1、毕业论文文献综述生物技术HSP70蛋白家族研究进展摘要热休克蛋白HEATSHOCKPROTEINSHSPS，是自细菌到哺乳动物中广泛存在的一类热应激蛋白质，而HSP70的研究最为深入1。它具有广泛的生理生化功能。本文就HSP70基因的结构、功能和应用展望做了一番介绍。关键词HSP70分子伴侣结构生物学功能正文热休克蛋白HEATSHOCKPROTEINSHSPS，是自细菌到哺乳动物普遍存在的一类热应激蛋白质。当有机体暴露于高温刺激时，会因热刺激而诱导合成这种蛋白质来保护自身。许多热休克蛋白兼具分子伴侣性质2，因此HSP是在进化上非常保守的蛋白质家族。依蛋白质分子大小，可以将热休克蛋白分为五类，即
2、HSP100，HSP90，HSP70，HSP60以及小分子热休克蛋白SMHSP。HSP70蛋白质是其中功能较广的一种，也是被研究的最为深入的一种HSP蛋白。它不仅能够在高温等刺激下表达3，而且几乎是所有活体细胞中的重要组分。HSP70以分子伴侣功能在许多生物学过程中起到了关键作用。因此，研究HSP70家族及其系统的功能结构十分重要。1HSP70及其分子伴侣系统的结构11HSP70蛋白质的结构HSP70在进化上是最为保守的蛋白质之一，其结构复杂，是由一个N端高度保守的44KUATPASE功能结构域域和一个分子量为25KU的C端区域构成。其N端ATPASE功能域的结构类似于凝集素和己糖激酶的，主要
3、由2个大的球形亚功能域I和II组成4。C端的拓扑学结构则是由一个紧密的三明治结构和5个螺旋组成5。12HSP70分子伴侣系统结构HSP70具有多种生理生化功能，主要是由于它能以依赖ATP的方式结合和释放非天然构象多肽的疏水片段，并能够通过遮蔽这些片段而稳定蛋白质的松弛构象和阻止聚集。但是HSP不能独自起到上述作用，其功能需要依赖COCHAPERONE的调节作用。研究表明DNAJ能提高HSP70的ATPASE的活性并促进其与底物的结合。DNAJ家族成员广泛存在于原核生物和真核生物中HSP70存在的区域，真核生物中已发现多种DNAJLIKE，有些以膜结合形式出现，有些以溶解的形式存在于线粒体基质、
4、内质网内腔和细胞质中。DNAJLIKE主要由N端保守的J功能域、富含甘氨酸区域、中央富含CYS区域和C端低同源区域组成6。尽管DNAJLIKE蛋白质家族的成员结构有所不同，但均含有一个J功能域，J功能域可以调节HSPATPASE活性，它也是与HSP70互作所必须的功能域；其含CYS中心区有2个锌原子，像DNA结合蛋白的锌指一样，每个锌原子通过配位键与4个CYS结合，这个区域和部分C端功能域明显参与DNAJLIKE与未折叠的多肽和蛋白质的结合过程。J功能域中疏水残基在序列上的保守程度与这些蛋白疏水核的结构组织有很强的相关性，而位于螺旋II和III外表面的残基和气连接环上的HPD三肽对DNAJLI
5、KE和其相应的HSP70相互作用的专一性有重要作用7。2HSP70的作用机理8HSP70N端的ATPASE功能域具有水解ATP的能力，C端多肽结合功能域能与未折叠的多肽结合。这两种功能结构域对于HSP70的分子伴侣功能至关重要。研究表明，DNAKC端多肽结合功能域的螺旋盖子能采用两种不同的状态9当DNAK处于ATP结合状态时，螺旋盖子处于开的状态，此时多肽能够容易地域HSP70结合和解离，形成的复合物不稳定；当结合的ATP水解为ADP时，DNAK与多肽形成的复合物处于ADP结合状态，此时螺旋盖子处于闭合状态，复合物比较稳定。两种状态的转变与ATP水解、C多肽结合功能域和N端ATPASE功能域之
6、间的相互关系有关。DNAJ可以提高DNAK的ATPASE活性，促进其转变为ADP状态；此外，GRPE与ATPASE功能域的结合能够促进核苷酸交换，促使多肽的释放和HSP70的再生。3HSP70的功能31分子伴侣功能HSP70参与蛋白质的折叠直到多肽合成完成,使蛋白质可以沿着折叠的通路进行，并以ATP依赖的方式结合未折叠多肽链的疏水区以稳定蛋白质的未折叠状态，再通过有控制的释放帮助其折叠10。可维持细胞蛋白自稳，提高细胞对应激原的耐受性，使细胞维持正常的生理功能11。HSP70分布广泛，参与许多细胞的正常生理过程，直接参与蛋白质从初生链的合成到多亚基复合体的折叠、装配的整个生物合成过程，并参与蛋
7、白质向内质网的位移、参与分解错装蛋白质等，并与新生肽和多肽链中错配部分结合，对调节蛋白内环境的稳定性具有重要作用。HSP70在HSF等一系列基因调控机制下表达迅速增加，HSP70与新生、未折叠、错折叠或聚集的蛋白质结合，使某些蛋白质解离，从而减少产生不溶性聚集物的危险性，并帮助需要折叠的蛋白质正确折叠。机体应激状态下，HSP70更是大量表达，因此有人认为HSP70的表达高低可间接反映机体的应激耐受水平12。32促进细胞增殖细胞周期中也存在HSPS的合成及其在细胞中的分布以及应激诱导的HSP70蛋白之间的相互作用的调控。1333参与抗感染免疫感染早期产生的HSP或表达于受感染细胞表面HSP可直接
8、活化T细胞，T细胞一方面可杀伤表达HSP的细胞，同时又可分泌IL2、IFN、GMCSF等多种细胞因子参与免疫调节14，增强机体早期非特异性免疫防卫功能。当机体细胞免疫全面启动之后，免疫细胞可产生大量活性氧族和细胞因子，这些物质可进一步促进HSP70的合成15。34协助抗原的递呈加工HSP70可与抗原肤段形成复合物，促进免疫递呈。35参与自身免疫性疾病的发生在某些自身免疫性疾病中，人们观测到抗HSP70抗体滴度的升高，目前考虑在感染所诱发的自身免疫病中，病原体HSP70可作为病原体抗原决定簇的载体与MHCI/II类分子结合形成优势抗原，提呈给T细胞，由于HSP的高度保守性，这种T细胞也可与宿主H
9、SP70发生反应，导致自身免疫疾病发生16。36抗细胞凋亡和坏死HSP70对热休克、氧化应激等引起的细胞凋亡起到保护作用，这是由于HSP7O能够抑制被激活蛋白激酶的作用,抑制凋亡基因P53和BAX表达，抑制蛋白水解酶和氧自由基生成，对细胞线粒体功能具有保护作用。近来发现，细胞凋亡与坏死的进程中有着相似的部分，HSP70与其它因素联合后，可以通过对抗胞内多种应激酶等作用对细胞凋亡和坏死同样起到抑制作用。4HSP70的应用前景与展望41疾病治疗方面1720由于HSP70能维持细胞自身和蛋白质结构的稳定、协助新生蛋白质的折叠和跨膜运输、装配与解装配蛋白质多聚体的结构，HSP70能广泛用于许多疾病的治
10、疗。在肿瘤治疗上，KAUR等发现在口腔肿瘤发生过程中，HSP70阳性细胞的发现率和HSP70表达水平明显升高，因而可以通过对口腔恶性前病变中HSP70的表达来诊断和预先判断口腔恶性病变的可能和程度。在心肌保护上，HSP70基因可以加强自身体内细胞的抗损伤潜能，减少使用药物的可能及其副作用，对于心肌缺血性损伤的治疗有着深刻的意义。42在胚胎发育方面2125在应激条件下，哺乳动物胚胎中的其他HSP蛋白合成会暂时减弱或终止，而HSP70会大量合成。由于HSP70在细胞不同功能中发挥着巨大作用，大量合成的HSP70蛋白质能够维持蛋白质的正确构象，并参与耐热性的形成，起到抑制细胞凋亡的作用以保护胚胎，使
11、其抵抗力更强，从而能在更严重的应激损伤中得以存活。HSP70具有的广泛的生理功能，它有别于其他的HSP蛋白质，能够维持细胞稳定生存和发育，并且做为药物可提高专一性免疫能力，因此，HSP70的研究和探索必将成为世界领域内生命科学研究的热点和方向。参考文献1XUPJ,XIAOJH,LIUL,ETALMOLECULARCLONINGANDCHARACTERIZATIONOFFOURHEATSHOCKPROTEINGENESFROMMACROCENTRUSCINGULUMHYMENOPTERABRACONIDAEJMOLBIOLREP,2010,37226522722凌明圣,徐明波,姚志坚分子伴侣HS
12、P70研究进展J国外医学分子生物学分册,1993,1552272303张玉秀,柴团耀HSP70分子伴侣系统研究进展J生物化学与生物物理进展,1999,2665545584NAKAMURAK,ROKNTANK,MARUIN,ETALINDUCTIONOFHEATSHOCKPROTEINSANDTHEIRIMPLICATIONINPROTECTIONAGAINSTETHANOLINDUCEDDAMAGEINCULTUREDGUINEAPIGGASTRICMUCOSALCELLSJGASTROENTEROLOGY,1991,10171611665EBERTMP,SCHAFERC,CHENJ,ETAL
13、PROTECTIVEROLEOFHEATSHOCKPROTEIN27INGASTRICMUCOSALINJURYJJPATHOL,2005,20721771846WADAI,OTAKAM,JINM,ETALEXPRESSIONOFHSP72INTHEGASTRICMUCOSAINREGULATEDBYGASTRICACIDINRATCORRELATIONOFHSP72EXPRESSIONWITHMUCOSALPROTECTIONJBIOCHEMBIOPHYSRESCOMMUN,2006,34926116187TAKAOS,TETSUOK,KATSUMASAG,ETALPOSSIBLEROLEO
14、FCALCINEURININHEATINGRELATEDINCREASEOFRATMUSCLEMASSJBIOCHEMICALANDBIOPHYSICALRESEARCHCOMMUNICATIONS,2005,3314130113098PELLECCHIAM,SZYPERSKITNMRSTRUCTUREOFTHEJDOMAINANDTHEGLY/PHERICHREGIONOFTHEESCHERICHIACOLIDNAJCHAPERONEJJMOLBIOL,1996,26022362509QIANYQ,PATELD,HARTLFU,ETALNUCLEARMAGNETICRESONANCESOLU
15、TIONSTRUCTUREOFTHEHUMANHSP40HDJ1JDOMAINJJMOLBIOL,1997,7312913310SONGJY,LIL,AHNJB,ETALACUTELIVERTOXICITYBYCARBONTETRACHLORIDEINHSP70KNOCKOUTMICEJEXPERIMENTALANDTOXICOLOGICPATHOLOGY,200759293411KIMURAY,YAHARAI,LINDQUISTSROLEOFTHEPROTEINCHAPERONEYDJ1INESTABLISHINGHSP90MEDIATEDSIGNALTRANSDUCTIONPATHWAYS
16、JSCIENCE,1995,26852151362136512LIX,SURTC,HSUH,ETALTHEMOLECULARCHAPERONECALNEXINASSOCIATESWITHTHEVACUOLARHATPASEFROMOATSEEDLINGSJPLANTCELL,1998,10111913013HARTLFUMOLECULARCHAPERONESINCELLULARPROTEINFOLDINGJNATURE,1996,381658357158014BUKAUB,HORWICHALTHEHSP70ANDHSP60CHAPERONEMACHINESJCELL,1998,92335136
17、615HENDRICKJP,HARTLFUMOLECULARCHAPERONEFUNCTIONOFHEATSHOCKPROTEINSJANNUREVBIOCHEM,1993,6234938416TERADAK,MORIMMITOCHONDRIALPROTEINIMPORTINANIMALSJBIOCHIMBIOPHYSACTA,1998,14031121717张文利,曹宁,杨靖,高雪芹HSP60HSP70HSP90在结直肠癌癌旁组织的表达及与病理分级的关系J济宁医学院学报,2009,326390392,39518赵桢,王晓涛,陈兰英等人食管癌及宫颈癌组织中HSP70基因的表达J中国生物制品学杂
18、志,2005,18210919薛淑慧HSP70蛋白在胃溃疡组织中表达的临床意义J海南医学,2009,201054,7020李玉琴,黄民,王英凯等热休克蛋白70在消化性溃疡及急性糜烂出血性胃炎组织中的表达及意义J吉林大学学报医学版,2008,34584684921赵紫婷,王建平,苏士文,王佩佩大鼠磨牙牙髓组织在程度不同的机械性损伤刺激后HSP70的表达及意义的研究J口腔医学,2010,30633934222李传明,石佑恩寄生虫热休克蛋白及其在血吸虫方面的研究进展J国外医学寄生虫病分册,1996,23519319723苏洁,蔡宏,朱玉贤结核分枝杆菌热休克蛋白HSP70在原核表达载体中的克隆表达与鉴定J中国人兽共患病学报,2006,22871271524王瑞,黄艳华,陈明,梁万文,黄钧罗非鱼感染链球菌后HSP70基因表达研究J广西农业科学,2010,41437137425齐晶,闵连秋低氧预处理对缺血脑组织HSP70蛋白表达的影响J中国民康医学,2008,209913935
