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(jié)構(gòu)的物質(zhì)在體內(nèi)進(jìn)行正確的組裝，并且不是組裝后的結(jié)構(gòu)發(fā)揮其正常的生物功能的組分，它們是結(jié)構(gòu)可以完全相同，也可以完全不同的蛋白質(zhì)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(jié)構(gòu)的物質(zhì)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(xué)者的廣泛關(guān)注，尤其是對HSP70的研究最為深入

2、。 HSP首先是在果蠅體內(nèi)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(zhuǎn)錄加強(qiáng)并可能有某些蛋白質(zhì)的合成增加。 1974年Tissieres研究證實(shí)該現(xiàn)象的產(chǎn)生是因?yàn)闇囟雀咴鰪?qiáng)了這一區(qū)域的基因轉(zhuǎn)錄，相應(yīng)生成了一系列分子量為70kDa和26kDa的蛋白質(zhì)這些蛋白質(zhì)被命名為熱休克蛋白質(zhì)（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?xiàng)l件下，如細(xì)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(chǔ)表達(dá)。正常生長條件下，所有細(xì)胞中，熱休克蛋白占總蛋白量的5%-10%。 在應(yīng)激條件下，熱休克蛋白表達(dá)明顯增加，且可發(fā)生移 位。這些應(yīng)激包括：1 體外環(huán)境應(yīng)激：熱、冷、有機(jī)物、重金屬（砷、鎘等）、缺氧等。2 體內(nèi)病理生理應(yīng)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?xiàng)l件下，如細(xì)胞的增生和分化、胚胎熱休克蛋白的組成和結(jié)構(gòu)組成鄔堂春等于1995年從人體腫瘤細(xì)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(jié)構(gòu)組成鄔堂春等于1995年從人體腫瘤細(xì)胞熱休克蛋白的組成和結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)Flynn等的研究表明：HSP70的氨基酸的一級結(jié)構(gòu)可分為3個(gè)功能域： 近N端為45kDa大小結(jié)構(gòu)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(guān)； 緊接著為18kDa大小相對保守的氨基酸序列，是多肽的結(jié)合部位； 近C端有約10kDa結(jié)構(gòu)上多變的氨基酸序列

5、，其結(jié)構(gòu)尚不明，可能與特定的一組蛋白底物相互作用有關(guān)。熱休克蛋白專題知識講座10/7/20226熱休克蛋白的組成和結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)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?zé)嵝菘说鞍讓ｎ}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(xì)胞內(nèi)定位HSP70家族HSP70（HSP40、HSP24）所有生物細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核骨架，熱休克后移至細(xì)胞核及核仁質(zhì)膜上；哺乳動(dòng)物線粒體Dn

6、aK(DnaJ、GrpE)大腸桿菌細(xì)胞質(zhì)Ssa1-4、SsB1、SsC1、SsD1酵母細(xì)胞質(zhì)線粒體Bip哺乳動(dòng)物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Hsc70動(dòng)物細(xì)胞胞漿grp78哺乳動(dòng)物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)prp73動(dòng)物細(xì)胞胞漿Kar2p酵母內(nèi)質(zhì)網(wǎng)HSP100家族HSP104酵母細(xì)胞質(zhì)和核及核仁ClpX大腸桿菌細(xì)胞質(zhì)熱休克蛋白專題知識講座10/7/20228分類種屬細(xì)胞內(nèi)定位HSP70家族HSP70（HSP40、HS分類種屬細(xì)胞中的定位HSP60家族GroEL(GroES)大腸桿菌內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Cpn60(cpn10)真核細(xì)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(xì)胞質(zhì)Hsp90哺乳動(dòng)物細(xì)胞質(zhì)Hsp8

7、3、Hsp87酵母和果蠅細(xì)胞質(zhì)gp96肉瘤細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和胞液Grp94哺乳動(dòng)物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)熱休克蛋白專題知識講座10/7/20229分類種屬細(xì)胞中的定位HSP60家族GroEL(GroES)大概述smHSP是熱脅迫誘導(dǎo)蛋白，能防止熱誘導(dǎo)的蛋白質(zhì)聚集，促進(jìn)變性蛋白質(zhì)的復(fù)性和不可逆轉(zhuǎn)的受傷蛋白質(zhì)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(xì)胞因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等，保護(hù)細(xì)胞免受各種應(yīng)激因素的損傷。HSP60家族成員包括分子量約60kDa的蛋白質(zhì)。微生物HSP60是優(yōu)勢蛋白，感染微生物的人體中有40%T細(xì)胞應(yīng)答是針對該蛋白質(zhì)的，而且該蛋白質(zhì)與人類HSP60相當(dāng)，已經(jīng)檢出至少與人類19個(gè)已

8、知自身抗原的氨基酸序列存在相似性，并與響應(yīng)自身免疫的發(fā)生有關(guān)。熱休克蛋白專題知識講座10/7/202210概述smHSP是熱脅迫誘導(dǎo)蛋白，能防止熱誘導(dǎo)的蛋白質(zhì)聚集，促HSP90為組成型表達(dá)的蛋白，包括和2種分子，是HSP家族中為數(shù)不多的含有內(nèi)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(dǎo)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(jié)合，調(diào)節(jié)它們的生物活性，防止蛋白質(zhì)的變性和聚集。概述泛素(ubiquitin)是一種存在于大多數(shù)真核細(xì)胞中的小蛋白。它的主要功能是標(biāo)記需要分解掉的蛋白質(zhì)，使其被水解。當(dāng)附有泛素的蛋白質(zhì)移動(dòng)到桶狀

9、的蛋白酶的時(shí)候，蛋白酶就會(huì)將該蛋白質(zhì)水解。泛素也可以標(biāo)記跨膜蛋白，如受體，將其從細(xì)胞膜上除去。 泛素76個(gè)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(dá)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(dòng)物細(xì)胞中還發(fā)現(xiàn)了一類廣泛存在的HSP70家族的一個(gè)亞族HSP110。HSP70家族蛋白具有相同的等電點(diǎn)和相似的胰蛋白

10、酶肽譜，在幾乎所有生物的應(yīng)激細(xì)胞中常被高度誘導(dǎo)，具有保護(hù)機(jī)體和細(xì)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(zhì)離開核糖體那一刻起就開始保護(hù)它們。在這個(gè)階段，蛋白質(zhì)還沒有形成折疊結(jié)構(gòu)，伸展的肽鏈上暴露出許多富含碳的基團(tuán)，很容易造成聚集沉淀。HSP-70能夠識別并結(jié)合于這些疏水基團(tuán)，從而避免其與周圍基團(tuán)的聚合。當(dāng)多肽鏈開始折疊時(shí)，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(zhì)離開核糖體那一刻起就開始HSP70HSP

11、-70由兩個(gè)結(jié)構(gòu)域組成：一個(gè)結(jié)構(gòu)域（蛋白質(zhì)編號1dkg）是ATP的結(jié)合位點(diǎn)，并且控制ATP的結(jié)合過程，（分子結(jié)構(gòu)如圖A所示）另一個(gè)結(jié)構(gòu)域（蛋白質(zhì)編號1dkz）是富含碳的肽鏈的結(jié)合位點(diǎn)（分子結(jié)構(gòu)如圖B所示）圖中以粉色表示的小肽段是蛋白質(zhì)結(jié)合的縫隙圖底部的水母狀結(jié)構(gòu)的前折疊因子（蛋白質(zhì)編號1fxk）也執(zhí)行類似的功能，即包裹折疊過程中的蛋白質(zhì)鏈。AB熱休克蛋白專題知識講座10/7/202214HSP70HSP-70由兩個(gè)結(jié)構(gòu)域組成：一個(gè)結(jié)構(gòu)域（蛋白質(zhì)編目前，HSP70被認(rèn)為是哺乳動(dòng)物細(xì)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(xué)特性密切相關(guān)：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(dá)，同一生物體內(nèi)的不同組織內(nèi)亦均有表達(dá)。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(xì)胞內(nèi)呈基礎(chǔ)表達(dá)，表達(dá)水平較低；而在高溫及各種有害應(yīng)激狀態(tài)下，HSP70的合成速度顯著增加，一般數(shù)分鐘內(nèi)即可達(dá)到最高水平，而原來的蛋白質(zhì)合成則減少，以提高生物體的抗應(yīng)激能力。正常情況下HSP70位于細(xì)胞漿內(nèi)，當(dāng)細(xì)胞遭受應(yīng)激作用時(shí)，HSP70迅速移入細(xì)胞核內(nèi)并包圍核仁，細(xì)胞漿內(nèi)只有少量存在；而應(yīng)激消除后細(xì)胞處于恢復(fù)階段時(shí)，細(xì)胞核內(nèi)HSP70又返回胞漿，在細(xì)胞漿

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

14、成HSP。新合成的HSP與變性的蛋白質(zhì)結(jié)合，并反饋抑制HSP的合成。在應(yīng)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(rèn)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(xué)特征高度保守性 熱休克蛋白被認(rèn)為是生物進(jìn)化最保守的成分，不同種細(xì)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(xué)及生物應(yīng)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(dǎo)HSPs的產(chǎn)生。時(shí)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(xué)特征高度保守性 非特異性時(shí)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(xì)胞中執(zhí)行最基本的生理功能，如蛋白質(zhì)折疊、伸展、轉(zhuǎn)運(yùn)、寡聚體的形成和解聚等，維持細(xì)胞的生存和功能，在應(yīng)激的不利條件下，提高細(xì)胞的抵抗力，起到應(yīng)激保護(hù)作用。在基本的蛋白質(zhì)伸展-折疊過程中發(fā)揮作用作為細(xì)胞內(nèi)許多功能蛋白的結(jié)合蛋白發(fā)揮復(fù)雜的作用細(xì)胞保護(hù)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(xì)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(zhì)提供一個(gè)附著環(huán)境，從而起到保護(hù)折疊過程的作用G

16、roEL-GroES復(fù)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(zhì)折疊中的反應(yīng)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(zhì)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(yīng)答）參與免疫細(xì)胞的發(fā)育、分化、激活參與淋巴細(xì)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(yīng)答熱休克蛋白的主要功能HSP與細(xì)胞凋亡對細(xì)胞凋亡的抑制作用HSP使細(xì)胞凋亡亢進(jìn)在炎癥中的保護(hù)作用胚胎發(fā)育維持細(xì)胞和生物體的動(dòng)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(xì)胞凋亡對細(xì)胞凋亡的抑制作用H