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1、1947 年出生在以色列海法市。1981 年在海法的以色列工学院获医学博士学位, 目前在这所工学院的医学科学研究所担任教授。阿夫拉姆.赫什科1937 年出生在匈牙利考尔曹格, 为犹太后裔, 属以色列公民, 1969 年在希伯来大学获得医学博士学位, 此后一直与切哈诺沃在以色列工学院共事。欧文.罗斯今年78 岁, 1952 年在芝加哥大学获得博士学位, 曾经主持位于美国费城的福克斯.蔡斯癌症研究中心的工作目前在加州大学欧文分校任教.第二部分 蛋白质降解过程中的重要物质我们说蛋白质被泛素化以后才能够被降解，那么泛素是的结构是怎么样的呢？2.1 泛素（ ubiquit in）泛素是一种多肽, 由76

2、 个氨基酸构成, 分子质量为8. 45 ku, 1975 年从小牛的胰脏中分离出来, 其空间结构（见图1）。随后在除了细菌以外的许多不同组织和有机体中被发现, 因而被冠以泛字（ 来源于拉丁文ubique, 英文意思为everyw here） 。它能与蛋白质形成牢固的共价键， 蛋白质一旦被它标记上就会被送到细胞内的/ 垃圾处理厂进行降解。我们了解到了泛素的结构以后，那么蛋白质是怎么样被泛素化的呢？在泛素化的过程中与哪些酶有关呢？这些酶又有哪些特性呢？2.2 酶E1、酶E2、酶E3在细胞内存在3 种重要的酶, 即泛素活化酶（ ubiquitin- act ivating enzyme, 简称E1）

3、 、泛素结合酶（ ubiquit in- conjugat ing enzyme, 简称E2） 、泛素蛋白连接酶（ ubiquitin - proteinligating enzyme, 简称E3） （如图2）。3 种酶在蛋白质降解过程中分工不同。E1酶负责活化泛素蛋白、E2酶通过转硫醇作用从E1酶处获得泛素蛋白，并将其与底物蛋白相结合，然后E3酶将泛素蛋白与底物连接（在某些情况下会先形成一种硫酯中间产物，然后再与底物结合）。如此循环往复, 被降解蛋白质上被绑了一批泛素分子。当泛素分子达到一定数量后（ 一般认为至少5 个） , 被降解蛋白质就被运送到细胞内的一种被称为蛋白酶体的结构中进行降解。

4、（图2）2. 3 蛋白酶体（ proteasome）蛋白酶体被称为/ 垃圾处理厂, 通常一个人体细胞内大约含有30000 个蛋白酶体, 1979 年由Goldberg 等人首先分离出来。蛋白酶体包括两种形式: 20S 复合物和26S 复合物（如图3）, 而26S 复合物又由20S 复合物和19S 复合物组成, 主要负责依赖泛素的蛋白质降解途径 。26S 复合物是一种筒状结构，活性部位（ 20S 复合物） 在筒内, 能将所有蛋白质降解成含7 个 9 个氨基酸的多肽。蛋白质要到达活性部位, 一定要经过一种被称为帽状结构（ 19S 复合物） , 而这个帽状结构能识别被泛素标记的蛋白质。被降解蛋白质到

5、达活性部位后, 泛素分子在去泛素酶的作用下离去, 能量（ AT P） 被释放出来用于蛋白质的降解。降解后的多肽从蛋白酶体筒状结构另一端被释放出来。其实, 蛋白酶体本身不具备选择蛋白质的能力, 只有被泛素分子标记而且被E3 识别的蛋白质才能在蛋白酶体中进行降解（图3）介绍完与蛋白质泛素化相关的物质，那么它们如何泛素化的呢？第三部分 蛋白质降解机理蛋白质在细胞内完整的降解过程可用图4来说明 。（ 1） 酶E1 激活泛素分子, 此过程需要ATP 能量。（ 2） 泛素分子被激活后被运送到E2 上, E2 负责将泛素绑在被降解的蛋白质上。（ 3） E3 能识别被降解的蛋白质。当E2 携带泛素分子在E3

6、的指引下接近被降解蛋白质时, E2 就把泛素分子绑在被降解蛋白质上（ 标记） 。（ 4） 酶E3 释放出被泛素标记的蛋白质。（ 5） 不断重复上述过程, 直到蛋白质上绑有一定数量的泛素分子后被送到蛋白酶体。（ 6） 蛋白酶体接收被泛素分子标记的蛋白质并将其切成由7 个 9 个氨基酸组成的短链。（图4）我们了解到了蛋白质如何进行泛素化，那么泛素化的蛋白质降解有哪些意义呢，它在实际生活中有哪些作用？第四部分 泛素调节的蛋白质降解过程的应用 泛素调节的蛋白质降解过程在生物体内的作用非常重要, 对它进行研究也就具有特殊的意义。它如同一位重要的质检监督员, 细胞合成出来的新的蛋白质都要通过它的严格把关,

7、 摧毁不合格的蛋白质, 特别是对于变异后的癌细胞蛋白质的降解更是具有现实意义。目前, 在世界各地的很多实验室中,科学家在不断地发现和研究与这一降解过程相关的细胞新功能。这些研究可以使我们从分子水平来理解一些重要的生化过程, 如细胞分裂、DNA 的修复、基因复制和新生蛋白质的质量控制等, 解释免疫系统是如何工作的, 探索一些包括恶性肿瘤在内的疾病的发生机理, 如这些研究成果将有助于攻克子宫癌和囊肿纤维化等疑难疾病。在此基础上将有可能开发出一些更有效的治疗药物和更先进治疗手段。据介绍, 目前已有建立在这一研究成果基础上的药物问世, 正在美国食品和药物管理局（ FDA） 进行检测。我们通过查阅资料了

8、解到了泛素化途径与人体免疫系统调节的关系、泛素修饰系统的肿瘤治疗方案等我们重点查阅了它在肿瘤治疗方面的原理以及治疗方法泛素修饰系统的肿瘤治疗方案泛素修饰系统由一系列能催化细胞内靶蛋白泛素化的酶和底物蛋白所组成，该修饰系统能对细胞内的多种功能进行调控。如果泛素修饰系统出了问题会引起人体内的多种病理改变，比如各种肿瘤的发生等等。我们现在已经发现，在肿瘤的发生阶段和进展阶段都伴随有泛素系统的异常，因此，我们可以借此开发出一系列的诊断及治疗方法来抗击肿瘤。泛素蛋白是一种小分子修饰蛋白，能以特异性的方式标记靶蛋白。与磷酸化修饰一样，泛素化修饰（即用泛素蛋白来修饰靶蛋白）也是细胞内非常常见的一种修饰途径，

9、它广泛参与了细胞内正常的生理过程以及病理过程。最初，我们认为泛素化修饰途径只能诱导靶蛋白被细胞蛋白酶体降解。但是随着研究的深入，我们发现了与各种泛素修饰途径（比如单泛素化修饰和多泛素化修饰等）相关的越来越多的功能，这些新功能包括调节蛋白转运功能、信号通路蛋白复合体的组装功能以及酶的激活与失活功能等等。细胞内很多受泛素途径修饰的蛋白质都参与控制细胞内肿瘤发生相关生理（病理）进程，比如细胞周期调控、凋亡、受体下调以及基因转录等多种重要的细胞进程。最近几年，人们对泛素修饰途径在肿瘤相关进程中的分子机制这一课题进行了深入的研究，取得了一定的成果。本文就将向读者介绍，有哪些泛素系统组分参与了肿瘤发生发展

10、过程，并将探讨这些“参与者”在肿瘤治疗方面具有哪些潜在价值。1. 泛素连接系统是致癌信号通路的重要治疗靶标E3连接酶被认为是整个泛素修饰系统中最重要的一个组分，因为它负责直接将泛素蛋白与靶蛋白相连接，因此，E3连接酶起到了控制泛素修饰途径特异性的作用。E3连接酶可以根据它们的结构和作用机制分为几大类，比如是否具有HECT、U-box或RING结构域。在有些情况下，E3连接酶的核心是由好几种蛋白质构成的，比如SCF蛋白复合体就是由SKP1、CUL1、RBX1和一个可变的底物特异性的F-box蛋白等好几种不同蛋白组合而成。有部分E3连接酶与肿瘤有关，这很大程度上是因为它们能导致癌基因或肿瘤抑制物降

11、解。我们研究得比较清楚的与癌症相关的E3连接酶是环状E3连接酶Hdm2。Hdm2蛋白是一种非常关键的肿瘤抑制蛋白p53蛋白的负调节蛋白，它同时也是能调控细胞周期的多亚基SCF连接酶的负调节蛋白。根据E3连接酶的底物特异性不同，它既可以起到促进肿瘤发生的作用，也可以起到抑制肿瘤发生的作用。比如在某些组织中该E3连接酶可能起到的是促进肿瘤发生的作用，而在另一些组织中却能起到抑制肿瘤发生的作用。2. 针对泛素连接酶的治疗方法泛素连接酶能使特异性底物蛋白降解，因此我们最开始认为如果针对E3连接酶的活性位点，或针对它们与底物间的特异性相互作用，我们就能够开发出副作用小的高选择性药物。当然，Hdm2蛋白是

12、首选药物靶标。在肿瘤患者体内，如果使Hdm2蛋白失活，就能够激活p53通路，导致细胞周期停滞，细胞凋亡。另一个药物靶标是SKP2蛋白，该蛋白是SCF连接酶复合体中的底物特异性亚基，如果在细胞周期抑制蛋白p27表达水平较低的肿瘤细胞中的SKP2蛋白失活，则可能也会起到一定的抑癌效果。不过从另一方面来看，似乎又有一些理由表明，我们应该提高E3连接酶的活性，即使这要比抑制它们的活性困难得多。比如在高表达c-Myc或cyclin E蛋白的肿瘤患者体内使用Fbxw7激动剂，就会促进上述这些癌基因产物降解；而促进VHL连接酶的活性也能够使HIF1失稳，抑制肿瘤血管的形成。在近10年间，生物技术公司以及制药

13、公司都在寻求E3连接酶的抑制剂或激动剂，不过到目前为止，还没有一种药物在临床上表现出抗癌效果。为什么这些有大量理论基础证据支持的治疗方法一直都没能取得成功呢？从这些失败的经验中又能学到什么呢？以Hdm2连接酶为例，尝试了各种办法，比如抑制Hdm2蛋白表达，抑制其活性，抑制它与p53蛋白结合等等。最后都以失败告终。不过，人们也开发出了能特异性抑制Hdm2蛋白E3连接酶活性的小分子抑制剂。实际上，用HLI98抑制剂来治疗肿瘤的作用机理就是激活了p53信号通路，诱导细胞发生凋亡。但是，这些药物的生物效价很差，同时还有与p53无关的脱靶效应（off-target effects）。比如，现在有几种化学

14、药物，其中最成功的要数Nutlins，该药物能针对Hdm2蛋白的沟槽（groove）结构，而该沟槽结构正是Hdm2蛋白与p53蛋白相结合的部位。虽然Nutlins药物刚问世时效果很好，但是后来的深入研究发现了不少的问题，这些问题可能会影响这一类抑制剂药物的前景。比如，Nutlins药物只能针对表达野生型p53蛋白的肿瘤细胞起作用，而对表达突变型p53蛋白或不表达p53蛋白的肿瘤细胞则束手无策。Nutlins药物能诱导p53蛋白缺陷型细胞系细胞细胞周期停滞，说明这类抑制剂并不是特异性针对p53信号通路发挥作用的，它们可能还能与其它蛋白一起竞争与Mdm2蛋白相结合的结合位点。也有证据表明，还有一些

15、不会被Nutlins药物抑制的泛素连接酶也能针对p53蛋白，使其被降解。还有一条开发泛素连接酶抑制剂的策略，那就是找到一种能与连接酶底物蛋白相结合的物质，从而阻止其被泛素蛋白修饰。我们可以针对野生型或突变型的底物蛋白来开发这些抑制剂。还是以p53蛋白为例，我们发现一种名为RITA的小分子化合物能够与p53蛋白的N末端相结合，使得细胞生长停滞。不过RITA并不是通过特异性抑制p53蛋白与Hmd2蛋白间的相互作用来起作用的，它还能影响好几个能与p53蛋白相结合的其它蛋白，而这些蛋白都能通过不同于泛素修饰途径的方法来抑制p53蛋白。在设计能干扰众多细胞周期连接酶蛋白与各自配体间相互作用的多肽类药物时

16、也遇到了同样的问题。比如SCF-TrCP能识别-catenin或IB等蛋白内相距的两个磷酸化丝氨酸位点DS52GXXS56，SCFSkp2能识别p27Kip1蛋白中硫酸化的苏氨酸位点等。我们还不清楚对上述这种位点进行干扰是否足以特异性地抑制蛋白间的相互作用，而且任何经磷酸化修饰或类似磷酸化修饰的小分子物质都会因其亲水的特性而出现生物利用度的问题以及细胞膜通透性的问题。即使这些多肽类药物能够进入细胞，抑制连接酶与其底物蛋白间的结合，我们还需要考虑到特异性的问题，因为大部分连接酶的底物蛋白都不止一种。比如-TrCP药物能阻止肿瘤细胞内IB蛋白的降解，从而抑制原癌蛋白NF-B信号通路，但它同样也能抑

17、制-catenin蛋白的降解，这反而会促进肿瘤进展，同时也会因为细胞内-catenin蛋白水平升高而导致其它问题。3. E3连接酶与肿瘤血管形成之间的关系肿瘤血管形成是肿瘤的一个标志性事件。肿瘤形成新生血管是肿瘤快速生长的必需条件，这些血管能够为肿瘤组织提供生长所必需的养分与氧气，因此肿瘤血管形成也是肿瘤发展过程中的重要限速环节。我们通过Elongin B/CCUL2VHL复合体就可以清楚认识到E3连接酶与肿瘤血管形成之间的关系。von Hippel-Lindau（VHL）蛋白是Elongin B/CCUL2VHL复合体中决定底物特异性的组分，如果在VHL蛋白中引入突变位点会导致肾透明细胞癌（

18、renal clear-cell carcinomas, RCC）或者希佩尔林道病（文后小词典2）的发生。VHL蛋白的底物之一就是缺氧诱导因子（hypoxia-inducible factor, HIF），它在维持哺乳动物细胞内环境中氧稳定状态的过程中起到了关键性的作用。在高氧状态下，HIF因子的保守脯氨酸位点会被羟基化修饰，然后被VHL蛋白识别，继而通过泛素修饰途径而降解。在缺氧状态下，HIF因子不会被上述泛素化途径降解，所以能够激活一系列缺氧诱导基因，比如血管内皮生长因子（VEGF）、促红细胞生成素（EPO）和葡萄糖载体1（GLUT1）等等。这些蛋白因子都能促进血管生成，增加携氧红细胞的数

19、量，促进无氧代谢水平。如果肿瘤细胞内缺乏VHL蛋白，那么即使在氧含量正常的情况下，细胞内的上述缺氧相关蛋白因子的水平也会升高，因此促进了肿瘤血管的形成，促进了肿瘤的发展和生长。目前，罗氏公司生产的针对VEGF信号通路的单克隆抗体类抗癌药物贝伐单抗（bevacizumab）已经在临床上用于治疗结肠直肠癌患者、HER2基因阴性的乳腺癌患者和非鳞癌、非小细胞癌的肺癌患者了。贝伐单抗可以与VEGF相结合从而抑制VEGF与内皮细胞表面的受体相结合，来达到VEGF拮抗剂的作用。4. 针对抗凋亡蛋白抗凋亡蛋白（IAP）是一组含有13个杆状病毒IAP重复序列（baculoviral IAP repeats,

20、BIR）的蛋白家族。BIR结构域具有抗凋亡活性，因为它们能与凋亡蛋白酶相结合，抑制其活性。此外，c-IAP1蛋白和c-IAP2蛋白通过它们的BIR结构域与肿瘤坏死因子相关蛋白2（TRAF2）相结合，抑制该因子介导的凋亡作用（图2）。不过IAP蛋白家族中的大部分成员也都具有RING结构域，因此也具有E3连接酶的活性，能针对各种底物发挥作用。这些底物包括凋亡因子和信号通路因子等，比如NIK、Mad1和TRAF2等等因子。而且，c-IAP1蛋白和c-IAP2蛋白，以及X相关抗凋亡蛋白（X-linked inhibitor of apoptosis, XIAP）能够触发自身泛素化反应，在促凋亡信号的刺

21、激下将自身降解掉。据报道，有些肿瘤细胞里的IAP蛋白水平会极度升高，这可能是由于NF-B蛋白的活性增高所致。另外，有人将c-IAP2蛋白的BIR结构域与MALT1这种E3泛素连接酶相融合，结果也诱导形成了MALT淋巴瘤。BIR-1结构域介导的自身寡聚化作用（self-oligomerization）也能增强MALT1 E3连接酶的活性，导致NF-B信号通路被持续激活，这说明MALT1起到了调节T细胞受体介导的NF-B激活途径作用。c-IAP1蛋白和c-IAP2蛋白的自身泛素化过程需要线粒体蛋白SMAC（second mitochondrial activator of caspases），又名

22、为DIABLO（direct IAP-binding protein with low pI）的参与。该蛋白在细胞凋亡后会从线粒体释放出来，激活凋亡蛋白酶，并以极低的pI与IAP蛋白相结合。该SMAC蛋白含有一IAP蛋白结合基序（IAP-binding motif, IBM）。该基序与IAP蛋白的BIR结构域相结合。首先，能与BIR结构域相结合的蛋白，比如凋亡蛋白酶能通过IAP介导的方式被释放出来；其次，IAP蛋白的E3连接酶活性能使自身被降解。目前，我们已经研究出了不同的策略来针对癌症模型里的IAP蛋白，比如使用RNAi技术或反义技术下调IAP蛋白的表达，或者用IAP拮抗剂来抑制IAP蛋白的

23、功能等。此外，我们还开发出了能模拟SMAC作用的小分子IAP拮抗剂。上述这些策略都已经被试验证明，能够诱导肿瘤细胞凋亡，其中的作用机制可能是通过非经典途径激活了NF-B信号通路，从而表达出了大量的TNF-蛋白，导致细胞死亡。从人体肿瘤组织样品和动物模型获得的临床前数据表明，用反义寡核苷酸抑制IAP蛋白的表达有望成为一种新型的癌症治疗方法。目前，用于治疗肿瘤的能抑制XIAP蛋白和存活素蛋白表达的反义复合物已经进入了I期和II期临床试验阶段。通过以上的简述，我们了解到癌症的治疗需要我们通过它发生的原理不断的探究，不断的提出更好的方法对它进行治疗。第五部分 诺贝尔奖者给我们的启示我觉得这次我们不仅更

24、好的了解到了泛素化调节的蛋白质降解过程，更重要的是在这个过程中我们收获了很多。（1） 我们在整个过程中分工合作，遇到不懂得问题相互讨论，找到最终的答案。让我们学会了团队合作的能力（2） 我们通过查阅资料了解了诺贝尔获得者的生平经历和奋斗历程，就像有一位科学家78岁高龄获得了诺贝尔奖，他还在他自己的研究室积极探索。我想虽然我们每个人不一定都会成为诺贝尔奖获得者，但是我们要学习他们的科研精神，在遇到困难不要退缩，要坚持不懈的精神，这样我们也会创造属于我们的辉煌。（3） 通过查阅资料我们了解到了他们为什么研究蛋白质的泛素化，就像他们自己所说“世人都在研究蛋白质的诞生，而我们却在研究蛋白质的死亡”。我

25、们学到了我们要有我们自己的主见，自己的观点，并且坚持不懈的去探究，不要一味的随大流。也许另辟蹊径还会获得更大的成功。（4） 在最后我们查阅泛素化调节的蛋白质降解过程在生活中的应用，特别是癌症的治疗。我们看到了任何事情都有解决的办法，我们首先要找到癌症发生的原因，才能针对原因找到合适的治疗方法。（5） 我们了解到治疗癌症的方法一直在改进，针对原来方法中存在的弊端，不断提出解决的方法并不断开发出新的方法，通过这一点也让我们懂得了我们不要取得一点成果就停滞不前，我们要不断探索，才能更好的进步。生命科学学院名称 细胞生物学“诺贝尔奖小论文”题目 泛素化调节的蛋白质降解过程 姓名 邓晓娟学号10111900222