NFKB信号通路综述ppt课件.ppt

NF B信号通路 主要内容 背景介绍 IKK复合物的上游信号 I B激酶的结构和激活方式 I B蛋白的作用 NF B的转录调节 一 背景介绍 1 NF B信号通路2 NF B家族3 I B蛋白家族4 I B激酶复合物NF B信号通路激活对肿瘤发生发展的影响 背景 NF B信号通路 最基本的NF B信号通路 包括受体和受体近端信号衔接蛋白 I B激酶复合物 I B蛋白和NF B二聚体 当细胞受到各种胞内外刺激后 I B激酶被激活 从而导致I B蛋白磷酸化 泛素化 然后I B蛋白被降解 NF B二聚体得到释放 然后NF B二聚体通过各种翻译后的修饰作用而被进一步激活 并转移到细胞核中 在细胞核里 它与目的基因结合 以促进目的基因的转录 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 I B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 NF B家族 背景2 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 背景3 I B蛋白家族 I B蛋白家族包括七个成员 I B I B I B I B 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 I B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 背景4 I B激酶复合物 IKK IKK1 CHUK IKK IKK2 IKBKB 调节亚基NEMO 在特定的NF B信号通路中 IKK 和IKK 是选择性需求的 背景5 NF B信号通路激活对肿瘤发生发展的影响 1 NF B信号通路激活对肿瘤发生发展的促进作用 NF B所致的GADD45 和 生长抑制DNA损伤基因 联合表达下调是很多肿瘤细胞逃逸凋亡机制的关键步骤 NF B还可上调CyclinD1 CCNDI 等基因的表达 促进细胞生长 NF B激活对肿瘤的转移具有明显的促进作用 2 NF B信号通路激活对肿瘤发生发展的抑制作用 RelA p65 亚基在p53 介导的凋亡过程中具有重要作用 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 在这个传递过程中 衔接蛋白起着重要的作用 二 IKK复合物的上游信号 在很多NF B信号通路中 许多的信号中间物都是共有的 特别是IKK复合物的上游信号 不同的信号通路可利用一些共有的信号元件激活和抑制通路 TRAFs TNF受体相关因子IKK复合物的上游信号衔接蛋白RIPs 受体作用蛋白TAK1 TGF 激活性激酶1IKK复合物的激酶NIK NF B诱导激酶 1 TRAFs TNF受体相关因子 TNF受体相关因子TRAFs家族成员是一大类胞内接头蛋白 能直接或间接与多种TNF和IL 1 Toll like受体家族成员结合 介导多种下游信号通路的信号传导 其中包括NF B信号通路 从而影响细胞的生存 增殖 分化和死亡 并参与多个生物学过程的调控 在几乎所用的NF B信号通路中 TRAFs都是关键的信号中间物 TRAF蛋白家族 TRAF蛋白家族一共有7个成员 分别是TRAF1 TRAF2 TRAF3 TRAF4 TRAF5 TRAF6 TRAF7 TRAF蛋白质在结构上具有很高的同源性 同源性一般大于30 其特征性的结构是所有成员在羧基端都有一个C 末端TRAF结构域 即包括一个卷曲螺旋结构 介导同型和异型蛋白之间的相互作用 另外 TRAF2 7的N 末端存在一个RING指结构 其可以作为E3泛素连接酶起作用 即将泛素转移到目的蛋白上 RING指结构后还有5到7个锌指结构域 TRAF蛋白的结构 TRAFS的功能 1 通过TRADD TRAF2和TNF 的受体TNFR1结合 向下传递信号 激活IKK 在此过程中 其RING指区域作为E3连接酶是必须的 但是其具体作用机制还需要深入研究 在TNFR1信号通路中 单一的敲除TRAF2或TRAF5 NF B信号通路的激活仍会出现 但是双敲除TRAF2和TRAF5 则会造成NF B信号通路中 IKK复合物的激活出现缺陷 因此 在TNFR1信号通路中 需要TRAF2和TRAF5的共同作用 在Toll like IL 1信号通路中 TRAF6可与受体复合物发生作用 激活IKK 但是 TRAF6的E3连接酶作用机制也是需要进一步证明的 因此 在NF B信号通路中 TRAF2 TRAF5和TRAF6在激活IKK复合物方面起着重要的作用 2 2 RIPs 受体作用蛋白 RIPs是经典NF B信号途径中的关键的衔接蛋白 RIPs既可以通过蛋白结合区域直接作用于信号通路的上游 也可以通过与NEMO结合激活IKK复合物 并且 在大多数的TRAF依赖型信号通路中 RIPs都被牵涉其中 RIP蛋白家族一共有7个成员 分别为RIP1 7 RIP蛋白的结构特征是 都具有保守的丝氨酸 苏氨酸激酶区域 对于NF B信号通路的激活 IKK是非常重要的 因此 了解IKK活性的调节已经成为掌握NF B信号通路激活的核心 1 IKK复合物 2 IKK的激活 3 IKK的酶作用底物 三 I B激酶的结构和激活方式 1 IKK复合物 IKK 又称IKK1 85kD IKK 又称IKK2 87kD NEMO 又称IKK 48kD 具有较高的序列同源性和相似的结构 在N 末端均含有蛋白激酶区 靠近中间区域的亮氨酸拉链区 LZ 及螺旋 环 螺旋 HLH 包括大段的卷曲螺旋 coiled coil 及靠近C 末端的亮氨酸拉链区 虽然一些实验证明在IKK复合物中 可能会含有一些其他成分 如IKK关联蛋白1 IKKAP1 促分裂原活化蛋白激酶1 MEKK1 NF B诱导激酶 NIK 及调节蛋白IKAP等 但是需要进一步的证明 IKK复合物的组成 IKK复合物各组分的作用 IKK 在经典的NF B信号途径中 IKK 并不是必需的 它在NF B受体活化因子 receptoractivatorofNF B RANK 引起NF B活化转导途径及NF B活化变更途径中是必需的 IKK 的缺失可导致许多发育上的缺陷 IKK IKK 是促炎症反应因子刺激诱导NF B的激活的主要激酶 IKK 缺陷的细胞对TNF 和IL 1等刺激不会引起NF B的活化 IKK 的活化是避免因局部缺血或充血引起严重炎症反应而导致多组织功能丧失所必需的 NEMO 在经典的NF B信号通路中 NEMO是必需的 NEMO可能通过与IKK 和IKK 的直接作用而介导IKK复合物的组装 并且还能促进I B蛋白与IKK激酶复合物的相互作用 IKK复合物的组装 IKK IKK 和NEMO共同组成了IKK复合物 NEMO2IKK 1IKK 1 2 IKK 和IKK 可通过亮氨酸拉链区域形成二聚体 即IKK IKK 异型二聚体 其实IKK 和IKK 也具有其同型二聚体 但是在正常情况下很难存在 通过IKKC 末端的NBD区域 IKK 和IKK 可与NEMO结合 结合的部位是第一个卷曲螺旋结构的47 80残基 其中 IKK 与NEMO结合的亲和力要高于IKK 虽然 IKK复合物的核心构成只包括IKK IKK NEMO 但是其中还有两个很重要的特征需要我们注意 激酶伴侣蛋白HSP 90 Cdc37 研究证明 伴侣蛋白HSP 90是与IKK复合物结合的 同时伴侣蛋白HSP 90的抑制物会抑制IKK复合物的激活 因此 可以说IKK复合物的激活是需要HSP 90的 由于HSP 90还与NF B信号通路中的其他激酶结合 Cdc37已经渐渐取代了HSP 90在IKK复合物的激活中发挥作用 ELKS 转录激活因子ETS样蛋白 其作为一个IKK复合物的调节成分 但是其对IKK复合物的重要性还需要进一步证明 2 IKK的激活 IKK复合物的激活首先是需要IKK亚基的T环丝氨酸的磷酸化 但是目前这种磷酸化的机制并不明确 其中 IKK 的磷酸化位点是丝氨酸177和181 IKK 的磷酸化位点是丝氨酸176和180 另外 激活的T环丝氨酸如果突变成谷氨酸则会产生IKK激活 而突变成丙氨酸则会取消信号应答 IKK复合物的激活中一个普遍的元素是 对TRAF家族成员的需要和诱导TRAF的寡聚化从而向下传递信号 这说明信号复合物的集合对于IKK的激活的重要性 NEMO的C 末端区域介导IKK的激活 被RIP1介导的NEMO的可诱导的寡聚化被认为可以激活IKK 并且这一点已经得到了证明 但是 根据以上的发现 我们并不能得到IKK激活的具体机制 IKK激活需要的条件 最近的一些发现为我们在研究IKK的激活的机制上提供了线索 在酵母中 野生型的IKK 表达的激酶活性被NEMO的共表达所提高 而那些T环被突变成谷氨酸的IKK 其活性也很高 但是其活性不会随着NEMO的共表达发生变化 说明 IKK的激酶活性被NEMO所提高 是通过IKK的T环磷酸化促进而发生的 研究发现 反式自磷酸化作为NEMO和IKK的一种本能的高次结构构成结果而发生 其展开的分子量近似激活的IKK 说明 反式自磷酸化可能是IKK激活的主要机制 IKK的NBD区域的丝氨酸残基的磷酸化 可以抑制IKK的活性 和阻止通过与NEMO的共表达而发挥作用的IKK活性的增加 说明 NBD NEMO之间的作用对于NEMO介导的IKK激活很重要 IKK激活机制的探索 因此 我们可以知道在IKK激活中 反式自磷酸化是主要的作用机制 IKK激活途径可能是一个反馈调节的重要机制 接受刺激后 NEMO与IKK的结合区域被磷酸化 磷酸化位点为丝氨酸68 这个磷酸化可诱导NEMO二聚体的分离 和阻碍IKK与NEMO之间的相互作用 从而终止信号通路 这种构象的变化可被伴侣分子HSP 90或IKK复合物的磷酸化酶所识别 通过HSP 90或者NEMO在丝氨酸68的脱磷酸化的作用 可以使IKK复合物恢复活性 IKK激活的反馈调节 IKK的激活模型 1 在静息状态下 NEMO2IKK 1IKK 1 复合物中 IKKs通过与NEMO相互作用而被抑制 2 在有刺激物的情况下 NEMO结合一个RIP蛋白 NEMO泛素化 使IKK的蛋白激酶区域暴露 诱导T环丝氨酸残基的反式自磷酸化或者由IKK K磷酸化T环丝氨酸残基 3 被激活的IKK可磷酸化下游的酶作用底物 如I Bs 从而激活NF B信号通路 被激活的IKK还可磷酸化IKK 的丝氨酸740和NEMO的丝氨酸68 使得NEMO二聚体与IKK的分离 阻止激酶的反复激活 4 Cdc37 HSP 90 伴侣分子 和PP2A PP2C 磷酸化酶 可以介导IKK复合物的重组 I B蛋白的主要作用是掩盖NF B的核定位信号 阻止其入核 及其与DNA的结合 使NF B以非活化形式存在于细胞的胞质中 因此 对于研究NF B信号通路来说 I B蛋白的研究很重要 典型的I B蛋白 I B I B 和I B 前体I B蛋白 p100和p105 非典型的I B蛋白 I B 和Bcl 3 四 I B蛋白的作用 随着NF B信号通路的深入研究 人们渐渐将重点转移到NF B的转录调节是怎么样开始和终止的 1 共激活因子的调节2 NF B信号通路的终止 五 NF B的转录调节作用 1 共激活因子的调节 现以P65 P50为例 来说明NF B的转录调节 NF B转录调节中的激酶 PKA 蛋白激酶A 存在在一个带有细胞溶质NF B I B的复合物中 随着I B的降解 其在细胞质中磷酸化P65 磷酸化位点是丝氨酸276 这个磷酸化可以促进P65和转录辅助激活因子CBP cAMP反应元件结合蛋白 P300的相互作用 MSK1和MSK2 分裂素和压力激活激酶 可在细胞核中磷酸化P65的丝氨酸276 P65的磷酸化调节 PKA在细胞质中磷酸化P65的丝氨酸276 MSK1和MSK2在细胞核中磷酸化P65的丝氨酸276 IKK 和IKK 可磷酸化P65的丝氨酸536 P65的丝氨酸529可以被CK2 蛋白激酶 诱导磷酸化 PKC 能磷酸化P65的丝氨酸311 由此看来 P65的磷酸化位点主要发生在两个区域 一个是RHD的二聚体化的功能域 包括丝氨酸276和311 一个是C 末端TAD区域 包括丝氨酸529和536 这些磷酸化中的每一种都可能有助于通过诱导构象变化促进CBP P300与P65的结合 从而完成P65的激活 P65的乙酰化调节 P65的乙酰化发生在细胞核中 可能被CBP P300和结合的HATS 组蛋白乙酰转移酶 诱导 乙酰化的位点是P65的赖氨酸310 P65的乙酰化使其和I B 的结合作用大大减弱 促进转录活性 但是其在核内可以被HADC3 组蛋白去乙酰化酶 脱去乙酰基 从而促进P65和I B 的有效结合 形成的复合物在CRMI 核质运输蛋白 的协助下被排出核外 终止转录活性 因此 P65的乙酰化可增强目的基因转录活性 NF B转录活性的调节 在未受到刺激的细胞中 目的基因的 B位点被P50或P52的同型二聚体所占据 在这个阶段 Bcl 3和I B 既可以通过移去和稳定P50或P52的同型二聚体来正向和反向调节NF B信号通路 A B 当细胞受到刺激后