信号通路与肿瘤发生详解演示文稿

信号通路与肿瘤发生详解演示文稿当前第1页\共有43页\编于星期三\21点优选信号通路与肿瘤发生当前第2页\共有43页\编于星期三\21点肿瘤的分类当前第3页\共有43页\编于星期三\21点1976年，J.M.Bishop和H.E.Varmus发现宿主细胞基因组内含有与鸟类Rous肉瘤病毒高度同源的src基因，并首次提出细胞癌基因（cellularoncogene,c-onc），从而分享了1989年的诺贝尔生理医学奖。HaroldE.VarmusJMichaelBishop当前第4页\共有43页\编于星期三\21点历史信号通路（signalpathway）的提出最早可以追溯到1972年，不过那时被称为信号转换（signaltransmission）。1980年，M.Rodbell在一篇综述中提到信号转导（signaltransduction），此后这个概念就被广泛使用了。当前第5页\共有43页\编于星期三\21点细胞信号转导的基本过程信号分子接收器信号转导分子靶细胞效应慢反应激活转录因子调控靶基因表达快反应调节效应蛋白的活性（代谢酶、离子通道等）当前第6页\共有43页\编于星期三\21点信号分子(ligand)化学信号：激素、神经递质和神经肽、 局部体液因子、细胞的代谢物、 外源性的药物或毒物物理信号：光、电、机械刺激、 细胞之间和细胞与细胞外基质间的直接接触气体信号：NO、CO脂溶性:类固醇激素，甲状腺激素水溶性：生长因子等肽类激素当前第7页\共有43页\编于星期三\21点接收器(receiver)受体(receptor)细胞膜上或细胞内能识别生物活性分子并与之结合的成分，它能把识别和接受的信号正确无误地放大并传递到细胞内部，进而引起生物学效应能接受信号的其它成分

当前第8页\共有43页\编于星期三\21点本世纪初“受体”概念----1955年正式确立1951年发现NGF1960年发现EGF1986年诺贝尔生理与医学奖1957年第二信使cAMP发现并提出1971年诺贝尔生理与医学奖1957年蛋白磷酸化的发现及分离1992年诺贝尔生理与医学奖20世纪70年代G蛋白发现和克隆1994年诺贝尔生理与医学奖20世纪90年代细胞信号转导的网络研究初见雏形并日趋完善NO—伟哥1997年美国信息研究所“热点科学研究”论文统计： 科研项目排行第一

当前第9页\共有43页\编于星期三\21点(一)受体膜受体(membranereceptor)

存在于细胞膜上能与胞外信息分子结合，并将信号传递至胞浆或核内，调节靶细胞功能的分子核受体(nuclearreceptor) 位于胞浆或核内的受体，激活后作为转录因子，在核内调节靶基因的转录活性，从而诱发细胞特定的应答反应当前第10页\共有43页\编于星期三\21点膜受体G蛋白偶联受体受体酪氨酸激酶家族细胞因子受体超家族丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶型受体家族死亡受体家族离子通道型受体粘附分子受体，当前第11页\共有43页\编于星期三\21点核受体甾体激素受体超家族非甾体激素受体超家族甲状腺激素受体维甲酸受体维生素D3受体家族当前第12页\共有43页\编于星期三\21点(二)能接受信号的其它成分粘附分子（如钙粘素、整合素）离子通道免疫球蛋白选择素当前第13页\共有43页\编于星期三\21点概念信号通路是指能将细胞外的分子信号经细胞膜传入细胞内发挥效应的一系列酶促反应通路。这些细胞外的分子信号（称为配体，ligand）包括激素、生长因子、细胞因子、神经递质以及其它小分子化合物等。当配体特异性地结合到细胞膜或细胞内的受体（receptor）后，在细胞内的信号传递。当前第14页\共有43页\编于星期三\21点特点1.蛋白磷酸化各个信号通路中上游蛋白对下游蛋白活性的调节（包括激活或抑制作用）主要是通过添加或去除磷酸基团，从而改变下游蛋白的立体构象完成的。所以，构成信号通路的主要成员是蛋白激酶和磷酸酶，它们能够快速改变和恢复下游蛋白的构象。当前第15页\共有43页\编于星期三\21点1992年诺贝尔生理或医学奖授予给了EdmondFischer和EdwinKrebs"fortheirdiscoveriesconcerningreversibleproteinphosphorylationasabiologicalregulatorymechanism"当前第16页\共有43页\编于星期三\21点特点2.级联放大从细胞受体接收外界信号到最后做出综合性应答，不仅是一个信号转导过程，更重要的是将外界信号进行逐步放大的过程。受体蛋白将细胞外信号转变为细胞内信号，经信号级联放大、分散和调节，最终产生一系列综合性的细胞应答，包括下游基因表达的调节、细胞内酶活性的变化、细胞骨架构型和DNA合成的改变等当前第17页\共有43页\编于星期三\21点信号放大的定义信号转导过程所产生的最终靶物质的浓度远远高于输入信号所能达致水平的现象。这是由于输入的信号通过信号转导级联反应被逐级放大，并生成对靶物质的产生起作用的酶或效应物所造成的结果。常见于G蛋白介导的信号通路。信号的过度放大可能非常有害，因此细胞通过抑制性受体或诱饵受体等对其进行控制。当前第18页\共有43页\编于星期三\21点当前第19页\共有43页\编于星期三\21点信号转导与细胞应答模式当前第20页\共有43页\编于星期三\21点JAK-STAT5信号通路JAK-STAT信号通路是近年来发现的一条由细胞因子刺激的信号转导通路，参与细胞的增殖、分化、凋亡以及免疫调节等许多重要的生物学过程。与其它信号通路相比，这条信号通路的传递过程相对简单，它主要由三个成分组成，即酪氨酸激酶相关受体酪氨酸激酶JAK转录因子STAT。当前第21页\共有43页\编于星期三\21点①酪氨酸激酶相关受体（tyrosinekinaseassociatedreceptor）许多细胞因子和生长因子通过JAK-STAT信号通路来传导信号，这些细胞因子和生长因子在细胞膜上有相应的受体。这包括白介素2~7（IL-2~7）、GM-CSF（粒细胞/巨噬细胞集落刺激因子）、GH（生长激素）、EGF（表皮生长因子）、PDGF（血小板衍生因子）IFN（干扰素）等等。当前第22页\共有43页\编于星期三\21点共同点这些受体的共同特点是受体本身不具有激酶活性胞内段具有酪氨酸激酶JAK的结合位点。受体与配体结合后，通过与之相结合的JAK的活化，来磷酸化各种靶蛋白的酪氨酸残基以实现信号从胞外到胞内的转递。当前第23页\共有43页\编于星期三\21点②酪氨酸激酶JAK（Januskinase）Janus在罗马神话中是掌管开始和终结的两面神。之所以称为两面神激酶，是因为JAK既能磷酸化与其相结合的细胞因子受体，又能磷酸化多个含特定SH2结构域的信号分子。当前第24页\共有43页\编于星期三\21点JAK蛋白家族共包括4个成员：JAK1、JAK2、JAK3以及Tyk2，它们在结构上有7个JAK同源结构域（JAKhomologydomain,JH），其中JH1结构域为激酶区、JH2结构域是“假”激酶区、JH6和JH7是受体结合区域当前第25页\共有43页\编于星期三\21点③转录因子STAT（signaltransducerandactivatoroftranscription）STAT被称为“信号转导子和转录激活子”。顾名思义，STAT在信号转导和转录激活上发挥了关键性的作用。目前已发现STAT家族的六个成员，即STAT1-STAT6。当前第26页\共有43页\编于星期三\21点STAT蛋白在结构上可分为以下几个功能区段：N-端保守序列、DNA结合区SH3结构域、SH2结构域C-端的转录激活区。其中，序列上最保守和功能上最重要的区段是SH2结构域，它具有与酪氨酸激酶Src的SH2结构域完全相同的核心序列“GTFLLRFSS”当前第27页\共有43页\编于星期三\21点细胞因子与相应的受体结合后引起受体分子的二聚化，这使得与受体偶联的JAK激酶相互接近并通过交互的酪氨酸磷酸化作用而活化。JAK激活后催化受体上的酪氨酸残基发生磷酸化修饰，继而这些磷酸化的酪氨酸位点与周围的氨基酸序列形成“停泊位点”（dockingsite），同时含有SH2结构域的STAT蛋白被招募到这个“停泊位点”。最后，激酶JAK催化结合在受体上的STAT蛋白发生磷酸化修饰，活化的STAT蛋白以二聚体的形式进入细胞核内与靶基因结合，调控基因的转录当前第28页\共有43页\编于星期三\21点3)JAK-STAT信号通路与白血病JAK-STAT信号通路功能广泛，目前许多研究都集中于免疫反应与免疫调控。结合最新一期《癌细胞》（CancerCell）杂志刊登有关STAT5信号与白血病JMML的关系，下面我们将着重介绍JAKSTAT信号通路与白血病的发病机制。当前第29页\共有43页\编于星期三\21点白血病是造血组织的恶性疾病，又称“血癌”，是我国最常见的恶性肿瘤之一。该病居年轻人所患恶性疾病中的首位。与正常的造血细胞相比，白血病细胞表现出截然相反的生物学特性。正常造血细胞在细胞因子的作用下不断分化成熟，而白血病细胞则表现为分化过程受阻，进而无限制地增殖，这提示细胞内信号通路的异常在白血病形成中起着重要的作用。当前第30页\共有43页\编于星期三\21点在白血病细胞中普遍存在着JAK-STAT信号通路的持续激活，因此，STAT蛋白也就成为重点检测的指标之一。STAT分子的过量表达往往出现在很多恶性增殖性疾病中，而造血系统的肿瘤（包括白血病和淋巴瘤）中STAT家族被活化的种类最多，例如STAT1、STAT3和STAT5就是白血病中最常见的持续激活的信号蛋白。当前第31页\共有43页\编于星期三\21点我们已经在人体白血病细胞中发现了很多JAK基因的点突变，其中的一些点突变造成激酶JAK持续激活STAT蛋白。最典型的例子就是JAK2V617F突变（蛋白JAK2第617位的缬氨酸突变成苯丙氨酸）造成JAK-STAT信号通路的异常激活。当前第32页\共有43页\编于星期三\21点当前第33页\共有43页\编于星期三\21点p53信号通路p53基因受多种信号因子的调控。例如：当细胞中的DNA损伤或细胞增殖异常时，p53基因被激活，导致细胞周期停滞并启动DNA修复机制，使损伤的DNA得以修复当前第34页\共有43页\编于星期三\21点酵母双杂交系统将待研究的两种蛋白质的基因分别克隆到酵母表达质粒的转录激活因子(如GAL4等)的DNA结合结构域基因和GAL4激活结构域基因，构建成融合表达载体，从表达产物分析两种蛋白质相互作用的系统。当前第35页\共有43页\编于星期三\21点双杂交系统的建立得力于对真核生物调控转录起始过程的认识。细胞起始基因转录需要有反式转录激活因子的参与。80年代的工作表明,转录激活因子在结构上是组件式的(modular),即这些因子往往由两个或两个以上相互独立的结构域构成,其中有DNA结合结构域(DNAbindingdomain,简称为DB)和转录激活结构域(activationdomain,简称为AD),它们是转录激活因子发挥功能所必需的。单独的DB虽然能和启动子结合,但是不能激活转录。而不同转录激活因子的DB和AD形成的杂合蛋白仍然具有正常的激活转录的功能。当前第36页\共有43页\编于星期三\21点当前第37页\共有43页\编于星期三\21点MDM2是一种特异性针对p53的泛素化E3连接酶，它可直接与p53蛋白结合来促进p53蛋白的泛素化降解，并在细胞内p53蛋白动态平衡中发挥关键的作用。MDM2本身也可被p53蛋白激活，因此MDM2是p53通路中重要的负反馈调节因子（negativefeedbackregulator）当前第38页\共有43页\编于星期三\21点当前第39页\共有43页\编于星期三\21点目前看来，在肿瘤形成的复杂网络和调控体系中，p53是最主要的因素。有人认为p53是很好的肿瘤诊断标志物，可以作为癌症早期诊断的重要指标。认识到p53基因的重要作用后，全世界数以千计的分子生物学家正在抛开原来的课题转而研究p53，希望以此作为攻克癌症的突破口。科学家相信，利用p53基因发现并治疗癌症的前景非常广阔。除了基因治疗，研究人员正在筛选可以影响p53基因上下游调控的小分子化合物。罗氏制药公司开发的一种名为nutlins的小分子化合物，能够干扰p53和MDM2之间的调控关系，有望成为一种有效的抗癌药物。当前第40页\共有43页\编于星期三\21点针对P53的治疗其中美国IntrogenTherapeutics公司曾经在1996年得到过非常好的临床实验结果。直到2004年，使用腺病毒载体治疗头颈部肿瘤的p53基因疗法才在中国获得批准，这也是迄今为止第一个获批的能够常规用于人体临床治疗的基因治疗方法。但是我们仍然需要时间对这种疗法做出最终的抉择。众多的患者和科学家也都在热切期盼IntrogenTherapeutics公司开发的新型腺病毒p53基因治疗产品Advexin的III期临床实