第八章 细胞信号转导.ppt

1、第八章 细胞信号转导, 基本概念 细胞通讯与细胞识别 细胞的信号分子与受体 细胞内受体介导的信号转导 G-蛋白偶联受体介导的信号转导 酶连受体介导的信号转导 信号的整合与控制,一、细胞通讯与细胞识别,细胞通讯（cell communication） 细胞识别（cell recognition）,细胞通讯（cell communication）,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。细胞间的通讯对于多细胞生物体的发生和组织的构建，协调细胞的功能，控制细胞的生长、分裂、分化和凋亡是必须的。 细胞通讯方式： 分泌化学信号进行通讯 内分泌（endocrine） 旁分泌（paracr

2、ine） 自分泌（autocrine） 如肿瘤细胞释放生长因子刺激自身。 化学突触（chemical synapse） 接触性依赖的通讯 细胞间直接接触，信号分子与受体都是细胞的跨膜蛋白。 在胚胎发育过程中对组织内相邻细胞的分化具重要作用。 间隙连接（或胞间连丝）实现代谢偶联或电偶联,细胞识别（cell recognition）, 概念： 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，进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。 信号通路（signaling pathway） 细胞识别是通过各种不同的信号通路实现的。 细胞接受外界信号，通过一整套特定

3、的机制，将胞外信号转导为胞内信号，最终调节特定基因的表达，引起细胞的应答反应，这种反应系列称之为细胞信号通路。,二、细胞的信号分子与受体, 信号分子（signal molecule） 亲脂性信号分子 甾类激素与甲状腺素。 亲水性信号分子 包括神经递质、生长因子、局部化学递质、大多数激素。 气体性信号分子(NO) 受体（receptor） 多为糖蛋白。 第二信使（second messenger） 目前公认的有cAMP、cGMP、IP3（三磷酸肌醇）、DG（二酰基甘油）等。 分子开关（molecular switches）,细胞内受体: 为胞外亲脂性信号分子所激活 激素激活的基因调控蛋白（胞内受

4、体超家族） 细胞表面受体: 为胞外亲水性信号分子所激活 细胞表面受体分属三大家族： 离子通道偶联的受体（ion-channel-linked receptor） G-蛋白偶联的受体（G-protein-linked receptor） 酶偶连的受体（enzyme-linked receptor）,受体的功能： 介导物质跨膜运输(受体介导的内吞作用) 信号转导：受体的激活（activation） （级联反应）； 受体失敏（desensitization） 关闭反应； 减量调节（down-regulation） 降低反应。,第二节 细胞内受体介导的信号转导, 甾类激素介导的信号通路 两步反应阶段：

5、 初级反应阶段：直接活化少数特殊基因转录，发生迅速； 次级反应：初级反应产物再活化其它基因产生延迟的放 大作用。 一氧化氮介导的信号通路 血管内皮细胞和神经细胞是NO的生成 细胞。,第四节 酶连受体介导的信号转导, 受体酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信号通路 细胞表面其它与酶偶联的受体 细胞表面整联蛋白介导的信号转导,（3）G蛋白偶联受体介导离子通道的调控, 离子通道偶联受体及其信号转导 信号途径 特点： 受体/离子通道复合体，四次/六次跨膜蛋白 跨膜信号转导无需中间步骤 主要存在于神经细胞或其他可兴奋细胞间的突触信号传递 有选择性：配体的特异性选择和运输离子的选择性 G蛋白偶联受体介导的离子

6、通道及其调控,第三节 G-蛋白偶联受体介导的信号转导, G蛋白耦联受体的结构与激活 G蛋白耦联受体所介导的信号通路,二、G蛋白耦联受体所介导的信号通路, cAMP信号通路 磷脂酰肌醇信号通路 G蛋白耦联受体介导离子通道的调控,二、细胞表面其它与酶偶联的受体, 受体丝氨酸/苏氨酸激酶 受体酪氨酸磷酸酯酶 受体鸟苷酸环化酶（ANPs-signals） 酪氨酸蛋白激酶联系的受体 两大家族： 一是与Src蛋白家族相联系的受体； 二是与Janus激酶家族联系的受体。 信号转导子和转录激活子（signal transducer and actvator of transcription，STAT）与JAK

7、-STAT途径。,（1）cAMP信号通路,反应链 激素G-蛋白偶联受体G-蛋白腺苷酸环化酶cAMPcAMP依赖的蛋白激酶A基因调控蛋白基因转录。 组分及其分析 效应酶腺苷酸环化酶 GPLR的失敏（desensitization）与减量调节 细菌毒素对G蛋白的修饰作用,GPLR的失敏 例：肾上腺素受体被激活后，10-15秒cAMP骤增，然后在不到1min内反应速降，以至消失。 受体活性快速丧失（速发相）-失敏（desensitization） 机制：受体磷酸化 受体与Gs解偶联，cAMP反应停止并被P降解。 两种Ser/Thr磷酸化激酶： PKA 和肾上腺素受体激酶（ ARK）， 负责受体磷酸化

8、； 胞内协作因子扑获蛋白（ arrestin）-结合磷酸化的受体，抑制其 功能活性（ arrestin 已克隆、定位11q13）。 反应减弱（迟发相）-减量调节（down-regulation） 机制：受体-配体复合物内吞，导致表面受体数量减少，发现 arrestin 可直接与Clathrin结合，在内吞中起adeptors作用； 受体减量调节与内吞后受体的分选有关。,（2）磷脂酰肌醇信号通路, “双信使系统”反应链： 胞外信号分子G-蛋白偶联受体G-蛋白 IP3胞内Ca2+浓度升高Ca2+结合蛋白(CaM)细胞反应 磷脂酶C(PLC) DG激活PKC蛋白磷酸化（短期生理效应与长期生理 效应）

9、或促Na+/H+交换使胞内pH P3/DAG/Ca2+信号的终止,一、受体酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信号通路, 受体酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinases，RTKs） 包括6个亚族 信号转导：配体受体受体二聚化受体的自磷酸化 激活RTK胞内信号蛋白启动信号传导 RTK- Ras信号通路： 配体RTK adaptor GRFRas（原癌基因c-ras 表 达产物）Raf（MAPKKK）MAPKKMAPK进 入细胞核其它激酶或基因调控蛋白（转录因子）的磷 酸化修钸。 G蛋白偶联受体介导的MAPK的激活 RTKs的失敏（desensitization）,G蛋白偶联受体介导

10、的MAPK的激活 MAPK（Mitogen-activated protein kinase）又称ERK（extracelular signal-regulated kinase）-真核细胞广泛存在的Ser/Thr蛋白激酶。 MAPK的底物：膜蛋白（受体、酶）、胞浆蛋白、核骨架蛋白、及多种核内或胞浆内的转录调控因子-在细胞增殖和分化中具有重要调控作用。 PTX敏感性G蛋白（Gi，Go）的亚基依赖于Ras激活MAPK，具体机制还有待深入研究。 PKC、PLC与G蛋白偶联受体介导的MAPK激活 PKC和PLC 参与G蛋白偶联受体激活MAPK ： G蛋白偶联受体激活G蛋白； G蛋白亚基或 亚基激活P

11、LC，促进膜磷脂代谢； 磷脂代谢产物（ DAG + IP3 ）激活PKC； PKC 通过Ras 或 Raf 激活MAPK ； 由于PKC对钙的依赖性不同，所以G蛋白偶联受体 MAPK途径对钙要 求不同； PKA对G蛋白偶联受体 MAPK途径的负调控 迄今未发现和制备出MAPK组成型突变（dominant negative mutant），提示细胞难于忍受MAPK的持续激活（MAPK的去活是细胞维持正常生长代谢所必须）。主要机制：特异性的Tyr/Thr磷脂酶可选择性地使MAPK去磷酸化，关闭MAPK信号。 cAMP ， MAPK ；cAMP直接激活cAMP依赖的PKA；PKA可能通过RTK或通过

12、抑制Raf-Ras相互作用起负调控作用。,RTKs的失敏 催化性受体的效应器位于受体本身，因此失敏即酶活性速发抑制。 机制：受体的磷酸化修饰。EGF受体Thr654的磷酸化导致RTK活性的 抑制，如果该位点产生Ala突变，则阻止活性抑制，后又发现C 端的Ser1046/7也是磷酸化位点。磷酸化位点所在的C端恰好是 SH2蛋白的结合部位。 引起受体磷酸化的激酶 PKC-作用于Thr654； CaMK2（Ca2+和CaM依赖的激酶2）-作用于Ser1046/7 还发现：EGF受体是CDK的靶蛋白，提示和周期调控有关。 RTK晶体结构研究表明， RTK激活后形成稳定的非抑制性构象；磷酸化修饰后，形成

13、抑制性构象，引起失敏。 RTK失敏对细胞正常功能所必须，RTK 的持续激活将导致细胞生长失控。,三、由细胞表面整合蛋白介导的信号传递, 整合蛋白与粘着斑 粘着斑是相当复杂的大分子结构，包括细胞外成分 、细胞质膜、胞质溶胶蛋白、细胞骨架的肌动蛋白纤维。 导致粘着斑装配的信号通路有两条 粘着斑的功能： 一是机械结构功能； 二是信号传递功能 通过粘着斑由整合蛋白介导的信号传递通路： 由细胞表面到细胞核的信号通路 由细胞表面到细胞质核糖体的信号通路,第五节 信号的整合与控制, 细胞对信号的整合 细胞对信号反应表现收敛（convergence）或发散（divergence） 的特点 蛋白激酶的网络整合信

14、息 信号网络系统的cross talk（交叉对话） 细胞对信号的控制 信号的解除与终止：受体脱敏 （1）逐渐降低表面受体的数目（胞吞） （2）受体快速脱敏（受体被磷酸化或与其他蛋白结合） （3）下游信号蛋白发生变化，使通路受阻； 或形成受体-配体复合物不能诱导正常细胞反应。,GPLR：种类繁多，真核细胞普遍表达（7次跨膜）。 信号分子包括：感觉信 号（光、嗅、声等）、 激素、神经递质等。 GPLR的效应器： AC、PLC、PLA2、 GRK（ GPLR 激酶）、PDE、PI3K、离子通道 等。,（A）细胞内受体蛋白作用模型; （B）几种胞内受体蛋白超家族成员,Regulation of con

15、tractility of arterial smooth muscle by NO and cGMP,乙酰胆碱N受体（260KD） 外周型：5个亚基组成（2） 调节主要为亚基变化 通道开启：Na+ 内流，K+ 外流，膜去极化。,GPLR的C端富含Ser 和Thr磷酸化位点 -受体磷酸化失敏机制,亚基-被异戊酰化（isoprenylated）修饰连在膜上； 亚基-被豆蔻酸化（myristoylated）修饰连在膜上。,DAG激活蛋白激酶C：PKC位于细胞 质，Ca2+浓度升高时PKC转位到质 膜内表面，被DG活化。 IP3开启胞内IP3门控钙通道：Ca2+ 浓度升高，激活钙调蛋白，CaM将 靶

16、蛋白（如：CaM-Kinase）活化。,Src: 酪氨酸激酶 Grb2: 接头蛋白 Sos: 胞内鸟氨酸 释放蛋白,Converge on Ras,RTK,GLR,Ligand,Ligand,PLC,Ras,AC,GP,Raf,DAG,IP3,cAMP,MAPKK,MAPK,Transcription Factors,PKC,Ca2+,CaMK,PKA,PM,Signals transmitted from the EGF receptor can diverge along several distinct pathways.,An example of crosstalk between two major signaling pathways,cAMP的合成与降解 cAMP特异性地激活cAMP依赖的蛋白激