5蛋白激酶与磷酸酶

蛋白激酶与磷酸酶 梅柱中病理生理学教研室 蛋白质翻译后修饰 Post translationalmodifications PTMs 磷酸化修饰 Phosphorylation 糖基化修饰 Glycosylation 泛素化修饰 Ubiquitination 乙酰化修饰 Acetylation 甲基化修饰 Methylation SUMOylation 磷酸化修饰的氨基酸 蛋白质的磷酸化修饰 导致受体蛋白的激活或失活 2 蛋白质的磷酸化修饰发生在Tyr残基上 大部分的早期信号转导是由酪氨酸蛋白激酶介导的 proteintyrosinekinase PTKs Ser Thr磷酸化修饰多发生于信号转导级联反应的下游 蛋白激酶将ATP末端的磷酸基团转移到蛋白质侧链的羟基上 磷酸酶催化蛋白质侧链上磷酸基团的水解 蛋白激酶与磷酸酶 30 的蛋白质可以发生磷酸化修饰 人类的激酶组包括518蛋白激酶基因 其中218个基因与人类疾病的发生发展密切相关 约30个基因是肿瘤抑制基因 约100个为原癌基因 HumanKinome 约占人类基因总数的1 7 蛋白激酶的结构 激酶结构域 Kinasedomain 调节结构域 Regulatorydomain 靶向性结构域 Targetingdomain 蛋白激酶的分类 酪氨酸蛋白激酶丝氨酸 苏氨酸蛋白激酶 PKC MAPK Plk RhoKinases 双特异性蛋白激酶 MAPKK 磷酯酰肌醇激酶 PI3K 受体激酶 EGFR FGFR PDGFR 非受体激酶 JAK Src Abl 受体酪氨酸激酶 RTK 受体酪氨酸激酶包括大多数生长因子的受体 参与了细胞的多种生命活动如细胞的生长 细胞形态与细胞周期调控 基因的转录与细胞凋亡等 RTKs通常是含有单次跨膜结构域的单体蛋白分子 与配基结合后发生二聚体化 使细胞内的结构域靠近 通过自磷酸化而激活 该家族受体的激活与许多原癌基因的活化密切相关 Sixsubfamiliesofreceptortyrosinekinasesinvolvedincellgrowthanddifferentiation Onlyoneortwomembersofeachsubfamilyareindicated Notethatthetyrosinekinasedomainisinterruptedbya kinaseinsertregion insomeofthesubfamilies Thefunctionalsignificanceofthecysteine richandimmunoglobulin likedomainsisunknown 受体酪氨酸激酶 RTK 受体二聚体化与激酶的激活 Bindingofinsulintothealphasubunitscausesthebetasubunitstophosphorylatethemselves autophosphorylation thusactivatingthecatalyticactivityofthereceptor 胰岛素受体 MAPKK可同时催化MAPK激酶的T与Y的磷酸化修饰 磷酸化位点的三肽模体 TXYERK TEYp38 TGYJNK TPYMAPK是通过Thr和Tyr的双位点同时磷酸化而被激活 双特异性蛋白激酶 磷酸肌醇循环 PI o o o o OH OH HO HO P PIP phosphatidylinositol phosphoinositides o o o o OH HO P 3 4 5 HO 磷酸肌醇循环 PI3K PKB Akt信号通路 WesternblotanalysisofwholecelllysatesofJurkatcells with0 1 McalyculinAfor20minutespriortolysis usingPhospho Thrantibody PPPinhibitor 蛋白激酶与磷酸酶 丝氨酸 苏氨酸蛋白磷酸酶 PP1 PP2A 酪氨酸蛋白磷酸酶 PTP1B 双特异性蛋白磷酸酶 DUSP1 脂质磷酸酶 PTEN SHIP 蛋白质磷酸酶 Ser Thr与Tyr蛋白磷酸酶 催化机制 含有双核的金属离子中心 通过水分子来进行亲核攻击 磷酸基团不转移到磷酸酶上 是一步催化反应 结构上 数量有限的催化亚基与众多调节亚基配对 没有金属离子的参与 通过催化结构域的半胱氨酸残基进行亲核攻击 形成磷酸基 酶中间体 是二步催化反应 多基因家族 在单一磷酸酶中同时含有催化与调节结构域 Ser Thr磷酸酶 PP1 Tyr磷酸酶 PTP DUSP1 FeOOHOPO Ser substrateZnO H His Ser Thr蛋白磷酸酶催化模式图 PP2A磷酸酶的多样性与复杂性 翻译后修饰对磷酸酶功能的调控作用 磷酸化修饰的级联反应 Signalmolecule Activeproteinkinase1 Activeproteinkinase2 Activeproteinkinase3 Inactiveproteinkinase1 Inactiveproteinkinase2 Inactiveproteinkinase3 Inactiveprotein Activeprotein Cellularresponse Receptor P P P P P P ATP ADP ADP ADP ATP ATP PP PP PP Activatedrelaymolecule Activeproteinkinase1transfersaphosphatefromATPtoaninactivemoleculeofproteinkinase2 thusactivatingthissecondkinase i i i Phosphorylationcascade 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 磷酸酶的信号级联反应 S287 S287 T138 T138 14 3 3 14 3 3 Duringinterphase Cdc25isheldinactiveviabyinhibitoryphosphorylationatSer287and14 3 3binding Likewise PP2A B56 maintainsThr138inthedephosphorylatedstate AttheG2 Mtransition Cdc25isactivatedinastepwisefashion First Cdk2phosphorylatesThr138whichtriggersthereleaseof14 3 3 Phosphorylatedkeratinintermediatefilamentsassistin14 3 3removalfromCdc25andPlx1mayalsoplayaroleinthisprocess ExposedSer287isthenreadilydephosphorylatedbyPP1 inducingtheactivationandnucleartranslocationofCdc25anddephosphorylationofCdc2 Onceactivated Cdc2 CyclinBphosphorylatesmultiplesitesonCdc25 enhancingitsactivityandpreventinginactivation Cdc2 CyclinBmayalsoactivatetheMAPkinasecascadewhichcanphosphorylateCdc25inaparallelpositivefeedbackloop 位点特异性的磷酸化修饰 Kinase ATM ATR DNAPK CK1 CK2 Chk1 Chk2 etc T55 S376 在正常细胞中发生磷酸化修饰 但在受到应激刺激时发生去磷酸化 S15 S20 磷酸化修饰降低其与Hdm2的结合 并促进与转录共刺激分子的结合 但它们在细胞中的功能是冗余的 S46 磷酸化修饰可诱导其下游的促凋亡蛋白基因如p53AIP1等的表达 S392 UV诱导其磷酸化修饰 其功能与抑制UV诱导的皮肤癌密切相关 p53 蛋白质的磷酸化修饰分析 生物质谱分析蛋白质的磷酸化修饰 EEVAS EPEEAAS PTTPK EEVAS EPEEAASPTTPK EEVASEPEEAASPTTPK y1 y5 My6 y12 M 80y13 y17 M 160 y1 y17 M y1 y12 My13 y17 M 80 生物质谱分析蛋白质的磷酸化修饰 IMAC ImmobilizedMetalAffinityChromatography固定化金属离子亲和性层析法SIMAC sequentialelutionfromIMAC从IMAC顺序洗脱 磷酸化蛋白质