ISSN 0582-9879
生物化学与生物物理学报
ACTA BIOCHIM ICA et BIOPHYS ICA S INICA 2002,34(4):389-394
CN 31-1300/Q
收稿日期:2001-12-17 接受日期:2002-01-14
国家教育部留学回国人员基金资助项目(No .980418)
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小综述
Bcl -2家族蛋白与细胞凋亡
付永锋 樊廷俊
＊
(青岛海洋大学海洋生命学院海洋生物系,青岛266003)
摘要 Bcl -2家族蛋白是在细胞凋亡过程中起关键性作用的一类蛋白质。在线粒体上,Bcl -2家族蛋白通过与其他凋亡蛋白的协同作用,调控线粒体结构与功能的稳定性,发挥着细胞凋亡“主开关”的作用。Bcl -2家族包括两类蛋白质:一类是抗凋亡蛋白,另一类是促凋亡蛋白。在细胞凋亡时,Bcl -2家族中的促凋亡蛋白成员发生蛋白质的加工修饰,易位到线粒体的外膜上,引起细胞色素c 、凋亡诱导因子等其他促凋亡因子的释放,导致细胞凋亡;而平时被隔离在线粒体等细胞器内的该家族的抗凋亡蛋白成员则抑制细胞色素c 和凋亡诱导因子等促凋亡因子的释放,具有抑制细胞凋亡的功能。但一旦这类抗凋亡蛋白成员与激活的促凋亡蛋白发生相互作用后,便丧失了对细胞凋亡的抑制作用,造成线粒体等细胞器的功能丧失和细胞器内促凋亡因子的释放,导致细胞凋亡。现以Bcl -2家族调控细胞凋亡的最新研究进展为基础,对Bcl -2家族成员及其蛋白质结构、分布和调控细胞凋亡的分子机制进行综述。
关键词 Bcl -2家族;细胞凋亡;抗凋亡蛋白;促凋亡蛋白
细胞凋亡是当今生命科学中最热的研究领域之一。随着研究的逐渐深入,发现Bcl -2家族蛋白是在细胞凋亡过程中起重要作用的一类蛋白质[1]。目前已经在哺乳动物、线虫和细菌中发现并鉴定出了Bcl -2家族的20余种蛋白质,根据它们在细胞凋亡中的作用可分为两类(表1):一类是抗凋亡蛋白,包括Bcl -2、Bcl -x L 、Bcl -w 、M cl -1、A1、Boo 和Ced -9等十余个成员;另一类是促凋亡蛋白,包括Bax 、Bak 、Bok 、Bcl -xS 、Bid 、Bad 和Eg l -1等十余个成员
[2]
。
Table 1 The Bcl -2family m embers
Type Origin M embers
Anti -apoptotic
M amm alian A1,Bcl -2,Bcl -w ,Bcl -xL ,Boo ,
M cl -1,NR -13Bacteria BH RF -1,E1B19K ,Ks -Bcl -2,
LM W5-HL ,ORF16C .elegans
Ced -9
Pro -apoptotic M amm alian
Bad ,Bak ,Bax ,Bcl -rambo ,Bcl -xS ,
Bid ,Bik ,Bim ,Blk ,BNIP3,Bok ,Hrk ,Nip3C .elegans
Egl -1
在无死亡信号刺激时,Bcl -2家族的大部分抗凋亡蛋白一般作为细胞器膜(如线粒体、内质网和核膜)的整合膜蛋白被隔离起来,而促凋亡蛋白则以非活性的形式定位分布于胞液中或细胞质骨架上。抗凋亡蛋白(如Bcl -2和Bcl -x L )对由呼吸链解偶联剂所引起的基质贮存Ca 2+的释放也有抑制作用,能增强线粒体内质子的外排,提高线粒体对Ca 2+的缓冲能力,并对线粒体通透性转变孔(mito -chondrial permeability transition po re ,m t PTP )的开放具有调节作用。当细胞受到死亡信号刺激后,促凋亡蛋白在某些蛋白酶的作用下便发生构象变化,
从胞液中易位到细胞器的膜结构上,尤其是线粒体外膜上,并与膜上和膜内的抗凋亡蛋白发生相互作用,使抗凋亡蛋白丧失对细胞凋亡的抑制活性,引
起细胞器功能丧失和各种促凋亡因子的释放,最终导致细胞凋亡[2]。本文对Bcl -2家族成员的蛋白质结构及其调控细胞凋亡的分子机制进行综述。1 Bcl -2家族蛋白的结构特点
对Bcl -2家族蛋白质结构的研究表明,多数Bcl -2家族的蛋白质成员在其肽链的C 末端含有一个疏水性的跨膜结构域,只有Bid 和Bad 等极少数促凋亡蛋白没有此结构域。该疏水性结构域可引导Bcl -2家族蛋白插入到某些细胞器膜的脂双层中(如
线粒体外膜、内质网、核膜等),表明该家族成员多为整合膜蛋白;同时该结构域的存在与否直接影响
到这类蛋白质在细胞内的定位分布。Bcl -2与Bcl -xL 因在C 端具有疏水性的跨膜结构域,故可通过该结构域定位在线粒体等细胞器的膜上,而Bid 由于没有该结构域,则主要分布于胞液中。研究表明,Bcl -2蛋白的Bcl -2α异构体可通过其C 端锚定结构域(anchorage domain )将其定位于细胞内膜上;而除去跨膜结构域的Bcl -2变异体(Bcl -2ΔTM ),则只能定位于胞液中,减弱甚至丧失了其对细胞凋亡的抑制活性[3,
4]
。
此外,Bcl -2家族的所有成员在其多肽链上均含有与Bcl -2同源的四个保守的α螺旋结构域,即
BH1、BH2、BH3和BH4,它们在蛋白质一级结构中从N 端到C 端的排列顺序依次为BH4、BH3、BH1、BH2。对于大多数抗凋亡蛋白,一般仅含有BH1和BH2两个保守结构域,只有与Bcl -2高度同源的抗凋亡成员才同时含有BH1、BH2、BH 3和BH4四个结构域。但对于促凋亡蛋白,往往不含有BH4结构域,而肯定会含有两性的BH3结构域(图1)。进一步的研究结果表明,BH1、BH2和BH 3结构域在Bcl -2家族成员之间二聚体的形成中具有重要作用。在Bcl -x L 蛋白的三维结构中,BH1、BH2和BH3结构域的α螺旋凝聚成了一个伸长的疏水裂缝(hydrophobic cleft ),而其他蛋白质成员的两性α螺旋BH 3区域便可插入该疏水裂缝中,与其共同形成异二聚体[5]
。促凋亡蛋白Bax 含有多个BH 结构域,很可能存在有两种构象:一种是与Bcl -x L 相似的三维构象,另一种是暴露在外面的BH3区域插入到其他抗凋亡蛋白的疏水裂缝中所形成的三维构象[6]。
以前,普遍认为Bax 没有与Bcl -x L 相似的三维构象。但最近Tan 等人[7]发现,一种具有BH3相似结构域的MAP -1蛋白也具有促进细胞凋亡的作用,但其促凋亡作用只有在与Bax (含BH1、BH2和BH3)形成异二聚体后才能发挥出来,从而表明Bax 可能也存在有与Bcl -x L 相似的三维构象。缺失和诱变实验发现,BH3结构域是促凋亡蛋白必需的致死结构域,也是Bcl -2家族中抗凋亡蛋白成员形成异二聚体的关键性结构,且这种靠BH3区域所形成的异二聚体对于保持细胞内分子稳定性(cellular homeostasis )至关重要。Finnegan 等人[8]根据促凋亡蛋白Bak 和Bax 的BH3氨基酸序列,人工合成
出一段短肽序列,把此短肽序列导入前列腺细胞
Fig .1 Summary of anti -apoptotic and pro -apoptotic Bcl -2
mem bers
BC L -2homol ogy regions (BH1-4)are denoted as is the carboxy -terminal hydrophobic (TM )domain .
中,能抑制Bak 与Bcl -2之间形成异二聚体,引起细胞凋亡。Degterev 等
[9]
发现了一种小分子的
BH3Is ,在体外和体内均能插入到Bcl -x L 的疏水裂缝中,从而特异性地抑制Bcl -2家族成员之间经BH3结构域形成异二聚体,具有诱发细胞凋亡的作用。由此可知,Bcl -2家族蛋白C 端的跨膜结构域及BH 同源结构域是Bcl -2家族促进或阻断细胞凋亡的重要的结构基础。
然而,近来的研究发现,Bcl -2家族蛋白成员中与Bcl -2非同源的一些序列,在细胞凋亡的调控中也具有十分重要的作用。最近,Kataoka 等[10]发现了Bcl -2家族蛋白的一个新成员———Bcl -rambo ,它和Bcl -x L 一样也具有与Bcl -2同源的四个保守结构域(BH1、BH2、BH3和BH4),但与Bcl -2和Bcl -x L 不同的是,Bcl -rambo 没有抗凋亡活性,而具有促凋亡活性。此外,BH3结构域并不是Bcl -rambo 所必需的致死结构域,它还可以通过C 端的BHNo 结构域和膜锚定位点来定位到线粒体膜上,从而引起细胞色素c 的释放,引发细胞凋亡。该BHNo 结构域是在位于C 端的由250多个氨基酸残基组成的一段短肽序列,与C 端的膜锚定结构域相连,同其他BH 结构域没有任何同源性;而定位于Bcl -rambo N 端的与Bcl -2同源的氨基酸序列,在凋亡过程中却
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不起作用。Bcl-2、Bcl-xL的过度表达以及死亡受体抑制剂均不能抑制Bcl-rambo所引发的细胞凋亡,但半胱氨酸抑制剂却可以抑制它的促凋亡活性。
2 Bcl-2家族蛋白的翻译后修饰
Bcl-2家族中促凋亡蛋白及抗凋亡蛋白的表达程度并非决定细胞凋亡与否的唯一因素,其新生蛋白质的翻译后修饰也是调节细胞调亡的关键因素之一。胱冬肽酶(caspase)是一类天冬氨酸残基特异性的半胱氨酸蛋白酶,是在细胞凋亡过程中起关键作用的蛋白酶家族,它们对Bcl-2家族的蛋白质具有重要的酶解修饰作用。目前已发现的属于这类蛋白酶家族的成员已有十余种,包括胱冬肽酶-1、胱冬肽酶-2、胱冬肽酶-3、胱冬肽酶-4、胱冬肽酶-5、胱冬肽酶-6、胱冬肽酶-7、胱冬肽酶-8、胱冬肽酶-9和胱冬肽酶-10等。在正常细胞内,Bcl-2家族的促凋亡成员Bid存在于胞液中。而在TNFα或Fas介导的细胞凋亡中,细胞质溶质中的完整Bid被内源性胱冬肽酶-8酶切后,将产生一个15kD的C端肽段和一个13kD的N端肽段[11]。15kD的tBid肽段在其N端被豆蔻酰基化(N-myristoylation)修饰后,便可易位到线粒体外膜上,引起细胞色素c的释放,进而引发细胞凋亡[12]。此外,内源性胱冬肽酶-3是Bcl-2的生理性半胱氨酸蛋白酶,在细胞发生凋亡时,将在Bcl-2蛋白的Asp34位点处进行酶切,破坏Bcl-2的抗凋亡活性[13]。最新的研究发现,胱冬肽酶-3酶切Bcl-2所产生的ΔN34Bcl-2片断,被转染到BH K细胞中后也能易位到线粒体上,具有促进线粒体中细胞色素c的释放和加速细胞凋亡的作用,且半胱氨酸抑制剂不能抑制由此引起的细胞色素c的释放和细胞凋亡[14]。
Bcl-2家族蛋白分子中丝氨酸残基(Ser)的磷酸化也能影响其对细胞凋亡的调控活性。在Bcl-2家族中,Bad尽管缺少C端的疏水性跨膜结构域,但它仍能通过其中的BH3结构域与膜整合蛋白Bcl-xL或Bcl-2形成异二聚体,拮抗它们的抗凋亡活性,促进细胞凋亡。Bad多肽链中发生磷酸化的氨基酸残基主要为Ser,发生磷酸化的部位一般在Ser112和Ser136。在IL-3等存活因子的存在下,Bad 通过两个磷酸化的Ser残基可与14-3-3蛋白分子(一种磷酸丝氨酸结合蛋白)中的共有序列结合位点相结合,从而使磷酸化的Bad因14-3-3蛋白的结合而被封闭在胞液中。相反,去除IL-3后,Bad则发生去磷酸化,去磷酸化的Bad便能与整合在膜上的Bcl-x L共同形成异二聚体,进而促进细胞凋亡[15]。在体内,一些作用于微管的抗癌药物如紫杉醇(taxol)、长春花碱(vinblastine)和长春新碱(vin-cristine)等,其发挥抗癌作用的机制之一就是通过诱导Bcl-2蛋白发生磷酸化,进而拮抗Bcl-2蛋白的抗凋亡活性,最终导致细胞凋亡的[16]。
3 Bcl-2家族蛋白调控细胞凋亡的分子机制许多研究结果均表明,线粒体在细胞凋亡过程中起着“主开关”作用,而Bcl-2家族蛋白的主要作用位点就在线粒体膜上[17,18]。
Bcl-2和Bcl-x L是Bcl-2家族蛋白成员中主要的抗凋亡分子。Bcl-2和Bcl-xL通过其BH3结构域与Bcl-2家族的促凋亡蛋白形成异二聚体,从而维持促凋亡成员在细胞内的定位分布,保护细胞不进入凋亡程序[9]。Bcl-2和Bcl-x L均能抑制细胞色素c的释放,使细胞色素c无法达到激活下游胱冬肽酶的阈值,保护细胞不发生凋亡。细胞色素c具有双重功能,除在线粒体内膜上参与电子传递外,在细胞凋亡中很可能具有凋亡起始因子的作用。细胞色素c发挥其凋亡起始因子作用的前提是它必须要从线粒体中被释放出来,尽管到目前为止,有关其穿越线粒体外膜进入胞液中的分子机制还不甚清楚,但可以肯定的是,Bcl-2家族蛋白的确参与了细胞色素c释放过程的调节。
此外,Bcl-2家族蛋白还可以和其他成孔蛋白发生相互作用,在线粒体膜上形成巨大的电位依赖性阴离子通道(voltage dependent anion channel, VDAC)———线粒体通透性转变孔(mt PTP),使大量Ca2+涌入到细胞质溶质中,造成线粒体基质膨胀,进而引起更多的m t PTP开放,最终造成外膜发生破裂,膜间隙中的细胞色素c、凋亡诱导因子(apoptosis inducing facto r,AIF)和胱冬肽酶原释放到胞液中[19,20]。AIF是一种存在于线粒体中的57 kD双功能黄素蛋白,具有促进细胞凋亡的的作用。在细胞凋亡过程中,AIF从线粒体中被释放出来,直接进入细胞核中并独立作用于染色质,进而在有关胱冬肽酶依赖性的去核糖核酸酶的催化下,引起DNA的大规模片断化和染色质凝缩,使细胞发生凋亡;且胱冬肽酶抑制剂不能抑制AIF的促凋亡作用[21]。此外,AIF还可通过自身放大回路来影响线粒体膜的通透性,使其释放出更多的AIF,最终破坏细胞内线粒体的正常功能[22]。
在细胞凋亡过程中,Bcl-2家族促凋亡蛋白在
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Jul.,2002付永锋等:Bcl-2家族蛋白与细胞凋亡
Fig.2 Model of apoptotic and survival signaling pathw ays involving the Bcl-2family members
Left,activation of the TNFα/Fas cell surface receptor leads to activation of caspas e-8.Caspas e-8cleaves cytosolic p22Bid generating a p15carboxy-terminal fragment that translocates to the mitochondria resulting in the rel ease of cy tochrome c(cy t.c).Released cytoch rome c activates Apaf-1 (apoptotic protease activating factor-1),w hich in turn activates a dow nstream caspase program.Right,a DNA damage stimulus induces the trans loca-tion of Bax by p53pathway to the mitochondria w here it is integral membrane and cross-linkable as a homodimer.Cen ter,activation of the NGF or PDGF receptors mediates the activation of Akt,res ulting in the phosphorylation of Bad at Ser112and Ser136.Phosphoryl ated Bad is sequestered to the cytosol by the phosphos erine-binding protein14-3-3.
其他凋亡因子(如胱冬肽酶)的激活下,易位到线粒体膜上,破坏线粒体的结构和功能,释放线粒体内的一些促凋亡因子,经凋亡信号的逐步放大,导致细胞发生凋亡(图2)。
细胞接受到凋亡信号后,死亡配体(如TNFα、Fas、TRAIL等)与相应的死亡受体结合,引起胞液中含有死亡结构域(death domain,DD)结合位点的胱冬肽酶-8酶原向此处募集。胱冬肽酶-8酶原、死亡配体和死亡受体在细胞表面相互作用,形成了一种诱导细胞凋亡的信号复合体。复合体上的胱冬肽酶-8酶原通过蛋白酶水解变成活性胱冬肽酶-8,并随后激活胱冬肽酶-3、胱冬肽酶-6和胱冬肽酶-7。同时胱冬肽酶-8在Asp59位点把全长22kD的Bid 切成15.5kD的C端tBid,使其Gly残基暴露出来,在新N端发生豆蔻酰化,活化的tBid从胞液中移位到线粒体膜上,引起细胞色素c的释放,导致细胞凋亡[12,23,24]。Bcl-2的过度表达和胱冬肽酶抑制剂均可抑制该凋亡过程的发生。Eskes等[23]在细胞凋亡过程中发现,Bid能与Bax连接并别构激活Bax,使Bax的N端暴露出来,进而发生同源寡聚化,易位到线粒体膜上,引起细胞色素c的释放。Wei等[24]还发现,被激活的tBid也能与线粒体上的Bak相连接而别构激活Bak,引起Bak同源寡聚化并插入到线粒体外膜上,引起细胞色素c的释放,诱发细胞凋亡。Wei等[25]的实验结果表明,同时缺失Bak和Bax的细胞,不仅能抑制tBid诱导的细胞色素c释放及随后的细胞凋亡,而且还能抑制那些通过破坏线粒体功能而引发细胞凋亡的凋亡诱导剂的作用。
Bcl-x L在三维结构上与白喉毒素(一种成孔蛋白)十分相似,从而暗示Bcl-2家族蛋白在插入线粒体外膜后,可能会发生构象变化以便在线粒体外膜上形成通道甚至大的孔状结构。Nechushtan等[26]利用共聚焦电子显微镜发现,Bax在移位到线粒体膜上后,便迅速离开线粒体膜,引起成千个Bax分子相互结合形成一个大的Bax集合体,连在线粒体膜上。而与Bax同源的Bak蛋白仅仅局限分布于Bax集合体上,Bid和Bad则仅定位在线粒体外膜上。Korsmeyer等[27]利用脂质体进行体外实验证明,Bax在脂质体上可快速形成直径2nm的孔状结构,细胞色素c能经该孔被释放出来;同时,Bax 在tBid的诱导下可以发生寡聚化,使由2个Bax分
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子形成的直径1.1nm的孔状结构扩大成为由4分子Bax形成的直径2.2nm的孔状结构。Zamzami 等[28]发现,在中性pH下,全长的Bid和tBid可以与腺苷酸移位酶(adenine nucleo tide translocase, ANT)以及Bax发生作用,在脂质体上形成大的引导通道,且m t PTP抑制剂可抑制该通道的形成。由此可见,细胞色素c的释放是一个复杂过程, Bcl-2相关蛋白可以通过不同的路径来调控细胞色素c的释放。
Apaf-1(apoptotic protease activating facto r-1,促凋亡蛋白酶激活因子-1)同源于线虫的凋亡蛋白Ced-4,能与ATP/dATP结合并使之水解成为ADP/dADP。ADP/dADP可与Apaf-1、细胞色素c 和胱冬肽酶-9酶原相互聚合形成一个700kD、具有很强胱冬肽酶激活活性的复合体,从而激活胱冬肽酶-9。胱冬肽酶-9作为起始胱冬肽酶将激活下游的胱冬肽酶,引发胱冬肽酶的级联放大反应[29,30]。Boo或Bcl-x L可与Apaf-1以及胱冬肽酶-9形成一个多聚的蛋白质复合体,从而竞争性地抑制细胞色素c与后两者形成胱冬肽酶激活复合体,进而抑制下游胱冬肽酶的激活,阻止细胞凋亡。由此可见,低剂量胱冬肽酶-8在激活上游胱冬肽酶、引起线粒体结构和功能损伤后,细胞色素c的释放将会促进下游胱冬肽酶的激活,下游胱冬肽酶的激活又会大幅度地反馈放大胱冬肽酶-8的进一步激活。
进一步研究发现,Bcl-2家族在胱冬肽酶抑制剂存在的情况下,仍能引起细胞凋亡。Bid在内源性胱冬肽酶抑制剂的存在下,可被溶酶体蛋白酶(ly sosomal protease)和颗粒酶B(g ranzy me B)切割成含有C端的tBid,而移位到线粒体膜上,引起细胞色素c的释放,使细胞发生凋亡[31,32]。广谱胱冬肽酶抑制剂不能阻止因Bax或Bak过度表达所引起的细胞凋亡。同时,在缺少内源性胱冬肽酶的条件下,Bax和Bak还可引起线粒体功能的丧失,并能杀死酵母菌[33,34]。在缺乏胱冬肽酶-3或在蛋白酶抑制剂存在的前提下,光促治疗(pho todynamic therapy,PDT)可诱发抗凋亡蛋白Bcl-2的减少,达到促进细胞凋亡的效果[35]。
由此可见,Bcl-2家族蛋白在细胞凋亡过程中具有重要的调控作用,其抗凋亡蛋白成员和促凋亡蛋白成员之间协同作用,共同决定细胞是否进入凋亡程序。
References
1 Ji HB,Zhai QW,Liu XY,Zheng ZC.Transcription regul ation of bcl-2gene.Acta Biochim Biophys Sin,2000,32(2):95—99
(引自:生物化学与生物物理学报)
2 Gross A,M cDonnell JM,Korsmeyer SJ.Bcl-2famil y members and the mitochondria in apoptosis.Genes Dev,1999,13(15): 1899—1911
3 Tanaka S,S aito K,Reed JC.S tructure-function anal ysis of the Bcl-2oncoprotein.Addition of a heterologous transmembrane do-main to portions of the Bcl-2beta protein restores function as a reg-ul ator of cell survival.J Biol Chem,1993,268(15):10920—10926
4 Nguyen M,Branton PE,Walton PA,Oltvai ZN,Korsmeyer SJ, Shore GC.Rol e of memb rane anchor domain of Bcl-2in supp res-s ion of apoptos is caused by E1B-defective adenovirus.J Biol Chem,1994,269(24):16521—16524
5 Kelekar A,Thompson CB.Bcl-2-famil y proteins:the rol e of the BH3domain in apoptos is.Trend s Cell Biol,1998,8(8):324—330
6 Adam s JM,Cory S.The Bcl-2protein family:arbiters of cell sur-vival.S cience,1998,281(5381):1322—1326
7 Tan KO,Tan KM,C han S L,Yee KS,Bevort M,Ang KC,Yu VC.M AP-1,a novel proapoptotic protein containing a BH3-like motif that associates w ith Bax th rough its Bcl-2homol ogy domains.
J Biol Chem,2001,276(4):2802—2807
8 Finnegan NM,Curtin JF,Prevost G,M organ B,Cotter TG.In-duction of apoptosis in prostate carcinoma cells by BH3peptides w hich inhibit Bak/Bcl-2interactions.Br J Cancer,2001,85(1): 115—121
9 Degterev A,Lugovskoy A,Cardone M,M ulley B,Wagner G, M itchison T,Yuan J.Identification of small-molecule inhibitors of interaction betw een the BH3domain and Bcl-x L.Nat C ell Biol, 2001,3(2):173—182
10 Kataoka T,Holl er N,M icheau O,M artinon F,Tinel A,Hof-mann K,Tschopp J.Bcl-rambo,a novel Bcl-2hom ologue that in-duces apoptosis via its unique C-terminal extension.J Biol Chem, 2001,276(22):19548—19554
11 Li H,Zhu H,Xu CJ,Yuan J.Cleavage of BID by cas pas e8medi-ates the mitochondrial damage in the Fas pathw ay of apoptosis.
C ell,1998,94:491—501
12 Zha J,W eiler S,Oh KJ,Wei M C,Korsmeyer SJ.Posttransla-tional N-myristoyl ation of Bid as a molecular switch for targeting mitochondria and apoptos is.Scienc e,2000,290(5497):1761—1765
13 Vier J,Linsinger G,Hacker G.Cytoch rome c is dispensable for fas-induced caspase activation and apoptosis.Bioc hem B i ophys Res Commu n,1999,261(1):71—78
14 Kirs ch DG,Doseff A,Chau BN,Lim DS,Souza-Pinto NC, Hansford R,Kastan M B et al.Caspase-3-dependent cleavage of Bcl-2promotes rel ease of cytochrome c.J Biol C hem,1999,274
(30):21155—21161
15 Zha J,Harada H,Yang E,Jockel J,Korsmeyer SJ.Serine phos-phorylation of death agonist BAD in response to survival factor re-sults in binding to14-3-3not Bcl-X(L).Cell,1996,87(4): 619—628
16 Haldar S,Jena N,Croce CM.Inactivation of Bcl-2by phosphory-lation.Proc Natl Acad S ci US A,1995,92(10):4507—4511
17 Fan TJ,Xia L,Han YR.M itochondrion and apoptos is.Acta Biochim Biophys S in,2001,33(1):7—12
(引自:生物化学与生物物理学报)
18 Lin QS.M itochondria and apoptos is.Acta Biochim Biophys Sin, 1999,31(2):116—118
(引自:生物化学与生物物理学报)
19 Jacotot E,Costantini P,Laboureau E,Zamzami N,S us in SA,
393
Jul.,2002付永锋等:Bcl-2家族蛋白与细胞凋亡
Kroemer G.M itochondrial membrane permeabilization during the apoptotic process.An n N Y Ac ad S ci,1999,887:18—30
20 Pastorino JG,Tafani M,Rothman RJ,M arcinkeviciute A,Hoek JB,Farber JL.Functional consequences of the sustained or tran-sient activation by Bax of the mitochondrial permeability transition pore.J Biol Chem,1999,274(44):31734—31739
21 Susin SA,Lorenzo HK,Zamzami N,M arzo I,Snow BE,Broth-ers GM,M angion J et al.M olecular characterization of mitochon-drial apoptos is-inducing factor.Nature,1999,397(6718):441—446
22 Patterson SD,Spah r CS,Daugas E,Susin SA,Irinopoulou T, Koehler C,Kroemer G.M ass spectrometric identification of pro-teins released from mitochondria undergoing permeability transi-tion.C ell Death Differ,2000,7(2):137—144
23 Eskes R,Desagher S,Antonsson B,M artinou JC.Bid induces the oligomerization and insertion of Bax in to the outer mitochndrial membrane.Mol Cell Biol,2000,20(3):929—935
24 W ei M C,Lindsten T,M ootha VK,W eiler S,Gross A,Ashiya M,Thompson CB et a l.tBID,a membrane-targeted death ligand,
oligomerizes BAK to rel ease cytoch rome c.Genes Dev,2000,14
(16):2060—2071
25 W ei M C,Zong WX,Cheng EH,Lindsten T,Panoutsakopoul ou V,Ross AJ,Roth KA et al.Proapoptotic BAX and BAK:a req-uisite gateway to mitochondrial dysfunction and death.Scienc e,
2001,292(5517):727—730
26 Nechushtan A,Smith CL,Lamens dorf I,Yoon SH,Youle RJ.
Bax and Bak coalesce into novel mitochondria-ass ociated cl usters du ring apoptosis.J Cell B iol,2001,153(6):1265—1276
27 Kors meyer S J,W ei M C,Saito M,Weiler S,Oh KJ,S chlesinger PH.Pro-apoptotic cascade activates BID,w hich oligomeriz es BAK or BAX into pores that result in the release of cytochrome c.C ell Death Differ,2000,7(12):1166—117328 Zam zami N,El Hamel C,M aisse C,Brenner C,M unoz-Pinedo C, Belzacq AS,Costantini P et a l.Bid acts on the permeability trans i-tion pore complex to induce apoptosis.Oncogene,2000,19(54): 6342—6350
29 Li P,Nijhaw an D,Budihardjo I,Srinivasula S M,Ahmad M,Al-nemri ES,Wang X.Cytochrome c and dAT P-dependent formation of Apaf-1/caspase-9compl ex initiates an apoptotic proteas e cas-cade.C ell,1997,91:479—489
30 Cain K,Bratton S B,Langlais C,Walker G,Brow n DG,S un XM,Cohen GM.Apaf-1oligomerizes in to biological ly active～
700-kDa and inactive～1.4-M Da apoptos ome complexes.J Biol Chem,2000,275(9):6067—6070
31 Sutton VR,Davis JE,Cancilla M,Johnstone RW,Ruefli AA, Sedelies K,Brow ne KA et al.Initiation of apoptosis by granzyme
B requires direct cleavage of bid,but not direct granzyme B-mediat-
ed caspase activation.J E xp Med,2000,192(10):1403—1414 32 Stoka V,Turk B,Schendel S L,Kim TH,Cirman T,Snipas S J, Ellerby LM et al.Lysosomal protease pathw ays to apoptosis.
Cleavage of bid,not pro-cas pas es,is the most likel y route.J Biol Chem,2001,276(5):3149—3157
33 Zha H,Fisk HA,Yaffe M P,M ahajan N,Herman B,Reed J C.
Structu re-function comparis ons of the proapoptotic protein Bax in yeast and mammalian cells.Mol Cell B i ol,1996,16(11): 6494—6508
34 Ink B,Zornig M,Baum B,Hajibagheri N,James C,Chittenden T,Evan G.Human Bak induces cell death in Schiz osaccharomyc es pombe w ith morphological changes similar to those w ith apoptosis in mammalian cell s.Mol Cell Biol,1997,17(5):2468—2474
35 Xue LY,Chiu SM,Oleinick N L.Photochemical destruction of the Bcl-2oncoprotein during photodynamic therapy w ith the phthalo-cyanine photosensitizer Pc4.Oncogene,2001,20(26):3420—3427
Bcl-2Family Proteins and Apoptosis
FU Yong-Feng,FAN Ting-Jun＊
(Depar tmen t of Marine Biology,C ollege of Mar ine Life Scienc es,Oc ean Un iversity o f Qing dao,Qingdao266003,China)
A bstract Bcl-2family proteins play key roles in apoptosis.They coo rdinate with other apoptotic proteins in apoptosis to control mitochondria stability both in structure and function,w hile mitochondria probably act as the main sw itch of apoptosis.Bcl-2family proteins can be divided into two ty pes,anti-apoptotic pro teins and pro-apoptotic proteins.During apoptosis,Bcl-2family pro-apoptotic proteins can translocate to the outer membrane of mitochondrion after posttranslational modification by certain pro teases such as caspases.Then cy tochrome c (cy t.c),apoptosis-inducing factors(AIFs),and other pro-apoptotic factors are released from mitochondrion, triggering apoptosis.Bcl-2family anti-apopto tic proteins sequestered in mitochondrion have ability to inhibit the release of cyt.c and AIFs,and prevent apoptosis.When interacting w ith activated pro-apoptotic proteins,the anti-apoptotic pro teins lose inhibiting ability of pro-apopto tic factors'release,and again triggering apoptosis. Based on the newest research evolvements,types,structures,localizations,apoptosis regulating mechanisms of Bcl-2family proteins are reviewed.
Key words Bcl-2family;apoptosis;anti-apoptotic protein;pro-apopto tic pro tein
Received:December17,2001 Accepted:January14,2002
This w ork w as supported by A Im bu rsement Project for S tudied Abroad Returnees from M inistry of Education of C hina(No.980418)
＊Corresponding author:Tel,86-532-2032276;Fax,86-532-2032276;e-mail,tjfan@https://www.doczj.com/doc/1716792371.html,
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