2004诺贝尔——泛素

DEAE-cellullose过 滤得到FractionI和 FractionII ,然后利 用FractionI的热稳 定性进行热处理分 离，然后进行凝胶 电泳，制得APF-1
• 它的分子量约9000道 尔顿，被命名为APF-1 （ATP-dependent proteolysis factor 1），也就是需要ATP 才能分解蛋白质的因子。 这因子之后被证明和泛 素是同一物质。
Ubiquitin-mediated proteolysis
——introduction of achievements of the Nobel Prize in chemistry 2004
背景 获奖科学家的简介
泛素发现的过程
降解过程的机制
重要生理作用 前景展望
背景介绍
• 蛋白质是由氨基酸组成的，氨基酸如同 砖头，而蛋白质则如结构复杂的建筑。正 如同有各种各样的建筑一样，生物体内也 存在着各种各样的蛋白质。 • 不同的蛋白质有不同的结构，也有不同的 功能——以酶的形式作为化学反应的加速 器；以激素形式作为信号物质；免疫防御 的重要参与者和细胞形状和结构的组织者。 • 通常看来蛋白质的合成要比蛋白质的降解 复杂得多，毕竟拆楼容易盖楼难。
前景展望
• 总之 ,泛素系统现已成为研究和开发抵抗各 种疾病药物的令人关注的靶标。此类药物 可直接针对泛素介导的蛋白水解系统的某 些成分以阻止特异性蛋白降解或逆转 ，同 时还可激发该系统破坏那些不受欢迎的蛋 白。目前 ,一种可用以治疗多发性骨髓瘤的 药物蛋白酶体抑制因子Velcade(PS341)已 获准用于临床试验。
• Hershko是在1969–71年，在 the University of California, San Francisco， 在Gordon Tomkins实验室做博士后时，对 细胞内的蛋白降解感兴趣。 • 他在研究中发现当在体外培养的肝癌细胞中 加入像氟化物或叠氮化物这样的ATP合成抑 制剂时，TAT在细胞内的降解过程几乎被完 全抑制.
Aaron Ciechanover 是 三位科学家中最年轻的， 以色列人，57 岁，1947 年生于以色列的海法。 1981年获得位于海法以 色列技术研究所的医学 博士学位。现任该所 Rappaport附属医学研 究所的所长和生物化学 部教授。
Hershko,以色列人， 6 7 岁，1937 年生 于匈牙利的Karcag。 1969年获得希伯来 大学Hadassah医学 院博士学位。现任海 法以色列技术研究所 Rappaport附属医 学研究所的杰出教授。
• 瑞典皇家科学院6日宣布，将2004年诺贝尔化学 奖授予阿龙· 西查诺瓦（Aaron Ciechanover）、 阿弗拉姆· 赫尔什科（Avram Hershko）和伊尔 温· 罗斯（Irwin Rose），以表彰他们发现了泛 素调节的蛋白质降解,其实他们的成果就是发现了 一种蛋白质“死亡”的重要机理。
Rose，美国人，78 岁， 1926 年生于美国纽约。 1952年获得美国芝加 哥大学的博士学位。曾 经主持位于美国费城的 福克斯．蔡斯癌症研究 中心现任美国加州大学 欧文分校药学院生理学 和生物物理学系专家。
泛素的发现过程
• 1940s放射性同位素的发现以及运用于细胞 内的实验推翻了蛋白质在细胞内稳定并静 止的理论，由2H和15N做的一系列实验得出 结论：细胞内的蛋白质甚至氨基酸都处于 一个动态而非静止的状态，每时每刻都存 在着重新合成和降解。 • 之后便开始了细胞内蛋白质降解的研究。
• 由此可见 ,泛素介导的蛋白降解对生物体而 言非常重要 ,对其进行的开创性研究具有重 要的特殊意义。 在世界各地的很多实验室 中 ,科学家们不断发现并研究与这一降解过 程相关的新的细胞功能。这些研究对进一 步揭示生物体的奥秘以及探索一些疾病的 发病机制和治疗手段具有深远的意义。
• 关注的目光和大量的科研都集中于理解细 胞调控一些蛋白质的合成过程 ， 在这一领 域内的诺贝尔奖至少颁发过五次；但是, 蛋 白质的降解一直被认为不大重要。
• 事实并不是想象中的那么简单：
• 蛋白质有两种死法:一种不需要能量，只需要蛋白 质降解酶参与；另一种需要能量，是一种高效率、 指向性很强的降解过程. • 过去，人们知道许多简单的蛋白降解酶。一个例 子是胰蛋白酶，它位于小肠，降解食物中的蛋白 质。同样，一种细胞器——溶酶体，已经研究很 久了,它从细胞外吸收蛋白质并予以降解。这些蛋 白质的降解不需要能量，这如同一幢大楼自然倒 塌一样，并不需要炸药来爆破。 • 不过，20世纪50年代科学家却发现，同样的蛋白 质在细胞外降解不需要能量，而在细胞内降解却 需要能量。这如同拆楼一样，如果要定时、定点、 定向地拆除一幢大楼，则需要炸药进行爆破。
泛素的作用机理
蛋白酶体
重要的生理作用
调节生长周期
泛素与癌症的产生
宫颈癌由于人类乳头瘤病毒使 抑癌因子p53发生变异。在正常 细胞中，蛋白质p53 始终处于 合成和降解的平衡状态 。当该 病毒侵染宿主时，细胞内一种 特定的E3酶：E6-AP被活化，错 误地加强对p53进行泛素化，导 致p53过量降解。病毒逃逸p53 的控制，最终导致癌症。
• 之后三位科学家又用亲和层析柱在 FractionII中分离出三种酶E1、E2、E3.
AP共价连接 APF-1/ubiquitin.
验证
• 三位科学家又运用免疫化学方法对泛素介 导的蛋白质降解的生理学功能进行了研究 • 利用泛素的抗体，将泛素E蛋白质复合物从 细胞中分离出来细胞中的蛋白质事先用泛 素中不存在的放射性氨基酸进行脉冲标记， 实验结果显示，细胞中存在的错误蛋白确 实通过泛素体系得到降解，在细胞中 多达 30%的新合成蛋白因为不能通过细胞中严格 的质量控制在蛋白酶体中被降解。
S35-Met Methionine-S35 was administered to intact rats and its liberation from the proteins of liver slices was subsequently studied.
这就证明了细胞内还存在着其他途径进行蛋 白质的降解,而且需要能量。 这也就泛素的研究奠定了基础——
• 在1950s，Christian de Duve发现了溶酶 体，它是一个含有多种蛋白水解酶且体系 为酸性环境的球状体细胞器，参与蛋白质 的降解。 • 溶酶体的蛋白质降解包括四种方式：受体 介导的胞吞作用，胞饮作用，胞外颗粒的 吞噬作用，自体吞噬（大和小）
• 初步许多科学家都认为溶酶体是蛋白质降 解的唯一途径，然而之后的系列实验证明： 1、半衰期不同的蛋白质在溶酶体中的降解 情况不同， • 2、不同的蛋白酶抑制剂加入细胞内，对不 同的蛋白质的降解的影响是不同的，有些 甚至没有影响， • 3、热力学研究证明蛋白质的降解需要能量， 但不仅限于跨膜运输、质子泵、维持酸性 环境等的能量。
• 唯一的解决途径是在试管中准确再现无细胞 系统的该过程，分离不同成分并对每个成分 纯化定性，并从孤立纯化的成分中补全该系 统。 • 1977年Etlinger和Goldberg迈出了第一步， 从不成熟的网织红细胞裂解液中建立了一个 无细胞体系的ATP依赖蛋白水解系统。
• 1977年以后Ciechanover和Hershko转向网 状细胞提取物的研究,他们发现此提取物可 被分为两个组分，每一部分单独存在时都 不具有活性，然而一旦这两部分被重新组 合，就会引发ATP依赖性的蛋白质降解。