kDa） HSP60家族和小分子量smHSP家族（分子量 約12-43kDa） 泛素熱休克蛋白專題知識講座10/7/20227熱休克蛋白的分類 HSP100家族 HSP90家族（分子量約分類種屬細胞內定位HSP70家族HSP70（HSP40、HSP24）所有生物細胞質和細胞核骨架，熱休克后移至細胞核及核仁質膜上；哺乳動物線粒體Dn

6、aK(DnaJ、GrpE)大腸桿菌細胞質Ssa1-4、SsB1、SsC1、SsD1酵母細胞質線粒體Bip哺乳動物內質網(wǎng)Hsc70動物細胞胞漿grp78哺乳動物內質網(wǎng)prp73動物細胞胞漿Kar2p酵母內質網(wǎng)HSP100家族HSP104酵母細胞質和核及核仁ClpX大腸桿菌細胞質熱休克蛋白專題知識講座10/7/20228分類種屬細胞內定位HSP70家族HSP70（HSP40、HS分類種屬細胞中的定位HSP60家族GroEL(GroES)大腸桿菌內質網(wǎng)Cpn60(cpn10)真核細胞線粒體和葉綠體RBP植物葉綠體Mif4p酵母線粒體HSP90家族HtpG大腸桿菌細胞質Hsp90哺乳動物細胞質Hsp8

7、3、Hsp87酵母和果蠅細胞質gp96肉瘤細胞內質網(wǎng)和胞液Grp94哺乳動物內質網(wǎng)熱休克蛋白專題知識講座10/7/20229分類種屬細胞中的定位HSP60家族GroEL(GroES)大概述smHSP是熱脅迫誘導蛋白，能防止熱誘導的蛋白質聚集，促進變性蛋白質的復性和不可逆轉的受傷蛋白質的降解。HSP27是smHSP亞家族中的重要的一員，主要參與微絲的穩(wěn)定和細胞因子信號轉導等，保護細胞免受各種應激因素的損傷。HSP60家族成員包括分子量約60kDa的蛋白質。微生物HSP60是優(yōu)勢蛋白，感染微生物的人體中有40%T細胞應答是針對該蛋白質的，而且該蛋白質與人類HSP60相當，已經(jīng)檢出至少與人類19個已

8、知自身抗原的氨基酸序列存在相似性，并與響應自身免疫的發(fā)生有關。熱休克蛋白專題知識講座10/7/202210概述smHSP是熱脅迫誘導蛋白，能防止熱誘導的蛋白質聚集，促HSP90為組成型表達的蛋白，包括和2種分子，是HSP家族中為數(shù)不多的含有內含子的成員之一。HSP90作為特異分子伴侶與類固醇激素受體（包括GR、PR、ER、RAR、VDR等）、信號傳導途徑中的酷氨酸蛋白激酶、絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶等分子結合，調節(jié)它們的生物活性，防止蛋白質的變性和聚集。概述泛素(ubiquitin)是一種存在于大多數(shù)真核細胞中的小蛋白。它的主要功能是標記需要分解掉的蛋白質，使其被水解。當附有泛素的蛋白質移動到桶狀

9、的蛋白酶的時候，蛋白酶就會將該蛋白質水解。泛素也可以標記跨膜蛋白，如受體，將其從細胞膜上除去。 泛素76個氨基酸組成，分子量大約8500道爾頓。它在真核生物中具有高度保留性，人類和酵母的泛素有96%的相似性。 熱休克蛋白專題知識講座10/7/202211HSP90為組成型表達的蛋白，包括和2種分子，是HSP家HSP70是分子量約70kD的熱休克蛋白，是熱休克蛋白家族中組重要的一員，被稱為主要熱休克蛋白，包括分子量為68、72、73、75、78kDa等的20多種蛋白。此外，在哺乳動物細胞中還發(fā)現(xiàn)了一類廣泛存在的HSP70家族的一個亞族HSP110。HSP70家族蛋白具有相同的等電點和相似的胰蛋白

10、酶肽譜，在幾乎所有生物的應激細胞中常被高度誘導，具有保護機體和細胞的功能。概述熱休克蛋白專題知識講座10/7/202212HSP70是分子量約70kD的熱休克蛋白，是熱休克蛋白家族中HSP70一些較小的分子伴侶從蛋白質離開核糖體那一刻起就開始保護它們。在這個階段，蛋白質還沒有形成折疊結構，伸展的肽鏈上暴露出許多富含碳的基團，很容易造成聚集沉淀。HSP-70能夠識別并結合于這些疏水基團，從而避免其與周圍基團的聚合。當多肽鏈開始折疊時，HSP-70由ATP供能，從肽鏈上釋放出來。熱休克蛋白專題知識講座10/7/202213HSP70一些較小的分子伴侶從蛋白質離開核糖體那一刻起就開始HSP70HSP

11、-70由兩個結構域組成：一個結構域（蛋白質編號1dkg）是ATP的結合位點，并且控制ATP的結合過程，（分子結構如圖A所示）另一個結構域（蛋白質編號1dkz）是富含碳的肽鏈的結合位點（分子結構如圖B所示）圖中以粉色表示的小肽段是蛋白質結合的縫隙圖底部的水母狀結構的前折疊因子（蛋白質編號1fxk）也執(zhí)行類似的功能，即包裹折疊過程中的蛋白質鏈。AB熱休克蛋白專題知識講座10/7/202214HSP70HSP-70由兩個結構域組成：一個結構域（蛋白質編目前，HSP70被認為是哺乳動物細胞HSPs中最重要，也是研究最為深入的HSPs家族，這與它所具有的生物學特性密切相關：HSP70生物界的普遍性，從原

12、核生物到真核生物都有HSP70的表達，同一生物體內的不同組織內亦均有表達。高度的保守性，不同生物來源的HSP70氨基酸序列有50%-90%的同源性，而且HSP70氨基酸序列的N端2/3部分較C端1/3部分還要保守得多。正常情況下HSP70在細胞內呈基礎表達，表達水平較低；而在高溫及各種有害應激狀態(tài)下，HSP70的合成速度顯著增加，一般數(shù)分鐘內即可達到最高水平，而原來的蛋白質合成則減少，以提高生物體的抗應激能力。正常情況下HSP70位于細胞漿內，當細胞遭受應激作用時，HSP70迅速移入細胞核內并包圍核仁，細胞漿內只有少量存在；而應激消除后細胞處于恢復階段時，細胞核內HSP70又返回胞漿，在細胞漿

13、6內呈低水平表達，再次應激又重新返回細胞核。HSP70家族成員在細胞內的分布不同，但均具有與核苷酸特別是與ADP或ATP結合的特性。熱休克蛋白專題知識講座10/7/202215目前，HSP70被認為是哺乳動物細胞HSPs中最重要，也是研熱休克蛋白的合成過程目前認為HSP的合成過程如下：應激因素導致細胞漿內的部分蛋白質變構或變性，變性的蛋白質分子啟動一種叫熱休克蛋白因子（heat shock factor,HSF）的蛋白質磷酸化并聚合形成三聚體，進入細胞核并與位于HSP基因增強子中的熱休克元素（heat Shock Element，HSE）相結合，這一過程可激活增強子轉錄mRNA合成，并進一步合

14、成HSP。新合成的HSP與變性的蛋白質結合，并反饋抑制HSP的合成。在應激狀態(tài)下HSP70可顯著升高熱休克蛋白專題知識講座10/7/202216熱休克蛋白的合成過程目前認為HSP的合成過程如下：熱休克蛋白熱休克蛋白的主要分子生物學特征高度保守性 熱休克蛋白被認為是生物進化最保守的成分，不同種細胞產(chǎn)生的HSPs分子序列絕大部分相同或類似。但不同族HSPs之間則無明顯序列同源性（如HSP60和HSP70之間）。非特異性除熱環(huán)境以外，其他的物理，化學及生物應激原，如缺血、缺氧、感染、創(chuàng)傷、重金屬離子、氧自由基等均可誘導HSPs的產(chǎn)生。時間性交叉耐受性 弱的ATP酶活性 模擬性 雙重性 熱休克蛋白專題

15、知識講座10/7/202217熱休克蛋白的主要分子生物學特征高度保守性 非特異性時間性交熱休克蛋白的主要功能分子伴侶功能熱休克蛋白在細胞中執(zhí)行最基本的生理功能，如蛋白質折疊、伸展、轉運、寡聚體的形成和解聚等，維持細胞的生存和功能，在應激的不利條件下，提高細胞的抵抗力，起到應激保護作用。在基本的蛋白質伸展-折疊過程中發(fā)揮作用作為細胞內許多功能蛋白的結合蛋白發(fā)揮復雜的作用細胞保護作用熱休克蛋白專題知識講座10/7/202218熱休克蛋白的主要功能分子伴侶功能熱休克蛋白在細胞中執(zhí)行最基本HSP60HSP-60是一種典型的分子伴侶，它可以為正在折疊的蛋白質提供一個附著環(huán)境，從而起到保護折疊過程的作用G

16、roEL-GroES復合體熱休克蛋白專題知識講座10/7/202219HSP60HSP-60是一種典型的分子伴侶，它可以為正在折疊熱休克蛋白專題知識講座10/7/202220熱休克蛋白專題知識講座10/3/202220E.coli分子伴侶GroELGroES在蛋白質折疊中的反應循環(huán) 熱休克蛋白專題知識講座10/7/202221E.coli分子伴侶GroELGroES在蛋白質折疊中的反熱休克蛋白的主要功能參與抗原加工、呈遞協(xié)同免疫作用（免疫應答）參與免疫細胞的發(fā)育、分化、激活參與淋巴細胞歸巢輔助免疫求蛋白的裝配參與感染免疫1 參與病原體感染致病作用2 參與宿主抗感染免疫作用參與腫瘤免疫參與自身免疫參與同種移植排斥免疫熱休克蛋白專題知識講座10/7/202222熱休克蛋白的主要功能參與抗原加工、呈遞協(xié)同免疫作用（免疫應答熱休克蛋白的主要功能HSP與細胞凋亡對細胞凋亡的抑制作用HSP使細胞凋亡亢進在炎癥中的保護作用胚胎發(fā)育維持細胞和生物體的動態(tài)平衡熱休克蛋白專題知識講座10/7/202223熱休克蛋白的主要功能HSP與細胞凋亡對細胞凋亡的抑制作用H