摘要.docx
- 文档编号:30316473
- 上传时间:2023-08-13
- 格式:DOCX
- 页数:15
- 大小:662.97KB
摘要.docx
《摘要.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《摘要.docx(15页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
摘要
细胞凋亡与癌症:
蛋白酶基因的突变
摘要
程序性细胞死亡不仅对生物体的发育有着重要意义,而且对多细胞生物体整体的完整性有着深远的影响。
并且发育异常时会导致肿瘤、自身免疫疾病,以及其他严重的健康问题。
放松管制的凋亡也可能是癌症化疗的首要原因。
蛋白酶的半胱氨酸-蛋白酶家族起着启动和执行程序性细胞死亡的关键作用。
本文概述了蛋白酶的功能,他们的自然调节抗剂如IAPs、FLIPs和Smac/Diabl在细胞凋亡过程中与调节剂后失活过程中、癌症发展中的作用。
除了描述细胞凋亡基本过程的主要机制,本文主要是将蛋白酶的筛选基因以及它们的调节器基因突变肿瘤作为研究重点。
本文最后一部分讨论了几种新兴的癌症治疗方法,包括半胱氨酸蛋白酶及其监管调制。
正文:
平均而言,每四个人中就会有一个有癌症。
虽然遗传性癌症只占一小部分,大多数癌症是由环境因素与遗传因素共同作用产生的。
癌细胞大多数情况下在组织细胞中存在基因突变,并且癌症是增殖失控与紊乱分化造成的。
基因的改变往往让癌症诊断方法更确切,甚至可能产生新的治疗方法。
因此,基于癌症基因疗法的药物基因组学开辟了一个治疗癌症的新时代。
多细胞生物体的细胞凋亡有两个主要的机制:
坏死与细胞凋亡。
坏死可能会触发细胞膜破裂,炎症可能伴随的形成。
与坏死相反,细胞凋亡是一种“干净”死亡的类型。
染色质浓缩、DNA分解成碎片,形成的“凋亡小体”称为囊泡。
而这些被巨噬细胞迅速吞噬,细胞没有任何发炎的现象。
诱导细胞凋亡实现的方式会有几个,例如:
通过促进因子的表达与促凋亡因子的表达,同时降低抗凋亡因子的表达。
在哺乳动物中,细胞凋亡可以有三个不同的途径:
(1)外在途径,可以通过结扎后死亡受体及caspase–8的激活来触发;
(2)内在途径,由细胞应激发起激活的caspase–9来触发(3)颗粒酶B途径,其中的细胞毒性细胞蛋白酶颗粒酶B被传递到敏感的靶细胞。
这些途径的每一个阶段从收敛到凋亡共同执行。
外在和内在的凋亡途径
细胞凋亡是由基因控制的细胞自主的有序的死亡,细胞凋亡的主要通路分别是死亡受体介导的凋亡途径或外在途径和线粒体凋亡途径或内在途径。
虽然两条凋亡通路的上游事件不同,但是它们最终都要激活共同的凋亡效应物,即特异的胱冬酶。
细胞凋亡受到严格调控,在正常细胞中胱冬酶处于非活化的酶原状态,凋亡程序一旦开始,胱冬酶被活化,随后发生凋亡蛋白酶的层叠级联反应,引发不可逆的凋亡。
细胞表面存在大量受体,而在这些受体当中存在不少死亡受体,既可诱发细胞凋亡的受体,比如CD95、TNF受体以及DR5,这些受体在受到外界刺激后可诱发一系列的反应,从而引起上面所提到的两条主要的凋亡通路。
在这个过程中受体和配体识别或细胞的应急反应所产生的第二信使具有信号递承和放大作用,并激活和细胞凋亡相关的下游分子,这其中包括大家所熟悉的死亡第二信使既神经酰胺,神经酰胺可作为多种刺激的效用物,这些刺激除所提到的CD95配体、DR5配体和TNF外,还包括化疗药物、物理射线、细胞毒药物、细菌及病毒等因素。
Caspase家族
Caspases是近年来发现的一组存在于胞质溶胶中的结构上相关的半胱氨酸蛋白酶,它们的一个重要共同点是特异地断开天冬氨酸残基后的肽键。
由于这种特异性,使caspase能够高度选择性地切割某些蛋白质,这种切割只发生在少数(通常只有1个)位点上,主要是在结构域间的位点上,切割的结果或是活化某种蛋白,或使某种蛋白失活,但从不完全降解一种蛋白质。
Caspase的研究源于线虫(C.elegans)细胞程序化死亡的研究。
线虫在发育过程中,有131个细胞将进入程序化死亡;研究发现有11个基因与PCD有关,其中ced3和ced4基因是决定细胞凋亡所必需的,ced9基因抑制PCD。
线虫细胞程序化死亡的研究促进了其他动物特别是哺乳类动物中细胞凋亡的研究。
人们发现哺乳类细胞中存在着Ced3的同源物ICE(interleukin-1bconvertingenzyme),它催化白介素-1b的活化,即从其前体上将IL-1b切割下来。
在大鼠成纤维细胞中过量表达ICE和Ced3都会引起细胞凋亡,表明了ICE和Ced3在结构和功能上的相似性;然而敲除ICE基因的小鼠其表现型正常,并未发现细胞凋亡发生明显改变。
进一步的研究发现,另一个ICE成员,后来被称为apopain,CPP32或Yama的半胱氨酸蛋白酶,催化poly(ADP-ribose)Polymerase(PARP),即聚(ADP-核糖)聚合酶的裂解,结果导致细胞的凋亡,因而认为apopain执行着与线虫中的ced3相同的功能。
Apopain被称为是“死亡酶”,而PARP被认为是“死亡底物”。
Apopain/CPP32/Yama是在1995年由两个实验室分别同时报导,时间上只有两周之差。
Ced4的哺乳类同源物则迟迟未能发现,直到1997年,才被证明是Apaf-1(即一种细胞凋亡蛋白酶活化因子apoptosisproteaseactivatingfactor)。
而Ced9的哺乳类对应物则较早地被证明是BCL-2,这一问题将在以后的部分述及。
现已确定至少存在11种caspase:
这些caspases中,caspase1和caspase11,以及可能还有caspase4被认为不直接参与凋亡信号的转导,它们主要参与白介素前体的活化;而caspase2,caspase8,caspase9和caspase10参与细胞凋亡的起始;参与细胞凋亡执行的则是caspase3,caspase6和caspase7,其中caspase3和7具有相近的底物和抑制剂特异性,它们降解PARP,DFF-45(DNAfragmentationfactor-45),导致DNA修复的抑制并启动DNA的降解。
而caspase-6的底物是laminA和keratin18,它们的降解导致核纤层和细胞骨架的崩解。
细胞中合成的caspase以无活性的酶原状态存在,以后经活化方能执行其功能。
一般的蛋白酶活化时,只是将N-末端的肽段切除,而caspase的活化则需在两个亚基的连接区的天冬氨酸位点进行切割,结果产生了由两个亚基组成的异二聚体,此即具有活性的酶。
通常N-末端的肽在活化时也被除去,但对于caspase7是否去除N-末端肽对活性无影响。
目前认为细胞凋亡的起始者(caspase2,8,9和10)和执行者(caspase3,6和7)之间存在着上下游关系,即起始者活化执行者。
凋亡起始者(caspase2,8和10)的活化属于同性活化(Homoactivation)。
caspase8和10含有串联重复的“死亡效应子”结构域(deatheffectordomain,DED),而caspase2和9则含有不同但类似的caspase募集结构域(caspaserecruitmentdomainCARD),这两种结构域是募召caspase2,8和10所必需的。
caspase-2
caspase-2,最初被命名为Nedd.2/Ich.1,它具有启始caspases的长结构域,序列同源性与启始因子caspase一9最为接近;而它的底物特异性酶切位点则与效应因子caspase.3、caspase.7相近。
启始caspase可以酶切激活下游caspases酶原,如,caspasc.8可以激活几乎所有已知的caspase酶原,而caspasc一2对已知的酶原几乎没有活性;先前的研究认为caspase.2是一种位于凋亡下游的效应caspase,而近大量的研究却证明caspase.2可以位于caspase级联反应的上游。
鉴于以上这些特殊性质,目前尚难确切地将caspase.2归属为哪一类,为此,有人提出可以将其作为第三类caspase。
早先的研究认为caspase.2主要作为下游效应caspase发挥作用,因caspase.2是caspase.3的特异性底物,被酶切后活化,位于效应caspase.3的下游。
而最近则有大量证据证明caspase.2位于caspase.3的上游。
在星形孢菌素引起的SH.SY5Y神经细胞瘤凋亡中,caspase.2活性在6h时达到高峰caspase.3在12h才出现高峰;在GTP缺失导致的胰岛素分泌细胞HIT.T15凋亡中,caspase.2的活化也发生于caspase.3之前,用caspase.2特异性抑制剂可以阻断caspase.3的活化脚;经孕烯醇酮硫酸盐PS处理的肾脏细胞、星形孢菌素及低钾诱发的小脑颗粒细胞CGCs凋亡中,caspase.2也先于caspase.3被激活研究发现,caspase.2位于线粒体的上游。
通常认为Bc1.2蛋白家族通过调节线粒体通透性,继而引起caspases活化,而Patrice在应激诱发的凋亡中发现,caspase.2对Bax/Bc1.2家族成员,促使线粒体释放凋亡蛋白)转位至线粒体是必需的,这说明线粒体通透性在更高水平受到caspase.2的调控圈;在肺腺癌A549和骨肉瘤U20S凋亡中,caspasc.2对于细胞色素C(cyt.c)从线粒体释放及凋亡形态学的变化是不可或缺的。
而在Fas抗体诱发的凋亡中,caspase.8活化及下游Bid酶切活化、cyt.c释放、caspase.3活化、DNA片段化均需要caspase-2存在。
在接受凋亡信号后,死亡受体TNFR通过衔接分子CRADD将procaspase.2募集到复合体上,使其形成二聚体而活化。
活化的caspase.2可以直接或者间接通过酶切Bid(一种促凋亡的Bc1.2蛋白)诱发线粒体中凋亡相关蛋白释放,并且呈剂量依赖关系。
其
中c1I,t.c可以与Apaf-1和procaspase.9形成凋亡信号蛋白复合体,使caspase.9活化,继而活化下游效应caspases,引发细胞凋亡。
但也有研究发现,乳腺癌细胞系MCF-7中cyt.c释放不需要c~pase.2;而在缺乏Apaf-1和caspase.9的小鼠神经元中,caspase.2不通过线粒体途径杀死细胞。
caspase-8的
empase一8也称MACH、FLICE、Mch5,1996年被克隆成功。
easp鹊e一8基因CASP8与C—FLIP(eeUularFLICEinhibitoryprotein)基因及easp鼬e一10基因CASPIO共同位于染色体2q33—34。
c黯p鹊e一8以无活性的酶原(procaspase一8)形式存在于成人及除胎儿脑组织外的各种组织中,在外周血白细胞中分布较高。
proeasp鹊e一8有479个氨基酸,分子量为55kD,其8种异构体(isoforms)中2种有完整的酶活性,能启动死亡受体介导的凋亡。
这2种pmeaspase一8的N一端的两个前后串联的70个氨基酸左右死亡效应结构域(deatheffectdomain,DED)与适配蛋白(adapterprotein,如fas—associateddeathdomain,FADD)N一端的DED同源,所以procaspase一8可与FADD结合。
c一端的大小两个亚基是蛋白水解酶区域,有QACQC序列活性位点。
easpase一8的三维结构是p20和plO的二聚体,由两个大亚基包绕相互作用的两个小亚基构成,每个p20一plO二聚体形成一个球形结构域,该结构域是一个六链13一折叠,其两边围绕以tv一螺旋。
easpase一8对底物特异切割位点是(I/L/v)EXD。
在哺乳动物,caspase的活化主要有细胞外途径(caspase一8途径/非线粒体依赖途径)和细胞内途径(caspase一9途径/线粒体依赖途径)。
基因突变caspase家族与肿瘤
Caspase全称为半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶,主要以酶原的形式广泛存在于细胞中,一般位于胞质,偶见于胞核。
目前在哺乳动物细胞中已发现Caspase蛋白酶家族成员有16种,按其发现的先后顺序在Caspase后以阿拉伯数字表示。
在细胞凋亡中起重要作用的主要有caspase一8、caspase一9、easpase一3。
根据Caspase结构同源性、功能和底物特异性的不同,分为三大类:
凋亡启动组,包括Caspase一2、一8、一9和一10,通过自身活化启动凋亡并调节效应型Ca.spase;凋f执行组,包括Caspase一3、一6和一7等,能分解细胞蛋白,执行凋亡;炎症反应组,包括Caspase一1、一4、一5、一11、一12、一13和一14等,其活化与炎症因子的合成有关。
另有人依据种系发生的结果分析将Caspase分为3个亚家族:
Caspase一1亚家族,包括Caspase一1、一4、一5、一11、一12、一13和一14;Caspase一2亚家族,只有Caspase一2一个成员;Caspase一3亚家族,包括Caspase一3、一6、一7、一8、一9和一10。
Caspase蛋白酶家族具有以下共同特点:
①均属于半胱氩酸蛋白酶;②均以无活性的酶原形式存在于细胞中;③均含有五肽保守序列QACXG(Caspase一9X=G,Caspase一8和Caspase—IOX=Q外,其余Caspase家族成员X;④活化后具有独特的催化活性,将底物在ASP位点后切断,同时通过这种方式也能自我活化;⑤可直接或间接地被钙离子激活,过度表达都可导致一系列不可逆转的蛋白质裂解,最终导致细胞死亡;⑥底物的特异性,即对底物序列的特异性识别,因而酶促反应具有高度特异性;⑦转染不同细胞可诱导凋亡。
。
突变的caspase-8基因与癌症
easpase一8基因CASP8由于甲基化、基因突变等与某些肿瘤的发生有一定关系。
神经母细胞瘤患者的瘤体中caspasae一8mRNA不表达,是由于瘤体中caspase一8基因CASP8因甲基化而缺失或沉默,如何恢复easpase一8基因的表达进而逆转神经母细胞瘤的耐药性将成为神经母细胞瘤治疗的新的研究方向。
在紫外线诱导人皮肤角化细胞caspase级联反应中,caspase一3、一8、一9的表达均有时间规律,且细胞内途径占主导地位¨“,但在硫化芥子气诱导皮肤角化细胞caspase级联反应中,caspase一8先于caspase一9激活而easpase—lO未见激活。
ctmp船e一8、一3在肝癌细胞依赖的F'as介导的细胞凋亡中发挥着重要的调控作用。
宫颈癌能通过Fas、caspase一8低表达及FasL高表达,逃避机体免疫监视以促使肿瘤发生、发展及转移¨⋯。
在阿司匹林诱导胃癌细胞凋亡以实现其抗肿瘤机制中caspase一8发挥重要的启动凋亡的作用。
晶状体上皮细胞凋亡是除先天性白内障外所有其它类型白内障形成的基础。
在诱导晶状体上皮细胞凋亡形成白内障的过程中,caspase一2、一3、一4、一8、一9起关键作用。
在对血吸虫童虫皮肤阶段引起T细胞凋亡的研究中发现caspase一8、一3的表达均有时间规律性H“。
后记
在本文中,我们侧重于半胱氨酸蛋白酶及其监管遗传的改变,强调了这些分子在癌症发展中的作用。
放松管制的caspase活性的表达或修改的结果可能是多种因素,包括遗传改变,启动子甲基化,剪接和翻译。
我们发现caspases的活性对不同的突变有着深刻的影响。
半胱氨酸蛋白酶和细胞凋亡机制将在现代癌症治疗中发挥越来越重要的作用,传统的化疗和放射疗法最终会被取代。
参考文献:
REFERENCES
1.KopsGJ,WeaverBA,ClevelandDW.Ontheroadtocancer:
aneuploidyandthe
mitoticcheckpoint.NatRevCancer2005;5:
773–85.
2.Hombach-KlonischS,ParanjothyT,WiechecE,PocarP,MustafaT,SeifertA,Zahl
C,GerlachKL,BiermannK,StegerK,Hoang-VuC,Schulze-OsthoffK,LosM.Cancer
stemcellsastargetsforcancertherapy:
selectedcancersasexamples.Arch
ImmunolTherExp2008;56:
165–80.
3.KlonischT,WiechecE,Hombach-KlonischS,AndeSR,WesselborgS,Schulze-
OsthoffK,LosM.Cancerstemcellmarkersincommoncancers–therapeutic
implications.TrendsMolMed2008;14:
450–60.
4.JiangG,YangF,LiM,WeissbeckerK,PriceS,KimKC,LaRussaVF,SafahH,
EhrlichM.Imatinib(ST1571)providesonlylimitedselectivityforCMLcellsand
treatmentmightbecomplicatedbysilentBCR-ABLgenes.CancerBiolTher
2003;2:
103–8.
5.JinS,DiPaolaRS,MathewR,WhiteE.Metaboliccatastropheasameansto
cancercelldeath.JCellSci2007;120:
379–83.
6.BrownGD.SensingnecrosiswithMincle.NatImmunol2008;9:
1099–100.
7.LauberK,BlumenthalSG,WaibelM,WesselborgS.Clearanceofapoptoticcells:
gettingridofthecorpses.MolCell2004;14:
277–87.
8.OzbenT.Oxidativestressandapoptosis:
impactoncancertherapy.JPharmSci
2007;96:
2181–96.
9.SalvesenGS,DixitVM.Caspases:
intracellularsignalingbyproteolysis.Cell
1997;91:
443–6.
10.ThornberryNA,LazebnikY.Caspases:
enemieswithin.Science1998;281:
1312–6.
11.AdamsJM.Waysofdying:
multiplepathwaystoapoptosis.GenesDev
2003;17:
2481–95.
12.KischkelFC,HellbardtS,BehrmannI,GermerM,PawlitaM,KrammerPH,Peter
ME.Cytotoxicity-dependentAPO-1(Fas/CD95)-associatedproteinsfromadeathinducing
signalingcomplex(DISC)withthereceptor.EMBOJ1995;14:
5579–88.
13.AshkenaziA,DixitVM.Deathreceptors:
signalingandmodulation.Science
1998;281:
1305–8.
14.BoldinMP,VarfolomeevEE,PancerZ,MettIL,CamonisJH,WallachD.Anovel
proteinthatinteractswiththedeathdomainofFas/APO-1containsasequence
motifrelatedtothedeathdomain.JBiolChem1995;270:
7795–8.
15.BodmerJL,HollerN,ReynardS,VinciguerraP,SchneiderP,JuoP,BlenisJ,
TschoppJ.TRAILreceptor-2signalsapoptosisthroughFADDandcaspase-8.Nat
CellBiol2000;2:
241–3.
16.LosM,PanigrahiS,RashediI,MandalS,StetefeldJ,EssmannF,Schulze-OsthoffK.
Apoptin,atumor-selectivekiller.BiochimBiophysActa(inpress,PMID:
19374922).
17.SprickMR,WeigandMA,RieserE,RauchCT,JuoP,BlenisJ,KrammerPH,Walczak
H.FADD/MORT1andcaspase-8arerecruitedtoTRAILreceptors1and2andare
essentialforapoptosismediatedbyTRAILreceptor.Immunity2000;12:
599–609.
18.KuangAA,DiehlG,ZhangJ,WinotoA.FADDisrequiredforDR4-andDR5-
mediatedapoptosis:
LackofTRAILinducedapoptosisinFADD-deficientmouse
embryonicfibroblasts.JBiolChem2000;275:
25065–8.
19.LiJ,YuanJ.Caspasesinapoptosisandbeyond.Oncogene2008;27:
6194–206.
20.GhavamiS,AsoodehA,KlonischT,HalaykoAJ,KadkhodaK,KroczakTJ,Gibson
SB,BooyEP,Naderi-ManeshH,LosM.Brevinin-2R
(1)semi-selectivelykillscancer
cellsbyadistinctmechanism,whichinvolvesthelysosomal-mitochondrialdeath
pathway.JCellMolMed2008;12:
1005–22.
21.GhavamiS,KerkhoffC,LosM,HashemiM,SorgC,Karami-TehraniF.Mechanism
ofapoptosisinducedbyS100A8/A9incoloncancercelllines:
theroleofROSand
theeffectofmetalions.JLeukocBiol2004;76:
169–75.
22.HashemiM,KaramiTehraniF,GhavamiS.Cyto
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 摘要