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翻译后修饰

翻译后修饰. 新生多肽链 不具备 蛋白质的生物学活性 ，必须经过复杂的加工过程才能转变为具有天然构象的有功能的蛋白质，这一加工过程称为翻译后修饰 (posttranslational modification) 。 翻译后修饰包括 : 1. 多肽链折叠为天然的三维构象 ; 2. 对肽链一级结构的修饰 ; 3. 空间结构的修饰 : (1) 亚基聚合形成具有四级结构的蛋白质； (2) 结合相应辅基，成为具有功能活性的天然蛋白质 。 翻译后修饰使得蛋白质组成更加多样化，从而使蛋白质结构上呈现更大的复杂性。. 多肽链折叠为天然构象的蛋白质.

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翻译后修饰

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Presentation Transcript

  1. 翻译后修饰 • 新生多肽链不具备蛋白质的生物学活性，必须经过复杂的加工过程才能转变为具有天然构象的有功能的蛋白质，这一加工过程称为翻译后修饰(posttranslational modification)。 • 翻译后修饰包括: 1.多肽链折叠为天然的三维构象; 2. 对肽链一级结构的修饰; 3. 空间结构的修饰: (1) 亚基聚合形成具有四级结构的蛋白质；(2) 结合相应辅基，成为具有功能活性的天然蛋白质。 • 翻译后修饰使得蛋白质组成更加多样化，从而使蛋白质结构上呈现更大的复杂性。

  2. 多肽链折叠为天然构象的蛋白质 • 新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新生肽链N-端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠即开始。可能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠，产生正确的二级结构、模序(motif)、结构域(domain)到形成完整空间构象。 • 一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质折叠的信息，即一级结构是空间构象的基础。 • 细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成，而需要其他酶和蛋白质辅助。 Motif: Three-dimensional structure of gene product (protein) with known or implied function

  3. 几种有促进蛋白质折叠功能的大分子: • 分子伴侣(molecular chaperon): 热休克蛋白（heat shock protein, HSP）和伴侣蛋白（chaperonin） • 蛋白质二硫键异构酶(protein disulfide isomerase, PDI) 3. 肽-脯氨酰顺反异构酶(peptide prolyl-cis-trans isomerase, PPI)

  4. 蛋白质一级结构的修饰 • 氨基端和羧基端的修饰:去除甲酰基、Met或fMet • 除去信号肽:某些蛋白质氨基端有一段15 – 30氨基酸的序列，指导蛋白质传送到特定位置。到达特定位置后由酶水解除去。 • 羟基磷酸化、去磷酸化: Ser、Thr、Tyr,酶活性调节，非常重要 • 羧化反应：针对氨基酸γ-羧基 • 甲基化：赖氨酸或谷氨酸 • 加糖基（链）：糖基化位点：Asn-X-Ser/Thr(X是脯氨酸以外的任何氨基酸) • 加辅基：血红素 • 二硫键的形成 • 蛋白质前体的裂解 • 蛋白质自我剪接

  5. 蛋白质合成后的靶向输送 蛋白质合成后经过复杂机制，定向输送到最终发挥生物功能的目标地点

  6. 合成后蛋白质可被靶向输送至细胞特定部位 • 蛋白质合成后的三种去向： • 保留在胞液， • 进入细胞器， • 分泌到胞外。 • 定向输送到一个合适的部位才能行使各自的生物学功能。蛋白质的靶向输送与翻译后修饰过程同步进行。

  7. 靶向输送的蛋白质N-端存在信号序列 • 信号肽(Signal peptide):某些蛋白质氨基端有一段15 – 30氨基酸的序列，指导蛋白质传送到特定位置。到达特定位置后由酶水解除去。也叫信号序列(signal sequence) • 信号序列是决定蛋白质靶向输送特性的最重要元件，提示指导蛋白质靶向输送的信息存在于蛋白质自身的一级结构中。

  8. 信号肽有以下共性： Protein S signal peptide: 1 - 24 • N-端含1个或几个带正电荷的碱性氨基酸残基，如赖氨酸、精氨酸； • 中段为疏水核心区，主要含疏水的中性氨基酸，如亮氨酸、异亮氨酸等； • C-端加工区由一些极性相对较大、侧链较短的氨基酸（如甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸）组成，紧接着是被信号肽酶(signal peptidase)裂解的位点。

  9. 信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网

  10. 蛋白质生物合成的干扰和抑制 • 抗生素是微生物来源的药物，可通过直接阻断细菌蛋白质生物合成而起抑菌作用 • 嘌呤霉素:与氨基酰tRNA结构相似，竞争性抑制氨基酰tRNA进入A位点 • 四环素：抑制氨基酰tRNA与原核细胞核蛋白体A位点结合 • 氯霉素、林可霉素：能与核蛋白体大亚基结合阻断翻译延长过程(blocking peptidyl transferase) • 干扰素: 真核细胞感染病毒后分泌的一类有抗病毒作用的蛋白质，能抑制病毒的繁殖. 两种机制: (1)使真核细胞eIF2磷酸化失活; (2) 活化RNase L, 降解病毒mRNA.

  11. 原核生物 重叠核苷酸(UGAUG) 阻遏蛋白(阻遏翻译起始区) mRNA的二级结构 自我调节 核糖体蛋白合成的自动调节 密码子的利用与翻译调节 真核生物 mRNA的运输控制 mRNA的降解 (rRNA, tRNA相对稳定，mRNA寿命几分钟到几个月) mRNA的结构(poly的稳定作用，AUG的位置和侧翼序列) 起始因子的磷酸化和脱磷酸化 起始因子的降解（脊髓灰质炎病毒降解eIF-4f） mRNA结合蛋白对翻译的作用 反义RNA (2006 Noberl Prize in Physiology and Medicine) 蛋白质合成的调节翻译水平的调节

  12. 翻译后水平的调节 翻译后剪切、加工: 促肾上腺素β脂肪酸释放因子前体mRNA翻译的一条多肽链加工后生成ACTH, β脂肪酸释放因子,促黑色素激素、 β内啡肽等 激素调节 1.胰岛素 2.状腺素 3.肾上腺皮质激 4.生长素 5.胰高血糖素 抗生素、毒素调节

  13. Protein synthesis can be inhibited by antibiotics and toxins • Cells stop growing when protein synthesis is inhibited • Some antibiotics inhibit bacteria growth or kill them by binding to ribosome sites specific for prokaryotic cells (bacteria), interfering bacteria (not human) protein synthesis, therefore it can be used to treat infectious diseases

  14. Similar structure between puromycin and aminoacyl tRNA, which binds to A site and block polypeptide elongation in both eukaryotes and prokaryotes puromycin Aminoacyl-tRNA

  15. Protein synthesis can be inhibited by antibiotics and toxin • Combination of antibiotics based on different targeting sites. • Drug resistance mutations are not induced by antibiotics, antibiotics still should be used very carefully. • Diphtheria toxin and ricin inhibit human protein synthesis, are toxic to human.

  16. Protein biosynthesis: N terminus C-terminus • DNA, RNA synthesis: 5’ 3’ • Genetic codes read : 5’ 3’ • Initiation codon: AUG in mRNA; ATG in DNA • Stop condon: UAA, UAG, UGA in mRNA; TAA, TAG, TGA in DNA • tRNA 3’-end amino acid acceptor: 5’-CCA-3’

  17. 1．每三个核苷酸组成一个密码子，四种碱基可组成64种密码子。64个密码子中，哪一个是起始密码？哪三个是终止密码？1．每三个核苷酸组成一个密码子，四种碱基可组成64种密码子。64个密码子中，哪一个是起始密码？哪三个是终止密码？ AUG既是起始密码（同时也是蛋氨酸密码子）; UAA、UAG、UGA作为终止密码。回答“ATG既是起始密码（同时也是蛋氨酸密码子）; TAA、TAG、TGA作为终止密码”也正确。 2．简述遗传密码的特点: • 连续性和方向性: 两个密码子之间无任何核苷酸加以隔开和重叠，如插入/删除碱基，可发生移码突变或框移。 • 简并性 (degeneracy): 除Met (methionine蛋氨酸)、Trp（tryptophan色氨酸）外，其余氨基酸均由2个以上密码子编码。（AUG是起始密码子同时又编码蛋氨酸）。 • 通用性:所有的生物使用同一套密码子（，仅有少数例外，例如：线立体起始密码子为AUG、AUU;终止密码为AGA，AGC；色氨酸为UGA等）. • 摆动性：一种氨基酸可有多个密码子，反密码子与mRNA的第三个核苷酸配对时，不严格遵从碱基配对原则，可出现U-G,I-C,I-A,此种配对为不稳定配对，又称摇摆性。一般前两个碱基决定其专一性，第三位碱基可有变异。

  18. 1. 蛋白质合成的方向性: 从氨基端到羧基端（N terminus to C-terminus）。 2. DNA、RNA合成的方向性:5’端到3’端。 3. 遗传密码阅读的方向性. 5’端到3’端 （Genetic codes read : 5’to 3’）。 4. Kozak共有序列（Kozak consensus sequence）: 真核细胞mRNA 5’端可能有多个AUG密码子，但起始密码子位于Kozak共有序列（Kozak consensus sequence: ACCAUGG），该序列突变可降低核糖体翻译活性。在真核细胞表达目的蛋白时应该考虑此问题。 5. 信号肽: 某些蛋白质氨基端有一段15 – 30氨基酸的序列，指导蛋白质传送到特定位置。到达特定位置后由酶水解除去.

  19. 丁忠仁 • 办公室：西7号楼312 • 实验室：西7号楼318 • Tel：5423 7896 • Email：dingzr@fudan.edu.cn • 研究领域： • 血小板激活机制; • 抗血小板药作用机制; • 抗血小板药新药研发; • 出、凝血异常性疾病的机理.

  20. Thrombotic Diseases Venous thrombosis: protein C deficiency, protein S deficiency pulmonary embolism, deep vein thrombosis (DVT) Arterial thrombosis: CAD (coronary arterial disease) Stroke PAD (peripheral arterial disease)

  21. In the United States over 13.9 million people alive in 2005 had survived either a myocardial infarction or a stroke. Almost 1 million Americans die of acute coronary syndrome (ACS) and stroke each year, which adds up to 42% of all deaths. Acute coronary syndrome: MI, stable angina, unstable angina

  22. 冠心病、中风的病理基础是血小板异常激活引起的动脉血栓形成，抗血小板治疗、预防效果肯定冠心病、中风的病理基础是血小板异常激活引起的动脉血栓形成，抗血小板治疗、预防效果肯定

  23. Rupture of atherosclerosis plague induced platelet plug formation

  24. Antithrombotics • Anticoagulants: heparin, LMWH • Antiplatelet drugs: aspirin, plavix, • Thrombolytics: tPA, uPA

  25. Antiplatelet drugs: 65% of the total antithrombotic market in 2008 Platelet PAR1 antagonist

  26. Thienopyridine antithrombotic drugs are prodrug, must metabolized into containing active metabolites containing thiol-group to target P2Y12 receptor Clopidogrel prasgurel ticlopidine

  27. inhibit vWF mediated platelet adhesion inverse agonist inhibit vWF mediated platelet adhesion

  28. Marketed Antiplatelet Drugs and the limitations • Marketed and clinically used antiplatelet drugs • 1. Cyclooxygenase inhibigtor: aspirin • 2. P2Y12 receptor antagonists: • Thienopyridine: ticlopidine (噻氯匹啶) • clopidogrel (氯吡格雷，波利维) • 3. Fibrinogen receptor (αIIbβ3, GPIIb/IIIa) antagonist (not for oral use): • Abciximab (阿昔单抗，Centorx、Reopro) • Integrelin (依替非巴肽, eptifibatide) • Tirofiban (替罗非班) • 4. Cilostazole (西洛他唑): visodilator and inhibitor of platelet aggreation • Limitations of Current Options for Oral antiplatelet Therapy • • Slow onset for orral Antiplatelet drugs • • Modest levels of platelet inhibition • • Variability of response • • Irreversible and bleeding risk

  29. Ticlapidine, clopidogrel, prasugrel, ticagrelor, cangrelor, elinogrel SCH530348 Fg receptor activation Fg receptor antagonist Fg binding platelet activation Major human platelet receptors and putative platelet activation mechanism. Coactivation of Gi and G12/13 can also induce platelet aggregation (not shown in this figure).

  30. A B C D Fig. 1. BF0801 inhibited ADP induced human platelet activation. (A) Structure of BF0801. (B) BF0801 inhibited ADP induced platelet aggregation in PRP. Platelets were preincubated with BF0801 (10 μM) or R361015 (10 μM) followed by stimulation with ADP (3 μM). (C) BF0801 concentration-dependently inhibited ADP (10 μM) induced platelet aggregation in aspirin-treated washed platelets. (D) BF0801 (300 μM) substantially inhibited platelet aggregation and abolished ATP release induced by ADP (10 μM).

  31. Platelet shape change and aggregation measured by light transmittance using aggregometer vehicle (un-stimulated) Light transmitted Agonist Platelet shape change response Agonist Lighttransmitted Agonist Agonist Platelet aggregation Light transmitted

  32. Functional responses of platelet activation 1) Shape change 2) Aggregation (as a result of αIIbβ3) 3) Secretion of granules 4) Thromboxane A2 (TXA2) production

  33. inhibit vWF mediated platelet adhesion inverse agonist inhibit vWF mediated platelet adhesion

  34. Marketed Antiplatelet Drugs and the limitations • Marketed and clinically used antiplatelet drugs • 1. Cyclooxygenase inhibigtor: aspirin • 2. P2Y12 receptor antagonists: • Thienopyridine: ticlopidine (噻氯匹啶) • clopidogrel (氯吡格雷，波利维) • 3. Fibrinogen receptor (αIIbβ3, GPIIb/IIIa) antagonist (not for oral use): • Abciximab (阿昔单抗，Centorx、Reopro) • Integrelin (依替非巴肽, eptifibatide) • Tirofiban (替罗非班) • 4. Cilostazole (西洛他唑): visodilator and inhibitor of platelet aggreation • Limitations of Current Options for Oral antiplatelet Therapy • • Slow onset for orral Antiplatelet drugs • • Modest levels of platelet inhibition • • Variability of response • • Irreversible and bleeding risk

  35. 致 谢 • 复旦大学引进人才科研启动经费: 40万元 (2007.12 – 2011.01); • 中国国家自然科学基金 (No. 30772564): 35万元 (2008.01 － 2010.12); • 上海市教委首批“上海高校特聘教授(东方学者)”及复旦大学配套经费: 80万元 (2009.01 － 2011.12); • 中国国家自然科学基金 (No. 30973525): 32万元 (2010.01 － 2012.12); • 上海市科委“浦江人才计划”经费(08PJ14023): 20万元 (2008.09 – 2010.08）; • 上海医学院生物化学与分子生物学系重点学科建设经费: 5万元

  36. Antithrombotic drug clpidogrel (plavix, 玻立维，氯吡格雷，保栓通): • 2nd best selling drug in the past 6 years; • 2007 global sales: $8.1 billion; • $124 – 148/30 tablets(-USA Today 2006) • Ding et al, Blood 2003 • Savi et al, PNAS 2006 • Ding et al, JTH 2009

  37. A 2-year-old male born from first cousins, easy bruising, nose bleeding,transfusion RBC and fresh frozen plasma once time after epistaxis. All tests results as follow: Bleeding time: >20S; PFA100 collagen/epi: >266s, collagen/ADP:>292; VWF:A 65%; VWF:Ag 55%; CD41,CD61: normal; FVIII:C 73％； blood smear：isolated platelets Platelet aggregation assays: collagen, Arachidonic acid, Ristocetin，adnephrin agonists were normal， ADP(2umol/L) agonist: 1min 17%(reference range 34.59-58.70) 5min 21%(reference range 36.32-112.44) Max 25%(reference range 39.20-111.46) ADP(5umol/L) agonist: 1min 32%(no reference range) 5min 28%(no reference range) Max 40%(no reference range) We didn’t use the washed platelets to do the aggregation tests. We predicted the diagnosis: combined type I VWD and platelet function disorder 两种病，后者需要证实是否是血小板ADP受体缺陷病。 首先根据上述结果，您觉得ADP受体缺陷可能性大吗？ 谢谢 • Thanks for your attention! • This powerpoint is prepared by Dr. HUANG Haiyan (黄海艳) with minor modification. 欢迎对血小板激活机制、抗血小板药作用机理、抗血小板药研发、血小板功能异常引起的出、凝血性疾病的机制感兴趣的同学与我一起工作。 丁忠仁 复旦大学上海医学院生物化学与分子生物学教研室 Tel: 5423 7896 Email: dingzr@fudan.edu.cn dingzr@hotmail.com

  38. 二硫键的形成 由Cys的巯基之间形成的共价键，稳定蛋白质的正常空间构象和功能，

  39. 蛋白质前体的裂解 ACTH β脂肪酸释放因子 促黑色素激素 β－内啡肽 促肾上腺素－β脂肪酸释放因子前体

  40. 蛋白质的自我剪接 蛋白内含肽：自我剪接中被切除的肽段 蛋白外显肽：位于内含肽两侧切除内含肽后再连接形成的蛋白 （区别于内含子和外显子）

  41. 参与翻译的蛋白质因子 阶段　原核 真核 功 能 IF1 stabilize initiation complex IF2eIF2 ribosome-dependent GTPase, needed for fMet-tRNAf binding to 30S subunit, exclude other aminoacyl tRNA from binding IF3eIF3、eIF4C dissociate large and small subunit of ribosome 起始CBP I 与mRNA帽子结合 eIF4A B F 参与寻找第一个AUG eIF5 协助eIF2、eIF3、eIF4C的释放 eIF6 协助60S亚基从无活性的核糖体上解离 EF-TueEF1协助氨酰-tRNA进入核糖体 延长EF-TseEF1帮助EF-Tu 、 eEF1周转 EF-GeEF2 移位因子　　　 终止RF-1 eRF 释放完整的肽链 RF-2 因子前加“e”表示真核生物(eukaryotic)

  42. C C C C K R R D 330 T F R R R L S 340 R A T A R S A K R K S Q L N E S R S E 356 D M T L N I L P E F K Q N G D T S L 373 P2Y1 Ding et al, Am J Physiol 2005

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