常见信号通路ppt课件.ppt

重要的几种信号通路介绍,MAPK信号通路JAK-STAT信号通路Wnt信号通路TGF-信号通路NF-B信号通路PI3K-AKT信号通路,1,MAPK信号通路丝裂原活化蛋白激酶,2,MAPK信号级联反应,Stimulus,Growthfactors,Mitogen,GPCR,p38MAPK,Stress,GPCR,Inflammatorycytokines,Growthfactors,Stress,Growthfactors,Mitogen,GPCR,MEKK1,4,MLK3,ASK1,MEKK2,3,Tpl2,MLK3,TAK,DLK,Raf,Mos,Tpl2,MKK3/6,MEK1/2,MKK4/7,MEK5,ERK1/2,MAPKKK,Growth,Differentiation,Development,Inflammation,Apoptosis,Growth,Differentiation,Growth,Differentiation,Development,ERK5/BMK1,JNK1,2,3,MAPKK,MAPK,Biologicalresponses,3,丝裂原活化蛋白激酶（MAPK)信号转导通路,Ser/Thr蛋白激酶受细胞外刺激而激活通路组成三级激酶模式在所有真核细胞中高度保守调节多种重要的细胞生理/病理过程,4,MAPK是信号从细胞表面核内的重要传递者。哺乳动物细胞中:MAPK激酶激酶(MKKK,MAP3K)20种MAPK激酶(MKK,MAP2K)7种MAPK12种,一、MAPK信号通路的成员,5,哺乳动物MAPK,6,哺乳动物MAPK,7,MKK(MAP2K):MEK(MAPK/ERKkinase),8,MKKK（MAP3K):,Raf亚家族:A-Raf,B-Raf,Raf1MEKK亚家族：MEKK1-4ASK1,Tpl2亚家族MST，SPRK，MUK，TAK1，MOS等,9,MAPK信号通路作用模式,10,11,ERK：ExtracellularsignalregulatedproteinkinaseERK的MAPK有5种(15)，它们分属于不同的亚族；ERK1和ERK2(ERK1/2)研究得最为透彻，为细胞内主要的MAPK；,（一）ERK通路,12,Raf:是该通路中的重要的MKKK亚型:有3种A-Raf、B-Raf、Raf1组成:C-末端的激酶域富含Cys的调节域含Ras结合位点的调节域,1、ERK1/2通路中MKKK,表达:Raf1在体内广泛表达而A-Raf和B-Raf表达方式严格如B-Raf主要在神经组织中表达,13,ERK1/ERK2通路的上游的MKKK还包括Mos、Tpl2、MEKK1、MEKK2和MEKK3,14,MEK1和MEK2是该通路主要的MKK为双特异性蛋白激酶；通过两个残基的磷酸化而被激活(Ser或Thr)；突变可引起其活性增加(不同于MAPK)；特异性较高，仅磷酸化少数底物。,2、ERK1/2通路中MKK(MEK),15,MEK1和MEK2含3个非酶活性结构域ERK1/2结合位点(D域)富含Pro结构域核输出序列(NES),16,MEK1和MEK2的上游调节因子Raf、RTK、非RTK、GPCR在具有致瘤性的Ras转化细胞：RasRaf1MEK1ERK1/2在心肌细胞：A-RafMEK1ERK1/2在PC12细胞：B-RafMEK1ERK1/2,17,底物的保守性磷酸化位点模体为Pro-Leu-Ser/Thr-Pro底物蛋白超过150种转录因子:Elk-1,Ets-1,Sap1a,c-Myc等胞质蛋白:p90S6K、cPLA2、EGF受体细胞骨架:MAP1、2、4、Tau,3、ERK1/2蛋白激酶的作用底物,18,刺激细胞增殖抑制细胞生长、分化细胞周期调控调控微管组织中心（MTOC）纺锤体的组装促进细胞存活,4、ERK1/2通路的生物学功能,19,20,21,1991年鉴定出的新的MAPKJNK:c-JunN-terminalkinase鼠的同源物则被命名为Stressactivatedproteinkinase(SAPK)。多种应激刺激，包括:细胞因子与生长因子撤离、干扰DNA和蛋白合成的试剂、UV辐射、热休克、反应活性氧(ROS)、高渗透压等都可以促进其活性增加。,（二）JNK信号转导通路,22,是已知的应答最多样刺激的细胞信号转导途径之一JNK通过Thr-Pro-Tyr模体的磷酸化被激活,（二）JNK信号转导通路,23,人的JNK由3个基因(jnk1,jnk2和jnk3)编码；JNK1和JNK2广泛地在多种组织表达，而JNK3主要在脑、心脏与睾丸组织中表达JNK家族成员间的同源性超过80%；3个基因转录产物的选择性剪接产生10个JNK亚型(46kDa,55kDa)；同一基因编码的46kDa和55kDa亚型无明显的功能差异。,JNK:,24,MKK(MAP2Ks)MKK4(SEK1/MEK4/JNKK1/SKK1)主要激活JNK，但对p38也有活化作用可能是个抑癌基因胚胎发育所必需使细胞免于凋亡,JNK信号通路MKK和MKKK,25,MKK7(MEK7/JNKK2/SKK4)主要激活JNK，但对p38也有活化作用与MKK4相关，属于哺乳动物细胞MAPKK超家族MKK7基因编码6个蛋白亚型不同亚型应答不同的细胞外刺激和上游激酶,26,MKK4与MKK7在人和鼠组织中广泛表达，但在不同的组织中表达的丰度不同MKK4与MKK7介导来自同一细胞外刺激的信号转导，但它们被不同MAP3Ks所激活。与MEK1/2相似，采用酸性氨基酸置换磷酸化位点的氨基酸，可增加其激酶活性。,27,包括：MEKK14、ASK1/MAPKKK5MAPKKK6、TAK1Tpl-2、MLK2/MSKMLK3/SPRK/PTK1MUK/DLK/ZPKLZK,MEKK(MAP3Ks),28,JNK底物包括：转录因子c-Jun,Jun-D,ATF-2,ATF,Elk-1Sap-1a,GABP,GABP肿瘤抑制蛋白p53线粒体蛋白:Bcl-2,Bcl-xl,Bad,Bim,Bax细胞骨架蛋白:Tau,Paxillin,MAP-2,-1B促进蛋白质的降解:c-Jun,JunB,cFLIPL,29,参与细胞凋亡的调控细胞存活肿瘤的形成机体的发育与分化,JNK生理功能,30,31,（三）p38信号转导通路,p38：白细胞、肝、脾、骨髓中等高表达p38：脑和心脏中高表达p38：主要在骨骼肌中表达p38：肺、肾、肠及内分泌器官中高表达注：p38和p38具有不同的剪接体,32,MEKs:MEK3和MEK6是细胞中p38激活的主要激酶。不同的MEK选择性地激活不同的亚型MEK6共同的激活剂MEK3激活p38,p38信号转导通路的MKK和MKKK,33,MEKKs:MEKK13参与p38激活MEKK1MEK4p38(3T3细胞)MEKK3MEK3p38(转化细胞)其他激酶：Tp12、ASK、TAK,34,氧化应激(巨噬细胞)低渗压(HEK293细胞)紫外线辐射(PC12细胞)低氧(牛肺动脉成纤维细胞)循环扩张(肾小球膜细胞),激活p38途径的物理、化学应激：,35,作用底物:细胞骨架细胞应激微管相关蛋白(tau)stathmin(癌蛋白18）细胞质蛋白刺激血小板cPLA2血管紧张素Na+/H+交换体,2、p38蛋白激酶的作用底物,36,转录因子ATF1/2(activationtranscriptionfactor1/2)CHOP10(C/EBP-homologusprotein10)MEF2C(myocyteenhancerfactor2C)Max(mycassociatedfactorX)下游的蛋白激酶(MAPKAPK)MAPKAPK2/3MNK1/2(MAPK-interactingkinase1/2)PRAK(p38-regulated/activatedkinase),37,主要参与应激反应血细胞细胞因子的生成(单核细胞：IL-1，TNF-)细胞凋亡免疫反应调控,3、p38信号转导通路的功能,38,39,ERK5(BMK,bigmitogen-activatedkinase)：MAPK家族中分子量最大的成员故有BMK之称与ERK2有52%的同源性MEK：MEK5(,两种亚型),（四）MKK5/ERK5通路,40,生长因子应激(如氧化应激、高渗透压)血清MKKKMEKK3、Tpl-2Src和Ras是ERK5信号转导途径的调节因子GPCR(Gq和G12/13)也调节ERK5活性,活化和上游调节因子,41,MEF2家族(A,C,D)Ets样转录因子Sap1a(serumresponsefactoracessoryprotein1a),ERK5的作用底物：,42,MAPK信号级联反应,Stimulus,Growthfactors,Mitogen,GPCR,p38MAPK,Stress,GPCR,Inflammatorycytokines,Growthfactors,Stress,Growthfactors,Mitogen,GPCR,MEKK1,4,MLK3,ASK1,MEKK2,3,Tpl2,MLK3,TAK,DLK,Raf,Mos,Tpl2,MKK3/6,MEK1/2,MKK4/7,MEK5,ERK1/2,MAPKKK,Growth,Differentiation,Development,Inflammation,Apoptosis,Growth,Differentiation,Growth,Differentiation,Development,ERK5/BMK1,JNK1,2,3,MAPKK,MAPK,Biologicalresponses,43,MAPK激酶的灭活,Ser/Thr磷酸酶:PP2A,PP2CTyr磷酸酶:PTP-SL双特异性的磷酸酶DUSP(dualspefificityphosphatase)或称为MKP(MAPKphosphatase)ERK1/2特异性的磷酸酶:DUSP6/MKP3,DUSP7/MKP-X,DUSP9/MKP4JNK的磷酸酶:MKP1,MKP5p38与p38:MKP1,MKP4,MKP5p38与p38:抵抗所有的MKP磷酸酶,44,JAK-STAT信号通路,45,1.JAK-STAT信号通路中的组分,JAK-STAT信号通路是近年发现的一条由细胞因子刺激的信号转导通路，参与细胞的增殖、分化、凋亡以及免疫调节等许多重要的生物学过程。此信号通路的传递过程相对简单，它主要由三个成分组成，即酪氨酸激酶相关受体、酪氨酸激酶JAK和转录因子STAT。,46,酪氨酸激酶相关受体（tyrosinekinaseassociatedreceptor）,许多细胞因子和生长因子通过JAK-STAT信号通路来传导信号，这包括白介素27（IL-27）、生长激素（GH）、表皮生长因子(EGF)、血小板衍生因子(PDGF)以及干扰素(IFN)等等。这些细胞因子和生长因子在细胞膜上有相应的受体。这些受体从属于细胞因子受体超家族，该家族可以分为两类：型胞外部分含有4个保守的半胱氨酸和一个位于C端的WSXWS单元。型胞外部分N端、C端各有数对半胱氨酸。,47,这些受体的共同特点是受体本身不具有激酶活性，但胞内段具有酪氨酸激酶JAK的结合位点，受体与配体结合后，通过与之结合的JAK的活化，来磷酸化各种靶蛋白的酪氨酸残基以实现信号从胞外到胞内的传递。细胞因子受体的结构和功能研究结果表明受体之间无明显的同源性，只在胞浆近膜区有一段同源区，该区域是其与JAK激酶结合的功能区段。,48,受体的二聚化可以是同源的也可以是异源的。在发生同源受体二聚化时，只有JAK2被激活；相反，由不同亚基组成的异源受体二聚化，却可以激活多种JAK。一旦被激活，JAK便磷酸化受体的亚基以及其他底物。,49,酪氨酸激酶JAK(Januskinase）,JAK蛋白家族共包括4个成员：JAK1、JAK2、JAK3以及Tyk2,它们在结构上有7个同源结构域（JAKhomologydomain,JH），其中JH1结构域为激酶区、JH2结构域是“假”激酶区、JH6和JH7是受体结合区域。,50,51,转录因子STAT(signaltransducerandactivatoroftranscription),STAT被称为“信号转导子和转录激活子”，它在信号转导和转录激活上发挥了关键性的作用。,STAT:Stat1,Stat2,Stat3,Stat4,Stat5a,Stat5b和Stat6,52,2、JAK-STAT信号通路,二聚化受体激活JAK；,JAK将STAT磷酸化；,STAT形成二聚体，暴露出入核信号；,STAT进入核内，调节基因表达。,配体与受体结合导致受体二聚化；,53,3、JAK-STAT信号通路与疾病,到目前为止，只在人类肿瘤中发现了STAT信号的异常活化，还没有发现人类的其他疾病和STAT有直接联系。但是通过对基因敲除小鼠表型的研究，可以判断出STAT在某些疾病的发生过程中可能存在关键的调控作用。,54,NF-B信号转导通路,55,NF-B是一种几乎存在于所有细胞的转录因子，与免疫球蛋白重链和轻链基因增强子序列特异结合，调节基因转录与表达，广泛参与机体防御反应、组织损伤和应激、细胞分化和凋亡以及肿瘤生长抑制等过程。,肿瘤坏死因子受体（TNF-R）、白介素1受体等重要的促炎细胞因子受体家族所介导的主要信号转导通路之一是NF-B（nuclearfactor-B，NF-B）通路。,NF-B信号转导通路,56,NF-B家族,NF-B家族由P50、P52、P65、c-Rel和RelB五个成员组成。它们分别由NFKB1,NFKB2,RELA,REL和RELB基因进行编码。它们都具有一个N端Rel同源结构域（RHD），负责其与DNA结合以及二聚化。另外,在P65、c-Rel和RelB中，存在着转录激活区域TAD，对基因表达起正向调节的作用。P50和P52不存在转录激活区域，它们的同型二聚体可以抑制转录。,57,NF-B二聚体的存在方式,NF-B二聚体与IB蛋白结合NF-B二聚体与DNA结合,一般，NF-B是以二聚体的形式存在的，而它的二聚体又有两种存在方式。,58,IB蛋白家族,IB蛋白家族包括七个成员：IB、IB、IB、IB、Bcl-3、p100和p105。作用：在细胞质中与NF-B二聚体结合，并对信号应答具有重要作用。IB蛋白的结构特点：存在锚蛋白重复区域（即多个紧密相连的钩状重复序列，每个重复序列含有33个氨基酸）。,59,IB激酶复合物,IKK/IKK1(CHUK)IKK/IKK2(IKBKB)调节亚基NEMO,60,很多胞外刺激信号都可以引起NF-B信号通路的激活,如：促炎症细胞因子TNF-、白介素IL-1,细菌脂多糖(LPS),T细胞及B细胞有丝分裂原,病毒双链RNA以及各种物理和化学压力等。虽然这些胞外刺激所产生的胞内早期信号途径各不相同，但一般认为,大多数此类胞外刺激起始的信号传递反应将最终激活IKK复合物。,61,NF-B经典和非经典通路,NF-B的经典信号通路和非经典信号通路的主要区别就在于：在NF-B的经典信号通路中，IB蛋白的降解使NF-B二聚体得到释放。而在NF-B非经典信号通路中，则是通过P100到P52的加工处理，使信号通路激活。,62,PI3KAkt/PKB信号转导通路（磷脂酰肌醇3激酶）,63,一、PI3K家族PI-3K作用：三种同工酶，其中PI-3K-1结构：P110催化亚基和P85调节亚基：催化磷脂酰肌醇的D3羟基的磷酸化产物：PtdIns-3，4-P2（磷脂酰肌醇3，4二磷酸）PtdIns-3，5-P2（磷脂酰肌醇3，5二磷酸）PtdIns-3，4，5-P3（磷脂酰肌醇3，4，5三磷酸）PIP3,64,二、激活过程：,65,胰岛素磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）途径,insulinRIRS1（-P）PI3-KPDKAkt/PKB胰岛素与其受体结合，PI3K与磷酸化IRS1结合，刺激催化亚基活性，当P85亚基2个SH2结构域被磷酸化模体YMXM占领，PI3K活性达到最大。PKB靶蛋白：磷酸果糖激酶2、糖原合成激酶3、Bad(细胞凋亡有关）、核糖体S6激酶，与葡萄糖转运、细胞增殖分化、细胞周期调节有关,66,TGF受体介导的信号转导通路,67,TGF-超家族,TGF-家族抑制素（inhibit）/活化素（activin）家族骨形态发生蛋白（bonemorphoeneticprotein,BMPs）家族苗勒管抑制物（MIS）/AMH（antimullerianhormone）胶质细胞系来源的神经营养因子（glialcelline-derivedneurotrophicfactor,GDNF)等。,68,TGF-受体,二、受体的分类依据电泳迁移率分别命名为型、型、型。1、型和型受体都属于丝氨酸/苏氨酸激酶受体。2、型受体有两个亚型：betaglycan和endoglin。型受体无信号转导机构，其作用为与TGF-结合并呈递到其他受体,69,TGF-信号转导通路,Smad蛋白信号转导的特性依据其结构和功能的不同分为三类：受体激活型Smad（receptor-activatedSMADs）。其中smad-1、smad-5和smad-8结构相似，是BMP受体的底物，转导脊椎动物BMP信号；Smad-2和Smad-3是脊椎动物TGF-和活化素受体的底物。,70,TGF-信号转导通路,辅助型Smad蛋白（Co-SMADs），其成员有smad-4，它不是受体的直接底物，而是辅助第一类smad蛋白转导信号。抑制型Smad蛋白（anti-SMADs）,抑制其他Smad蛋白的活性，其成员在脊椎动物中由smad-6、smad-7。,71,TGF受体介导的信号转导通路,72,Wnt/-catenin信号转导途径,73,Wg(Wingless),Int-1,Wnt,74,Wnt信号通路,人类Wnt基因家族由19个成员组成，编码具有22或24个半胱氨酸残基的保守糖蛋白。Wnt信号转导途径可以分为决定细胞命运的经典途径和控制细胞运动及组织极性的非经典途径。,75,Wnt信号通路,经典Wnt信号通路,通过-Catenin激活基因转录,Wnt/PCP通路,通过小G蛋白激活JNK来调控细胞骨架重排,Wnt/Ca2+通路,通过释放胞内Ca2+来影响细胞粘连和相关基因表达,76,Wnt蛋白Frizzled（Fzd或Frz）/LRP-56Dishevelled（Dsh或Dvl）GSK3CK1AxinAPC-CateninTCF/LEF,Wnt经典信号通路中的重要蛋白,77,胞内信号传递,Wnt信号进入胞内后，将信号传递给Dishevelled(Dsh)，活化的Dsh抑制由Axin、APC(adenomatouspolyposiscoli)和GSK-3(serin/threonineglycogensynthasekinase3)组成的复合物的活性,使-catenin不能被GSK-3磷酸化。磷酸化的-catenin才可通过遍在蛋白化(ubiquitination)而被胞浆内的蛋白酶体所降解，由于非磷酸化的-catenin不能被蛋白酶体降解，从而导致-catenin在胞浆内积聚，并移向核内。当游离的-catenin进入细胞核内，即可与转录因子TCF/LEF(T-cellfactor/Lymphoidenhancerfactor)结合，激活TCF转录活性，调节靶基因的表达。因此,-catenin是否磷酸化是该信号传递的关键因素。,78,机理,WntFzdDsh-Catenin降解复合体解聚-Catenin入核TCF/LEF下游基因转录,Wnt信号通路概括,79,Wnt信号通路,80,-连环蛋白（-catenin)是Wnt信号通路中有调控转录活性的关键成员，能在细胞核内与Wnt通路另一成员TCF结合从而激活靶基因的转录。糖原合成激酶3(GSK3)是一种丝氨酸苏氨酸蛋白激酶，起到破坏APC复合体的关键作用。在无Wnt信号时有活性，将磷酸根加到-catenin的四个N端位点使这些磷酸氨基酸作为-catenin上的一种标志。在wnt信号存在时，磷酸化-catenin促使-catenin降解。APC是一种与结直肠癌发生有关的抑癌基因，能结合wnt途径中的多种成分，如AxinGSK3、-catenin。APC能刺激-catenin被GSK3磷酸化。,81,Wnt信号通路功能,1、参与胚胎发育,促进体节形成,促进体轴形成,胚胎形成,组织器官发生脑、心脏、肺,生殖系统发生Wnt-4抑制雄激素合成,抑制头形成,82,功能,2、参与干细胞的更新和分化,08May2008,.变异的神经上皮干细胞的自我更新在FGF存在的情况下将得到增强，并且这一增强需要Wnt信号。.Wnt信号通过调控神经干细胞增殖和分化影响神经系统的生长发育，神经干细胞的更新和扩张受到TGF-和Wnt的共同调控。,BrainArea-SpecificEffectofTGF-SignalingonWnt-DependentNeuralStemCellExpansion,SvenFalk,LukasSommer,83,功能,2、参与干细胞的更新和分化,CoordinatedActivationofWntinEpithelialandMelanocyteStemCellsInitiatesPiulRabbani,MayumiIto,10June2011,.Wnt信号通路在毛囊干细胞和黑素干细胞系协调和头发色素的产生过程中发挥了关键作用。.黑素干细胞Wnt信号通路的失活可导致脱色素，头发即呈现出灰色。.头发毛囊干细胞中的异常Wnt信号会阻止头发的再生。,84,Wnt信号通路与人类疾病,1.癌症,-