10Wnt与Notch信号传导(正式)

1、Wnt与与Notch信号转导信号转导一、一、Wnt信号通路信号通路int-1癌基因：癌基因： MMTV(小鼠乳腺肿瘤病毒小鼠乳腺肿瘤病毒)插入插入(insertion)该基因时，诱发小鼠乳腺癌。该基因时，诱发小鼠乳腺癌。 Wnt： 相当于果蝇的相当于果蝇的Wingless (Wg)基因。基因。 Wnt 信号转导途径信号转导途径 Wnt基因调控的信号转导系统基因调控的信号转导系统 进化保守进化保守 在胚胎发育、器官形成中起作用在胚胎发育、器官形成中起作用 参与肿瘤的形成参与肿瘤的形成 Wnt信号通路组成及信号转导途径信号通路组成及信号转导途径 Wnt信号通路的主要成员信号通路的主要成员 Wnt蛋

2、白蛋白(配体配体) Wnt受体受体 Dishevelled(Dsh/Dvl)蛋白蛋白 多蛋白复合体多蛋白复合体 -连环蛋白连环蛋白(-catenin) 糖原合成酶激酶糖原合成酶激酶 (glycogen synthase kinase-3，GSK-3) 轴蛋白轴蛋白(Axin/Conduction) APC(adenomatous polyposis coli) Wnt蛋白：蛋白： 原癌基因家族编码产物原癌基因家族编码产物 分泌性糖蛋白分泌性糖蛋白 人类含有人类含有19种种wnt基因基因 尽管结构相似，但功能不同尽管结构相似，但功能不同 具有不同的生物学活性具有不同的生物学活性Wnt受体：受体：

3、 Frizzled家族蛋白家族蛋白 低密度脂蛋白受体相关蛋白低密度脂蛋白受体相关蛋白(LRP)Frizzled家族蛋白家族蛋白： 7次跨膜蛋白次跨膜蛋白 胞外胞外Cys富集域和跨膜域高度保守富集域和跨膜域高度保守 人类有人类有10个成员个成员 低密度脂蛋白受体相关蛋白：低密度脂蛋白受体相关蛋白： ( Low density lipoprotein receptor related protein , LRP ) 单跨膜蛋白单跨膜蛋白 胞外域直接结合胞外域直接结合Wnt蛋白蛋白 Wnt 辅受体辅受体 胞内部分结合轴蛋白胞内部分结合轴蛋白 哺乳动物的两个同源体哺乳动物的两个同源体 LRP5、 LR

4、P6Dishvelled(Dsh/Dvl)蛋白：蛋白： 胞质蛋白胞质蛋白 Wnt信号转导的正性调节物信号转导的正性调节物 受体复合体的下游受体复合体的下游 -连环蛋白的上游连环蛋白的上游 哺乳动物的哺乳动物的3个同源体个同源体 DVI 13 含有含有CK1、CK2和轴蛋白结合部位和轴蛋白结合部位PDZ域：域： 其名称来自于含有同样重复序列的其名称来自于含有同样重复序列的3种蛋白种蛋白 PSD 95 果蝇盘状巨大肿瘤抑制蛋白果蝇盘状巨大肿瘤抑制蛋白Dlg 哺乳动物闭锁小带蛋白哺乳动物闭锁小带蛋白ZO-1多蛋白复合体：多蛋白复合体： -连环蛋白连环蛋白(- catenin ： 首先作为与首先作为与

5、E-钙依粘连蛋白钙依粘连蛋白(E-Cadherin 的胞质域相互作用的人类蛋白被提出的胞质域相互作用的人类蛋白被提出 与果蝇的与果蝇的Arm和爪蟾的和爪蟾的-连环蛋白同源连环蛋白同源 Wnt信号转导的重要中介物信号转导的重要中介物 N端端 调节其稳定性调节其稳定性 C端端 转录激活作用转录激活作用The Multiple roles of - catenin 轴蛋白轴蛋白(Axin : Wnt信号转导的负性调节物信号转导的负性调节物 小鼠的同源物称为小鼠的同源物称为Conductin 哺乳动物有哺乳动物有2个同源体个同源体 GSK-3 ( glycogen synthase kinase -3

6、 : Ser/Thr蛋白激酶蛋白激酶 组成性激酶活性组成性激酶活性 Wnt信号转导途径中的关键酶信号转导途径中的关键酶 人类的同源物人类的同源物 GSK-3 、GSK-3 APC ( Adenomatous polyposis coli : 抑癌基因编码产物抑癌基因编码产物 含有几个不同保守结构域的大分子蛋白含有几个不同保守结构域的大分子蛋白 在在Wnt信号转导途径中起重要作用信号转导途径中起重要作用 Tcf/Lef(lymphoid-enhance-factor/T cell factor)： 是一类具有相关的是一类具有相关的HMG盒的转录因子盒的转录因子 已鉴定出已鉴定出4个人类同源物个人

7、类同源物 表达具有组织特异性表达具有组织特异性 以复合体形式发挥作用以复合体形式发挥作用 无无Wnt信号时，与阻遏物结合，信号时，与阻遏物结合， 抑制靶基因转录抑制靶基因转录多蛋白复合体多蛋白复合体Wnt通路的胞内信号至少可分为通路的胞内信号至少可分为4个分支：个分支： 典型典型Wnt/ - 连环蛋白信号通路连环蛋白信号通路 平面细胞极性通路平面细胞极性通路 Wnt/Ca2+通路通路 调节纺锤体的方向和非对称细胞分裂的调节纺锤体的方向和非对称细胞分裂的胞内通路胞内通路 1. 典型典型Wnt/ - 连环蛋白信号通路连环蛋白信号通路 (canonical Wnt/ -catenin pathway

8、 Wnt配体配体Frizzled, LRPDsh/Dvl多蛋白复合体多蛋白复合体- 连环蛋白连环蛋白说明：说明： -连环蛋白的稳定性与其磷酸化状态有关连环蛋白的稳定性与其磷酸化状态有关 Dsh/Dvl蛋白可抑制蛋白可抑制GSK-3活性活性 CK是调节是调节-连环蛋白稳定的一个关键连环蛋白稳定的一个关键正性调控分子正性调控分子 核内的核内的- 连环蛋白与连环蛋白与Tcf/Lef家族的转录因家族的转录因子相互作用，激活子相互作用，激活Wnt靶基因转录靶基因转录 已知的已知的Wnt靶基因有靶基因有50多个多个Modulators of Wnt- signalingModulators of Wnt-

9、 signaling2.平面细胞极性通路平面细胞极性通路 (the planar cell polarity pathway 激活激活JNK并指导非对称细胞骨架形成及细并指导非对称细胞骨架形成及细胞形态的协同极化胞形态的协同极化 不依赖于不依赖于- 连环蛋白连环蛋白 涉及涉及GTP酶酶Rho和和JNK相关级联分子相关级联分子 Nkd蛋白是蛋白是Wnt信号的拮抗分子信号的拮抗分子 但能激活但能激活JNKWntDIXPDZDEPDshZw3APCAxinArmFz/dFz2TCFRho,Rac基因转录基因转录细胞骨架细胞骨架JNK级联级联细胞平面极性细胞平面极性3. Wnt/Ca2+通路通路 最初

10、证据来源于斑马鱼和爪蟾的研究最初证据来源于斑马鱼和爪蟾的研究 Wnt-5A能刺激细胞内能刺激细胞内Ca2+的释放的释放 有有Frizzled-2(Rfz-2)参与参与 Ca2+激活激活CaMK和和PKC WntFrizzledPKCPLCDAGPI3Ca2+iCaMK细胞反应细胞反应(二二) Wnt信号与胚胎体轴和中胚层模式的建立信号与胚胎体轴和中胚层模式的建立 体轴的形成需要体轴的形成需要- 连环蛋白以及连环蛋白以及Wnt/ - 连环蛋白通路信号分子参与。连环蛋白通路信号分子参与。 背前侧背前侧- 连环蛋白的聚集连环蛋白的聚集 最早标志最早标志 - 连环蛋白的过表达，可诱导胚胎产生额外连环蛋

11、白的过表达，可诱导胚胎产生额外体轴。体轴。 - 连环蛋白调节的典型连环蛋白调节的典型Wnt信号参与前信号参与前后轴的形成后轴的形成 - 连环蛋白敲除的胚胎，连环蛋白敲除的胚胎， 可发生细胞的可发生细胞的错误定位，从而不能形成中胚层。错误定位，从而不能形成中胚层。 抑制抑制Wnt信号是脊椎动物体廓形成后期信号是脊椎动物体廓形成后期阶段的关键因素。阶段的关键因素。 Wnt拮抗分子能诱导头的形成。拮抗分子能诱导头的形成。(三三) Wnt信号与器官发生信号与器官发生 Wnt信号参与大脑的形成信号参与大脑的形成 Wnt 3a敲除的小鼠胚胎，大脑海马回发敲除的小鼠胚胎，大脑海马回发育受损育受损 Lef 纯

12、合子突变可导致小鼠胚胎缺少全部纯合子突变可导致小鼠胚胎缺少全部海马回海马回 Wnt/ Lef/tcf基因协同作用，共同参与大基因协同作用，共同参与大脑海马回的发育。脑海马回的发育。 Wnt信号参与生长锥的重建和多突触球信号参与生长锥的重建和多突触球状环状环 (苔状神经纤维与颗粒细胞相接触时苔状神经纤维与颗粒细胞相接触时) 的形成。的形成。 参与轴突形成的起始过程：参与轴突形成的起始过程： Wnt 7 a能诱导苔状神经纤维中轴突和生能诱导苔状神经纤维中轴突和生长锥的重建长锥的重建 Wnt 7a能诱导突触素能诱导突触素的汇集的汇集 Wnt信号参与脊椎动物的肢体起始和顶信号参与脊椎动物的肢体起始和顶

13、端外胚层脊的形成端外胚层脊的形成 三种三种Wnt信号分子信号分子( Wnt2b、Wnt3a、Wnt8c)是信号转导的关键诱导者。是信号转导的关键诱导者。 依赖于与依赖于与FGF信号通路的对话信号通路的对话 FGF与与Wnt 信号的信息交流也与内耳的信号的信息交流也与内耳的形成有关。形成有关。(四四) Wnt信号与细胞特化和干细胞分化信号与细胞特化和干细胞分化 干细胞干细胞 (stem cells) 存在于多种组织存在于多种组织 分化为多种细胞类型的多潜能细胞分化为多种细胞类型的多潜能细胞 受刺激时，产生祖细胞受刺激时，产生祖细胞(progenitor) 最终成为终末分化细胞最终成为终末分化细胞

14、 Wnt信号信号/ - 连环蛋白信号通路控制了皮肤干连环蛋白信号通路控制了皮肤干细胞的分化。细胞的分化。 皮肤干细胞存在于毛囊膨突皮肤干细胞存在于毛囊膨突 毛囊角质细胞毛囊角质细胞 毛囊间表皮毛囊间表皮 - 连环蛋白基因缺失，阻止毛囊细胞系连环蛋白基因缺失，阻止毛囊细胞系分化分化 - 连环蛋白与连环蛋白与LEF-1和和TCF-3协同作用调协同作用调节皮肤干细胞向毛囊分化节皮肤干细胞向毛囊分化(五五) Wnt信号与肿瘤发生信号与肿瘤发生 早期证据早期证据 小鼠乳腺癌小鼠乳腺癌 乳腺癌乳腺癌 Wnt通路异常通路异常 结肠癌、黑色素瘤、原发性肝癌结肠癌、黑色素瘤、原发性肝癌 信号通路中成分改变，即：

15、信号通路中成分改变，即：APC、轴蛋、轴蛋白、白、 - 连环蛋白的突变或缺失连环蛋白的突变或缺失 Wnt通路的激活突变是小肠早期恶性前通路的激活突变是小肠早期恶性前病变的主要遗传改变。病变的主要遗传改变。正常结肠上皮细胞正常结肠上皮细胞结肠癌细胞结肠癌细胞二、二、Notch信号通路信号通路 Notch基因编码高度保守的细胞表面受体基因编码高度保守的细胞表面受体 Notch信号影响细胞正常形态发生的多个过程信号影响细胞正常形态发生的多个过程 多能祖细胞的特化多能祖细胞的特化 细胞凋亡细胞凋亡 细胞增殖细胞增殖 细胞边界形成细胞边界形成(一一) Notch信号通路成员信号通路成员 Notch配体配

16、体 DSL家族家族 Notch受体受体 转录因子转录因子CSL 调节因子调节因子 加工或调节因子加工或调节因子 Notch信号靶分子信号靶分子Notch配体：配体： Delta/Serrate/LAG-2 DSL家族家族 单次跨膜蛋白单次跨膜蛋白 起始起始Notch信号信号Notch受体：受体： 以二聚体形式存在以二聚体形式存在 两个亚基两个亚基 胞外亚基胞外亚基 (ECN) 跨膜亚基跨膜亚基 (NTM) 胞外亚基含有：胞外亚基含有： EGFR: 结合配体结合配体 LNR: 阻止受体异常激活阻止受体异常激活 跨膜亚基中的跨膜亚基中的ICN： RAM: 结合转录因子结合转录因子CSL ANK :

17、 同源性最高同源性最高 PEST序列序列: 差异性最为明显差异性最为明显 NCR: 具有调节功能活性具有调节功能活性 TAD: 转录激活作用转录激活作用转录因子转录因子CSL ： CBF1/RBP-J 哺乳类哺乳类 Su (H) 果蝇果蝇 LAG1 线虫线虫 调节因子：调节因子： Fringe(FNG) 胞外胞外 Deltex(Dtx) 胞内胞内 Numb 胞内胞内加工或调节因子：加工或调节因子： 起始或调节受体的蛋白裂解起始或调节受体的蛋白裂解 早老素早老素(presenilin) 金属蛋白酶金属蛋白酶(metalloprotease)等等 Notch信号靶分子：信号靶分子： Hairy/En(spl) 果蝇果蝇 Hes1和和Hes5 人类人类 (二二) 配体诱导的配体诱导的Notch信号通路信号通路 相邻细胞相互交流信息相邻细胞相互交流信息 参与许多发育过程参与许多发育过程 Notch的受体作用和转录因子相连蛋的受体作用和转录因子相连蛋白的功能白的功能 关于关于adaptor protein 无酶活性无酶活性 无转录活性无转录活性 含有含有SH2、SH3域等保守性结构域域