凋亡相关的基因和蛋白.VIP专享VIP免费

精品文档细胞凋亡和细胞增殖都是生命的基本现象，是维持体内细胞数量动态平衡的基本措施。在胚胎发育阶段通过细胞凋亡清除多余的和已完成使命的细胞，保证了胚胎的正常发育；在成年阶段通过细胞凋亡清除衰老和病变的细胞，保证了机体的健康。和细胞增殖一样细胞凋亡也是受基因调控的精确过程，在这一节我们就细胞凋亡的分子机理作简要的介绍。细胞凋亡的途径主要有两条，一条是通过胞外信号激活细胞内的凋亡酶caspase、一条是通过线粒体释放凋亡酶激活因子激活caspase。这些活化的可将细胞内的重要蛋白降解，引起细胞凋亡。一、凋亡相关的基因和蛋白细胞凋亡的调控涉及许多基因，包括一些与细胞增殖有关的原癌基因和抑癌基因。其中研究较多的有ICE、Apaf-1、Bcl-2、Fas/APO-1、c-myc、p53、ATM等。1．Caspase家族Caspase属于半胱氨酸蛋白酶，相当于线虫中的ced-3,这些蛋白酶是引起细胞凋亡的关键酶，一旦被信号途径激活，能将细胞内的蛋白质降解，使细胞不可逆的走向死亡。它们均有以下特点:①酶活性依赖于半胱氨酸残基的亲核性;②总是在天冬氨酸之后切断底物,所以命名为caspase(cysteineaspartate-specificprotease)，方便起见本文称之为凋亡酶；③都是由两大、两小亚基组成的异四聚体，大、小亚基由同一基因编码，前体被切割后产生两个活性亚基。最早发现人类中与线虫ced-3同源的基因［1］是ICE,即：白介素-1B转换酶(Interleukin-1p-convertingenzyme)基因，因该酶能将白介素前体切割为活性分子，故名。通过cDNA杂交和查找基因组数据库，在人类细胞中已发现11个ICE同源物［2］，分为2个亚族(subgroup)：ICE亚族和CED-3家族(图15-6)，前者参与炎症反应，后者参与细胞凋精品文档亡，又分为两类：一类为执行者(executioner或effector)，如caspase-3、6、7，精品文档ICEsubfamily"CEO-3Isubfamily它们可直接降解胞内的结构蛋白和功能蛋白，引起凋亡，但不能通过自催化(autocatalytic)或自剪接的方式激活；另一类为启动者(initiator),如caspase-8、9,受到信号后，能通过自剪接而激活，然后引起caspase级联反应，如caspase-8可依次激活caspase-3、6、7。细胞中还具有caspase的抑制因子，称为lAPs(inhibitorsofapoptosisproteins),属于一个庞大的蛋白家族。它们能通过BIR结构域(baculovirusIAPrepeatsdomain)[3]与caspase结合，抑制其活性，如XlAP。图15-6：ICE家族成员A：3类caspase:蓝色参与炎症反应，红色为执行者，绿色为启动者；B：caspase-3的结构模型；C：caspase-3的活化过程引自KatjaC.Zimmermann等20012．Apaf-1caspase-Scuspase-2vaNpast-13caspase-5caspase-4caspase-1rnisp^sc-7/Icaspas«s3精品文档Apaf-1被称为凋亡酶激活因子-1(apoptoticproteaseactivatingfactor-1),在线虫中的同源物为ced-4,在线粒体参与的凋亡途径中具有重要作用，该基因敲除后，小鼠神经细胞过多，脑畸形发育。Apaf-1含有3个不同的结构域：①CARD(caspaserecruitmentdomain)结构域，能召集caspase-9；②ced-4同源结构域，能结合ATP/dATP；③C端结构域，含有色氨酸/天冬氨酸重复序列，当细胞色素c[4]的结合到这一区域后，能引起Apaf-1多聚化而激活。Apaf-1具有激活Caspase-3的作用，而这一过程又需要细胞色素c(Apaf-2)和caspase-9(Apaf-3)参与。Apaf-1/细胞色素c复合体与ATP/dATP结合后，Apaf-1就可以通过其CARD结构域召集caspase-9，形成凋亡体(apoptosome)，激活caspase-3,启动caspase级联反应。3．Bcl-2家族Bcl-2[5]为凋亡抑制基因，是膜的整合蛋白，其功能相当于线虫中的ced-9。现已发现至少19个同源物，它们在线粒体参与的凋亡途径中起调控作用，能控制线粒体中细胞色素c等凋亡因子的释放。Bcl-2家族成员都含有1-4个Bcl-2同源结构域(BH1-4),并且通常有一个羧端跨膜结构域(transmembraneregion,TM)。其中BH4是抗凋亡蛋白所特有的结构域，BH3是与促进凋亡有关的结构域。根据功能和结构可将Bcl-2基因家族分为两类(图15-7)，一类是抗凋亡的(anti-apoptotic)，如:Bcl-2、Bcl-xl、Bcl-w、Mcl-1；一类是促进凋亡的(pro-apoptotic)，如：Bax、Bak、Bad、Bid、Bim，在促凋亡蛋白中还有一类仅含BH3结构，...