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高级生物化学,（细胞信号转导部分）,李文哲liwenzhe46hotmail生物化学教研室407,第一节概述,主要内容,第二节细胞信号转导体系,第三节细胞信号转导通路,第四节不同细胞信号通路之间的相互联系,生物体的生长发育遗传信息和环境变化信息,个体发育,遗传密码转录及翻译,调节,第一节概述,基因组测序的成功标志着生命科学研究进入了新的时期,人类基因组计划20世纪科学史三大里程碑之一,后基因组时代,决定生物复杂性的根本原因在于，基因是如何表达和被管理的。例如黑猩猩的基因只与人类的基因有不到的差别，但两者的差距却是天壤之别，关键就在于基因的表达和管理。,从DNARNA蛋白质的问题远比想象复杂,后基因组时代生命科学的研究焦点是对多细胞生物的高层次生命现象的解释。在生物体内参与细胞识别过程中的信号分子和受体的种类繁多，形成细胞信号网络系统（network），因此，细胞信号转导的研究是必不可少的。,细胞信号转导(SignalTransduction):细胞通过相应的受体接受外界的信息（激素、神经递质、细胞因子、药物等），经细胞内信息传递、放大而引起生物学效应,细胞信号转导概念,研究内容是阐明与各种信号分子（包括物理，化学，生物等）有关的信号传递途径及由此组成的信号传递网络。,细胞信号转导在医学研究中的地位,物质代谢物质代谢网络能量代谢能量代谢网络信息交流信息交流网络,信息,物质,能量,生命,从分子水平讲，一切生命现象的基础是生物大分子的活动,生命的基本问题是信息问题,我们如何知道自己的位置？我们如何从一个地方去到另一个地方？为何当我们在下次重复同样的路线时能够迅速查找到这些信息，在大脑中是如何对它们进行存储的？,2019诺贝尔生理学与医学奖,“发现了大脑中形成定位系统的细胞”,揭示了高等认知能力的细胞层面机制,1971年，约翰奥基夫(JohnOKeefe)发现了构成这一体系的第一个组成部分。他在大脑一个名叫“海马体”的区域发现一种特殊的神经细胞，当实验小鼠在房间内的某一特定位置时其中一部分这样的细胞总是显示激活状态。而当小鼠在房间内的其他位置时，另外一些细胞则显示激活状态。奥基夫认为这些是“位置细胞”，它们构成了小鼠对所在房间的地图。,莫瑟尔夫妇(May-Britt和EdvardMoser)更进一步，他们在临近海马体的大脑另一个名叫“内嗅皮层”的区域有了意外发现。他们注意到，当小鼠经过排列为六边形的多个地点时，其大脑中的部分神经细胞发生激活。这些细胞都会对特定的空间模式做出反应，它们整体上构成所谓“网格细胞”。这些细胞与位于海马体内的位置细胞相互协调，组成一个复杂而精细的定位坐标系统，从而让空间导航成为可能。它是我们大脑的“内置GPS”,细胞信号的主要类型,生物大分子的结构信号2.物理信号3.化学信号,形状与构象主要靠非共价弱键维持相对稳定,靠强大的共价键保持长期稳定,（1）蛋白质的结构信号,生物大分子的结构信号,主要表现为形状与构象，在分子识别过程中发挥重要作用,（2）糖复合物的结构信号,分散生长,接触抑制,接触抑制消失,糖被,唾液酸-2,3半乳糖,唾液酸-2,6半乳糖,禽流感病毒,人流感病毒,HA:红细胞凝集素,NA:神经氨酸酶,H1N1、H2N2、H3N2,H5N1,H7N7、H9N2,第一个可抑制流感病毒NA的抑制剂是2-脱氧-2,3-脱氢-N-乙酰神经氨酸(DANA）,神经氨酸酶抑制剂,500倍,100万倍,扎那他韦,奥司他韦,（3）核酸的结构信号,细胞,生物体,糖复合物,遗传信号传递系统：控制调节生物体生长发育，新陈代谢的最基本的信息流,2.物理信号,电场磁场声光辐射温度PH渗透压等,3.化学信号,细胞间通讯的信号分子细胞内通讯的信号分子,直接联系型细胞间通讯直接接触型细胞间通讯间接联系型细胞间通讯,一.直接联系型细胞间通讯,间隙连接（gapjunction）是一种允许离子和小于1.5KD分子通过的细胞间通道。,间隙连接,直接联系型细胞间通讯模型,间隙连接结构,连接蛋白,二.直接接触型细胞间通讯,效应细胞,靶细胞,直接接触型细胞间通讯模式,配体(ligand),受体(receptor),直接接触型通讯的生理意义,胚胎发育早期，细胞间主要依靠直接接触方式进行通讯。免疫反应，炎症反应及癌细胞转移过程中，免疫细胞活化，白细胞迁移等。体外细胞培养，细胞浓度依赖性生长，细胞聚团生长等。,三.间接联系型细胞间通讯,通讯的细胞之间相隔一定距离，依靠可溶性化学信号分子进行细胞间通讯联系，是细胞信号转导研究的重要内容。,内分泌途径神经传导途径旁分泌途径自分泌途径,（一）内分泌途径,由体内特殊的内分泌细胞分泌激素，经血液循环运送到全身各个部分，作用于相应的靶细胞。信号分子主要是激素。特点是缓慢，弥散，影响面广，后效深远。,内分泌途径间接联系型细胞间通讯,血液,内分泌细胞,靶细胞,靶细胞,胞内受体,受体,（二）神经传导途径,神经细胞分泌的神经递质，经神经纤维到达并储存于神经末梢。当有动作电位传至神经末梢时，神经递质进入突触间隙，作用于突触后膜受体。特点是迅速，集中，精确，专一。,神经细胞,靶细胞,突触,（三）旁分泌和自分泌途径,一些胞外化学信号分子如生长因子，细胞因子被分泌后很快被降解，只能对邻近的细胞或自身细胞起作用，这种细胞间通讯方式称旁分泌或自分泌。特点是距离近，持续时间短，特异性高。,效应细胞,靶细胞,旁分泌,自分泌,间接联系型细胞间通讯类型,自分泌途径,内分泌途径,神经传导途径,旁分泌途径,转导体,信号分子,受体,效应体,第二节细胞信号转导体系,一、信号分子,SignalMolecules,细胞外信号分子细胞内信号分子,凡是由细胞分泌的、能够调节特定靶细胞生理活动的化学物质都称为细胞外信号分子(extracellularsignalmolecules），或称为第一信使（firstmessenger）。,一、细胞外信号分子,类固醇激素：如皮质醇、醛固酮，性激素等含氮类激素：1.氨基酸衍生物：甲状腺素，肾上腺素2.小肽类：胰高血糖素，促乳素3.蛋白质：胰岛素，生长因子4.糖蛋白类：促甲状腺素，促黄体素5.脂类衍生物：如前列腺素气体分子：如NO，CO等,细胞外信号分子的分类,1.按照化学本质不同分为：,神经递质内分泌激素局部化学介质气体信号分子等,2.根据细胞分泌方式的不同分为,可溶性信号分子,膜结合型信号分子,细胞外基质类信号分子,1神经递质：,由神经元突触前膜释放的信息物质，可作用于突触后膜上的受体，传递神经冲动信号。作用时间较短,胆碱类：乙酰胆碱神经递质氨基酸类：r-氨基酸，谷氨酸氨基酸衍生物：5-羟色胺,（一）可溶性信号分子,是由特殊分化细胞合成并分泌的一类化学信号分子，这些物质通过血液进行转运，作用于特定的靶细胞，调节细胞的生理活动。,2内分泌激素（hormone）,作用时间较长,内分泌（endocrine）旁分泌（paracrine）自分泌（autocrine）,激素的作用方式,内分泌,旁分泌,自分泌,局部化学介质又称为旁分泌信号细胞分泌的信息分子通过扩散而作用于邻近的靶细胞组胺、花生四烯酸（AA）等。作用时间较短,3局部化学介质,旁分泌,4.气体信号：,在心血管系统中有调节血管平滑肌张力,抑制血管平滑肌增殖等作用,对动脉粥样硬化病理形成和发展具有阻抑作用。,胱硫醚-r-裂解酶(CES),1.NO合酶（NOS）通过氧化L-精氨酸的胍基而产生NO2.血红素单加氧酶(HO)氧化血红素产生CO3.H2S是继NO和CO之后人们认识的第三个内源性气体信使,抗氧化系统,是一大类调节细胞生长，分化的胞外化学信号,5.生长因子（growthfactor，GF）,旁分泌,自分泌,表皮细胞生长因子（EGF）血小板衍生的生长因子（PDGF）肝细胞生长因子（HGF）成纤维细胞生长因子（FGF）神经细胞生长因子（NGF）血管内皮细胞生长因子（VEGF）胰岛素样生长因子（IGF）,生长因子的分类,生长因子,是一大类对细胞生长起负调作用的生长因子，作用是抑制细胞增殖，促进细胞分化，促进细胞外基质分子合成，促进血管壁和骨组织生成。,6.转化生长因子（TGF）,是免疫系统的信号分子，其作用是介导炎症反应和免疫应答反应。,7.细胞因子（cytokines）,白细胞介素干扰素肿瘤坏死因子趋化因子集落刺激因子,白细胞介素是由活化的白细胞或其它细胞分泌的低分子量蛋白质。白细胞介素的功能极为多样，参与免疫和炎症反应。,（1）白细胞介素（interleukins）,（2）肿瘤坏死因子（tumornecrosisfactor),是一组具有抗肿瘤作用的细胞因子,能使肿瘤发生出血坏死而得名。,TNF-:,TNF-:,由活化的单核巨噬细胞、NK细胞、肥大细胞和T细胞产生。,由激活的T细胞产生，又称淋巴毒素,是一组具有抗病毒作用的细胞因子。,（3）干扰素（interferon）,由NK细胞产生无抗病毒活性，有较强的免疫调节作用,IFN-,IFN-,IFN-,由T，B淋巴细胞及单核细胞产生,由成纤维细胞产生,是一大类介导炎症反应的细胞因子。其主要作用是活化和趋化白细胞。其受体均为G蛋白偶联受体。,（4）化学趋化因子（chemokines）,：又称c-x-c亚家族。：又称c-c亚家族。：缺乏第1,3个半胱氨酸残基。：又称c-xxx-c亚家族。,化学趋化因子的分型,一级结构含有一个由四个半胱氨酸残基组成的保守区。根据N端第1,2个半胱氨酸残基的排列方式，分为，四个亚家族;,是一组刺激多能造血干细胞和不同分化发育阶段干细胞增殖分化的细胞因子，因能刺激相应细胞在半固体培养基上形成集落而得名。,（5）集落刺激因子（Colonystimulatingfactor）,集落刺激因子的分类,粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）粒细胞集落刺激因子（G-CSF）单核集落刺激因子（M-CSF）多系集落刺激因子（Muti-CSF）巨核细胞生长因子（MF）红细胞生成素（erthropoitin,EPO）血小板生成素（thrombopoitin,TPO）干细胞因子（stemcellfactor,SCF）,这类信号分子和相应受体分别存在于两个相互作用的细胞膜表面参与直接接触型细胞间通讯参与胚胎发育，淋巴细胞活化，炎症反应时白细胞黏附，变形及迁移。,（二）膜结合型信号分子,1参与胚胎发育的膜结合型信号分子,配体受体Boss蛋白（7跨膜蛋白）Sevenless（受体型酪氨酸蛋白激酶）Delta蛋白（单跨膜蛋白）Notch(金属蛋白酶依赖性受体）Ephrin（GPI锚定蛋白）Eph受体（酪氨酸蛋白激酶受体）MAG、Omgp、NogoNgR(GPI锚定蛋白受体，辅受体）,2白细胞分化抗原（CD）类膜结合信号分子,配体受体CD58（LFA-3）CD2（酪氨酸蛋白激酶偶联受体）CD22（B细胞表面抗原）CD45（酪氨酸蛋白磷酸酶受体）CD80/CD86（B7）CD28（酪氨酸蛋白激酶偶联受体）CD154（CD40L）CD40（TNF受体超家族）MHCIITCR/CD3复合物（CD3为酪氨酸蛋白激酶偶联受体）,Ag呈递细胞,辅助性T细胞,3细胞表面黏附分子类膜结合信号分子,一大类参与细胞与细胞间，细胞与基质间黏附，细胞活化及信号传递的分子统称。整合素家族（integrinfamily）免疫球蛋白超家族（IgSF）选择素家族(selectin)钙粘蛋白家族（cadherin）,（celladhesionmolecules,CAM）,（三）细胞外基质类信号分子,填充于细胞外间隙的一类糖蛋白或蛋白聚糖。在细胞间隙交织成网络结构，参与细胞相互识别连接，调节细胞生长、分化其受体是细胞表面黏附分子。,（extracellularmatrix,ECM）,纤连蛋白（fibronectin,Fn）层粘连蛋白（laminin,Ln）糖蛋白类玻连蛋白（vitronectin,Vn）骨桥蛋白（osteopontin,OP）ECM腱生蛋白（TenascinR,TN-R)聚糖类透明质酸肝素软骨素角质素皮肤素,细胞外基质分子分类,细胞骨格形成细胞移動,细胞増殖分化,细胞生存,纽蛋白,距蛋白,桩蛋白,局部粘附激酶,纤连蛋白,a3b1，a5b1,二、细胞内信号分子,在细胞内传递特定调控信号的化学物质称为细胞内信号分子。第二信使、第三信使、信号转导蛋白或酶等,（intracellularsignalmolecules）,1第二信使（secondarymessenger）,在细胞内传递信息的小分子化学物质称为第二信使。环核苷酸类：如cAMP和cGMP脂类衍生物：如DAG；神经酰胺，花生四烯酸无机物：如Ca2+、NO糖类衍生物：1,4,5-三磷酸肌醇（IP3）,细胞内重要的第二信使,细胞内能够传递特定信号的蛋白质或酶分子，常与其他蛋白质或酶构成复合体传递信息。小分子G蛋白及其调节蛋白，如GEF、GAP等信号连接蛋白，如Sos，Grb2等各种蛋白激酶和蛋白磷酸酶,2信号转导蛋白或酶：,3.第三信使（thirdmessenger）,负责细胞核内、外信号转导的物质称为第三信使，又称为DNA结合蛋白。第三信使是一类可与靶基因特异序列结合的蛋白，能调节基因的转录。如立早基因的编码蛋白质。,细胞信号转导概念,细胞信号的主要类型,细胞信号转导体系,二、受体,Receptor,与受体结合的各种细胞外信号分子称配体（ligand）,一，概念,细胞膜上或胞内能特异识别生物活性分子并与之结合，进而引起生物学效应的特殊蛋白质，或个别糖脂,电压门控离子通道受体(VGCs)离子通道受体配体门控离子通道受体(LGCs)信号门控离子通道受体(SGCs)G蛋白偶联受体(Gprotein-coupledreceptor,GPCR)酪氨酸蛋白激酶受体(RTPK)催化型受体丝/苏氨酸蛋白激酶受体(RSTPK)膜受体（PMR）鸟苷酸环化酶受体(RGC)酪氨酸蛋白磷酸酶受体(RPTP)细胞因子受体酪氨酸蛋白激酶偶联受体衔接蛋白偶联受体GPI锚定蛋白类受体其它类型受体Wnt受体Notch受体,核内受体（类固醇激素、甲状腺素、前列腺素）,二，受体类型,存在于神经，肌肉及腺体组织细胞膜上。维持膜内外离子浓度差，在稳定膜电位，神经信号传导，肌肉收缩，腺体分泌及电解质平衡等方面发挥重要作用。,（一）离子通道受体,根据通道开，关调控机制不同分为:,电压门控离子通道受体(VGCs)配体门控离子通道受体(LGCs)信号门控离子通道受体(SGCs),电压门控Na+通道电压门控Ca2+通道,1.胞外区没有配体结合部位。2.通道的开放受膜电位调控。3.结构特点是单个大分子多肽，每个分子含有四个同源重复序列。,（1）电压门控离子通道受体,乙酰胆碱受体5-羟色胺受体,1.由多个亚基组成2.含有配体结合部位，配体与通道胞外部分直接结合3.离子通道的开放，闭合直接受配体的调控，,（2）配体门控离子通道受体,受体胞内区含有与胞内信息分子结合区域。当细胞内信息分子（cGMP，cGMP）水平增高时，信息分子与受体胞内部分结合，调节离子通道开放。,（3）信号门控离子通道受体,G蛋白偶联受体为7次跨膜蛋白，其N端位于胞外侧，跨膜部分为疏水的螺旋，形成四个胞外环（E1E4）和四个胞内环（C1C4）。胞外环是与胞外信号分子结合部位，胞内环C3和C4是受体与G蛋白的偶联部位。,（二）G蛋白偶联受体（GPCR）,G蛋白偶联受体主要参与各种激素，化学趋化因子的信息跨膜转换过程。目前已发现有数百种化学信号分子由G蛋白偶联受体来传递信号。各种胞外信号分子作用于受体后，受体的化学信号由G蛋白进一步向胞内传递。G蛋白通过激活或抑制质膜内侧的能产生第二信使的酶或离子通道产生第二信使，将胞外信号转变为胞内信号。,PAR-2：RNNSKGRSLIGRLET/QTIYIPALNITTCHDVLPEEVLVG/,PredictedN-glycosylationsite,TL:tetheredliganddomainNT:NterminusICL:intercellularloopECL:extracellularloop,Schematicdiagramofproteinase-activatedreceptor2,TrypsincleavagesiteECL-2(ligandbindingdomain),Gproteinmediatedsignaltransduction,Nystedt,etal.1994,根据酶的催化性质不同，可将催化性受体分为酪氨酸蛋白激酶受体丝/苏氨酸蛋白激酶受体酪氨酸蛋白磷酸酶受体鸟苷酸环化酶受体,膜,三.催化型受体（catalycicreceptors）,是一大类具有酶活性的跨膜蛋白受体，由胞外区，跨膜区和胞内区三部分组成,疏水肽段,酶的催化活性,配体结合的部位,（一）酪氨酸蛋白激酶受体（receptortyrosineproteinkinase,RPTK）,EGFR:表皮生长因子受体家族,肝细胞因子受体家族（HGFR）,神经生长因子受体家族（NGFR）,成纤维细胞生长因子受体家族（FGFR）,血小板衍生的生长因子受体家族（PDGFR）,血管内皮细胞生长因子受体家族（VEGFR）,胰岛素和类胰岛素样生长因子受体家（OGFR）,盘状结构域受体家族（DDR）,UPO受体家族,Eph受体家族,血管生成素受体家族,Ret，Boss,胞外部分是与生长因子结合部位，胞内部分具有酪氨酸蛋白激酶活性。,受体与配体结合，受体形成二聚体。相互之间自身磷酸化，使效应蛋白酪氨酸残基磷酸化，产生生理效应。C末端磷酸化的酪氨酸残基可与细胞内含有SH2结构的信息分子结合，激活其它信号通路。,RPTK介导的信号跨膜转换机制,酪氨酸蛋白激酶受体介导的信号跨膜转导机制,ReceptorExpression,LigandBinding,Hetero/homo-dimerization,TKactivation&tyrosinephosphorylation,Signaltransduction,Receptorinternalization,Degradationorreexpression,P,P,P,P,Ras,Raf,MEK1/2,MAPK/ERK,Grb2,Sos,JAK,STAT1,STAT3,P13K,AKT,100,200,300,二聚体,多聚体,单体,配体：+-+,（二）丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶受体（ReceptorS/Tproteinkinase,RSTPK）,配体是转化生长因子超家族，又称TGF受体家族.TGF受体分型和II型两种。配体必须同时结合两型受体才能使受体活化，有20多个成员，TGF家族的每一个成员都有相对应的两个受体。,（三）酪氨酸蛋白磷酸酶受体（RPTP）,配体多为白细胞和淋巴细胞表面抗原及黏附分子，其配体大多不明。RPTP均为单跨膜蛋白，胞内区具有蛋白酪氨酸磷酸酶催化结构域，主要参与细胞间识别，粘连，淋巴细胞活化等。,酪氨酸蛋白磷酸酶受体的分类,CD45白细胞共同抗原相关受体（leukocytecommonantigen-relatedreceptor,LAR）双特异性白细胞共同抗原相关受体（dualspicificityLAR）双特异性蛋白酪氨酸磷酸酶（dualspicificitytyrosinephosphotase,DPTP）HPTP和HPTP,（四）鸟苷酸环化酶受体（RGC）,三个亚型RGC-A，RGC-B和RGC-C,受体与配体结合后可激活胞内催化区，催化GTP生成cGMP，cGMP活化PKG，使效应蛋白磷酸化产生生理效应,细胞因子受体,1.酪氨酸蛋白激酶偶联受体2.衔接蛋白偶联受体,四、细胞因子受体,胞外区有4个保守的半胱氨酸残基形成两个二硫键，胞外近膜区有WSXWS结构，起维持胞外空间结构作用,富含脯氨酸的Box结构，可与JAK作用,经过JAK-STATs途径传递信号,胞内区无激酶活性的催化区,（一）酪氨酸蛋白激酶偶联受体（PTK-coupledreceptors,PTKCR）,酪氨酸蛋白激酶偶联受体分类,根据配体及共用亚基不同，分为：,共用IL-3受体亚基的细胞因子受体,共用IL-2受体亚基的细胞因子受体,共用IL-6R亚基（gp130）的细胞因子受体,其它酪氨酸蛋白激酶偶联细胞因子受体,CD分子类酪氨酸蛋白激酶偶联受体,共用IL-3受体亚基的细胞因子受体,因共用一个亚基，其作用也相同，均作用于造血细胞，促使造血干细胞定向分化,共用IL-2受体亚基的细胞因子受体,IL-2R亚基与T细胞发育及功能有关，上述各种细胞因子参与T细胞发育及功能调节。,共用IL-6R亚基（gp130）的细胞因子受体,CNTFR:睫状神经营养因子,LIF：白血病抑制因子OSM：抑瘤素,其它酪氨酸蛋白激酶偶联细胞因子受体,除上述三种类型的蛋白酪氨酸激酶偶联受体外，还有一些细胞因子受体有自己相应的亚基。IL-1R,IL-8R,IL-10R,IL-12R,TPOR,EPOR,IFNR,IFNR,IFNR等。,CD分子类酪氨酸蛋白激酶偶联受体,一些白细胞抗原如CD3,CD4,CD8,CD2,CD28和CD79a/CD79b（Ig/Ig）也属于蛋白酪氨酸激酶偶联的受体，其配体多为膜结合表面信号分子。,主要在白细胞活化过程中参与信号传导。,CD79a/CD79b,CD3,这类受体结构特征是胞内区含有富含酪氨酸残基的保守区，又称免疫受体酪氨酸活化基序（ITAM）。ITAM是受体信号传递的重要结构，当受体活化后可与胞浆内蛋白酪氨酸激酶结合。,免疫受体酪氨酸活化基序,T细胞,B细胞,酪氨酸蛋白激酶的分类,1.蛋白酪氨酸激酶受体十几个亚家族（见催化型受体）2.膜结合的蛋白酪氨酸激酶Src,Fyn,Lyn,Lck,Yes,BLk,Fgr,Jak3.胞浆可溶性蛋白激酶Syk,ZAP-70,Fes,Abl,Itk,Btk,Csk,Flk,Bcr,Fer,Fes,Fps,蛋白酪氨酸激酶偶联受体信号转换机制,多聚体,活化,（二）衔接蛋白（adaptor）偶联受体,单跨膜受体，其结构特点是胞内区没有激酶催化区，也没有与酪氨酸蛋白激酶偶联部位。其受体活化后信号向下游的传递依靠胞内一些称做衔接蛋白的信息分子来完成，此类受体以肿瘤坏死因子受体家族为代表。,TNF-R1TNFFAS(Apo-1,CD95)FAS-L(Apo-1L,CD95L)TRUNDD(DcR2)TRAIL(Apo-2L)DR3(Wsl-1,Apo-3,TRAMP,LARD)TWEAK(Apo-3L)DR4TRAIL(Apo-2L)DR5TRAIL(Apo-2L)DcR1TRAIL(Apo-2L)LTRLT,肿瘤坏死因子受体家族及配体,受体,配体,肿瘤坏死因子受体结构及信号转换机制,肿瘤坏死因子受体为单跨膜蛋白，胞内区很短，无催化活性和与酪氨酸蛋白激酶偶联部位。但有与一些衔接蛋白接合部位，可通过衔接蛋白寡集下游信息分子。主要参与对细胞凋亡，增殖，分化的调控及产生细胞毒作用。,1.SH2结构及其相关蛋白,SH2结构（Srchomologydomain2）专门识别蛋白肽链酪氨酸磷酸化残基。SH2结构存在于多种信息分子中，包括衔接蛋白，酪氨酸蛋白激酶，蛋白磷酸酶，小分子G蛋白，GTP交换因子，转录因子等。,与信号转导有关的衔接结构,生长因子结合蛋白(growthfactorreceptor)衔接蛋白包括grb2,grb7,grb10,grb14.胰岛素受体底物（insulinreceptorsubstrate1,Irs)有IRS1和IRS2Sch(srchomologueandcollegenlikeprotein)酪氨酸蛋白激酶（TPK），大部分胞内TPK均含SH2结构SH2结构信息分子酪氨酸蛋白磷酸酶（PTP）PLC及PI3K（P85亚基）GTP交换因子转录因子（TF）:STAT,2.SH3结构及相关蛋白,SH3结构（Srchomologydomain3），专门识别肽段中富含脯氨酸的氨基酸残基序列。上述各种含有SH2结构的信息分子也大多数同时含有SH3结构。,3.PH结构及相关分子,PH结构（Plecstrinhomology,血小板-白细胞激酶同源结构），专门识别多磷酸肌醇磷脂，尤其是3位磷酸化的肌醇磷脂，如PI-3-P,PI-3,4-P2,PI-3,5-P2和PI-3,4,5-P3等。主要作用是将含有PH结构的信息分子固定于细胞质膜内侧，含有PH结构的蛋白有百余种，重要的有PLC,Ras,PKB,PDK,PKBK等。,4.死亡结构与相关分子,死亡结构域（deathdomain,DD）是死亡受体（deathreceptor,DR）和与DR相结合的一些衔接蛋白所共有的一种衔接结构，含有DD结构的各种分子可借助于死亡结构而聚集成簇，从而参与细胞信号传导。,肿瘤坏死因子受体1相关死亡结构域连接蛋白（TNFR1-associateddeathdomainprotein,TRADD）2.Fas相关死亡结构域连接蛋白（Fas-associateddeathdomainprotein,FADD）3.受体相互作用蛋白（receptorinteractingprotein,RIP）,GPI锚定蛋白类受体Wnt受体Notch受体,五、其它类型受体,（一）GPI锚定蛋白类受体,此类受体依靠糖基磷脂酰肌醇锚定于细胞表面，既没有跨膜区，又没有胞内区。因此，受体与配体结合后，信号进一步向胞内传递需一些跨膜蛋白参与。GPI锚定蛋白类受体主要参于胚胎发育、神经系统发生、免疫细胞活化等活动的调节，其配体多为膜结合型信号分子。,PNH是造血干细胞良性克隆性疾病，由于x染色体上PIG-A基因（Xp22.1）突变。导致GPI锚合成障碍，发生在GPI合成的第一步，即N-乙酰葡萄糖胺不能连接到磷脂肌醇（PI）上。其中以补体调节蛋白CD55和CD59最为重要，血细胞表面的CD55可与C3b或C4b结合，以防止补体继续激活的放大，CD59可防止C9的聚合及膜攻击复合物C5b-9的形成。由于血细胞CD55和CD59缺失，最终导致异常血细胞对补体敏感的破溶。,阵发性夜间血红蛋白尿（PNH）,Wnt信号,-连锁蛋白,卷曲蛋白,Notch受体介导的信号跨膜转导机制,六、胞内受体,高度可变区（N端）：与转录激活有关；抗体结合部位,DNA结合区（中段，含锌指结构）：与激素反应元件结合,铰链区（中段）：与转录因子作用；触发受体向核内移动,激素结合区（C端，含亮氨酸拉链）：与配体结合；与热激蛋白结合；介导二聚化；激活转录,受体作用的特点,1高度的亲和力（highaffinity）：激素及细胞因子等配体与其受体的结合具有高度亲和力。通常用其解离常数（Kd）来表示其亲和力的大小，多数配体与受体的解离常数为10-1110-9mol/L。2高度的特异性（highspecificity）：指一种激素或细胞因子只能选择性与相应的受体结合的性质。其原因即在于配体通过具有特定结构的部位与受体上的特定结合部位相结合。,3可逆性（reversibility）：配体与受体通常通过非共价键而结合，因此可以采用简单的方法将二者分离开。4可饱和性（saturability）：由于存在于细胞膜上或细胞内的受体数目是一定的，因此配体与受体的结合也是可以饱和的。当全部受体被配体占据后，可使其效应达到最大。5特定的作用模式：在不同细胞中，受体的种类和含量分布不同，表现为特定的作用模式。,三、受体活性的调节,位于细胞膜上或细胞内的受体的数目或与配体的结合能力是可以改变的。如果受体的数目增加或与配体的结合能力提高，则称为向上调节（upregulation）；反之，则称为向下调节（downregulation）。,三、转导体（transducer）,G蛋白(Gprotein),异源三聚体G蛋白,质膜,胞内侧,胞外侧,G蛋白偶联型受体的结构,GPCR,位于细胞膜上胞浆侧，可与GTP/GDP结合的一种外周蛋白，它是一种转导体，可将外来的信号转化为传向细胞内的号，其活性与GTP/GDP密切相关，故而得名。,1.G蛋白,2.G蛋白的结构特点,G蛋白即鸟苷酸结合蛋白，与受体偶联的G蛋白属于异源三聚体，由，和三个亚基组成。G亚基：含有GDP/GTP结合位点及GTP水解酶催化位点。G亚基：G和G亚基N端半胱氨酸残基常脂酰化（法尼基化或异戊二烯化），将G固定于质膜内侧。,（1）Gs（刺激型）：激活腺苷酸环化酶。（2）Gi（抑制型）：抑制腺苷酸环化酶。（3）Gp（磷脂酶C型）：激活磷脂酶C（4）Go：大脑中主要的G蛋白，调节离子通道（5）GT(传导素)：激活视觉,3.G蛋白的类型,1）-GDP状态关闭信号。2）H-R复合体引起GTP交换GDP。3）分离，-GTP为G蛋白活性形式，活化AC。4)GTP酶水解GTP成为GDP。结合，恢复-GDP状态,4.G蛋白循环(Gproteincycle),5、作用机理,两种G蛋白的活性型和非活性型的互变,当配体与受体结合后，受体的构象发生变化，与亚基的C-端相互作用，促使GDP从亚基上脱落而与GTP结合，G蛋白被激活。此时，亚基与亚基分离，可分别与效应蛋白（酶）发生作用。接着，亚基的GTPase将GTP水解为GDP，亚基重新与亚基结合而失活。,四、效应体（effecter）,1、蛋白激酶：使细胞内蛋白质磷酸化,2、蛋白磷酸酶：催化脱磷酸化反应,调节细胞内信息传递和生理效应的重要方式主要方式：蛋白质磷酸化与去磷酸化,Ser/Thr蛋白激酶：催化Ser/Thr磷酸化,Tyr蛋白激酶：催化Tyr磷酸化,酪氨酸磷酯酶,Ser/Thr磷酯酶,Cellsignalingpathway,第三节信号转导通路,G蛋白偶联受体介导的信号转导通路,cAMP-蛋白激酶A信息转导途径,IP3DAG双信使信号转导通路,催化型受体介导的信号转导途径,PI3K/PKB/Akt信号转导通路,一.G蛋白偶联受体介导的信号转导通路,介导胞外化学信号分子的质膜受体。此类受体与下游信息分子之间的信号转导需借助于G蛋白的偶联作用。其偶联的下游分子常是能催化产生小分子信息分子的酶。,G蛋白偶联的下游分子,G蛋白偶联激活的下游分子包括腺苷酸环化酶（AC）、磷脂酶C(PLC)、磷脂酶A2(PLA2)、鸟苷酸环化酶以及K+Na+Ca+离子通道等。其效应亚基多是亚基，也可是亚基，或者二者协同作用的结果。,二.cAMP-蛋白激酶A信息转导途径,两个跨膜结构域，每个跨膜结构域含六个跨膜肽段。在胞质区有两个催化结构域。,腺苷酸环化酶,cAMP,ATP,AMP,磷酸二酯酶(phosphodiesterase,PDE),腺苷酸环化酶(adenylatecyclase,AC),cAMP的产生与分解,是一种由四个亚基构成的寡聚体。其中有两个亚基为催化亚基，另两个亚基为调节亚基。当调节亚基与cAMP结合后发生变构（每一调节亚基可结合两分子cAMP），与催化亚基解聚，从而激活催化亚基。使多种酶或蛋白质丝氨酸或苏氨酸残基的磷酸化，从而调节酶的催化活性或蛋白质的生理功能。,蛋白激酶A（PKA）,cAMP,蛋白激酶A的激活机制（演示）,cAMP-蛋白激酶A的信息转导过程,CRE(cAMPresponseelement)cAMP反应元件,CREB(CREbindingprotein)CRE结合蛋白,细胞核,蛋白质,PKA对基因表达的调节作用（演示）,cAMP-蛋白激酶A信息转导途径及其调节作用,三.三磷酸肌醇（IP3）二脂酰甘油(DAG)双信使信号转导通路,IP3DAG信号转导通路是G蛋白偶联受体所参与的另一条重要的信号通路，其在受体与效应酶之间发挥偶联作用的是Gq家族的异质三聚体G蛋白。该信号通路以产生两个第二信使,即IP3和DAG,以蛋白激酶C活化为主要特征。IP3DAG双信号通路参与多种细胞活动的调节。,通过Gq蛋白介导，存在于细胞膜上的PLC可被激活；而PLCg含有SH2结构则在受体的酪氨酸蛋白激酶催化下，其酪氨酸残基被磷酸化修饰而激活。PLC激活后，可催化质膜上的磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（PIP2）水解产生两种第二信使，即DAG和IP3。,磷脂酶C（PLC）,PLC催化DAG和IP3的生成,磷脂酰肌醇二磷酸,PLC活化机制模式图,第二信使IP3和DAG介导的信号转导途径,CaM：Ca2+/钙调蛋白,Ca2+/钙调蛋白依赖蛋白激酶,（二）蛋白激酶C（PKC）,典型PKC(classicalpkc)1PS,DAG,Ca2+激活PKC新型PKC(newpkc)PS,DAG激活非典型PKC(atypicalpkc)PS激活,属S/T蛋白激酶，12种同工酶，分布及激活方式不同。,蛋白激酶C激活机制,蛋白激酶C有膜结合型和存在于胞质的两种形式，只有与质膜结合后PKC才能被活化。PKC从胞质向质膜上的重新分布是PKC激活的前提条件，细胞内Ca2+升高有助于PKC向膜上定位。PKC的激活需Ca2+、磷脂酰丝氨酸（PS）和DAG的同时作用，活化的PKC是“PKCPS4DAGCa2+”的复合体。,第二信使IP3和DAG介导的信号转导途径,CaM：Ca2+/钙调蛋白,Ca2+/钙调蛋白依赖蛋白激酶,蛋白激酶C的作用,代谢调节：糖代谢的多种酶，如糖原合成酶、糖原磷酸化酶激酶和6-磷酸果糖激酶都受PKC的磷酸化调节。对离子转运功能的调节：对离子通道或Ca2+泵磷酸化调节。对膜受体功能的调节：使受体磷酸化，降低受体与配体的亲和力，调节信号跨膜转导。调控细胞生长分裂促进立早基因（immediateearlygenes）表达。PKC磷酸化血清反应因子(SRF)，结合血清反应元件(SRE)，增加转录因子fos、myc、jun等立早基因的表达。磷酸化Jun和Fos组合形成二聚体的转录激活因子（如AP-1）。促进相关基因的转录与表达。PKC磷酸化抑制蛋白IB脱离NFB，NFB活化进入胞核中促进相应基因的转录。,PKC（和MAPK等）对基因表达的调控机制,佛波酯(PMA或TPA),四.催化型受体介导的信号转导途径,酪氨酸蛋白激酶受体S/T蛋白激酶受体鸟苷酸环化酶受体酪氨酸蛋白磷酸酶受体,1.酪氨酸蛋白激酶受体介导的信号通路,此类信号通路的典型代表是有丝分裂原激活的蛋白激酶（mitogeactivatedproteinkinase,MAPK）信号途径，又称MAPKinase信号通路该信息通路主要参与胞外生长因子类化学信号及辐射、紫外线、过氧化物，热休克、脂多糖、渗透压等物理变化信号的传导.,酪氨酸蛋白激酶受体介导的信号通路,该途径主要作用是对细胞增殖分化的调节,MAPKinase信号通路的组成,MAPKinase信号通路是体内最复杂的细胞信号通路之一，参与的信息分子众多，并且细胞内存在着数条平行的MAPKinase途径，在哺乳动物细胞中起码存在着三条以上的MAPK途径，各条途径之间相互交叉，关系错综复杂。,MAPKinase结构特征分类,是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，该激酶家族所有成员的一个共同结构特征是一级结构中第185和187个氨基酸残基分别是可磷酸化的苏氨酸和酪氨酸,ERK（extracellarly-responsivekinase）亚家族，含有TEY模体、有ErK1ErK3几个成员。MAPKJNK/SAPK（c-JunN末端激酶/应激活化的蛋白激酶，stressactivatedproteinkinase）亚家族，含TPY模体，有JNK1JNK3P38亚家族：含TGY模体,MAPKinaseKinase结构特点与分类,各型MAPKinase活化的首要条件是185苏氨酸残基和187酪氨酸残基的磷酸化，催化其磷酸化的激酶不是单一的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶或酪氨酸蛋白激酶，而是一类双特异性蛋白激酶.,MEK家族：MEK1、MEK2MAPKKJNKK家族：JNKK（c-JunN末端激酶的激酶）MKK家族：MKK3、MKK6,MAPKinaseKinaseKinase的分类,MAPKK活化需另一类蛋白激酶将其肽链中丝氨酸残基磷酸化。这一类激酶称MAPKKK。,Raf亚家族：RafA、B、CMEKK亚家族：（MEK激酶）ASK亚家族：(apoptosissignalregulatingkinase),MAPKinase活化与激酶瀑布,MAPKinase的活化是由三级蛋白激酶组成的磷酸化级联反应，常将其称为激酶瀑布（kinasecascade）。在哺乳动物细胞中最少存在三条以上的激酶瀑布，在酵母细胞可有5条甚至更多的激酶瀑布。,MAPK信号途径的衔接蛋白,生长因子受体结合蛋白（growthfatorreceptorbindingprotein,Grb），Grb也是一个蛋白质家族，包括多个成员，重要的是Grb2。胰岛素受体底物（insulinreceptorsubst，IRS）。包括IRS1和IRS2。,小分子鸟苷酸结合蛋白Ras,参与MAPKinase信号途径信号传递的另一类重要信息分子是小分子G蛋白。与参与G蛋白偶联受体组成的异质三聚体G蛋白不同，小分子G蛋白为单体，分子量2030KD。目前发现的小分子G蛋白近数百个，均为Ras基因超家族编码的Ras超家族蛋白.,RasG蛋白超家族,Ras家族：参与细胞信号转导，为膜结合型Rho家族（RasHomology,Rho）参与信号传导，可溶性RasSFArf家族（ADP-ribosylation,ARF）：可溶性，参与内、分泌Aab家族：参与内分泌、腔饮、可溶性Ran家族：可溶性、参与核一腔质物质转运，在腔质为DP结合非活性胞核为GTP结合性。,GTP交换因子,GTP酶活化蛋白,小分子G蛋白活性调节,GTP交换因子（GEF）与GTP酶活化蛋白（GAP）,GEF的作用是促进小分子G蛋白结合的GDP与GTP交换，活化小分子G蛋白。GAP的作用是激活小分子G蛋白的GTP水解酶，使小分子G蛋白由GTP结合型转变为GDP结合型，与下游效应分子分离，终止调节过程。,不同的小分子G蛋白有相应的GEF和GAP。,GEF家族成员,SoS：SoS1、SoS2Vav：Vav1、Vav2、Vav3RhoGEF：GEFTiam：Tiam1Ras-GRF：Ras-GRF1、Ras-GRF2Ras-GRP：FGD3：FGD1、FGD2、FGD3RCC1、C3G、Lfc、LsC、Lbc、Dbl、Ost、Ect2、Frabin、Brx,GAP,Rho-GAP、Ran-GAP1、Ral-BP1、Rac-GAP、CDc42-GAP1、GBP1GBP2、Olgophrenin-1、Rap1GAP1、2、Rap-Dexras1,MAPKinase信号转导途经,Raf,Raf,活性,非活性,非活性,活性,非活性,活性,核内,胞液,胞外,RTPK,Grb2,顺式元件,2.S/T蛋白激酶受体介导的信号通路,转化生长因子受体（TGF）家族启动的胞内信号通路称Smad信号通路，Smad信号通路的作用与前述的MAPKinase信号作用相反，其功能是抑制细胞增殖，促进细胞分化。,Smad结构特点及分类,Smad是一个转录因子家族，果蝇中的同源物称Mad（motheragainstdecapentapleqic），在线虫中为Sma，哺乳动物根据Sma和Mad命名为Smad。,Smad分类：,受体活化型Smad（receptoractivatedSmadR-Sad）:Smad1、2、3、5、8，9，能与受体结合，并磷酸化。Smad通用型Smad（commoneSmad,C-Smad）：仅有Smad4一个成员，不能与受体结合，但可与磷酸化的R-Smad形成二聚体。拮抗型Smad（againstSmad,A-Smad）:包括Smad6、7，能与受体结合，但不能被磷酸化激活，为TGF信号通路抑制剂。,Smad结构特点,R-Smad必须与C-Smad4形成二聚体才能具有活性C-SmadMH2区没有与受体结合部位及被磷酸化的丝氨酸残基位点.A-Smad能与受体结合，没有被磷酸化位点，故不能被磷酸化激活。,信号传导通路,（1）信号的跨膜转导：TGF受体有型和型两类，二型受体均为单跨膜蛋白，型与型形成二聚体才有活性。型受体负责与配体结合，型受体参与向胞内传递信息，配体与型受体结合后形成型、型受体二聚体，由型受体胞内激酶区催化型受体胞内近膜区GS序列的丝氨酸残基磷酸化，激活型受体的丝氨酸激酶活性。,（2）Smad活化：R-Smad有受体结合位点，与受体结合后丝氨酸残基可被受体激酶磷酸化。磷酸化后的R-Smad与C-Smad（Smad4）结合形成活性的Smad2、3，Smad4或Smad1、5、Smad4二聚体。,（3）活化的Smad二聚体由胞质向核内转位，作用于基因上游调控序列，与其它转录因子一起，促进或抑制基因表达，活化的Smad可促进拮抗型Smad（Smad6、7）表达，对Smad信号通路起反馈调节作用。,SBE：Smad-bindingelement（Smad结合元件）,SBE,3.鸟苷酸环化酶受体介导的信号通路,受体型鸟苷酸环化酶的配体为一些排钠肽类，包括心脏分泌的ANP、BNP和脑细胞的CNP、大肠杆菌肉毒素等.受体为单跨膜蛋白，配体与受体结合后形成二聚体,鸟苷酸环化酶（GC）受体介导的信号通路,配体为一些排钠肽类，包括心脏分泌的ANP、BNP和脑细胞的CNP、大肠杆菌肉毒素等.,受体为单跨膜蛋白，配体与受体结合后形成二聚体,4.酪氨酸蛋白磷酸酶受体,其与蛋白酪氨酸激酶（PTK）共同维持着酪氨酸蛋白磷酸化的平衡，参与细胞的信号转导，调节细胞的生长、分化、代谢、基因转录和免疫应答等。,蛋白酪氨酸磷酸酶1B（PTP-1B）,ITIM:免疫受体酪氨酸为基础的抑制基序ITAM:免疫受体酪氨酸为基础的激活基序SHP-1：酪氨酸磷酸酶,五.酪氨酸蛋白激酶偶联受体介导的信号通路,配体与细胞因子受体结合,受体胞内区偶联的酪氨酸蛋白激酶催化受体酪氨酸磷酸化,SH2结构的信息分子结合,活化不同的细胞内信号通路,JAK-STAT信号转导通路,JAK-STAT信号通路是各种细胞因子的胞内信息传递途径，该信号通路由酪氨酸蛋白激酶JAK家族和转录因子STAT家族组成。JAK和STAT均为含多个成员的蛋白质家族，不同的胞外信号分子的信号转导有不同的JAK和STAT参与。,1、JAK酪氨酸蛋白激酶家族,JAK（JanusKinase或JustanotherKinase）属于非受体膜结合型酪氨酸蛋白激酶、JAK家族有四个成员，JAK1、2、3和TYK。JAK无SH