第信使的信号通路.ppt

第六章cAMP、cGMP信号转导通路第七章肌醇三磷酸、二酰甘油与信号转导（第二信使信号转导通路）,细胞信号转导的基本过程及其受体的位置,Nocelllivesinisolation,重点：各种第二信使的发现、产生、靶分子、信号通路、生物学效应。,第二信使：cAMPcGMPIP3DAGCa2+,第六章一、cAMP的发现和第二信使学说,TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1971forhisdiscoveriesconcerningthemechanismsoftheactionofhormones,EarlW.Sutherland,Jr.USAVanderbiltUniversityNashville,TN,USAb.1915,d.1974,2.肾上腺素磷酸化酶原后者活性不升高,肾上腺素的作用是间接的,肾上腺素通过肝细胞颗粒部分（膜或细胞器）里的一种物质使磷酸化酶活性,3.肝匀浆ATP,Mg2+肾上腺素，磷酸化酶活性匀浆上清ATP,Mg2+肾上腺素，磷酸化酶活性不,4.进一步研究发现关键物质cAMP，并进而发现了腺苷酸环化酶。,肾上腺素可以激活磷酸化酶,Sutherland提出的第二信使学说：胞外化学物质（第一信使）不能进入细胞内部，它作用于细胞表面特异受体，导致胞内第二信使的产生，从而激发一系列的生化反应，产生一定的细胞生理效应，最后第二信使降解，其信号作用终止。,二、cAMP的信号转导通路,（一）cAMP的产生腺苷酸环化酶的作用（adenylatecyclase，AC）,（或者：guanylylcyclase）,AC系统,胞外信号及受体G蛋白AC催化亚单位活化AC的协同因子,激素神经递质,腺苷酸环化酶系统（adenylatecyclase，AC）,1.AC,大多是膜结合型1165个氨基酸分区：M1,M2胞内区域：C1,C2,AC至少有9种哺乳类亚型（），一种细胞可以有多种亚型，调节不同的生理功能及不同的细胞内定位。,可溶性（solubleAC，sAC）,sAC存在于胞质和细胞器中激活物与质膜AC不同下游底物与质膜AC也不同,NDPK的其它作用,（二）cAMP作用的靶分子：cAMP产生后做什么？,蛋白激酶A（proteinkinaseA，PKA）：被cAMP活化，使下游靶蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化。,催化亚基C：灰色和黄褐色磷酸化结合区：黄色调节亚基R：蓝绿色R亚基抑制区：红色G螺旋：绿色,广泛，不断发现新的底物,底物磷酸化肽段的共有序列：RRXSY（精精？丝酪）,PKA的非cAMP底物功能：PKA的催化亚基C具有不依赖于cAMP的功能，调节亚基R也有不同的独立功能。,cAMP的底物,问题：不同细胞、不同信号都通过cAMP引起细胞效应，如何保持细胞效应的特异性？,PKA有不同亚型，对cAMP的亲和力不同，其作用底物时序不同；b.不同细胞PKA底物蛋白不同c.cAMP信号区域化：有浓度梯度，PKA有锚定蛋白。,cAMP的底物,2.环核苷门控阳离子通道（CNG）存在于嗅觉感受器和窦房结起搏细胞，直接与cAMP结合，通道活性受其调控。,嗅觉细胞上cAMP与离子通道的直接结合使通道开放,cAMP的底物,经典途径,2004年度诺贝尔生理学或医学奖授予美国哥伦比亚大学霍华休斯医学研究所(HHMI)的研究人员RichardAxel和任职于弗雷德哈钦森癌症研究中心的HHMI研究人员LindaBuck。这两位科学家因为阐明了整个嗅觉系统的工作原理而受到表彰。每个气味受体首先激活一种成对存在的G蛋白，后者又转而刺激环一磷酸腺苷（又称环腺苷酸，cAMP）的形成。cAMP是一种信使分子，可直接激活离子通道（CNG)，让其开通，然后嗅觉细胞被激活。,3.鸟苷酸交换因子（GEF）可直接与cAMP结合，调节Ras家族成员Rap1的活性。,cAMP的底物,（三）cAMP信号的灭活被特异的环核苷酸磷酸二酯酶（phosphodiesterase，PDE）所分解。,PDE的主要结构部分：保守的催化中心决定其底物特异性的决定簇起调节作用的特异决定簇,PDE的作用,PDE的基本结构,（四）cAMP信号转导通路包括产生cAMP的上游组分和cAMP的作用底物。,cAMP信号转导通路的放大效应（其它信号通路遵循相同的原则）,一个上游分子可以激活许多下游分子，每一级都使信号得以放大，形成瀑布效应。,如何判断一种激素是否通过cAMP第二信使发挥作用？,1.激素使细胞cAMP浓度2.作用出现在cAMP浓度之后3.外源性给予cAMP可模拟激素作用4.抑制PDE可加强激素的作用5.激素可激活PKA,三、cAMP信号通路调节的生理过程(自学为主),对基因表达的调节,FK,forskolin（福斯克林）CRE,cAMPresponseelement.CREB,CREbindingproteinAP,alkalinephosphatase,教科书图67有误,FK激活AC，促进碱性磷酸酶的合成和释放；抑制型G蛋白受体激动剂对抗FK的作用。,请注意方法学的应用,AC在复杂研究中的意义及其生物信息学方法,四、cGMP信号转导通路,cGMP的分子结构和水解部位（灭活）,（二）cGMP的产生和灭活,鸟苷酸环化酶（guanylatecyclase，GC）,GC,Soluble(sGC)Membrane(mGC,rGC),2.cGMP的发生通过鸟苷酸环化酶（GC）的酶促反应,（三）cGMP作用的靶分子,1.PDE通过激活或抑制PDE从而调节cAMP通路；2.CNG直接与离子通道蛋白结合，影响其开放；3.GCAPs（cGMP激活蛋白，Guanylatecyclase-activatingproteins）一种钙依赖性蛋白，影响视觉功能；BBRC2004;322(1):1123-1130Guanylatecyclase-activatingproteins:structure,function,anddiversity.4.PKG主要靶分子,Structure18,116126,January13,2010,guanylatecyclase-activatingproteins(GCAPs)guanylatecyclase-inhibitoryproteins(GCIPs),（四）cGMP调节的生理功能,在视觉信号转导中的作用,NO-cGMP-PKG通路,开放钾离子通道关闭钙离子通道抑制内质网释放钙,PKG使MLC去磷酸化,血管平滑肌细胞舒张的典型过程,UniversityofCalifornia-LosAngeles,StateUniversityofNewYorkinBrooklyn,UniversityofTexasMedicalSchoolinHouston.,1998NobelPrizeWinnersinPhysiologyorMedicine:,NobelprizecommitteesayYestoNO!,cGMP及其激酶在心肌肥大中的作用,NatureReviewsDrugDiscovery6,617-635(2007);关注某个疾病发生发展时信号转导的变化。,cAMP和cGMP通路的关系二者在生理效应上有一定的拮抗关系,PDE有多种型号，分别对cAMP和cGMP特异。,DiagramillustratingpossibleinteractionsbetweenangiotensinII-andguanylylcyclase-dependentsystemsintheratpodocytes.NPR-A-guanylylcyclase-linkedreceptorforANP,sGC-solubleguanylylcyclase,pGC-particulateguanylylcyclase,PDE-phosphodiesterase(s),第七章IP3和DAG与信号转导双信使途径,一、IP3和DAG双信使途径,学习专业词汇！,IP3：肌醇三磷酸DAG：二酰基甘油,二、IP3和DAG的产生和灭活,产生：PLC对PIP2的水解,PLCdelta激活移位至胞膜，PH为结合区，Cat为催化区,IP3和DAG的灭活,IP2IP3IP4,PI3K,磷酸酶,花生四烯酸DAG磷脂酸,DAG激酶,磷酸酶A2,三、IP3/Ca2和DAG/PKC信号转导通路,产生前合一，生成后独立,PIP2,IP3,DAG,PKC,Ca2,PLC(-,-,-),PLC-的活性被受体酪氨酸激酶调节，PLC-的跨膜受体是激素和神经递质受体PLC-由激素通过增加PIP2的浓度而激活,IP3激活C