细胞通讯和细胞信号转导的分子机制
Download
Report
Transcript 细胞通讯和细胞信号转导的分子机制
细胞间通讯与信号转导
重点是模式、共同的通路，而不是
具体的细节
信号转导的级联反应是细胞的神经系统
非常重要的概念
信号转导是非线性的，应该把信号转导理解为web
细胞间通讯
直接通讯
缝隙连接
细胞膜表面接触
间接通讯
信号转导
缝隙连接
两个邻近细胞的距离是2-3nm
连接子：6个连接蛋白单体形成的亲水性
通道
连接相邻两个细胞的细胞浆
缝隙连接的意义
相邻的两个细胞通过共享一
些特殊的小分子从而快速、
协调对外界信号做反应
糖原分解
胰高血糖素
肝细胞
膜表面接触
T细胞的活化
T 细胞表面有TCR识别APC表面的AgMHC
T细胞表面的CD28识别APC表面的B7
T细胞活化
T细胞表面TCR和
CD28
APC表面的Ag-MHC和
B7
化学信号介导的通讯
信号转导的基本原则
接收信号
扩增信号
在蛋白水平或蛋白联系的
变化
在所有水平的可能的特异
性
可能的反馈作用
在很多通路、不同生物体
的保守性
SIGNAL
SIGNAL
TRANSDUCTION
GROWTH
SURVIVAL
DIFFERENTIATION
MIGRATION
PROLIFERATION
化学信号的分类
Neural transmitter
Endocrine
Autocrine and
paracrine
Name
Neural transmitter
Hormone
Cytokine
Working distance
nm
M
um
Receptor
Membrane
Membrane or
intracellular
membrane
examples
Acetylcholine
Insulin
EGF, PDGF
glutamine
Growth hormone
“细胞信号转导回路由一个调制的工具盒组成
的，包括激酶、磷酸酶， GTPase和相互作用
的功能域
Curr. Opinion Struct. Biol. 14: 690 (2004)
调制的工具盒
信号分子
第二信使
蛋白活性的开关系统
蛋白激酶和磷酸酶
G蛋白的开关系统
异源三聚体G蛋白和小分子G蛋白（Ras,GEF，
GNRP,GDI)
转导复合体
衔接蛋白和支架蛋白
第二信使
概念：细胞内快速产生的弥散性的小分子，能够活化
效应蛋白，是信号转导接连反应的一个成分
Ca2+,DAG,Cermide,IP3,cGMP,cAMP
异源三聚体G蛋白
G蛋白由 a, b, g.三个亚基构成的。
a亚基
哺乳细胞中a亚基的种类和效应
Ga
effectors
Intracellular messengers
Intracellular target
as
AC activity↑
cAMP ↑
PKA ↑
ai
AC activity↓
cAMP ↓
PKA↓
aq
PLC activity↑
Ca2+, IP3, DAG ↑
PKC ↑
at
cGMP-PDE↑
cGMP ↓
Na+ channel close
G蛋白能够活化cAMP形成的叫激动性G蛋白，表示为Gs.
Gs能被肾上腺素和胰高血糖素激活
衔接蛋白
概念：信号转导通路中的接头蛋白，连接上下游信号分子，本身不具备酶的活性，介导蛋白蛋白之间的相互作用
蛋白相互作用的功能域和模序
Name
abbreviation
Src homology 2
SH2
Src homology 3
SH3
Pleckstrin homology
PH
Protein tyrosine binding PTB
binding motif
phosphotyrosine containing motif
proline rich motif
phospholipids
phosphotyrosine containing motif
支架蛋白
概念：信号转导途径的关键调控者，含有多个功能域，能和信号通路上的多个蛋白相互
作用形成复合体，使复合体位于细胞内特定的部位。
信号在细胞内的转换和传递机制
第二信使的浓度或者细胞内的定位发生
变化
信号转导分子的构象发生变化
蛋白分子的细胞定位发生变化
蛋白分子的细胞内水平调节
细胞内受体
糖皮质激素受体
transcription activating
DNA binding
hormone binding
激素反应元件：在基因启动子区域内的DNA序列，能与特定的激素受体结合调节转录。
这个元件通常由3个核苷酸间隔的反向重复序列构成.
Hormone
Cortex
Estrogen
thyroxine
DNA sequence recognized by receptors
5’AGAACAXXXTGTTCT3’
3’TCTTGTXXXACAAGA5’
5’AGGTCAXXXTGACCT3’
3’TCCAGTXXXACTGGA5’
5’AGGTCATGACCT3’
3’TCCAGTACTGGA5’
激素的特点
高度的特异性
高度的亲和性
可逆性
可饱和性
激素的分类
膜受体
配体依赖的离子通道
G蛋白偶联受体
单跨膜的酶联受体
细胞内受体
Regulators: neurotransmitter
Effect: ion channel open or close, altered
membrane permeability
2 GPCRs
配体：生物胺，光，味，脂类衍生物，肽
结构：
20-25aa组成的7个跨膜域
细胞内的环2-3结合G蛋白
细胞外的环2-3形成S-S
C末端有一个保守的半胱氨酸
N末端可以发生糖基化
NH2
E1
I
II
III
IV
D
R
Y
I1
E3
E2
D
VI
V
I
I2
VII
K
K
L
K
K
OUT
I3
K
IN
Q
N
HOOC
信号由G蛋白偶联受体传递给G蛋白
在人的基因组中大概有800个不同的GPCR。
hormone
signal
outside
GPCR
Gabinds GTP, &
水解成 GDP +
Pi.
plasma
membrane
agga
AC
GDP bbGTP
GTP
GDP
cytosol
ATP cAMP + PP i
a & g 亚基通过共价脂键把G蛋白固定于质膜的胞浆面
Adenylate Cyclase (AC) 是一个跨膜蛋白，其胞浆域具
有催化位点
hormone
signal
outside
GPCR
plasma
membrane
Gb,g 抑制Ga.
agga
AC
GDP bbGTP
GTP
GDP
cytosol
ATP cAMP + PP i
激素活化cAMP的信号的事件顺序:
1. 初始 Ga 结合 GDP, a,b, & g 亚基形成一个无活
性的复合体
hormone
signal
outside
GPCR
plasma
membrane
agga
AC
GDP bbGTP
GTP
GDP
ATP
cytosol
cAMP + PP i
2. 激素结合GPCR引起构象改变，并把此信号传递给
G蛋白。G蛋白构象改变，释放GDP，结合GTP。
hormone
signal
outside
GPCR
plasma
membrane
agga
AC
GDP bbGTP
GTP
GDP
ATP
cytosol
cAMP + PP i
3. Ga-GTP 与 bg 复合体解离，结合并活化腺苷酸环
化酶
hormone
signal
outside
GPCR
plasma
membrane
agga
AC
GDP bbGTP
GTP
GDP
ATP
cytosol
cAMP + PP i
4. Adenylate Cyclase催化 cAMP生成.
信号的关闭
1. Ga 水解 GTP to GDP + Pi. (GTPase).
GDP-Ga 再结合 bg 复合体.
AC失活.
2. 磷酸二酯酶水解
cAMP AMP.
3. 受体发生脱敏，在不同的激素中脱敏过程
不同的
一些受体通过受体特异的激酶发生磷酸化.
磷酸化的受体结合beta休止蛋白，通过
clathrin介导的内吞而促进受体的清除.
4. 蛋白磷酸酶通过水解PKA的磷酸基而使信
号关闭.
GPCR 介导的信号转导
cAMP-PKA pathway
cGMP-PKG pathway
DAG/IP3-PKC pathway
Ca2+-CaM pathway
基因组20%编码信号转导的蛋白
>500个基因编码激酶
>90个激酶是酪氨酸激酶，其中一半是受
体
3 酶联的单跨膜受体
种类
受体型蛋白酪氨酸激酶
蛋白酪氨酸激酶偶联受体
受体型蛋白酪氨酸磷酸酶
受体型丝氨酸/苏氨酸激酶
受体型鸟苷酸环化酶
1、EGFR/IRS-1-Ras-MAPK pathway
EGFR--PI-3K pathway
PKB
PDK1
2 JAK-STAT pathway
配体: 细胞因子
受体: 没有酶活性
JAK: Janus 激酶
STAT:信号转导分子和转录激动
子
JAK 和 STAT结构
g-interferon 受体介导的信号转导
g-干扰素受体介导的信号转导
3 TGF-beta 通路
受体: 丝氨酸激酶活性
Smad: drosophila Mother against
dpp(mad) and C.elegan Sma
TNFa-pathway
NF-kappaB ,p38 MAPK and JNK pathway
信号转导功能与医学
RPTK和原癌基因
EGF-R， IGF1-R，HGF-R ….
可能的机制
受体胞外域的缺失
激酶域的点突变
跨膜域的点突变
基因重组 : 突变的 NGF-R，跨膜部分插入胞浆