血液系统生物学细胞通讯与细胞信号转导课件

1、 细胞通讯与细胞信号转导的分子机理第一节 细胞通讯的分子基础一、细胞间通讯方式二、化学信号分子的种类及特性三、受体四、细胞信号转导的基本方式五、细胞内关键信号转导分子 细 胞 间 通 讯 方 式细胞通讯（cell communication）(强调方式)一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应的反应。信号转导（signal transduction）(强调过程) 一个细胞发出的信息通过介质（配体）传递到另一个细胞并与靶细胞相应的受体相互作用，然后通过细胞内一整套特定的机制，最终调节特定基因的表达，产生胞内一系列生理生化变化，表现为细胞整体的生物学效应。细胞识别（cell recogn

2、ition）（强调接触）细胞通过其表面的受体与胞外信号物质分子(配体）选择性地相互作用，从而导致胞内一系列生理生化变化，最终表现为细胞整体的生物学效应的过程。 细胞通讯方式 a 化学信号通讯c 缝隙连接 b 接触性依赖的通讯 化学信号分子基本上可分2大类： 水溶性信息分子：神经介质、局部化学介质、大部分激素 特点：不能通过膜脂双层；通过膜受体发挥作用； 脂溶性信息分子：甾体激素、甲状腺素、前列腺素 *除前列腺素外、其它脂溶激素受体均位于胞内。 特点： 能通过脂质双层；借助载体运至靶细胞内分泌：如激素，随血液循环输至全身，作用于靶细胞。特点：低浓度（10-8-10-12M ），全身性，长时效。旁

3、分泌：信号分子通过扩散作用于邻近的细胞。包括：各类细胞因子；气体信号分子。自分泌：信号发放细胞和靶细胞为同类或同一细胞，常见于癌变细胞。突触信号：神经递质经突触作用于靶细胞。作用方式可分为4类:间隙连接缝隙连接（gap junction）胞间连丝（plasmodesmata）植物细胞 c 缝隙连接 在连接处相邻细胞间有24nm的缝隙，由6个相同或相似的跨膜杆状蛋白亚单位，环绕而成，直径8nm，中心形成一个直径约1.5nm的孔道。 通过向细胞内注射分子量不同的染料，证明间隙连接的通道可以允许分子量小于1.5KD的分子通过。这表明细胞内的小分子，如无机盐离子、糖、氨基酸、核苷酸和维生素等有可能通过

4、间隙连接的孔隙。 平滑肌、心肌、神经细胞、上皮细胞间均存在的这种连接。 胞内受体intracellular receptor 膜受体cell surface receptor 核受体Nucleus receptorCell receptor受体分布位置Receptors细胞表面受体位置：细胞表面特点：Signal molecules that do not enter the cell but bind to cell-surface receptors.细胞内受体位置: 细胞质或细胞核特点：Signal molecules that enter the cell and bind to in

5、tracellular receptors.受体的结构受体至少包含2个功能区域： 结合配体功能域结合特异性 产生效应功能域效应特异性受体与配体结合的特征： 特异性； 饱和性； 高度的亲和力； 可逆性； 生理效应.特异性: 受体分子能准确地识别配体及化学结构类似的物质，具高度立体特异性。 饱和性：由于受体数量有限, 它与配体的结合在剂量-反应曲线上有饱和现象。 可逆性：配体与受体结合位点的结合多数通过离子键、氢键或分子间引力作用进行，因此是可逆的。离子通道型受体 Ion-channel-linked receptors： 离子通道型受体：一类自身为离子通道的受体，即配体门通道（见图）。离子通道型

6、受体分为： 阳离子通道 如乙酰胆碱、谷氨酸和五羟色胺的受体； 阴离子通道 如甘氨酸和氨基丁酸的受体。 主要存在于神经、肌肉等可兴奋细胞，其信号分子为神经递质。神经递质通过与受体的结合而改变通道蛋白的构象，导致离子通道的开启或关闭，改变质膜的离子通透性，在瞬间将胞外化学信号转换为电信号，继而改变突触后细胞的兴奋性。 乙酰胆碱受体的三种构象 谷氨酸受体谷氨酸：哺乳动物中枢神经系统中最常见的兴奋性递质。受体的亚型: N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体； 使君子氨酸(QA)受体； 海人藻酸(KA)受体； L-AP4型受体。作用模式图NMDA受体具有独特的电压依赖性，其受体通道被Mg2+堵塞，去极化

7、将Mg2+逐出而打开NMDA受体通道。QA受体有两种亚型：离子型受体：开启时直接开放阳离子通道，曾称为Q1受体，现称为AMPA受体；代谢型受体：激活时促使磷脂酰脂醇(PIP2)水解, 产生甘油二 醇(DG)和三磷酸肌醇(IP3)两种胞内第二信使，又称为QP受体。G 蛋白偶联受体(G-protein-linked receptors) ：activate an intracellular G-protein that in turn activates intracellular enzymes.7次跨膜蛋白，胞外结构域识别信号分子，胞内结构域与G蛋白耦联，调节相关酶活性，在胞内产生第二信使。类

8、型：多种神经递质、肽类激素和趋化因子受体，味觉、视觉和嗅觉感受器。相关信号途径：cAMP途径、磷脂酰肌醇途径。G 蛋白偶联受体G蛋白偶联受体:一个膜蛋白家族。受体是球状糖蛋白, 其结构基础是由亲水环连接在一起的7条跨膜全长的疏水螺旋组成的束，糖基化的N末端位于膜的外表面, C末端位于细胞质面。(见图：G蛋白偶联受体的结构）ExtracellularCytoplasmicCOOH-NH2i1i2i3e1e2e3TM1TM2TM3TM4TM5TM6TM7DRYG 蛋白偶联受体（400-600个氨基酸残基组成的多肽）G-protein-coupled receptors-S-S-与配体结合G蛋白作用

9、部位G蛋白偶联受体为 7次跨膜蛋白Gi/oGsGqG12/13G-protein subtypesG蛋白偶联受体功能：* 介导神经递质、光、味、激素和其它细胞外信使的作用。 * 它不仅调节离子通道，还参与神经递质的合成与释放、突 触受体的敏感性、细胞代谢、分化和生长、细胞骨架结构、 基因表达等方面。G蛋白偶联受体产生作用的过程示意图: a. 非激活状态b. 激活状态 c. 回复原状 现已确认G蛋白调节的效应物约10种，包括合成或降解第二信使的酶，离子通道和膜转运蛋白。见图:G蛋白可以激活或抑制腺苷酸环化酶(AC)。许多受体可使Gs激活AC，形成环化酶-Gs-GTP复合物，其活性是环化酶的20倍

10、；另一些受体通过G蛋白抑制AC。X 图示：G蛋白通过两种不同的机制调节离子通道：G蛋白直接作用于离子通道。 图示：G蛋白通过两种不同的机制调节离子通道：G蛋白通过调节第二信使的作用,再通过磷酸化影响通道的功能。第二信使和分子开关 Second messenger: Primitive signal bind with receptor and then trigger second messenger （ cAMP,IP3,DG,) 第二信使至少有两个特征: 是第一信使同其膜受体结合后最早在细胞膜内侧或胞浆中出现，仅在细胞内部起作用的信息分子能启动或调节细胞内稍晚出现的反应目前公认的第二信使有

11、cAMP、DG、IP3、cGMP和Ca2+cAMP作为第二信使的发现 第二信使学说是E.W.萨瑟兰于1965年首先提出。他认为人体内各种含氮激素（蛋白质、多肽和氨基酸衍生物）都是通过细胞内的环磷酸腺苷(cAMP)而发挥作用的。首次把cAMP叫做第二信使，激素等为第一信使。已知的第二信使种类很少，但却能转递多种细胞外的不同信息，调节大量不同的生理生化过程，这说明细胞内的信号通路具有明显的通用性。 细胞表面受体接受细胞外信号后转换而来的细胞内信号称为第二信使,而将细胞外的信号称为第一信使。第二信使的作用方式一般有两种:直接作用。如Ca2+能直接与骨骼肌的肌钙蛋白结合引起肌肉收缩;间接作用。这是主要

12、的方式，第二信使通过活化蛋白激酶，诱导一系列蛋白质磷酸化，最后引起细胞效应。酶耦联的受体 (Enzyme-linked receptors)： directly activate a membrane bound enzyme.定义：受体本身具有激酶活性；或者受体可以连接非受体酪氨酸激酶。类别：受体酪氨酸激酶、受体丝氨酸/苏氨酸激酶、受体酪氨酸磷脂酶、受体鸟苷酸环化酶、酪氨酸激酶连接的受体、 组氨酸激酶连接的受体（与细菌的趋化性有关）。疏水性甾体激素是脂溶性较大的配体可透过膜，与胞浆中受体结合成复合物跨过核膜与核内染色体结合进而启动或抑制DNA转录翻译过程诱导或抑制新的蛋白质生成产生各种生理生

13、化反应。 胞 内 受 体（胞浆或胞核） 细胞信号转导细胞信号转导：细胞接受外界信号，通过一整套特定的机制，将细胞外信号转导为细胞内信号，最终调节特定基因表达，引起细胞的应答反应的过程。 信号转导的基本过程一、膜受体介导的信号转导(一)G蛋白耦联受体介导的信号转导；(二)具有酶活性的受体介导的信号转导；(三)通道耦联受体介导的信号转导；二、核受体介导的信号转导1. G蛋白耦联受体信号通路中的信号分子(1)蛋白耦联受体(G protein-linked receptor) (2)蛋白(鸟甘酸结合蛋白，guanine nucleotide-binding protein)(3)蛋白效应器( prot

14、ein effector)(4)第二信使(second messenger)(5)蛋白激酶(protein kinase, PK)二、膜受体介导的信号转导(一) G蛋白耦联受体介导的信号转导 第二信使 或 受体-配体 激活型G蛋白 激活的 G蛋白效应器 依赖于第二信使的酶或通道激活或抑制 生物效应 G蛋白 G蛋白效应器 配体 受体 G蛋白耦联受体介导的信号转导的基本过程G蛋白作用模式相关链接：2.G蛋白耦联受体介导的信号转导的主要途径(1)受体-G蛋白-cAMP-PKA途径（以其中的Gs途径为例） 胞质内cAMP 升高 受体-配体 激活型Gs 激活的 腺苷酸环化酶 蛋白激酶A（PKA）激活 生

15、物效应 兴奋型G蛋白(Gs) 腺苷酸环化酶(AC) 配体 受体cAMP作为第二信使的发现相关链接：2. G蛋白受体介导的信号转导的主要途径(1)受体-G蛋白-cAMP-PKA途径： （以兴奋性G蛋白为例） 配体与膜受体结合 膜中的兴奋型G-蛋白（Gs） 激活腺苷酸环化酶(AC) 胞质中的ATP转化成cAMP 胞质中的cAMP浓度升高 激活蛋白激酶A(PKA) 激活某些蛋白质 引发细胞功能改变。2.G蛋白耦联受体介导的信号转导的主要途径(2)受体-G蛋白-DG/PKC途径以及(3)受体-G蛋白-IP3/Ca2+系统 内质网释放Ca2+ 生物效应 胞质内IP3 DG(细胞膜内侧)细胞膜内PIP2

16、激活PKC某些蛋白质磷酸化 钙调蛋白-Ca2+复合物 激活蛋白激酶 受体-配体 激活型Gq 激活的磷脂酶C Gq蛋白 磷脂酶C(PLC) 配体 受体2. G蛋白受体介导的信号转导的主要途径(2)受体-G蛋白-DG/PKC途径： 配体与膜受体结合 膜中的G蛋白(Gq) 激活磷脂酶C(PLC) 膜脂质中的二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2)迅速水解为 IP3(三磷酸肌醇)和DG(二酰甘油) DG激活蛋白激酶C(PKC) 进一步作用于下游的信号蛋白或功能蛋白 诱发细胞功能改变。2. G蛋白受体介导的信号转导的主要途径(3)受体-G蛋白-IP3/Ca2+途径： 配体与膜受体结合 激活膜中Gq 激活磷脂酶C(P

17、LC) 使膜脂质中(PIP2)迅速水解为IP3(和DG) IP3与胞质中内质网膜上IP3受体结合 内质网膜上钙通道开放 内质网内的Ca2+经通道扩散至胞质中 胞质中 Ca2+浓度升高 Ca2+与钙调蛋白结合 激活相关的蛋白激酶 诱发细胞功能改变。(二)具有酶活性的受体介导的信号转导胰岛素受体的跨膜信号转导两种模式：1.同一蛋白质分子，既是酶又是受体，如：酪氨酸激酶受体 配体与受体膜外段的配体结合区域结合受体分子内信号传导激活受体膜内段的酪氨酸激酶胞质内一系列变化。2.受体分子活化后的下游靶蛋白具有激酶功能，如：酪氨酸激酶耦联受体 。相关链接：胰岛素受体的跨膜信号转导 酪氨酸激酶可分为三类：受体

18、酪氨酸激酶，为单次跨膜蛋白，在脊椎动物中已发现50余种；胞质酪氨酸激酶，如Src家族、Tec家族、ZAP70、家族、JAK家族等；核内酪氨酸激酶如Abl和Wee。受体酪氨酸激酶（RPTKs）的胞外区是结合配体结构域，配体是可溶性或膜结合的多肽或蛋白类激素，包括胰岛素和多种生长因子。胞内段是酪氨酸蛋白激酶的催化部位，并具有自磷酸化位点。配体（如EGF）在胞外与受体结合并引起构象变化，导致受体二聚化形成同源或异源二聚体，在二聚体内彼此相互磷酸化胞内段酪氨酸残基，激活受体本身的酪氨酸蛋白激酶活性。这类受体主要有EGF、PDGF、FGF等。胰岛素受体的跨膜信号转导 胰岛素受体也属于受体酪氨酸激酶，是由

19、和两种组成四聚体型受体，其中亚基具有激酶活性，可将胰岛素受体底物（IRSs）磷酸化，IRS作为多种蛋白的停泊点，可以结合或激活具有SH2结构域的蛋白。如磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）。 PI3K催化PI形成PI(3,4)P2和PI(3,4,5)P3，这两种磷酸肌醇可作为胞内信号蛋白（含PH结构域）的停泊位点，激活这些蛋白。其信号通路主要有： 通过激活BTK，再激活磷脂酶C（PLC），引起磷脂酰肌醇途径。 激活磷脂酰肌醇依赖性激酶PKD1，PKD1激活转位到膜上的蛋白激酶B。激活的PKB返回细胞质，将细胞调亡相关的BAD蛋白磷酸化，抑制BAD的活性，从而使细胞存活。胰岛素受体的跨膜信号转导 胰岛

20、素受体的跨膜信号转导 (三)离子通道耦联的受体介导的信号转导 细胞膜上同一个生物分子，既是受体 (能与配体特异性结合)又是离子通道(即：配体门控通道，或化学门控通道)。 信号转导过程： 细胞外刺激信号与细胞膜上离子通道耦联受体结合通道开或闭相应离子跨膜移动改变膜电位改变(新信号形式) 细胞功能变化。骨骼肌细胞终板膜的跨膜信号转导相关链接：骨骼肌细胞终板膜的跨膜信号转导离子受体介导的信号转导途径离子通道受体也称促离子型受体，受体蛋白本身就是离子通道，通道的变构既涉及到离子本身的跨膜转运，又可实现化学信号的跨膜转导。例如，骨骼肌终板膜上N2型ACh受体为化学门控通道，当与ACh结合后，发生构相变化

21、及通道的开放，不仅引起Na+和K+经通道的跨膜流动，而且它们的跨膜流动造成膜的去极化，并以终板电位的形式将信号传给周围肌膜，引发肌膜的兴奋和肌细胞的收缩，从而实现ACh的信号跨膜转导。 三、核受体介导的信号转导 (一)核受体的一般特征 1.位于胞质或胞核内； 2.其效应为调节特定基因的表达。 (二)信号转导过程： 配体穿过细胞膜与胞质内或细胞核内的核受体结合调节特定基因的表达生成特异mRNA 核糖体生成特定功能蛋白质细胞功能活动改变。醛固酮的信号转导相关链接：醛固酮的信号转导醛固酮进入远曲小管和集合管上皮细胞后，与胞浆内受体结合，形成激素-受体复合体。后者通过核膜，与核中DNA特异性结合位点相

22、互作用，调节特异性mRNA转录，最终合成多种醛固酮诱导蛋白。进而使关腔膜对Na+的通透性增大，线粒体内ATP合成和管周膜上钠泵的活动性增加。从而导致对Na+的重吸收增强，对水的重吸收增加，K+的排出量增加。 细胞内递质激素细胞因子等 细胞膜 细胞外核受体功能改变 G蛋白耦联受体G蛋白 G蛋白效应器 (酶)第二信使代谢改变 通道耦联受体通道开或闭,离子跨膜移动膜电位变化兴奋改变具有酶活性的受体代谢改变基因表达酶活性被激活或受抑制信号转导的抑制和终止 信号的终止 1. 受体与配体的解离 膜受体的内化降解：由于膜受体的内化 降解可导致受体的数量减少，称为受体的向下调节（down-regulation

23、） 3. 激活的G蛋白或小G蛋白转为失活型 4. 在蛋白磷酸酶作用下失活 信号转导的抑制和终止信号转导蛋白的抑制和信号通路间的拮抗 1. 存在具有抑制性作用的受体和信号转导成分。 2 . 信号转导通路的负反馈调节X细胞信号转导的基本方式细胞信号转导网络由一些关键的蛋白分子和一些小分子活性物质，即信号转导分子构成。信号在细胞内转换和传递的基本方式是改变信号转导分子、效应分子及靶分子的结构、含量及细胞内分布。信号转导系统的基本组成与信号蛋白1. 细胞表面受体介导的信号途径的主要步骤：Step1. 表面受体对信号的特异性识别。Step2. 第一信使通过适当的分子开关机制实现信号的跨膜转导，产生第二信

24、使。Step3. 信号放大过程。Step4. 细胞反应由于受体的脱敏和受体下调。启动反馈机制从而终止和降低细胞反应。cAMP的生成cGMP的生成磷脂酰肌醇4,5-二磷酸(PIP2)三磷酸肌醇(IP3)二脂酰甘油(DAG)磷脂酰肌醇特异的磷脂酶C (PI-PLC)+IP3和DAG的生成3、单个跨膜螺旋受体酪氨酸蛋白激酶受体型非酪氨酸蛋白激酶受体型 （二）胞内受体 包含四个区高度可变区DNA结合区激素结合区铰链区二、细胞内信息物质 在细胞内传递细胞调控信号的化学物质，称为细胞内信息物质，其中的小分子物质如Ca2+、DAG、IP3、Cer、cAMP、cGMP称为第二信使。一、细胞间信息物质X 凡由细

25、胞分泌的、调节靶细胞生命活动的化学物质统称为细胞间信息物质。根据信息物质的特点及作用方式将其分为三大类：1、局部化学介质：又称旁分泌信号，如生长因子、细胞生长抑素、NO等。 特点：不进入血循环，通过扩散作用到达靶细胞，作用时间短2、激素：又称内分泌信号，如胰岛素、肾上腺素等。 特点：通过血液循环到达靶细胞，作用时间长。3、神经递质：又称突触分泌信号，由神经元突触前膜释放，如乙酰胆碱，作用时间短。X细胞内关键信号转导分子GTP结合蛋白蛋白激酶和蛋白磷酸酶蛋白质相互作用的调控结合元件GTP结合蛋白GTP结合蛋白三聚体：与七次 跨膜受体相结合的G蛋白，以（G ）亚基和(G )亚基三聚体的形式存在于细

26、胞膜内侧。低分子量G蛋白：与G蛋白三聚体比，分子量要小得多，主要位于MAPK系统的上游，非活化状态时结合GDP，在外源信号的作用下释放 GDP，结合GTP而被活化。ExtracellularCytoplasmicCOOH-NH2i1i2i3e1e2e3TM1TM2TM3TM4TM5TM6TM7DRYG 蛋白偶联受体（400-600个氨基酸残基组成的多肽）G-protein-coupled receptors-S-S-与配体结合G蛋白作用部位 inhibition of cAMP production inhibition of Ca2+ channelsactivation of GIRK K

27、+ channelsGi/oGsGqG12/13G-protein subtypes increased synthesis of cAMPactivation of Ca2+ and K+ channelsactivation of PLC leading toactivation of PKC (DAG)intracellular Ca2+ release (IP3) mediates signalling between GPCRs and RhoA (GTPase) function under investigationGTP binding protein-G proteinHun

28、dreds of cell-surface receptors for hormones and other ligands use G proteins to transduce intracellular signalling pathways. Dramatic recent advances by several laboratories have provided exciting details of the structure of the heterotrimeric G proteins. With mating receptor proteins that act like

29、 molecular levers, a trio of switch domains that can adopt open or closed conformations, and a beta subunit that resembles a propeller, these proteins may be thought of as molecular nanomachines. GTP binding protein-G proteinThe Heterotrimeric G Protein ComplexA Molecular NanomachineThe typical hete

30、rotrimeric G protein consists of an alpha subunit of 45-47 kD a beta subunit of 35 kD a gamma subunit of 7-9 kD GTP binding protein-G proteinThe Alpha Subunit The alpha subunit of heterotrimeric G proteins consists of two domains, a GTPase domain and an alpha-helical domain. The GTPase domain is sim

31、ilar in structure to p21ras and other members of the GTPase superfamily of proteins. It consists of five helices surrounding a six-stranded beta sheet with five strands running parallel and one strand antiparallel to the others. The second of the five helices is a 3(10) helix, rather than an alpha h

32、elix. The alpha-helical domain G种类效应分子细胞内信使靶分子sAC活化cAMPPKAiAC抑制cAMPPKAq磷脂酶c活化Ca2+, IP3, DAGPKCtcGMP磷酸二酯酶活化cGMPNa+通道关闭G蛋白的亚基的效应分子及其功能蛋白激酶和蛋白磷酸酶蛋白激酶（protein kinase）能将磷酸基团从供体转移至底物蛋白的氨基酸残基的一大类酶。分类：丝/苏氨酸蛋白激酶酪氨酸蛋白激酶组/赖/精氨酸蛋白激酶半胱氨酸蛋白激酶天冬/谷氨酸蛋白激酶MAPKmitogen activated protein kinase 丝/苏氨酸蛋白激酶。作用途径：被MAPKK磷酸化激

33、活，转移至核内，可使一些转录因子磷酸化，从而改变基因表达状态。作用：接受膜受体转换和传递的信号并将其带入细胞核内，参与细胞增殖、分化及调亡等多种细胞功能的调控。蛋 白 酪 氨 酸 激 酶蛋白酪氨酸激酶受体位于胞浆部分的蛋白酪氨酸激酶Src家族，包括Src, Fyn, Lck, Lyn等常与受体结合存在。ZAP70家族，包括ZAP70和Syk等。Tec家族，包括Btk, Itk, Tec等。JAK家族，包括JAK1, JAK2,JAK3等。位于核内的蛋白酪氨酸激酶Abl：存在于核内和胞浆，参与转录和细胞周期调节。Wee：调节cyclin2，调节细胞有丝分裂。Mechanism of Tyrosi

34、ne Kinase Receptors When the receptors aggregate, the tyrosine kinase domains phosphorylate the C terminal tyrosine residues. This phosphorylation produces binding sites for proteins with SH2 domains. GRB2 is one of these proteins. GRB2, with SOS bound to it, then binds to the receptor complex. This

35、 causes the activation of SOS.SOS is a guanyl nucleotide-release protein (GNRP). When this is activated, it causes certain G proteins to release GDP and exchange it for GTP. Ras is one of these proteins. When ras has GTP bound to it, it becomes active. Activated ras then causes the activation of a c

36、ellular kinase called raf-1.Raf-1 kinase then phosphorylates another cellular kinase called MEK. This cause the activation of MEK. Activated MEK then phosphorylates another protein kinase called MAPK causing its activation. This series of phosphylating activations is called a kinase cascade. It resu

37、lts in amplification of the signal. Among the final targets of the kinase cascade are transcriptions factors (fos and jun showed here). Phosphorylation of these proteins causes them to become active and bind to the DNA, causing changes in gene transcription. 蛋白质相互作用的调控结合元件SH2结构域（src homology 2 domai

38、n），介导信号分子与含磷酸酪氨酸蛋白分子的结合。SH3结构域(src homology 3 domain），介导信号分子与富含脯氨酸的蛋白分子结合。PH结构域（Pleckstrin homology domain），其功能尚未确定。PTB结构域(protein tyrosine binding domain),识别一些磷酸酪氨酸的基序。From Src Homology domains to other signaling modules: proposal of the protein recognition codeMarius Sudol Oncogene 1998 Sep 17;17(

39、11 Reviews):1469-74Abstract The study of oncogenes has illuminated many aspects of cellular signaling. The delineation and characterization of protein modules exemplified by Src Homology domains has revolutionized our understanding of the molecular events underlying signal transduction pathways. Sev

40、eral well characterized intracellular modules which mediate protein-protein interactions, namely SH2, SH3, PH, PTB, EH, PDZ, EVH1 and WW domains, are directly involved in the multitude of membrane, cytoplasmic and nuclear processes in multicellular and/or unicellular organisms. The modular character

41、 of these protein domains and their cognate motifs, the universality of their molecular function, their widespread occurrence, and the specificity as well as the degeneracy of their interactions have prompted us to propose the concept of the protein recognition code. By a parallel analogy to the uni

42、versal genetic code, we propose here that there will be a finite set of precise rules to govern and predict protein-protein interactions mediated by modules. Several rules of the protein recognition code have already emerged. 第二节 主要细胞信号转导途径及其作用机制细胞内受体的信号转导过程离子通道型受体及其信号转导G蛋白偶联型受体及其信号转导单次跨膜受体介导的信号转导细胞

43、信号转导过程的基本规律细胞信号转导过程的基本规律细胞信号转导过程中信号的发生和终止细胞信号转导过程中信号的级联放大效应细胞信号转导途径的通用性和特异性不同信号转导通路的交叉联系细胞内受体（转录因子）激素受体复合物DNA激素反应元件（HRE）开放或关闭下游基因细胞内受体的信号转导过程激素基本转录因子热休克蛋白离子通道型受体及其信号转导配体主要为神经递质作用：导致细胞膜电位改变乙酰胆碱受体组成：5个高度同源的亚基构成，即 2每个亚基都是四次跨膜蛋白。乙酰胆碱的结合部位位于亚基。Nippon Rinsho 2002 Feb;60(2):222-9Signal transduction mechani

44、sms of hormones through membrane receptorsYasufuku-Takano J, Takano K. Hormones exert their effect on cells either via membrane receptors or intracellular receptors. This paper aims to review membrane receptors and the intracellular signal transduction mechanisms. Membrane receptors could be classif

45、ied according to their structural characteristics and the way they initiate the intracellular signal transduction. These include 1) Seven transmembrane(or G-protein coupled) receptors-heterotrimeric G-proteins-effector, system, 2) Receptor tyrosine kinases-protein-protein interaction through SH2, SH

46、3, and PTB domain-MAP kinase cascades and PI3-kinase pathways, 3) Cytokine receptors-JAK-STAT pathways, 4) Receptors of the TGF- beta superfamily-SMAD pathways, 5) Apoptosis-related receptors-caspase pathways, and 6) ligand-gated ion channels. There are growing knowledge of cross-talks between these

47、 pathways. It is being recognized that steroid hormones have distinct membrane receptors, which mediate rapid, nongenomic effect.G蛋白偶联型受体及其信号转导配体与受体结合激活G蛋白激活或抑制效应分子效应分子改变细胞内小分子物质的含量和分布（小分子物质不位于能量代谢的中心，浓度和分布改变迅速）小分子物质作用于靶分子（主要为各种蛋白激酶）改变代谢过程及基因表达靶分子蛋白激酶蛋白激酶A：cAMP依赖的蛋白激酶，作用于糖脂代谢相关的酶、离子通道和某些转录因子。蛋白激酶G：c

48、GMP依赖的蛋白激酶，在脑和平滑肌中含量较丰富。蛋白激酶C：是DAG、IP3、Ca2+等的靶分子，在细胞生长分化的调控中起到重要作用。钙调蛋白依赖性蛋白激酶：钙离子的重要靶分子钙调蛋白（calmodulin, CaM）,对于平滑肌的运动、神经递质的合成、细胞分裂等多种功能有调节作用。G种类效应分子细胞内信使靶分子sAC活化cAMPPKAiAC抑制cAMPPKAq磷脂酶c活化Ca2+, IP3, DAGPKCtcGMP磷酸二酯酶活化cGMPNa+通道关闭G蛋白的亚基的效应分子及其功能X（一）膜受体1、环状受体：配体依赖性离子通道2、七个跨膜受体3、单个跨膜螺旋受体X第三节 信息的传递途径 一、膜

49、受体介导的信息传递 cAMP-蛋白激酶A途径：Ca2+-依赖性蛋白激酶途径cGMP-蛋白激酶途径 酪氨酸蛋白激酶（TPK）途径核因子-B途径 二、胞内受体介导的信息传递cAMP-蛋白激酶A途径G蛋白的调节cAMP的生成与降解cAMP的作用机制PKA的作用 肾上腺素能受体 胰高血糖素受体激活Gs增加AC活性cAMPPKA促进心肌钙转运心肌收缩性增强增加肝脏糖原分解进入核内PKA激活靶基因转录 (一) 腺苷酸环化酶途径肾上腺素+受体肾上腺素-受体复合物PKAcAMP磷酸化酶b激酶磷酸化酶a糖原合成酶ATP磷酸化酶b磷蛋白磷酸酶糖原合成糖原分解血糖肾上腺素对糖代谢的调节G蛋白AC(促肾上腺皮质激素)

50、(胰高血糖素)(嗅觉）（前列腺素）（5-羟色氨）（生长激素抑制素）Ca2+-依赖性蛋白激酶途径 在收缩、运动、分泌和分裂等复杂的生命活动中，需要Ca2+参与，胞浆内Ca2+浓度在0.01-1mol/L比细胞外Ca2+浓度（约2.5mmol/L）低得多。IP3、Ca2+钙调蛋白激酶途径与Gq结合PLC质膜上的磷脂酶肌醇二磷酸（PIP2）IP3DG肌浆网上的IP3操纵的钙通道开放释放钙离子作为第二信使调节细胞多种功能与钙调蛋白结合发挥生物学效应1肾上腺素能受体内皮素受体血管紧张素受体(嗅觉的) DG-蛋白激酶C途径DG+Ca2+PKC活化细胞膜Na+/H+交换蛋白磷酸化 磷酸化转录因子（AP-1、

51、NF-B）H+外流增加、Na+内流增加促进靶基因转录鸟苷酸环化酶信号转导途径(此途径多存在于心血管系统与脑组织内)激活胞浆可溶性心钠素脑钠素激活膜结合性GTP cGMP激活PKG磷酸化靶蛋白引起血管舒张等生物学效应鸟苷酸环化酶（GC）膜结合型GC胞浆可溶型GC单次跨膜受体介导的信号转导单次跨膜受体的分类：细胞因子受体I类细胞因子受体II类细胞因子受体TNF受体家族抗原受体蛋白丝氨酸激酶蛋白酪氨酸激酶受体PDGF受体家族（platelet-derived growth factor, stem cell factor, colony-stimulating factor）EGF受体家族（epid

52、ermal growth factor）FGF受体家族（fibroblast growth factor）IGF受体家族（insulin-like growth factor-1）HGF受体家族（hepatocyte growth factor）VEGF受体家族（vascular endothelial growth factor）几种单次跨膜受体介导的信号转导表皮生长因子受体介导的信号转导途径淋巴细胞抗原受体介导的信号转导途径干扰素受体介导的信号转导途径转化生长因子受体介导的信号转导途径活化受体TPK结合生长因子后，受体TPK 二聚化 导致自身磷酸化Grb2含有SH2区的生长因子连接蛋白SH

53、3SOS吸引到细胞膜RasGDP 活化Raf(MAPK、K、K)激活MEK(MAPKK)胞浆蛋白磷酸化进入核促进靶基因转录EGF、PDGF等生长因子RasGTP(有活性)1.经Ras蛋白活化丝裂原蛋白激酶(一)受体酪氨酸蛋白激酶途径 2. 经PLC激活蛋白酶C活化受体TPK激活PLCPIP2 IP 3 DGCa2+PKCRaf(MAPK、K、K)ERK 靶基因转录(一)受体酪氨酸蛋白激酶途径以干扰素为例说明INF +受体胞浆内的酪氨酸蛋白激酶（JAK激酶）结合并磷酸化JAK激酶结合并磷酸化STAT(信号转导和转录激活因子)入核诱导靶基因表达促进多种蛋白合成，进而增强细胞抵御病毒感染能力。(二)

54、 非受体酪氨酸蛋白激酶信号转导途径 (non-receptor tyrosine kinases passway)受体本身无酪氨酸蛋白激酶活性，常见的配体为一些细胞因子，如白介素（IL)、干扰素（INF）、红细胞生成素等。以干扰素为例说明IFN Signal Passway核因子-B途径(NFB) 核因子-B（nuclear factor-B, NF-B ）途径体系主要涉及机体防御、组织损伤和应激、细胞分化和凋亡及肿瘤生长抑制过程的信息传递。二、胞内受体介导的信息传递信号转导的抑制和终止 信号的终止 1、受体与配体的解离 2、 膜受体的内化降解：由于膜受体的内化降解可导致受体的数量减少，称为受

55、体的向下调节（down-regulation） 3、 激活的G蛋白或小G蛋白转为失活型 4、 在蛋白磷酸酶作用下失活 信号转导的抑制和终止信号转导蛋白的抑制和信号通路间的拮抗 1、 存在具有抑制性作用的受体和信号转导成分。 2 、信号转导通路的负反馈调节第三节 细胞信号转导研究的方法和医学中的意义细胞信号转导异常与疾病研究方法信号转导药物细胞损伤和应激反应中的信号转导 应激激活的信号转导通路： 1、应激原：物理性因素，化学性因素，生物性因素 2、应激激活的信号转导通路：MAPK 家族（SAPK/JNK，P38） 应激激活的信号转导通路的靶蛋白 胞浆蛋白，PLC,PLA，表皮生长因子受体，转录因

56、子 应激激活的信号转导通路的效应 1、产生非特异性防御反应 2、促进细胞增殖分化 3、产生特异性防御反应 4、在细胞凋亡中起作用 血管平滑肌增殖性疾病 正常VSMC：非增殖性的收缩表型 病理VSMC：合成表型，分泌激素，自身肥大、增殖 （一）作用于VSMC的胞外信息分子 1 生物化学性因素： 激素、细胞因子、生长因子 2 机械性因素： 切应力、牵张力 （二）机械性因素引起的信号转导 1 整合素（intergrins)介导的信号转导 机械刺激 细胞外蛋白与整合素相连 改变细胞骨架结构 激活细胞内信息分子 2 离子通道 3 MAPKS 机械刺激同时激VSMC中ERK和SAPK/JNK途径，引起VS

57、MC肥大与增殖。心肌肥大机械刺激的感受器 1、离子通道 2、整合素 3、PTK 机械刺激的信号转导途径 1、磷脂酶类 2、 MAPKs联级反应 3、 生长因子分泌 Alterations in G protein and MAP kinase signaling pathways during cardiac remodeling in hypertension and heart failure. Hypertension NLM - MEDLINE; Apr 2003; Kacimi R; Gerdes AM; The present study was undertaken to elu

58、cidate the G-protein and mitogen-activated kinase (MAP kinase) coupled signaling profile in a genetic model of hypertension and congestive heart failure (CHF) that mimics similar disease in humans. At the receptor level, Ang II type 1 receptor (AT1R) increased in left ventricular hypertrophy (LVH) a

59、nd reverted to normal in CHF, whereas there was a downregulation of the Ang II type 2 receptor (AT2R) in CHF. At the transducer level, Galphaq and Galpha12 protein levels were unchanged during LVH but decreased significantly in CHF. In contrast, Gbeta and Galpha13 protein content were markedly upreg

60、ulated in CHF. Furthermore, using phospho-specific antibodies in Western blots and in vitro kinase assays, we found at the effector level an upregulation of the small G-protein Rac1 activity during LVH but a decrease during CHF. In parallel, small G-protein Rho activity was significantly increased d