细胞信号转导进展G蛋白.ppt

细胞信号转导进展 2010 11 12e mail jiangxn88 内容 绪论第一章细胞信号分子第二章蛋白质的可逆磷酸化第三章离子通道第四章胞内受体的作用机制第五章g蛋白介导的信号转导第六章第二信使 camp与cgmp第七章第二信使 ip3 dag与ca2 第八章酪氨酸蛋白激酶途径ras raf mapk信号途径pi3k akt信号途径jak stat信号途径第九章tgf smad信号途径第十章细胞凋亡信号途径第十一章wnt信号途径第十二章hedgehog notch途径 g蛋白介导的信号转导 gpcrg蛋白介导的跨膜信号转导小g蛋白 gpcr的分子结构 又称蛇型受体 serpentinereceptor 只存在与真核生物中 通常由单一的多肽链或均一的亚基组成 跨膜区由7个 螺旋结构组成 每个疏水跨膜区段由20 25个氨基酸组成 多肽链的n 端位于细胞外区 而c 端位于细胞内区 在第五及第六跨膜 螺旋结构之间的细胞内环部分 第三内环区 是与g蛋白偶联的区域 gpcrart machr a类gpcrs belongstosubfamilya18m1 chrm1 acm1 m2 chrm2 acm2 m3 chrm3 acm3 m4 chrm4 acm4 m5 chrm5 acm5 代谢型离子通道 machrs的组织分布和功能 5 ht受体 a类gpcrs subfamilya175 ht2a htr2a 5h2a 5 ht2b htr2b 5h2b 5 ht2c htr2c 5h2c 5 ht6 htr6 5h6 subfamilya195 ht1a htr1a 5h1a 5 ht1b htr1b 5h1b 5 ht1d htr1d 5h1d 5 ht1e htr1e 5h1e 5 ht1f htr1f 5h1f 5 ht4 htr4 5 ht5a htr5a 5h5a 5 ht7 htr7 5h7 5 ht3为离子通道型受体 b类gpcrs c类gpcrs calcium sensingreceptor related cas gababreceptorsmetabotropicglutamatereceptors mglur 代谢型谷氨酸受体raig retinoicacid inducibleorphangprotein coupledreceptors tastereceptorsorphanreceptors 孤儿受体 配体未知 c类gpcrs cys richdomain heptahelicaldomain agonistsantagonists g protein c类gpcrs的一般结构 hd vft crd venusflytrapdomain allostericmodulator am mglu1vft区的晶体结构 kunishimaetal nature 2000 openwithoutglu closedwithglu gabab受体 异二聚体 代谢型gaba受体 由b1 b2两个亚单位组成 b1与配体gaba结合 b2介导g蛋白的激活 b2可单独转运至细胞膜 b1需与b2形成异二聚体才能转运至细胞膜 b1亚单位的vft与gaba结合后 vft关闭 引起跨膜部分的构象改变 激活g蛋白功能 神经递质释放的突触前抑制 离子型gaba受体 mglur 与离子通道型glur iglur 不同 mglur不是离子通道 位于突触前膜及突触后膜 与学习 记忆 焦虑及痛觉有关 功能 修饰离子通道的活性改变突触的兴奋性 如神经递质传递的突触前抑制或诱导突触后应答 mglur 同源二聚体 g蛋白介导的信号转导 gpcrg蛋白介导的跨膜信号转导小g蛋白 参与g蛋白跨膜信号转导的信号分子 gpcrg蛋白 鸟苷酸结合蛋白 g蛋白效应分子第二信使蛋白激酶等一系列的信号分子 g蛋白 鸟苷酸结合蛋白 guanylatebindingprotein 的简称包括异源三聚体g蛋白和单体g蛋白 小g蛋白 alfredg gilman martinrodbell 1994年10月9日 在诺贝尔颁奖大会上 诺贝尔生理学奖授予给了alfredg gilman和martinrodbell 以表彰他们的重大发现 g 蛋白及其在细胞内信号传导中所起的作用 g蛋白的活性调节 现已发现 在哺乳动物中 g蛋白的 亚基有21种 亚基有5种 亚基有12种 不同的g蛋白能特异地将受体与相应的效应酶偶联起来 将特异的信息传递到细胞内 异源三聚体g蛋白的种类 蛋白a亚基 gas与gai的抑制剂 霍乱毒素 choleratoxin 能催化adp核糖基共价结合到gs的 亚基上 抑制 亚基的gtpase活性 从而抑制了gtp的水解 使 亚基持续活化 导致患者细胞内na 和水持续外流 产生严重腹泻而脱水 百日咳毒素 pertussistoxin 使gi蛋白 亚基adp核糖化 阻止 亚基上的gdp被gtp取代 使其失去对ac的抑制作用 使camp的浓度增加 促使大量的体液分泌进入肺 引起严重的咳嗽 g蛋白的效应分子 某些离子通道 接受g蛋白的直接或间接调控 酶类 主要有腺苷酸环化酶 ac 磷脂酶c plc 磷脂酶a2 pla2 鸟苷酸环化酶 gc 和依赖于cgmp的磷酸二酯酶 pde 它们都能通过生成 或分解 第二信使 实现细胞外信号向细胞内的转导 g蛋白调节的离子通道 a 神经递质乙酰胆碱与心肌细胞的膜受体结合 使得g蛋白的 亚基与 亚基分开 b 激活的 亚基复合物同k 离子通道结合并将k 离子通道打开 c 亚基中的gtp水解 导致 亚基与 亚基重新结合 使g蛋白处于非活性状态 使k离子通道关闭 gpcr能够激活心肌质膜的k 离子通道打开 通过神经递质乙酰胆碱调节心肌收缩 gpcr介导的跨膜信号传递 磷脂酰肌醇信号通路 camp信号通路 1 化学感受器中的g蛋白气味分子与受体结合 激活腺苷酸环化酶 产生cnmp 开启cnmp门控阳离子通道 引起钠离子内流 膜去极化 产生神经冲动 形成嗅觉或味觉 2004年axel和buck因发现气味受体和化学感受器系统的组成而获诺贝尔生理或医学奖 其他g 蛋白 richardaxel lindab buck 其他g 蛋白 2 视觉感受器中的g蛋白视紫红质为7次跨膜蛋白 由视蛋白和视黄醛组成 其信号途径为 光信号 rh激活 gt活化 cgmp磷酸二酯酶激活 胞内cgmp减少 na 离子通道关闭 离子浓度下降 膜超极化 神经递质释放减少 视觉反应 g蛋白介导的信号转导 gpcrg蛋白介导的跨膜信号转导小g蛋白 小g蛋白家族 特点 分子量小 21 28kd的小肽 为单体功能 与g 类似 起分子开关的作用与大g蛋白相同点 当结合gtp时成为活化形式当gtp水解成为gdp时 自身为gtp酶 则回复到非活化状态与大g蛋白不同点 主要受酪氨酸蛋白激酶的调节需要中介蛋白 ras ras 大鼠肉瘤 ratsarcoma ras 的英文缩写原癌基因c ras的表达产物通过脂肪酸链 异戊烯基 嵌入细胞膜中 ras gdp 无活性形式ras gtp 活性形式 ras的分类 哺乳动物 h ras k ras ras4a ras4b n ras1960s jenniferharvey与wernerkirsten发现大鼠肉瘤中存在病毒 分别命名为hras kras病毒 nih的edwardm scolnick及其同事在hras kras病毒中发现具转化 致癌活性的癌基因 1982年 哈佛的geoffreym cooper nih的marianobarbacid stuarta aaronson及mit的robertweinberg在人癌细胞中发现具转化活性的ras基因 n ras 首先在人成神经细胞瘤 neuroblastoma 中发现 roberta weinberg foundingmemberofmitwhiteheadinstituteforbiomedicalresearch apioneerincancerresearchmostlyknownforitsdiscoveriesofthefirsthumanoncogene therasoncogenethatcausesnormalcellstoformtumors andtheisolationofthefirstknowntumorsuppressorgene therbgene 1 thebiologyofcancer byroberta weinberg june2006 garlandsciencetextbooks 864pp 2 onerenegadecell sciencemasters byroberta weinberg october01 1999 170pp 3 racingtothebeginningoftheroad thesearchfortheoriginofcancer by roberta weinberg may01 1996 harmonybooks 270pp 4 genesandthebiologyofcancer scientificamericanlibrary by haroldvarmus roberta weinberg october01 1992 215pp 5 oncogenesandthemolecularoriginsofcancer monographserno 18 march01 1990 coldspringharbor r a weinberg editor 270pp ras的一级序列 g domain 166aa 前164aa高度同源绿色 相同残基淡紫色 保守替代残基黄色 高度可变残基红色 突变致癌残基c端 除cys186外 其他残基高度可变 ras的翻译后修饰 c端caaxbox中的cys在胞质中发生异戊烯化修饰 插入er膜在er膜上 aax被蛋白内切酶切除新的c末端残基cys发生甲基化修饰甲基化的ras转运至质膜 进一步发生棕榈酰化修饰未经异戊烯化修饰的ras位于胞质中 无活性 ras的活性调节 ras与gtp gdp的结合受rasgef 鸟苷酸交换因子 guaninenucleotideexchangefactors 与rasgap gtpaseactivatingprotein gtp酶激活蛋白 的调节 gef分两类 活化型gef guanosinenucleotidedissociationstimulators gds 抑制型gef guanosinenucleotidedissociationinhibitors gdi ras的激活与失活 ras基因突变 在人类肿瘤中 原癌基因ras的突变较为常见 占肿瘤基因突变的20 30 它们的产物能抑制细胞凋亡 加快癌细胞转移 h ras变异蛋白可见于膀胱癌和肾癌 而在几乎所有的乳腺癌中都可看到变异的k ras 另外在肺癌 大肠癌和直肠癌中都可见其身影 k ras的作用很可能是通过ras raf mek erk途径实现的 这条途径不但能促进血管生成 还会诱发癌细胞的浸润和转移 constitutiveactivemutations p loop中的g12v突变使ras对gap不敏感 从而处于持续性激活状态 参与催化的残基q61k突变 降低ras水解gtp的速度 dominantnegativemutations s17nd119n ras超家族 ras超家族成员 100种 根据氨基酸序列 结构及功能分为10个亚家族 rho gtpases 分类 rho rhoa rhoc rhog rhohrac rac1 rac2 rac3cdc42 cdc42 tc10 tlc tc10 like chp wrch 1rhod rhod rifrhoh ttfrhobtb rhobtb1 rhobtb2 miro miro 1 miro 2rnd rnd1 rnd2 rnd3 rhoe 不能水解gtp 通常抑制rho gtpase信号途径功能 肌动蛋白细胞骨架的动态调节 包括细胞形态 极性 运动 囊泡运输 伪足形成等细胞生长 增殖 分化 ros reactiveoxygenspecies 的产生及存活由来自gpcr integrins及growthfactor受体的信号所激活 细胞骨架 cytoskeleton cellmotility 肌动蛋白细胞骨架的动态调节 rho 形成张力丝 stressfibers rac membranceruffling lamellipodium 层状伪足 cdc42 filopodia 丝状伪足 focaladhesion red stressfibersgreen focaladhesions focaladhesioncomplex integrin 整合素介导细胞与细胞间的相互作用及细胞与细胞外基质间 fibronectin vitronectin collagen laminin中的rgd三肽序列 的相互作用由 120 185kd 和 90 110kd 两个亚单位形成异二聚体迄今已发现18种 亚单位和9种 亚单位 它们按不同的组合构成25余种整合素talin paxillin vinculin focaladhesionmarkerssrc non recpetortyrosinekinasefak focaladhesionkinase 张力丝的形成 rho filopodia macrophage fibroblasts lamellipodia fibroblasts earlyspreading huveneers s etal jcellsci2009 122 1059 1069 rhogapsandrhogefs rhoe 在1996年被发现的rhoe饰演着抑制癌症的角色 与其他游移于激活 失活状态的g蛋白不同 rhoe持续与gtp结合 一直处于激活状态 所以其功能的上下调节靠的是其表达水平 根据另一项研究 rhoe不仅在细胞增殖方面起到调节作用 则在细胞迁移方面发挥着其功能 甚至将某些癌细胞引向细胞凋亡 ludwiginstituteforcancerresearch的研究人员发现 rhoe会在生长因子的刺激和dna损坏的情况下表达增高 因此有可能成为癌症的生物标记 rhoe能阻止肌动蛋白的聚合和应力纤维的形成 因此细胞迁移的能力减弱 rhoe成为癌症治疗的又一新目标 ras超家族 ras超家族成员 100种 根据氨基酸序列 结构及功能分为10个亚家族 rab gtpases与囊泡转运 rab gtpases ras associatedbinding rab proteins从酵母到人高度保守人 60种酵母 s cerevisiae 11线虫 c elegans 29果蝇 d melanogaster 26功能 蛋白质与磷脂分子在不同膜结构之间的转运 囊泡转运 vesicletrafficking 包括囊泡的形成 肌动蛋白 微管依赖性的囊泡转运 与受体膜的融合以及囊泡之间的信号传递 rab gtpases的亚细胞分布和功能 ccv clathrin coatedvesicles ee earlyendosomes er endoplasmicreticulum le lateendosome pm plasmamembrane re recyclingendosome sv synapticvesicle tgn trans golginetwork u ubiquitous rab gtpases 6个b片层 5个a螺旋 10个loops l 红色 rab特异性残基 rabf1 5 深紫色 rab亚家族特异性motif rabsf1 4 蓝色 高度保守的核苷酸结合motif g1 3 pm phosphate mg2 结合motifc端同源性小 参与rab gtpases的亚细胞定位 而鸟苷酸结合位点高度保守 rab gtpasecycles rab在内质网合成后 首先与rabescortprotein rep 结合形成稳定的复合体 rabc末端的cysmotif在rab香叶酰香叶基转移酶 rabgeranylgeranyltransferase rabggt 的作用发生异戊烯化 rabggt由a b亚单位组成 rep将rab转运至供体膜 donormembrane 后 与rab解离 参与下一轮循环 蓝色箭头 rab gtpasecycles cont d 在供体膜上 无活性的rab gdp在rabgef作用下与gdp解离 同时与gtp结合 成为有活性的rab gtp 后者在rabgap的作用下回复到无活性的rab gdp形式 被激活的rab可与结构和功能各异的效应分子相结合 包括供体膜上的cargosortingcomplexes 参与囊泡转运的动力蛋白 motorprotein 以及调节囊泡与受体膜融合的tetheringcomplexes 囊泡与受体膜融合 释放所转运货物 rab gdp在gdp解离抑制蛋白 gdpdissociationinhibitor gdi 的作用下 从受体膜回到供体膜上 参与下一轮循环 囊泡转运 在供体膜出芽部位 rab与效应分子形成复合物 出芽部位与供体膜分离 形成转运囊泡 转运囊泡脱去包被蛋白 通过动力蛋白中介分子 motoradapter 与动力蛋白结合 动力蛋白水解atp提供能量 使转运囊泡沿微管向受体膜方向运动 供体膜上的v snare与受体膜上的t snare相互识别 形成tetheringcomplex v snare插入受体膜中 供体膜与受体膜融合 释放所转运物质 gdf gdidisplacementfactorsnare solublen ethylmaleimide sensitivefactorattachmentproteinreceptor snares介导的膜融合 v snareiscomprisedoftwoproteins synaptobrevin vamp vesicleassociatedmembraneprotein t snareismadeupoftheproteins syntaxinandsnap 25 conformationalchangesoccurinthev snare t snareassociation afusionproteincomplexisformedwithsnap25whichbindstosyntaxinandvamp thefusion