小热休克蛋白家族专家讲座.pptx

小热休克蛋白家族研究进展小热休克蛋白家族研究进展小热休克蛋白家族第1页m概概 述述小热休克蛋白家族介绍小热休克蛋白家族介绍 分类分类 结构结构 特征特征 功效功效小热休克家族组员介绍小热休克家族组员介绍 HspB1-HspB10HspB1-HspB10m临床研究及进展临床研究及进展q缺血再灌注损伤缺血再灌注损伤q肿瘤肿瘤q神经系统疾病神经系统疾病m展展 望望小热休克蛋白家族研究进展小热休克蛋白家族研究进展小热休克蛋白家族研究进展小热休克蛋白家族研究进展小热休克蛋白家族第2页热休克蛋白家族热休克蛋白家族热休克蛋白家族热休克蛋白家族m生物细胞在高温环境下所表现以基因表示改变为特征反应称生物细胞在高温环境下所表现以基因表示改变为特征反应称 热休克反应（热休克反应（heat shock response,HSRheat shock response,HSR）m所产生一组蛋白质叫热休克蛋白（所产生一组蛋白质叫热休克蛋白（heat shock proteins,HSPheat shock proteins,HSP）m除了热休克外，许多其它理化及生物刺激都可诱导除了热休克外，许多其它理化及生物刺激都可诱导HSPHSP产生产生小热休克蛋白家族第3页氨基酸类药品重金属能量代谢抑制物渗透压热休克因子热休克元件小热休克蛋白家族第4页热休克蛋白功效热休克蛋白功效热休克蛋白功效热休克蛋白功效m帮助新合成蛋白质折叠，预防其相互聚集帮助新合成蛋白质折叠，预防其相互聚集m帮助蛋白质细胞内移位帮助蛋白质细胞内移位m帮助变性蛋白质复性帮助变性蛋白质复性m经过泛素经过泛素-蛋白酶体通路去除严重受损蛋白质蛋白酶体通路去除严重受损蛋白质小热休克蛋白家族第5页小热休克蛋白家族小热休克蛋白家族小热休克蛋白家族小热休克蛋白家族m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）中低分子量蛋白亚家族分子量1243KDam作为主要分子伴侣参加细胞骨架稳定、细胞迁移、调整细胞生长与分化作为主要分子伴侣参加细胞骨架稳定、细胞迁移、调整细胞生长与分化，与各种疾病发生，发展关系亲密，与各种疾病发生，发展关系亲密m当前已发觉并证实哺乳动物小热休克蛋白当前已发觉并证实哺乳动物小热休克蛋白 HSPB1-B10小热休克蛋白家族第6页 HspBAlternativeNameGene LocusAmino Acid ResiduesMolecular Weight(KDa)HspB1Hsp277p12.319922-23HspB2MKBP11q22q2318220HspB3HspL275q11.215017HspB4A-crystallin/CRYAA1q22.3170-18020HspB5B-crystallin/CRYAB11q22.3q23.117520HspB6Hsp2019q13.1315717HspB7cvHsp1p36.2p34.317018-19HspB8Hsp22/E2IG112q24.23190-20021-22HspB917q21.216017-18HspB10ODF18q2225028-29小热休克蛋白家族第7页小热休克蛋白亚家族小热休克蛋白亚家族小热休克蛋白亚家族小热休克蛋白亚家族m类亚家族组员类亚家族组员q展现泛素化表展现泛素化表(ubiquitous expression)q无组织特异性无组织特异性q包含包含 HspB1,HspB5,HspB6,HspB8m类亚家族组员类亚家族组员肌原性组织（肌原性组织（m）睾丸组织（睾丸组织（t）眼晶状体（眼晶状体（e）m:HspB2,HspB3,HspB7t :HspB9，HspB10e:HspB4小热休克蛋白家族第8页小热休克蛋白亚家族小热休克蛋白亚家族小热休克蛋白亚家族小热休克蛋白亚家族小热休克蛋白家族第9页小小小小热热热热休克蛋白特点休克蛋白特点休克蛋白特点休克蛋白特点m低分子量蛋白质低分子量蛋白质m含有保守中央含有保守中央“晶体蛋白结构域晶体蛋白结构域”m形成大形成大低聚复合物低聚复合物m与变性蛋白质形成大与变性蛋白质形成大含有特点复合物含有特点复合物m含有含有非非ATPATP依赖依赖分子伴侣活性分子伴侣活性小热休克蛋白家族第10页晶体蛋白结构域晶体蛋白结构域晶体蛋白结构域晶体蛋白结构域-晶状体蛋白结构域调整低聚反应伴侣活性小低聚体复合物蛋白质四级结构稳定性sHSP-底物复合物可溶性小热休克蛋白家族第11页亚单位与低聚复合物亚单位与低聚复合物亚单位与低聚复合物亚单位与低聚复合物Nature Structural Biology;8,1025-1030 小热休克蛋白家族第12页非非非非ATPATP依赖分子伴侣活性依赖分子伴侣活性依赖分子伴侣活性依赖分子伴侣活性蛋白酶体降解路径小热休克蛋白家族第13页亚单位亚单位亚单位亚单位/亚单位交换亚单位交换亚单位交换亚单位交换m 四聚体为结合底物活性单位四聚体为结合底物活性单位m 不一样小热休克蛋白之间能够交换亚单位不一样小热休克蛋白之间能够交换亚单位相同四级结构相同四级结构相同亚单位位置相同亚单位位置 CRYAA/CRYAB/HSPB1/B2/B6/B8小热休克蛋白家族第14页与底物之间作用与底物之间作用与底物之间作用与底物之间作用m不一样底物可结合于同一低聚物不一样底物可结合于同一低聚物m亚单位与底物结合稳定亚单位与底物结合稳定m底物结合亚单位在不一样小热休克蛋白之间能够交换底物结合亚单位在不一样小热休克蛋白之间能够交换m亚单位不会自发释放结合底物亚单位不会自发释放结合底物m与与ATP水平相关水平相关小热休克蛋白家族第15页分子伴侣活性分子伴侣活性分子伴侣活性分子伴侣活性小热休克蛋白家族第16页Three coupled equilibriaThree coupled equilibriaequilibrium binding between the sHsp and the substrate non-native statessHsp oligomeric equilibrium substrate folding equilibriumHu et al,Curr Neurovasc Res;Vol.5(2):143-52 小热休克蛋白家族第17页影响分子伴侣活性原因影响分子伴侣活性原因影响分子伴侣活性原因影响分子伴侣活性原因m PH值值m 温度温度m 结构结构/结合位点结合位点m 亚单位活性亚单位活性m 低聚复合物稳定性低聚复合物稳定性m 目标蛋白质分子量目标蛋白质分子量磷酸化磷酸化疏水结构域疏水结构域小热休克蛋白家族第18页家族组员家族组员家族组员家族组员-HspB1/Hsp27-HspB1/Hsp27m第一个在哺乳动物中被证实第一个在哺乳动物中被证实m存在于众多组织中存在于众多组织中m热诱导表示热诱导表示m磷酸化是其活性形式磷酸化是其活性形式(IL-2,TNF-,GF)磷酸化位点：磷酸化位点：Ser-15,78,82 p38 MAPK 及及 p38MAPK 激活蛋白激酶、蛋白激酶激活蛋白激酶、蛋白激酶C(PKC)小热休克蛋白家族第19页m参加调整细胞生长与分化参加调整细胞生长与分化m影响细胞骨架稳定及肌肉收缩（肌动蛋白结合蛋白）影响细胞骨架稳定及肌肉收缩（肌动蛋白结合蛋白）m抗凋亡抗凋亡m与细胞耐热性及抗药性形成相关与细胞耐热性及抗药性形成相关m与各种肿瘤亲密相关：肝癌、乳腺癌、恶性纤维组织细胞瘤、黑色素与各种肿瘤亲密相关：肝癌、乳腺癌、恶性纤维组织细胞瘤、黑色素瘤等瘤等m与神经系统疾病相关与神经系统疾病相关 家族组员家族组员家族组员家族组员-HspB1/Hsp27-HspB1/Hsp27小热休克蛋白家族第20页家族组员家族组员家族组员家族组员-HspB2/MKBP-HspB2/MKBPm强直性肌营养不良蛋白激酶结合蛋白强直性肌营养不良蛋白激酶结合蛋白(Myotonic dystrophy protein kinase binding protein，MKBP)m存在于心肌，骨骼肌存在于心肌，骨骼肌m与与HspB5基因串联排列在人类第基因串联排列在人类第11 号染色体上号染色体上,由共同开启子来启由共同开启子来启始基因转录始基因转录m无显著磷酸化无显著磷酸化m热诱导不影响表示热诱导不影响表示小热休克蛋白家族第21页家族组员家族组员家族组员家族组员-HspB2/MKBP-HspB2/MKBPm对骨骼肌、心肌细胞发育是必需对骨骼肌、心肌细胞发育是必需m热休克后在细胞内重新分布热休克后在细胞内重新分布,作用于细胞骨架结构作用于细胞骨架结构m在强直性肌营养不良患者骨骼肌细胞中表示上调在强直性肌营养不良患者骨骼肌细胞中表示上调小热休克蛋白家族第22页家族组员家族组员家族组员家族组员-HspB3/HSPL27-HspB3/HSPL27m经过分析人类心肌经过分析人类心肌cDNA 文库而发觉文库而发觉,定位于人类染定位于人类染色体色体5q11.2m通常缺乏氨基端保守序列和羧基端尾序列通常缺乏氨基端保守序列和羧基端尾序列m对维持心肌细胞结构和功效非常主要对维持心肌细胞结构和功效非常主要m在环境压力下在环境压力下,迁移到细胞骨架并与之结合，抑制肌迁移到细胞骨架并与之结合，抑制肌动蛋白聚集动蛋白聚集小热休克蛋白家族第23页家族组员家族组员家族组员家族组员-HspB4/HspB5-HspB4/HspB5m由由 Berzelins 于于18301830年从晶状体中分离出来并首次命名年从晶状体中分离出来并首次命名 qA 晶体蛋白晶体蛋白(A-crystallin,CRYAA 或或 HSPB4)qB 晶体蛋白晶体蛋白(B-crystallin,CRYAB 或或 HSPB5)m A与与B 晶体蛋白在基因序列上含有晶体蛋白在基因序列上含有53%同源性同源性Crystallin-A-crystallinB-crystallin小热休克蛋白家族第24页家族组员家族组员家族组员家族组员-HspB4/HspB5-HspB4/HspB5小热休克蛋白家族第25页 A B C D E F G 热热应应激激对对心心肌肌细细胞胞B-晶晶状状体体蛋蛋白白合合成成影影响响 A：细细胞胞培培养养于于37；B,C,D,E,F：细细胞胞于于43培培养养1h后后恢恢复复1h，3h，6h，12h，24h;G：B-晶晶状状体体蛋蛋白白标标准准蛋白蛋白家族组员家族组员家族组员家族组员-HspB4/HspB5-HspB4/HspB5小热休克蛋白家族第26页家族组员家族组员家族组员家族组员-HspB6/Hsp20-HspB6/Hsp20m表示于许多组织，尤其在心脏中有很高表示，达表示于许多组织，尤其在心脏中有很高表示，达1.3%m与与 HspB1 和和 HspB5 有很高同源性有很高同源性m热诱导不影响表示热诱导不影响表示m磷酸化磷酸化q 位点：位点：Ser-16 Ser-157q 磷酸化酶：磷酸化酶：PKA/PKGm中性及偏碱性环境下活性增强，酸性环境活性显著下降中性及偏碱性环境下活性增强，酸性环境活性显著下降小热休克蛋白家族第27页家族组员家族组员家族组员家族组员-HspB6/Hsp20-HspB6/Hsp20m与血管平滑肌舒张相关与血管平滑肌舒张相关m抑制血小板聚集抑制血小板聚集m增强体外心肌细胞收缩功效增强体外心肌细胞收缩功效m缺血再灌注后在心肌细胞内重新分布于细胞骨架系统，缺血再灌注后在心肌细胞内重新分布于细胞骨架系统，反抗再灌注诱发心肌细胞凋亡，减轻心肌梗塞，促进功反抗再灌注诱发心肌细胞凋亡，减轻心肌梗塞，促进功效恢复效恢复小热休克蛋白家族第28页家族组员家族组员家族组员家族组员-HspB7/cvHsp-HspB7/cvHspmCardiovascular heat shock protein(cvHsp)选选择择性性表表示示于于心心血血管管系系统统以以及及胰胰岛岛素素敏敏感感组组织织（骨骨骼骼肌肌，脂脂肪肪组组织织），其其中中，心心脏脏表表示示很很高高，骨骨骼骼肌肌含含量量中中等，脂肪组织表示最少等，脂肪组织表示最少m与与 HspB1-6 有有 26-49%同源性同源性m与心肌收缩相关，对心肌有明确保护作用与心肌收缩相关，对心肌有明确保护作用m与与-丝蛋白（肌动蛋白结合蛋白）结合丝蛋白（肌动蛋白结合蛋白）结合小热休克蛋白家族第29页家族组员家族组员家族组员家族组员-HspB7/cvHsp-HspB7/cvHspm基因定位于基因定位于1p36.2-p36.3,多个人类遗传性疾病基因多个人类遗传性疾病基因定位于这一区域，如心肌病，骨骼肌疾病等定位于这一区域，如心肌病，骨骼肌疾病等m与胰岛素敏感组织相关，且在肥胖症老鼠模型中表示与胰岛素敏感组织相关，且在肥胖症老鼠模型中表示增加提醒可能与肥胖症以及代谢紊乱疾病亲密相关增加提醒可能与肥胖症以及代谢紊乱疾病亲密相关小热休克蛋白家族第30页家族组员家族组员家族组员家族组员-HspB8/Hsp22-HspB8/Hsp22m显著表示于骨骼肌及平滑肌组织，在心脏，脑组织，显著表示于骨骼肌及平滑肌组织，在心脏，脑组织，胎盘，脾脏中也有表示胎盘，脾脏中也有表示m与与HspB1有有33%同源性同源性m对热诱导有反应，活性与温度呈相关性对热诱导有反应，活性与温度呈相关性m在体外以单体形式存在并含有活性在体外以单体形式存在并含有活性m在体内与在体内与类亚家族其它组员形成异型低聚复合物类亚家族其它组员形成异型低聚复合物小热休克蛋白家族第31页家族组员家族组员家族组员家族组员-HspB8/Hsp22-HspB8/Hsp22m磷酸化蛋白激酶及位点磷酸化蛋白激酶及位点 qPKC :Ser-14 Thr-63qp44MAPK:Ser-27 Thr-87mK141N/E 突变见于遗传性末梢运动神经元病突变见于遗传性末梢运动神经元病mK141N 突变也见于腓骨肌萎缩突变也见于腓骨肌萎缩 Charcot-Marie-Tooth disorder(CMT)小热休克蛋白家族第32页mtHspB8mtHspB8与与与与HspB1HspB1共定位共定位共定位共定位Hsp27mtHsp22共定位共定位核染色核染色小热休克蛋白家族第33页家族组员家族组员家族组员家族组员-HspB9/HspB10-HspB9/HspB10m均特异性表示于睾丸提醒与性别相关均特异性表示于睾丸提醒与性别相关mHspB9表示于生殖细胞，而表示于生殖细胞，而 HspB10曾被称为精子曾被称为精子鞭毛外层致密纤维蛋白鞭毛外层致密纤维蛋白1(ODF1)mHspB9在许多肿瘤组织中有表示，认为属于在许多肿瘤组织中有表示，认为属于（Cancer/Testis Antigens,CAT）mHspB10 表示部位及与骨架蛋白部分相同性提醒其对表示部位及与骨架蛋白部分相同性提醒其对细胞骨架有主要作用细胞骨架有主要作用小热休克蛋白家族第34页小热休克蛋白研究进展小热休克蛋白研究进展小热休克蛋白研究进展小热休克蛋白研究进展m分子伴侣活性分子伴侣活性m保护细胞骨架结构保护细胞骨架结构m抗凋亡抗凋亡m组织特异性表示组织特异性表示m基因突变基因突变小热休克蛋白家族第35页小热休克蛋白研究进展小热休克蛋白研究进展小热休克蛋白研究进展小热休克蛋白研究进展小热休克蛋白家族第36页m缺血再灌注损伤：缺血再灌注损伤：q心肌梗塞心肌梗塞q脑缺血再灌注脑缺血再灌注m肿瘤肿瘤m神经系统疾病：神经系统疾病：肌病肌病神经退行性疾病神经退行性疾病遗传病遗传病小热休克蛋白研究进展小热休克蛋白研究进展小热休克蛋白研究进展小热休克蛋白研究进展小热休克蛋白家族第37页心肌梗塞保护细胞骨架心肌梗塞保护细胞骨架心肌梗塞保护细胞骨架心肌梗塞保护细胞骨架m缺血损伤能对细胞骨架造成严重损害缺血损伤能对细胞骨架造成严重损害 m心肌细胞骨架改变先于心肌缺血超微结构改变心肌细胞骨架改变先于心肌缺血超微结构改变,该损伤该损伤显著影响心肌细胞结构和功效显著影响心肌细胞结构和功效 m在生理情况下，在生理情况下，BC与细胞骨架成份有相互作用，在与细胞骨架成份有相互作用，在应激情况下，这一作用得到增强应激情况下，这一作用得到增强 m磷酸化磷酸化HspB2/20结合并稳定肌动蛋白结合并稳定肌动蛋白,抑制了由抑制了由-激动激动剂介导细胞凋亡，提升心衰患者生存率剂介导细胞凋亡，提升心衰患者生存率小热休克蛋白家族第38页心肌梗塞抑制凋亡心肌梗塞抑制凋亡心肌梗塞抑制凋亡心肌梗塞抑制凋亡m磷酸化及非磷酸化磷酸化及非磷酸化HspB1/27对保护心肌细胞收缩功效对保护心肌细胞收缩功效及维持细胞完整性均一样有意义及维持细胞完整性均一样有意义mHspB2，HspB5基因敲除老鼠生理情况下心肌收缩性基因敲除老鼠生理情况下心肌收缩性正常，正常，I/R后表现出心肌收缩功效显著下降伴随更多细后表现出心肌收缩功效显著下降伴随更多细胞坏死及凋亡胞坏死及凋亡m缺缺血血再再灌灌注注损损伤伤后后，HspB1、HspB2、HspB5、HspB6 和和HspB7分分别别沉沉积积在在肌肌丝丝Z 线线、带带和和闰闰盘盘等等处，经过稳定肌小节来减轻心衰过程中损伤处，经过稳定肌小节来减轻心衰过程中损伤小热休克蛋白家族第39页B-C S P S P S P S PB-C S P S P S P S PB-C S P S P S P S PWestern blot Western blot 显示热应激造成心肌细胞中显示热应激造成心肌细胞中B-B-晶状体蛋晶状体蛋白从胞浆向细胞器转移白从胞浆向细胞器转移 Ctrl 0h 1h 2h 0h 2h 4h 6h 0h 2h 4h 6hHS10HS30HS60热诱导心肌细胞中热诱导心肌细胞中热诱导心肌细胞中热诱导心肌细胞中HspB5HspB5表示改变表示改变表示改变表示改变Sarcomere：肌小节 小热休克蛋白家族第40页脑缺血再灌注脑缺血再灌注脑缺血再灌注脑缺血再灌注-HspB5HspB5缺血再灌注损伤后胶缺血再灌注损伤后胶质细胞核周展现质细胞核周展现B-晶晶体蛋白体蛋白环状浓染，延环状浓染，延伸并显示部分突起伸并显示部分突起（呈串珠状）（呈串珠状）小热休克蛋白家族第41页 TGN38为高尔基体特异性标志物，HSP22 及TGN38 细胞内荧光均表现为核周环状染色，共聚焦观察发觉HSP22红色免疫荧光及TGN38绿色免疫荧光发生了显著重合 脑缺血再灌注脑缺血再灌注脑缺血再灌注脑缺血再灌注-HspB8HspB8小热休克蛋白家族第42页肿肿肿肿 瘤瘤瘤瘤m凋亡失衡凋亡失衡m致病原因致病原因&保护原因保护原因m肿瘤标识物：肿瘤标识物：HspB1,HspB8,HspB9细胞凋亡过少凋亡过少增殖过快增殖过快小热休克蛋白家族第43页肿肿肿肿 瘤瘤瘤瘤HspB1在恶性纤维组织细胞瘤中表示提醒很好预后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 高表示能够抑制N2myc 基因扩增,限制成神经细胞瘤发展HspB1增强抗肿瘤药品有效性，并减轻由化疗所致正常细胞凋亡HspB1在乳腺癌表示增多，与雌激素受体呈相关性，伴随较短无病存活时间，预后差，增加转移HspB1与E2钙粘素、间质金属蛋白酶9 相互作用赋予了黑色素瘤恶性生物学行为HspB1/HspB5抑制凋亡，致凋亡失衡，促进肿瘤发生小热休克蛋白家族第44页m诊疗诊疗:恶性肿瘤标识物恶性肿瘤标识物m治疗治疗q 治疗前:治疗方案选择 q 治疗中:疗效评价m预后评价预后评价肿肿肿肿 瘤瘤瘤瘤小热休克蛋白家族第45页神经系统疾病退行性病变神经系统疾病退行性病变神经系统疾病退行性病变神经系统疾病退行性病变 m阿阿尔尔茨茨海海默默氏氏病病（AD），帕帕金金森森病病，肌肌萎萎缩缩侧侧索索硬硬化化症症等等都都表表现现为为蛋蛋白白质质构构型型改改变变所所致致错错误误折折叠叠，蛋蛋白白质质异异常常聚聚集集，神神经经元元内内部部及及外外部部淀淀粉粉状状纤纤维维蛋蛋白堆积白堆积NormalAlzheimer小热休克蛋白家族第46页mTau 是是中中枢枢神神经经系系统统中中大大量量表表示示一一类类低低分分子子量量微微管管相相关蛋白（关蛋白（MAP），尤其表示于神经元轴突），尤其表示于神经元轴突mTau 蛋蛋白白病病病病理理改改变变为为高高度度磷磷酸酸化化，不不可可溶溶Tau 蛋蛋白白在在神神经经元元异异常常聚聚集集，阿阿尔尔茨茨海海默默氏氏病病（AD）是是最最常常见见Tau蛋白病蛋白病m在在AD，HspB5在在活活化化胶胶质质细细胞胞中中表表示示上上调调，同同时时也也表表示示于于胶胶质质细细胞胞中中Tau蛋蛋白白包包涵涵体体中中，提提醒醒其其参参加加Tau蛋蛋白异常聚集病理过程，并从中起保护作用白异常聚集病理过程，并从中起保护作用 神经系统疾病神经系统疾病神经系统疾病神经系统疾病Tau Tau 蛋白病蛋白病蛋白病蛋白病小热休克蛋白家族第47页TAU-POSITIVETAU-POSITIVEHspB5HspB5共定位共定位共定位共定位帕金森病脑组织包涵体神经系统疾病神经系统疾病神经系统疾病神经系统疾病Tau Tau 蛋白病蛋白病蛋白病蛋白病小热休克蛋白家族第48页突突变变与与神神经经肌肌肉肉疾疾病病突突变变与与神神经经肌肌肉肉疾疾病病小热休克蛋白家族第49页m疾病诊疗疾病诊疗q标志物：血浆标志物：血浆/组织组织/肿瘤肿瘤q基因诊疗：基因突变基因诊疗：基因突变m疾病治疗疾病治疗 药品药品 基因治疗基因治疗展展展展 望望望望小热休克蛋白家族第50页m小热休克蛋白分子伴侣功效实现详细机制小热休克蛋白分子伴侣功效实现详细机制m在神经系统疾病中对应机制及临床应用价值在神经系统疾病中对应机制及临床应用价值m肿瘤发生发展中可能存在作用及意义肿瘤发生发展中可能存在作用及意义展展展展 望望望望小热休克蛋白家族第51页THANK YOUTHANK YOU小热休克蛋白家族第52页