未折叠蛋白反应

未折叠蛋白反应：从应激通路到稳定调节 Peter Walter and David Ron

细胞分泌或展示在起表面的大多蛋白质进入它们折叠组装的场所内质网，只有合适的组装蛋白质才能从内质网进入细胞表面。细胞会根据需要来调节内质网内部蛋白质组装能力，从而确保蛋白质折叠的精确性。分泌蛋白或膜蛋白在它们被分派到内膜系统其他细胞器、UPR UPR 就是其中一个例子，他详细表述的分子机制说明了一个真核细胞调控器内质网的能力。令人感到意外的是，由于这些机制的激增，关于UPR 是如何与细胞生理杂乱的各方面协调并维持稳态的，这方面的发现的大门被打开了。

事实上，真核细胞所有用来与环境惊醒信息交流的蛋白都在内质网组装。它们传出传入的信息决定了器官的健康，比如传递细胞分裂、成熟、分化或死亡的信号。一个阈值来保证

分

各部分组装的精确性，离开了这些质量控制集体就会陷入混乱局面。ER的基本功能就是运用对蛋白质的质量控制，使得只有经过正确折叠的蛋白质才能装入内质网囊泡被运网细胞表面。错误折叠蛋白滞留在ER内部，被排到细胞液后被蛋白酶体降解，这个过程成为内质网相关蛋白降解（ERAD）。ERAD在不能引起UPR的细胞中是必须的，这也体现了多台不能回到他原来的状态的重要性。

UPR的延长意味着ER应激没有得到缓和，稳态没有得到恢复，这关联细胞的生死。同时也

B

UPR主要的三种通路已被证明。所有通路格子新号传到通路平行进行。各通路根据一组内质网膜跨膜信号转道蛋白来命名：IRE1(抑制物阻抗性酯酶)、PERK(双键RNA依赖的蛋白激酶样内质网激酶)、ATF6(活性转录因子6)内质网膜上三种起信号转传导作用的跨膜蛋白。IRE1通路存在低等生物中最为保守的通路。伴随进化多细胞生物中才有了PERK和ATF6通路。不同的细胞类型中UPR有不同的体现。而且多重多样的基因编码ATF6家族蛋白，不如动物细胞中两类IRE1同源，暗示细胞类型的分化仍旧不得解。无论那种通路的激活都会导

致b-ZIP 转录因子的产生，单独作用或相互合作来激活靶基因。

ATF6是最初被合成的内质网膜跨膜蛋白，是能够大量内质网域的转录因子。未折叠蛋白一旦累积，ATF6就被装入运输囊泡，被运往高尔基体。在高尔基体ATF6被两个蛋白酶S1P 和S2P水解，自由的N末端进入细胞核并激活UPR靶基因。ATF6靶基因重要内质网腔内蛋白和内质网折叠有关。例如，Bip(热休克蛋白家族的一员)。蛋白质二硫键异构酶和葡萄糖调节蛋白94（GRP94;Hso90家族的一员）。固醇调节元件结合蛋白是哺乳动物控制固醇生物

UPR

mRNA的码

GADD34

酸化。如果GADD34受到危害基本被删除，这一致命结果有磷酸化造成，可见稳定的重要性。UPR 的第三条通路因存在于酵母中而得名，是研究的最为清楚的一个通路。IRE1是生物功能跨膜蛋白，具有核酸酶活性，它用独特机制拼接mRNA,传递UPR 信号。随着之后内质网膜上的寡聚化造成构想的改变，IRE1在两个特殊位点切除一段基因来编码相应的UPR转录因子，称为XBP1(X-BOX结合蛋白1)。剩余的外显子被连接在一起（存在于酵母中的RNA

连接酶，一种或多种未见于哺乳动物细胞中的酶）转为一个拼接好的mRNA,可用于有活性的转录因子（XBP1s有标记物提示它是拼接后的RNA产物)酵母中，IRE1协助UPR基因的表达，然而在动物细胞中，诱导UPR转录因子间有冗余。尽管如此，XBP1S在知道脂类生物合成酶方面的扮演着重要角色。

对IRE1激活的分子机制的深入研究

核酸

,这

信号,

。磷

为其他因素提供结合位点帮助低聚物的解体。这种机制可能促进，向磷酸化的IRE1之间的嵌入到激活的低聚物和过度磷酸化而解体，这两者的之间的一个动态平衡。

有越来越多的证据表明使IRE1激活的阈值综合可以通过各种方式调解。例如,结合到IRE1的激酶位点上的小分子可以被不同的催化剂抑制或激活。这些化合物的绑定被认为保守的蛋白激酶:在两个构想状态之间的转换“aC-helix”和“aC-helix。“在第一个构象,IRE1

倾向于二聚体化并被激活第二种构想中倾向于抑制激活的。因此IRE1的激酶域作为一个包含有配体的构象模块,可以调节激活阈值。这为IRE1提供了一种由核苷酸调节的方法(或者其他涉及核苷酸结合域的代谢分子)。通过寡聚化和激活反应的调节在酵母IRE1在低聚物界面上有第二配体结合位点,到目前为止,只见于体外。

IRE1与底物的相互作用

酵母

是酵母

分子只当

可能是耦合的。因为它的互作特性,IRE1核糖核酸酶激活性会突然达到临界阈值浓度， IRE1的胞质模块,有一种类似开关属性。在细胞内,许多IRE1模块产生的信号，这样的二进制输出会累积成能体现输出信号的强度的反应这对稳态的维持是非常有用的。只要将内质网多个位置上的信号进行集成，这种综合信号就会发生，可以随时有效的清点激活的IRE1集群的个数。

UPR激活过程中未折叠蛋白感受和选择模块

为了感受内质网腔内未折叠蛋白，UPR信号蛋白一定和内质网腔感应域相互作用。然而所有蛋白都以未折叠状态进入内质网。所以，IRE1、PERK和ATF6被激活的阈值一定要协调。早期研究表明，IRE1和PERK都以单体的非激活形式与BIP结合，未折叠蛋白竞争性与BIP 结合，BIP 更倾向于与腔域分离，使IRE1和PERK自发低聚化。然而随后对酵母的研究显示，不能结合Bip的突变体去可以有效激活UPR，意味着IRE1可以不依赖Bip而独立发挥

腔域

的激活。

IRE1）

分支更好的激活改变反应这一概念。另一个例子是，在B细胞分化为浆细胞的过程中。IRE1信号传递可能并不依赖与ER腔对未折叠蛋白的感应。由于浆细胞要分泌大量免疫物质，ER的作用被放大，因此这个发展的趋向对XBP1s的表达使很必须的。意外的是，UPR感应早与可测量的免疫蛋白的表达，表明这种情况下，IRE1的激活可能被一种开关驱动而不是分泌通路的ER超负荷。的确，突变B细胞不产生免疫蛋白除非诱导IRE1来应对分化信号，这个例子中，UOR作为一个模型，细胞有刀开关可能并不是起源于内质网腔，相反，传统的