安徽大學課程論文論文題目：細胞增殖和生存管理：蛋白激酶和半胱天冬酶的匯聚班級：2011級微生物專業(yè)姓名: 吳遜導師： 陳惠鵬日期：2012年5月9日細胞增殖和生存的管理：蛋白激酶和半胱天冬酶的匯聚吳遜微生物專業(yè)D201102011摘要：蛋白激酶的精密網(wǎng)絡密切參與了細胞增殖和生存活動的調(diào)控管理。除了蛋白激酶，細胞還包含了許多蛋白激酶網(wǎng)絡。包括有反應級聯(lián)中天冬氨酸介導的半胱天冬酶在管理細胞存活中扮演著重要的角色。常通過細胞凋亡的起始和執(zhí)行階段發(fā)揮作用。對可調(diào)控蛋白激酶和凋亡網(wǎng)絡的擾動會導致細胞生存的改變并常會出現(xiàn)細胞轉(zhuǎn)型和腫瘤的形成。此外，近期的研究證明半胱天冬酶及其底物易受細胞內(nèi)磷酸化，說明存在一個蛋白激酶和半胱天冬酶信號途徑潛在的匯集。有趣的是，許多半胱天冬酶基質(zhì)活性位點在裂縫中保護起來，其磷酸化位點靠近該裂縫位點。理論上有可能，許多明確的蛋白激酶可以保護蛋白免于半胱天冬酶介導的分裂。因為酸性氨基酸的CK2蛋白激酶特別興趣，包含別半胱天冬酶識別的天冬氨酸殘基是占支配地位特殊的決定因素。關鍵字：蛋白激酶半胱天冬酶凋亡蛋白激酶CK2磷酸化調(diào)節(jié)分裂1.引言基于蛋白激酶的改變和蛋白激酶介導的信號轉(zhuǎn)導活動和人類疾病緊密相關這一證明，包含癌癥的許多形式蛋白激酶已成為潛在治療靶標的主要門類。此領域尤其顯著的進步是研發(fā)了蛋白激酶抑制物“伊馬替尼”，該藥物作為藥物靶向分子在治療慢性粒細胞白血病中直接作用于BCR-Abl蛋白激酶而獲得成功。而其他蛋白激酶抑制物也顯示出分子靶向治療的前景，但是仍然有許多挑戰(zhàn)，包括在蛋白家族超家族和另外類別的蛋白之內(nèi)存在蛋白激酶抑制物的脫靶效應。當結構上和功能上的特征被特殊蛋白激酶抑制物作為定向靶標，后者的影響將會上升擴展至其他蛋白質(zhì)家族。例如因為許多蛋白激酶抑制物都為催化位點抑制物并競爭性的抑制ATP。脫靶效應的一個主要的原因胞內(nèi)許多其他ATP結合蛋白的互作。另外一個需要克服的挑戰(zhàn)是關于調(diào)節(jié)機制中存在的普遍的性質(zhì)。許多蛋白激酶是多效性的包含于許多生物反應進程，這些進程對正常細胞穩(wěn)態(tài)至關重要。因此，盡管許多蛋白激酶已經(jīng)顯示出有前途的治療靶標但都在疾病的干擾下，對于抑制后的這些蛋白激酶能影響正常的細胞功能需要有完全的理解。除了蛋白激酶之外，細胞還包含蛋白酶作用網(wǎng)絡，包含天冬氨酸特殊的蛋白酶如半胱天冬酶在管理細胞生存中起著重要的作用，該作用通過滲入細胞凋亡的起始和結束階段。對半胱天冬酶網(wǎng)絡的干擾將引起細胞生存的改變并通常實現(xiàn)轉(zhuǎn)化和腫瘤發(fā)生。此外，對半胱天冬酶受控的事件中治療干預顯現(xiàn)了誘人的前景。然而，正如蛋白激酶一樣，其家族的相似性對于選擇個體半胱天冬酶成員靶向性提增加了挑戰(zhàn)。而且，caspase包含于各種生物進程如區(qū)別不以細胞死亡告終的類型，所以要強調(diào)去從正常體內(nèi)平衡中分辨caspase途徑在疾病中干擾怎樣運行。既然蛋白激酶和caspase代表著治療干預未來的目標，但為了高效利用家族里面的有效成員，通過分子靶向治療的方法仍有許多困難克服。在與疾病發(fā)生機理緊密相關的這些酶的功能查詢時，一個潛在的蛋白激酶和caspase信號途徑的顯現(xiàn)已經(jīng)很明顯。在此方面，許多蛋白已經(jīng)被識別，許多磷酸化敏感性的調(diào)節(jié)了caspase分裂。這毫無疑問有很多例子，在遠離分裂位點的磷酸化進行磷酸化卻影響到分裂作用。我們的討論的焦點在鄰近與caspase識別序列的戴白磷酸化位點在caspase介導的分裂中如何接受保護。此機制當關乎癌癥時尤為有趣，當通過直接影響caspase介導的信號途徑中非正常的活化蛋白激酶來增加磷酸化在增強腫瘤細胞的活力。2.磷酸化對于caspase分裂的保護Caspase在細胞凋亡致死途徑中是核心的組成部分。這些酶的合成起初來源于前體酶，常受外在的刺激活化如死亡受體配體，或者是內(nèi)在的線索可被破壞細胞結構而提升。Caspase在級聯(lián)反應中是有組織化的，包含起始caspase如可被外在途徑活化的caspase8或是內(nèi)部途徑活化的caspase9甚至還有活化因子caspase3，caspase3可以通過上游起始caspase的分裂來活化?；罨@些途徑將會導致許多細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)分裂以及細胞形態(tài)學和細胞清除和死亡的代謝隨后的改變。假定毀壞caspase的性質(zhì)，并不奇怪的是這些途徑會受多個水平的控制。對于蛋白激酶信號途徑和caspase途徑的相互租用的前景，這里有許多文獻顯示出在管理細胞凋亡中有許多蛋白激酶介導的途徑的參與。例如，p53腫瘤抑制物起決定的作用，對于DNA損壞的反應以及斷絕是否細胞周期受阻，亦或是許多蛋白激酶磷酸化以不同方式來調(diào)控功能特性致使的細胞凋亡中均起到重要的作用。凋亡前體蛋白Bad也是受到一系列單外激酶的調(diào)控。依賴于為激酶和位點的磷酸化作用，這些修飾將會提升或抑制其前期凋亡的功能。最終，p53和Bad影響線粒體中細胞色素C的釋放，致使凋亡復合體的形成，這一步驟在導致caspase活化和細胞凋亡至關重要。綜上，這些研究將清楚地證明了蛋白激酶途徑和caspase可控制性的互作。但是，這些互作有一些次要，蛋白激酶的目標是調(diào)控caspase活化而不是caspase途徑中的成分。假定在管理特性中磷酸化作用的唯一特性，跟希望有其他細胞凋亡活動管理者可以被發(fā)現(xiàn)作為磷酸化作用的靶標。實際上，磷酸化作用在管理caspase途徑中起著重要角色的例子是不斷地在增加。對激酶和caspase信號匯聚證明了諸如Bid、Max、PTEN可在易斷裂鍵的磷酸化中用而在caspase分裂中被保護。這些蛋白均明顯的與細胞生存和腫瘤發(fā)生的控制相關。Bid是一個重要的外在凋亡途徑重要的成分可被caspase8分解產(chǎn)生tBid,這是一種蛋白質(zhì)去除頂端蛋白的形式可誘導線粒體內(nèi)細胞色素C的釋放和內(nèi)源凋亡途徑中成分的活化。Max是Myc管理網(wǎng)絡成分之一控制轉(zhuǎn)錄，對于凋亡至關重要。最后，PTEN是腫瘤抑制基因可拮抗PI3K并通過Ask減弱生存的信號。近來另一個與caspase途徑成分被磷酸化保護類似的例子更有吸引力，S348位點磷酸化的caspase8的裂解顯示出對鼠caspase9的保護。當然還有許多其他報道的caspase通過磷酸化產(chǎn)生活化或抑制，但細胞內(nèi)caspase9的S348位點磷酸化因其在caspase8的識別修飾中同樣魅力很大。表一顯示仍有其他的蛋白甚至目前我們不勝了解其控制死亡和存活的角色，在那里磷酸化位點和caspase裂解位點鄰近也均顯示出限制caspase裂解的作用。合起來這些上述強調(diào)的蛋白強調(diào)了一點就是磷酸化位點和caspase裂解位點的鄰近可以多水平控制caspase途徑減弱其信號致使凋亡。Table1SelectedexamplesofproteinEprotectedfromcaspase-mediatedcleavagebyphoEphorylation.ProteinJeanieOverlappingkinaseandcaspasecleavagesireKinase匚aspaseReferenceBIDDELQTDGSQ匚KhCK28[36]Preseniliiv2DSYDSFGEP匚KhCK2[昭]Max1EVESDEEQP匚KZ5[38]PTENDVSDNEPDH匚KZ3[37]Caspase9LDSDSEPDAV匚K2S[39]匚onnexin45.6VVSDEVEGP匚KZ3[79]Nogo-BSSTDSPPR匚DK1,CDK27[47]PhospholipaseC*71AFPnvGAlEGFR3,7「43]Phospliorylatedresiduesareinredandcaspasecleavagesitesareunderlined.3、caspase和蛋白激酶識別基序的部分重疊W/Y咼H也JWL鷗X網(wǎng)3,7醪風V.X.J8,9,101/L.X.JProteinKinaseConsensusMotifsBasophilic:AktAcidophilic:CK2Pro-directed:Basophilic:AktAcidophilic:CK2Pro-directed:ERK2@-xS@-x?l-XS/T&XFig.1.匸onvergenceofcaspasesandproteinkinases.Consensusmorifsforcaspases[24h44]andselectedproteinkinasesinduditigthebasophilicproteinkinaseAkt[80],從定義上講，所有caspase裂解氣底物都在C-末端的天冬氨酸位點，僅有少部分在谷氨酸位點?；隗w外實驗形成的合成多肽庫，對一些底物裂解序列的長度評價，一些額外特殊的決定因素首要定位于N-端易斷裂的鍵針對個別caspase已經(jīng)被確定。對于個別的caspase摘要中的一致的識別位點的局限性，因為蛋白中潛在一致位點的存在并不反映出生理上的關聯(lián)。然而，一致的序列可以作為導向做為個別caspase底物預測或是識別個別caspase是類似蛋白裂解的緣由。同樣的，專一的決定因素已在許多蛋白激酶中確定。此外，假定存在的位點在許多蛋白中并不有關聯(lián)，這些序列將會裁決出蛋白激酶的特性和底物的關系。在蛋白激酶和caspase匯集的環(huán)境下，對他們各自共同的識別修飾位點的檢測顯示出潛在的可考慮性重疊，許多蛋白可以在磷酸化位點鄰近與可裂解的位點。在caspase裂解位點處出現(xiàn)了天冬氨酸增加了蛋白激酶重疊的可能性和caspase識別位點將符合蛋白激酶磷酸化識別位點的序列，例如酸性殘基占著支配地位的蛋白激酶CK1和CK2。實際上，先前報道CK2暗含著負責將Bid、Max、PTEN和caspase9磷酸化的酶。對于某些CK2可以磷酸化的位點CK1也同樣可以勝任。顯示出了使用一致的動機去設計蛋白激酶及其亞基關系的局限性。盡管磷酸化的蛋白激酶更有可能去識別caspase的識別位點。但并不是說重疊的蛋白激酶和caspase識別圖形將專門的為這些酶所代表。正如圖一中顯示，有證據(jù)指出脯氨酸位點和基本位點起特殊的決定性作用的脯氨酸介導的和嗜堿性蛋白激酶也可能展現(xiàn)出caspase識別位點的重復。在這個方面，脯氨酸介導的Nogo-B磷酸化保護其免受caspase7裂解，此證明顯示出來可能性。磷酸酶C-r1是另外一個有趣的例子，因其證明了酪氨酸蛋白激酶會聚各種caspase的潛力?？偟膩碚f，可以合理的預料到許多蛋白激酶信號途徑可以受caspase裂解的沖擊。4、CK2:會聚caspase的信號途徑正如上述強調(diào)，許多蛋白顯示出了caspase和蛋白激酶識別圖形的重疊，這樣顯示出來磷酸化作用保護了CK2底物的分裂。有證據(jù)說CK2可以保護一系列細胞內(nèi)蛋白，caspase介導的分裂有一系列原因。首先，CK2顯示出蛋白激酶網(wǎng)絡成分中的一員，包含遺傳轉(zhuǎn)化與腫瘤發(fā)生。在多種癌癥中發(fā)現(xiàn)了CK2活性的非正常的高水平，包含乳腺，前列腺，頭和頸，膀胱，肺部，腎臟和白血病。類似的，基因表達系列分析顯示來自不同腫瘤組織的CK2高表達的識別性基因。另外，近來發(fā)現(xiàn)乳腺癌中的CK2是具有攻擊性基因信號的成分。其次，現(xiàn)雖不完全了解在細胞內(nèi)的管理，但可考慮的證據(jù)顯示其結構性的活化。，在此方面，當細菌中表達，CK2的催化單元很有能力且并不需要類似磷酸化的激活需要其他激酶的協(xié)助。因此，在這些CK2高水平的腫瘤和白血病的細胞中，可以想象生理的CK2靶標均高磷酸化。而且，假如高效表達的CK2在亞細胞單元中被修飾或CK2位點的非正常化的定位，可以設想Ck2可以磷酸化非標準的底物?？偟膩碚f，是否增加磷酸化就會升高在過磷酸化或僅限病理學上的底物水平磷酸化中的CK2水平。很容易設想最終的結果將是對凋亡刺激減弱的反應和增強細胞存活。基于其保護個別蛋白免受caspase裂解，可以預料提高CK2促進細胞存活,減弱ck2的水平將會對凋亡刺激更加敏感從而威脅細胞生存。實際上，有證據(jù)支持這些預測。Guo等人的研究表明，當處以凋亡刺激，提高CK2的表達水平將顯著性的增加前列腺癌細胞的生存。此外，在本文其他部分討論的，癌癥細胞生存的ck2的報道正在增加。藥理學抑制物中CK2的抑制作用或通過RNA干擾敲掉針對凋亡信號的敏感性細胞，包涵放射療法，化學療法和死亡受體配體?？偟膩碚f，這些發(fā)現(xiàn)將有助于CK2作為分子靶標治療的潛在候選人。5、結論和預見綜上所述，逐漸增加的證據(jù)表明磷酸化作用能保護兩者caspase和caspase底物避免其裂解，預期減少對凋亡信號的反應并轉(zhuǎn)化為增加癌細胞的生存。作為一個恰當?shù)睦?，可以顯示出CK2致力于腫瘤發(fā)生至少磷酸化caspase和caspase靶標的能力。除了CK2還有其他的與腫瘤發(fā)生相關的。因此，有理由估計其他蛋白激酶展示出高表達或增加活性通過類似的機制可以提高癌癥細胞的生存。而且，這里的例子被引用表明磷酸化是怎樣管理caspase對個別蛋白的裂解。可以想象的了這些例子只是我們預測的冰山之一角。這種場景突出了磷酸化管理機制中的普遍流行和凋亡進程中大數(shù)目的可承受裂解的蛋白質(zhì)。隨著全球化磷酸化蛋白的研究和系統(tǒng)識別蛋白方法來承受蛋白水解方法。許多蛋白額外的例子表明蛋白質(zhì)位點與caspase重疊位點將會毫無疑問被發(fā)現(xiàn)。

DeathStimulus(te.TNF,FasL)OCPARCtBidPTEMBADApoptosisMaxCX45.6IPTEN6、讀后思考分析本文思路，磷酸化作用在蛋白質(zhì)修飾過程中主要的形式，但是磷酸化作用是在細胞內(nèi)是一種多酶參與的反應體系，作者巧妙的發(fā)現(xiàn)了CK2這個酶和caspase介導的分裂有一系列原因，從而影響到細胞凋亡。Caspase死亡受體的凋亡途徑中，尋找腫瘤細胞和正常的細胞凋亡的信號進行比較。比較完畢顯示出差異，然后去尋找發(fā)現(xiàn)了Caspase代謝途徑中某個關鍵酶。現(xiàn)下以關鍵酶作為支點，進行磷酸化或去磷酸化，從而激活或抑制某個酶的代謝活性。其目的就是，讓腫瘤細胞恢復正常的細胞凋亡反應過程，進而實現(xiàn)對腫瘤的分析和治療。本人覺得接下來的工作應該集中在CK2的結構分析和作用的效果與其在體內(nèi)的含量究竟是一個什么樣的關系，腫瘤細胞中高效表達CK2是否可以抑制腫瘤細胞的生長或者促進細胞的凋亡？磷酸化位點和裂解的位點彼此相鄰，促進的caspase的裂解作用，但是蛋白激酶的磷酸化作用不可能面面俱到，還有細胞體內(nèi)有一些去磷酸化作用的磷酸酶，可以隨時的進行檢測并去磷酸化，是的體內(nèi)的

磷酸化作用達不到預想中的效果，如果讓所有的磷酸酶失活，那又影響到caspase凋亡途徑中的其他的反應，從而終止細胞凋亡的信號轉(zhuǎn)導途徑。因此，如何去控制磷酸酶的去磷酸化作用。作者從序列的相似性上去分析，caspase和CK2的代謝中有所關聯(lián)，有所交叉，這是個很好的分析手段，序列的相似性將直接反應出氨基酸的排布順序，進而直接分析出其作用的位點和裂解的位點的相互作用。7、參考文獻ReferencesHI民Cohen.ProEeinkinases-themajordrugtargetsofrheL^enty-firsEcentury?Nat.Rev.Dru各Di^cov.1f2OO2]309-315.|2|h】ENoble.扎Endicott,L5I.johnson.ProteinkinaseLnhibirors:insightsIntadn^gdesignfromstructure.Science303(2004}1800-1805.[3JCLSawyers.0pporcunil\esandchallengesinthedevelopmentofkinaseinhibitortherapyforcancer.,Genes,Dev,17(2003}2998-3010.[4JA.LHopkins,CJLGroom,Thedruggablegenome,Nat.Rev.Drug.Disrov.I；2002)727-73UL[5|DAV.Sherb&nou,BJ.Druker,ApplyingthediscoveryofthePtiikdelptiiactiromosome,J.Clin.Invest.117(2007J2067-207^[6JB.J.Druker.NS.Lydon,LessonslearnedfromthedevelopmentofanabltyrosinekinaseinhibitorforchronicmyeLogenousleukemia.J.Clin.Invest.105(2000)3-7.[7JURlx,0.Hantschel.GDurnberger,LL.RemsingRi扎 Planyavsky.N.V.Fernbach,LKaupe,K.LBennett.[\ValentColinge,T.Kocher,G.Superti-Furga.ChemicalproteomicprofilesoftheBCR-ABLinhibitorsinutinihnilotinib,anddas^tinibrevealnovelkinaseandrLOrtkinasetargets,Blood110(2007)4055-4063.[8].[,Bain,LPlater,M.Elliott,N.Shpim^QHastie,H.McLauthla牛LKlevcrniqJ&Arthur,D.R.Alessi,P.Cohen.TheselectivityofproEeinkinaseinhibiEors:吉furtherupdate.BiocbemJ.4D8[2007)297-315.[9J[,Bain”H.McLauchlanPElliott^P.Cohen,Thespecificitiesofproteinkinaseinhibitors:anupdate,Biochem.J.371(20031199-204.1UJS.P.Davies,H.Reddy,M.Caivano,P.Cohen,Specifidry^ndmechanismofactionofsomecommonlyusedproLeinkinaseinhibitors,Biochem.J.351(2000^35-105.11JJ.S.Duncan,LGyenis,J.Lenehan,M.Bretner,LALGraves,TAHaysteailtD.W.Litchfi