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CytC在细胞凋亡中的作用.doc

CytC在细胞凋亡中的作用

张万波
2017-11-12 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《CytC在细胞凋亡中的作用doc》,可适用于综合领域

CytC在细胞凋亡中的作用中国生物工程杂志ChinaBiotechnology,,():,关键蛋白酶激活因子ApafCytC在细胞凋亡中的作用陈荣林李宏刘建辉(苇}天工商人学环境与牛物工程学院重庆重庆工商大学药物化学化学生物学研究中心庆)摘要描述了ApafCytC在细胞凋亡中的作用,主要阐述了细胞凋亡相关因子ApafCytC的发现,Apaf与Apaf及Apaf一在细胞凋亡中的作用及相互关系,CytC介导细胞凋亡的方式探讨了线粒体CytC的泄漏机制,对M,P假说,专一性通道假说和线粒体膨胀假说进行了阐述,并对细胞凋亡信号转导途径,如CytC途径,FasFasL途径,蛋白激酶途径,AIF凋亡途径及这些信号转导途径间的对话进行了分析,最后分析了研究CytC与细胞凋亡分子机制的意义并提出细胞凋亡分子机制中一些未完全研究清楚的问题关键词ApafCytC细胞凋亡途径线粒体泄漏细胞凋亡(apoptosis)足程序性细胞死亡(programmedcelldeath,PCD)的一种表现形态年在细胞凋亡的研究中,首次揭示出i个与凋亡密切相关的蛋白Apafs(Apaf一,Apaf和Apa~)之一的Apaf(apoptoticproteaseactivatingfactor一)就是细胞色素c(CytC),以后发现CytC足一个线粒体起源的细胞凋亡信号Apafs与细胞凋亡Apaf与Apaf及Apaf的相互关系Apaf具有CARD(caspaserecruitmentdomain)结构域,c端结构域,当CytC结合到Apaf的c端结构域后,能引起ApafI多聚化而激活Ap’,ffI具有激活easpase一的作用,同时需要Apaf(CytC)和Apff(caspase)的参与Apaf一CytC复合体与ATPdATP结合后,ApafJ就町以通过其CARD结构域召集caspase,形成凋亡体,激活caspase一,启动caspase(胱冬肽酶)级联反应ApafCytCCytC是由个氨基酸组成的水溶性蛋白,成熟的CytC与CytC氧化酶共价结合定位于线粒体内膜收稿日期:通讯作者,电子信箱:修同H期:ihonlcoln正常状态下CytC不能通过外膜,而在NO等凶f的赝导卜线粒体发生聚集(用新式激光扫描细胞计数技术定量分析显示线粒体的聚集是CytC释放的}游事件)l,CytC便释放到胞质中(:ytc的释放放人了夕匕亡受体途径,导致型细胞(如肝细胞)凋亡或坏死而细胞发生凋亡还是坏死与胞内ATP水平有关,当还原型CytC释放以后,若胞内A仍能维持一定水平,CytC即可通过激活caspase介导凋I:反之细胞会发生坏死ApafCytC介导细胞凋亡的方式直接介导凋亡CytC作为caspase级联卜游夏臆关键蛋白酶激活因子可引起procaspase(胱冬肽酶酶原)源性激活途径在其释放诱导闪子【:IF(cytceffluxinducingfaelor)影响下,直接参与细胞凋亡,具体凋,过群见I干扰电子传递并阻断能量合成TCA循环中脱下的H要经过电子传递链山CytC最后传递给O同时生成ArlI)而在凋亡信号刺激下,CytC会从呼吸链脱落,电子传递受阻,AT’的合成被抑制ROS过度消耗呼吸链中的CytC线粒体产牛ATP的同时也产生了活性氧(reacliveoxygenspecies,ROS),ROS受氧化胁迫Uf形成:超氧阴中国生物工程杂志ChinaBiotechnologyVoNo离子O’,H,脂质过氧化物ROOH等高浓度的ROS可引起细胞凋亡,由于CytC在线粒体中具有清除O’和HO的抗氧化功能,过量积聚的HO利用CytC传递的电子,使得清除ROS自由基受阻而CytC在高浓度时通过琥珀酸盐供给电子,CytC可以消除HOlJ另外自由基在亚毒剂量时可以充当第二信使,调节胞质中第三信使ca以启动caspase级联反应,诱导凋亡线粒体内CytC泄漏的机制正常情况下CytC位于线粒体内膜外侧,在受到凋亡信号刺激后,CytC从呼吸链上脱落进入胞浆CytC泄漏主要有以下假说:MPTP假说在线粒体内外膜接触点存在通透性转换孔(mitochondriapermeabilitytransitionpore,MPTP)L,MPTP主要由线粒体内膜的腺苷转位因子(adeninenucleotidetranslocator,ANT)和线粒体外膜的电压依赖性阴离子通道(voltagedependentanionchannel,VDAC)和cyclophilinD等蛋白组成,MPTP允许所有小于kDa的分子通过,CytC(kDa)可以通过MPTP细胞受凋亡刺激后,MPTP开放,线粒体跨膜电位(lrm)被耗散而MPTP的开放与Bcl家族蛋白有密切关系,促凋亡蛋白Bax等可以通过与ANT或VDAC结合介导MPTP开放,而抗凋亡类蛋白如Bcl一,BclXL等则可通过与Bax竞争性地结合ANT,或者直接阻止Bax与ANT,VDAC的结合来发挥其抗凋亡效应专一性通道假说在线粒体外膜存在CytC泄漏的专一性通道【,体内Bax过量表达及体外重组表达Bax均具有促进CytC从线粒体专一I生泄漏的功能,Bcl家族中的促凋亡蛋白Bax作用于VDAC和ANT的同时,还以,级螺旋状插入线粒体双层脂质外膜形成离子通道,从而导致线粒体外膜lrm崩溃,形成允许CytC通过的孔道有研究发现线粒体内膜跨膜电位(lrm)的降低或消失晚于CytC的释放,说明CytC的释放早于MPTP的开放,这便支持了CytC专一性通道假说线粒体膨胀假说线粒体膨胀引起外膜破裂导致了CytC泄漏,Vander等lj用电镜观察到细胞凋亡早期线粒体膨胀致外膜破裂现象,最近用差速离心法从大鼠肾皮层细胞分离出线粒体,也观察到线粒体膨胀l关于线粒体的膨胀机制可能有:()K大量堆积:在线粒体内膜中存在几种K转运载体(产电性K单向转运载体,KH反向协同转运载体等),当发生细胞凋亡时,转运载体的生物活性发生改变导致线粒体基质内K大量堆积,线粒体膨胀,外膜破裂()线粒体超级化:细胞凋亡时,ADP氧化磷酸化受阻,故ATP量减少,而H十ATPase仍可将质子从基质中泵出,使基质负电荷大大增加()VDAC关闭:引起线粒体内含物不能正常外流,导致线粒体膨胀细胞凋亡信号转导途径CytC在细胞凋亡中的作用在于它通过接头分子介导使caspase分子募集并相互酶解活化,细胞凋亡的途径包括内源性线粒体一CytC途径(intrinsicpathway),外源性死亡受体FasFasL配体途径(extrinsicpathway),蛋白激酶途径(proteinkinase,PK),AIF凋亡途径等,且这些信号转导途径问存在着对话(crosstalking)线粒体CytC信号转导途径线粒体一CtyC途径的具体过程J当凋亡信号传至线粒体时,引起CytC释放,在AIF(apoptosisinducingfactor)等因子诱导下,CtyC在胞浆中重新分布由于Apaf的c端和N端分别是CtyC和procaspase一(caspase一的前体)的结合位点,在ATPdATP作用下,Apaf构象发生了变化,故CtyC与凋亡蛋白酶激活因子Apaf的c端WD重复序列结合,procaspase与Apaf的N端结合,此时ATPdATP,CtyC,Apaf(个),procaspase四者形成了一个kDa,具有很强的胱冬肽酶激活活性的凋亡体(apoptosome)该凋亡体进而激活了起始caspase,caspase再以级联放大的方式,激活下游通常与Hsp和Hspl等亚群的分子伴侣(molecularchaperone)相结合的效应酶caspase一,最终作用于底物Lamin(核纤层蛋白),多聚腺苷二磷酸核糖聚合酶(polyADPribosepolymerase,PARP),胞质骨架蛋白(cytoskeletalproteins),使DNA片段化,导致细胞凋亡对于caspase的激活,最近用高通量筛选(HTS)找到了一种能够激活它的化学物质PETCM(一(trichloromethy)pyridineethano),它可以通过解除致癌蛋白ProT(prothymosin)的抑制来激活凋亡体的形成sl,()陈荣林等:关键蛋白酶激活因子ApafCytC在细胞凋亡中的作用死亡受体配体FasFasL途径已发现的死亡受体配体有:FasCDAPO一(配体为FasL),TNFR(配体为TNF一【),DRDR(配体为TRAIL,APO),死亡受体DR一(配体为APOL)Fas又称CD或APO,属I型跨膜蛋白FasL属于TNF家族的II型跨膜蛋白,其N末端在胞浆里,c末端位于胞外当FasLCDL与FasCD结合形成三聚体时,导致了作为接合器的FADD(Fasassociateddeathdomain)与Fas的死亡区(DD)结合,进而引起胞内procaspase的聚集,FADD的另一端又与procaspase上的死亡效应区(DED)结合,形成FasLFasFADDProcaspase凋亡体凋亡体中procaspase一分子中的两个线形亚单位相互靠近,自身水解为具有水解活性的caspase一,最后激活caspase一致细胞凋亡内质网介导的凋亡途径内质网中Ca的释放导致胞质内Ca稳态失衡,从而激活caspasel,另外calreticulin是与内质网ca储存有关的最重要的蛋白质之一,控制新合成的(糖基)蛋白的折叠,研究发现calreticulin的表达水平与细胞对凋亡的敏感性有关,calreticulin的过度表达导致细胞对STS(staurosporine)诱导的细胞凋亡敏感性增加,从而可能激活了caspase介导凋亡J线粒体调节的AIF凋亡途径该途径不依赖于Apafcaspase,不受caspase抑制剂的影响,由凋亡诱导因子AIF介导完成【加J正常情况下AIF是一种氧化还原酶,维持线粒体正常的生理功能,但在凋亡信号的刺激下,AIF便从线粒体进入胞核,促使线粒体释放CytC激活caspase,降低线粒体内膜Am凋亡途径间的对话(crosstalking)活化的caspase一可裂解Bid释放形成C末端片段tBid(truncatedBid),从图中可以看出tBid将死亡受体和线粒体CytC凋亡途径联系起来,并且tBid的参与放大了死亡受体途径lJ通过NMR和cD分析推测,在此过程中tBid与Bax结合,引起Bax氨基端构象改变,破坏脂质双层膜结构的稳定性,使细胞内含物外漏,促进线粒体的apoptosome形成ll在这些凋亡途径中,一个重要的caspase抑制物是XIAP(Xlinkedinhibitorofapoptosisprotein),它可直接与活化的caspase,结合并抑制其活性而促凋亡因子Smac可以抑制IAPs蛋白活性,但能促进caspases级联反应上游激活因子CytC的释放但在mRNA和蛋白质水平上提高XIAP与Smac的比率时,能够显着降低caspases启动者的表达水平,从而阻止了CytC的释放l』最近的研究表明,改变BaxBcl一的比率,也可以阻止CytC的释放(用TUNEL染色来检测并没有发现细胞凋亡的现象)ll捌刺激倍号(NOUV,In),nlrnSI图细胞凋亡信号转导途径间的对话{表示抑制作用…表示尚未确定FigThecrosstalkingamongseveralsignaltransducingpathwaysofapoptosis展望凋亡失调相关疾病提供新的治疗靶点,可以通过抗凋亡治疗来改善神经肌肉的功能紊乱而通过细胞的促凋亡作用便能快速消除肿瘤细胞因此无论是对促凋亡还是抗凋亡机理的研究都有十分重要的医疗价值但目前对细胞凋亡分子机制的一些具体环节还未完全研究清楚,在最初由dATP引发caspase一激活的分析中发现,大于mmo~L时dATP可激活apoptosome的形成,而后来在caspase激活的HeLa提取物中发现,moLL的dATP便足以激活apoptosome的形成,且dATP的浓度维持在ixmolL左右lJ,这种现象说明了可能在ATP与Apaf结合的水平上存在着新的调节机制另外在卵巢癌细胞系SKOV一的提取物中发现,即使Apaf,caspase都正常表达形成apoptosome,CytC和dATP也不能激活caspase一,这是否表明apoptosome激活caspase也存在着某些新的调节机制Paquette等lJ在杂交瘤细胞SpOAgl中观察到在L一谷氨酸缺乏开始的min内有少量的线粒体蛋白SmacDi~lo和CytC泄露人胞质,rain之后便大量中国生物工程杂志ChinaBiotechnologyVoNo释放,CytC的少量释放是否町作为细胞凋亡早期的标志是否可以通过榆测其它细胞因子来预测将要发生的凋亡以便采取措施阻止凋亡CytC在开始的时候少量释放,后来大量释放,产生这种现象的原因是不是以上三种泄露机制或足其综台效应,还是存在着其它的机制,这都有待进一步地研究参考文献HagaN,FujitaN,FsuruoTMilochondrialaggregutkmprecedescylochromecreleasefrommitochondriaduringapoptosisOncogene,,():,ZhaoYG,XuJXTheoperationnfthealtemativeelectronleakpathwaysmediatedbyeytochromecinmitochondriaBiochemicalandBiophysiealResearchCommunications,,():PetitPX,SusinSA,ZamzamiN,etaMitoehrondriaandprogrammedcelldeath:backtothefutureFEBSLetters,,():ReedJCCytoobromec:cantlivewithitl,,():JVandertlMG,ChandelNS,WilliumsonEK,etaBclXLregulatesthemembranepotentialandvolumehomeostasisofmitochondriaCell,,():,LeeWKMitochondriaasatargetofcadmiumnephrotoxicity:inductionofswellingandcytochromecreleaseFoxicologyMechanismsandMethods,,:,【WangXl’heexpandingroIeofnutoebondriainapoptosisGenesDev,():JiangX,KimIE,ShuH,etal,DistinctiverolesofPflAPproleinsandprothymosin一”inadeathregulatorypathwayScience,,():,ll,auraP,LaurHB,LorenzoC,etaBcL一lowexpressingMCWceilsundergonecrosisratherthanapoptosisuponstaurosporinetreatmeotBiochemJ,,():OCandeC,CeceoniF,I)essenP,etaApoptosisinducingfactor(AIF):keyotheconservedcaspaseindependentpalhwaysofcelldeathJCellSci,,():Il,ill,ZhuHXuCJ,etalCleavageofbidbycaspasemediatestimnfitochondrialdamageinthefaspathwayofapoptosisCell,,():,J(ongxM,ChoiJCH,FranzinCM,etaConformationofmelnbraoeassociatedproapoptotictBidJournalofBiologicalChemistry,():,fScarabelliTM,SlephanouA,PasiniE,etaMinocyclineinhibitseaspaseactivationandreactivation,increasestheratioofXIAPtosmacDIABLOandreducestbemitoohondfialleakageofeytochromeCandsmacDIABLOJAmCoilCardiol,,(),lJTheesS,HubbardGB,WincklerJ,etaSpecificalterationoftheBaxBelratioandcytochromecwithoutexecutionofapoptosisinthehippocamlmsofagedbaboonsResterNeurolNeuroscj,,():I一JiangX,WangXCytoehromeCmediatedapoptosisAnnuRevBioehem,:,PaquetleJC,GuerinPJ,GauthierERRapidinductionoftheintrinsicapoptoticpathwaybyLglutaminestarvationJcellphysiol,,():TheActionofProteaseActivatingFactorApafCytConApoptosisCHENRonglinLIHongLIUJianhui(CollegeofEnvironmentalandBiologicalEngineering,ChongqingTechnologyandBusinessUniversityChongqing,China)(RcseanhCenterfMedicalChemitryandChemicalBigY,CongqingTechnelegyandBusinessUniversityCh()ngqing,China)AbstractTheactionofApafCytConapoptosiswasdescribedIthasmainlysetforththediscoveryofapoptosiscorrelationelementApafCytC,theactionofApaf,ApafandApafonapoptosisandtheirrelations,themannerofCytCmediatingtheapoptosisithasalsodiscussedthemechanismofCytCleakageinthemitochondria,andsetforththeMFFPhypothesis,specifictunnelhypothesisandmitochondriaswellingIthasanalyzedthesignaltransferringpathwayofApafCytCmediatedapoptosis,suchasCytCpathway,FasFasLpathway,proteinkinasepathway,apoptosisinducingfactorpathwayandtheircFosstalkingFinally,ithasanalyzedthemeaningofstudyingthemolecularmechanismofCytCmediatedapoptosis,andporwardtheproblemexistedintheresearchofmolecularmechanismofapoptosisKeywordsApafcytochrmeCApoptoticpathwayMitochondriaLeakage

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