內質網應激

基本介紹

• 中文名：內質網應激
• 外文名：ER stress

一、引言

內質網應激（ER stress）表現為內質網腔內錯誤摺疊與未摺疊蛋白聚集以及鈣離子平衡紊亂 ,可激活未摺疊蛋白反應、內質網超負荷反應和 caspase-12 介導的凋亡通路等信號途徑 ,既能誘導糖調節蛋白 (glucose2regulated protein 78 kD , GRP78) 、GRP94 等內質網分子伴侶表達而產生保護效應 ,亦能獨立地誘導細胞凋亡。 內質網應激直接影回響激細胞的轉歸 ,如適應、損傷或凋亡。

二、引起細胞ERstress的因素

ER含有大量的伴侶蛋白、糖基化酶以及氧化還原酶為新生膚鏈的摺疊提供了最佳化的環境,同時ER質量控制系統(ERqualityeontrolsystem)能通. 過ER相關降解作用(ER assoeiated degradation ERAD)降解非正確摺疊的中間產物,凡影晌ER功能的因素都能夠引起ERstress,包括有下列各種因素:

1.細胞營養物質缺乏包括葡萄糖飢餓和胺基酸飢餓,蛋白質及核昔酸的生物合成均需要必要的營養物質,所以葡萄糖飢餓和胺基酸飢餓代表一種代謝壓力。

2.影響蛋白質翻譯後修飾的因素,如還原物質二琉基蘇糖醇(DTT)、β琉基乙醇(β-ME)、同型半朧氨酸(homoeystine);糖基化抑制劑衣黴素(tunieamyein)、葡萄糖胺(glueosamine)、2-脫氧葡萄糖(2-deoxyglueose)等。

3.影響ER鈣離子平衡的藥物,如ER Ca2+酶抑制劑Thapsigagrin,鈣離子載體A23187,鈣離子鰲合劑EGTA,抗生素lonomycin等。

4.突變基因表達的結構異常蛋白在ER堆積。

5.其它一些有害因素如細胞病毒感染等。

三、內質網應激激活的信號通路

1.Irel通路

哺乳動物細胞有2個Irelp同源物,Irelα和Irelβ,具有和Irelp相同的3個功能域, Irelα在各種細胞普遍存在,而Irelβ主要存在於消化道上皮細胞七。類似於酵母的Irelp, Irelα活化後,N端和BIP分離,c端具有核酸內切酶活性,能特異性地剪接轉錄因子xBPI的mRNA去除26個bp組成的片段,XBPI和HaCI的mRNA不具有同源性,但剪接機制類似。剪接後的XBPI mRNA具有活性,翻譯產物與剪接前相比C端由於讀碼框移而改變。類似酵母,哺乳動物細胞的UPR靶基因含有保守的順式作用元件ERSE,是由19個bp組成:ccAAT-Ng-ccAcG,當其ccAcG結合活化的xBPI或ATF6,同時ccAAT結合非特異性轉錄因子NF-Y,才能上調靶基因表達。有研究表明除了ERSE外,還存在功能類似的ERSEll(ATrGG-N-eCACG)。xBPI基因本身也含有ERSE,故剪接後的XBP-1蛋白除了能促進VPR靶基因的表達外,還能促進自身的表達。

2. PERK(PEK)通路

PERK屬於eIF2α蛋白激酶家族成員,和lrelα類似,是位於ER的I型膜蛋白,N端感受ERstress信號,存在非配體依賴性的二聚化結構域,非ERstress時二聚化位點被BIP遮蓋,C端有絲/蘇氨酸蛋白激酶功能域,但無核酸內切酶活性,PERK活化後能夠特異性地磷酸化eIFZα的51位的絲氨酸,下調胞內蛋白合成的整體水平。當病毒感染或ER內鈣離子耗竭引起ERStress時,存在於胞漿中的與PERK同源的蛋白激酶PKR也參與eIF2α的磷酸化。有研究表明,PERK活化後能特異性地抑制細胞周期素Dl的翻譯表達,導致G.期的停頓。PERK磷酸化el兄。後抑制胞內大部分蛋白的翻譯生成,同時也誘導三分之一的UPR基因的轉錄,其中包括XBPI基因,但機制並不清楚。

3. ATF6通路

ATF6是位於ER的n型膜蛋白,哺乳動物細胞具有兩種ATF6亞型ATF6α(90ku)和ATF6β(110ku)，二者結構相似。N端是含有bZIP的轉錄激活功能域,C端位於ER腔內,具有多個BIP結合位點和兩個高爾基體定位信號。非ERsrress時,ATF6和BIP形成穩定的複合物,通過BIP對GLS的抑制作用而停留在ER上。ATF6α和ATF6β在UΒR過程中通過相同的機制活化,ER腔內未摺疊蛋白堆積信息能夠使BIP和ATF6分離,BIP對GLs抑制作用的解除導致ATF6轉移到高爾基體,由高爾基體蛋白酶S1P及S2P對其跨膜片段進行切割,產生游離的50kuN端片段,該過程類似於固醇反應元件結合蛋白(SRE-BΒ)的切割活化。活化的ATF6N端切割段可轉移到核內促進含ERSE的轉錄因子(如XBPI)及UPR靶分子(如BIP)等基因轉錄,ATF6α和XBP1在功能上有所重疊,而ATF6日在UPR過程中並不起重要作用。有研究發現,除了ERsE外還存在有特異的ATF6結合位點(ATF6site):(G)(G)TGΑCGTG(G/Α),但ATF6Site在UPR過程中的作用並不很清楚,有趣的是ATF6site介導的基因轉錄可能完全依賴於Irel剪接系統,XBPI比ATF6有更高的ATF6Site親和力,ATF6在NF-Y存在時對ERSE有更高的親和力。

非摺疊蛋白反應主要的三條通路