关于信号转导研究的若干问题

关于信号转导研究的若干问题目录第一节信号以及细胞传递信号的主要“设备”第二节信号转导系统的特征第三节二聚作用是调节信号转导的一个重要机制第四节信号转导的生物学效应第五节以信号转导为靶的疾病治疗第六节走向未来打信号（Signalling间通消息的一种最基本最原始和最重要的方式。比如，老虎沿着一个圈撒了一泡尿这个圈所划定的范围就成为这只老虎领地别的老虎经过时，闻到这种味道就识相地悄悄离去免遭麻烦孙悟空用金箍棒在地上划了一个圈让唐僧、八戒想抓走唐僧S救信号也是发消息，同情报的手段。美好的事情也要用信号来传达。如，蜜蜂告诉伙伴什么地方有美味的花粉时就在伙伴们面前飞舞以各种不同的优美舞姿指示食物的方向、盘结的双蛇快步舞昆虫的鸣叫等等愉悦的信号还有下课的铃声睡觉的号声开饭的钟活动离不开信号。生物的细胞每时每刻都在接触着来自细胞内或者细胞外的各种各样信号。有的信号激奋高得细胞误入歧途，无节制地分裂，疯长；有的信号哀徊低荡，让细胞心甘情愿地去死亡！虽然，我们身居闹市，经常在车辆的轰隆声和不绝耳的喇叭声、小贩的叫卖声、鸟叫蝉鸣、打击碰撞、潺潺流水、电话电视„„中煎熬，但是，我们总能我自岿然不动地处变不惊，在这些杂乱无章的信号中找到自己需要的信号作出正确的反应安然地生活即对有些信号置之不理都有些信号则照此办理细胞也有一个接受归纳分析筛选放大传达处理和答复响应信号的过程与机制，使得细胞最终决定是增殖分裂是分化成熟是变异追求一时的痛快求己之生存而不顾其载体的死活，最后落个鸡飞蛋打，统统死光光；还是干干脆脆地自作了断，一死了之。可见信号只是个诱因细胞可以引发完全不同的生理反应反应信号是细胞一切活动的始作俑者转导的研究非常重要我也打信号信号转导研究成为一个发烫的热点。第一节信号以及细胞传递信号的主要“设备”可以将细胞内的信号转导与电子计算机作比较以视作为细胞内集成电路的分子转换器开关，它们放电时就与适当的信号接受器相连接。想象一下吧，尽管有些差异，电子计算机的操作过程与细胞内信号转导事件何其相似乃而！二者都有信息的定向流动二者都有编纂过的语言并通过它们将信息加以译释二者又都有一套套的反应系统通过这些反应就可以对它们所接受到的输入信号作出响应当然有生命的细胞比之电子计算机要高明得多设想一下在任何时刻会有多少不同的细胞外刺激同时施加于细胞之上它们驱动了多少细胞内信号转导通路但是在细胞内所有这些信号通路都有严密的协调关系显然细胞内信号转导是一个有严密组织的并且是高度网络的过程。作用于细胞的信号生物细胞所接受的信号有多种多样从这些信号的自然性质来说可以分为物理信号化学信号和生物学信号等几大类，它们包括光、热、紫外线X射线、离子、过氧化氢、不稳定的氧化还原化学物质生长因子神经递质和激素等等最普遍、最广泛的信号应该说是化学信号。生物体内有各种各样的能够调节机体功能的生理活性物质它们大多是在细胞内合成并分泌出细胞的物质这些物质就可以作为化学信号在细胞间传递信息是水溶性的膜胞膜上的特殊受体结合，在经过几毫秒或者几分钟后被内化而进入细胞；有的是脂溶性的，特别是激素它们可以穿越细胞膜进入细胞内一起通过血液运送到身体的各个部位还可以通过受体的作用到达所要去的位点因此它们在几小时后还能起作用。这些化学信号及其信号转导方式可以分为三类。，内分泌系统的激素内分泌系统将来自环境的信号传达到生物体内的各种器官和细胞物体功能的作用。它产生的化学信号是激素。内分泌系统的细胞产生的激素释放到血液中，经过血流的运送到达靶细胞而发挥特别的作用这样的传递方式叫内分泌作用可见这种方式有几个特点：，低浓度——激素在血流中的浓度被稀释到只有1010-10M它依然能够起作用，而且低浓度对它们安全地发挥作用也是必须的，全身性——即激素随血流而扩散到全身，但是，只被有它的受体的细胞接纳和发挥作用，长时效——激素产生后经过漫长的运送过程才起作用；而且血流中微量的激素就足以维持长久的作用。，神经系统的神经递质在神经系统中神经细胞与其靶细胞之间形成一个叫突触的有限结构的延伸部分，神经细胞产生的神经递质在突触的终端释放出来。突触后膜上有特殊的受体，突触前面的细胞也有受体这种方式有作用时间短离短和神经递质浓度很高等特点。，生长因子和细胞因子等的旁分泌系统或者自分泌系统近年发现有一个介于上述二者之间的中间型方式需的生理活性物质物质作用于异种细胞时叫旁分泌作用作用于同种细胞时叫自分泌作用这样的信号分子起着局部的化学调节剂作用。信号的归宿从各种信号刺激所导致的细胞行为变化来说，信号的分类以及信号的最终归宿是：）细胞代谢信号——它们使细胞摄人并代谢营养物质，提供细胞生命活动所需要的能量；）细胞分裂信号——它们使与D制相关的基因表达调节细胞周期使细胞进入分裂和增殖阶段；（）细胞分化信号——它们使细胞内的遗传程序有选择地表达，从而使细胞最终不可逆地分化成为有特定功能的成熟细胞；）细胞功能信号——比如，使肌肉细胞收缩或者舒张使细胞释放神经递质或化学介质等骨架的形成等等；（）细胞死亡信号——这是细胞一生中发出的最悲壮、最惨烈的信号。这类信号一旦发出为了维护多细胞生物的整体利益为了维护生物种系的最高利益就在局部范围内和一定数量上发生细胞的利他性自杀死亡！可以说所有重要的生命现象都与细胞内信号转导有关它必需对这些信号进行汇集归纳等工作发展的反应才使各个细胞或者多细胞生物能够与周围环境之间保持高度的和谐与统一各种生命现象得以绚烂地呈现它们的行为发生改变的呢？其中有没有更本质转导分子机制的专门研究总共只有1到年的时间最早由于对病毒致癌的分子生物学机理加深理解开始认识到细胞外的刺激会介导细胞内信号转导过程和引发细胞命运的深刻变化而在近来这些分子的结构与功能关系才对细胞内信号转导机制的认识前进了一大步现在认为说到底，细胞内信号转导的机制就是提供一种生物化学和分子生物学的分子生物学的分子机制以支持和帮助细胞下决心对信号作出某些决定的过程化等等细胞的最终功能细胞只有能够传递专一的信号才能决定其发育的前景所以如果没有这些机制细胞就会在复杂纷繁的外界刺激面前束手无策，无所适从；茫无头绪，不知所措；迟疑不定，一筹莫展；转辗徘徊，不知所终。构成信号转导系统的要素构成信号转导系统的各种要素必须具有识别进入信号的作用它们的任务象接力赛的传棒手更要多得多不是仅靠个别蛋白质就能够完成的需要有一个体系由一些蛋白质协同地进行操作这个细胞内的信号转导系统应当包含信号转导最必需的关键组分，它们有：）接受细胞外刺激并将它们转换成细胞内信号的成分；）有序地激活一个或者有限几个“唱主调”的信号转导通路，以译释细胞内的信号；（）使细胞能够对信号产生响应，并作出功能上或发育上的决定（如基因转录，D制和能量代谢等）的有效方法；（）将细胞一生所作出的所有决定加以联网的方法这样细胞才能对在任何特定时刻作用于它的种类繁多的信号作出协同响应。下面简要叙述其中最重要的某些要素。一)受体无疑是这个系统中最重要的一员细胞因子和生长因子信号的正是它首先识别和接受外来信号启动了整个信号转导过程。1膜受体这类受体存在于细胞膜上通常由与配体相互作用的细胞外域将受体固定在细胞膜上的跨膜域和起传递信号作用的细胞内域三部分构成这些受体通常是跨膜的蛋白质然而也有一些可以是通过聚糖磷脂酰肌醇(G在细胞膜上的，例如睫状神经营养因子(CNTF)受体。其主要种类有种。(1)身具有酪氨酸激酶活性的受体酪氨酸激酶(R，在与配体结合后会发生寡聚作用，并据以调节激酶活性的受体。属于这一类的有多肽型的生长因子受体，如EPDGFC。这类都是一次跨膜的受体。只由一条肽链组成。但是，胰岛素和胰岛素样的生长因子－1(IGF-I)有a和两种亚基，并由各两条亚基组成四聚体型受体。其中，b亚基具有酪氨酸激酶活性。而IGF受体虽然也由一条一次跨膜的肽链组成，却没有这个激酶活性；(2)身没有酪氨酸激酶活性但是通常与某些细胞内的酪氨酸激酶结合在一起或者在与配体结合后能够罗致细胞内的酪氨酸激酶从而启动细胞内信号转导的受体它们主要是细胞因子的受体，也是一次跨膜型受体。与配体相互作用后也会发生二聚作用；(3)够激活蛋（一种与鸟苷三磷酸结合的膜蛋白质能够在细胞内产生第二信使并据以改变其他酶活性的受（评述也就是别的文献上说的蛋白偶联受体这是一类七跨膜型的受体。已经知道的第二信使有cA，Pa++肌醇，，5三磷酸），D二酯酰甘油等改变第二信使的含量的化学信号可以分为促进cA成抑制cA成和与Ca++D有关的三类。在视网膜的杆状细胞中视紫质接受光，以cG为第二信使见下面。蛋白介导的信号转导反应是一种慢速的过程，经历时间长，但是敏感性高，灵活性大，花样更多；(4)几个具有，或个跨膜域的亚基集合而成的，形成离子通道的受体。它们与信号结合后就可以对离子的流入或流出细胞进行调节子通道型的离子通道型受体介导的信号转导反应是一种快速的反应打开了通道，如同闸门被打开一样，离子就通过细胞膜而流动；(功能不同的几个多肽链集合形成的受体。大多数受体是这样的，包括淋巴细胞活素受体和淋巴细胞的细胞抗原受体。它与具有蛋白功能的蛋白质可能会有相互作用；2细胞内受体与上述几种膜受体不同甾体激素等的受体是细胞内受体它或者在细胞质中或者在细胞借助于某些载体蛋白进入细胞内在细胞内它们与相关受体结合并直接作用于靶分子。二)蛋白质激酶蛋白质激酶是一类磷酸转移酶AP磷酸基转移到它们的底物上特定氨基酸残基上去依据这些氨基酸残基的特异性将这些激酶分为类其中主要的两类是蛋白质丝氨酸苏氨酸激酶(STK),质酪氨酸激酶(P这两类酶的蛋白质激酶结构域的大小约为250酸残基二者的催化域在进化上是密切相关的并认为它们有共同的祖先它们的催化域的氨基酸残基序列在很大程度上也是一致的更重要的是这些序列表现为一组组高度保守的基序列保守性很差的区域之内。一共有1种这类高度保守的短氨基酸残基序列模体。它们都以罗马数字命名，从最N-的开始到最C端的XI对这些酶的结晶进行X射线结构分析发现这些模体对这些蛋白质激酶催化结构域的磷酸转移酶活性十分重要域I,V结合A起重要作用而亚域VI在识别肽底物中起主要作用对酪氨酸激酶家族来说，在亚域VI，紧靠关键模体上游的氨基酸残基有十分有趣的差异，它们是-KWT或P-KW些序列造成了激酶家族的这个分支的底物专一性。1蛋白质酪氨酸激酶蛋白质酪氨酸激酶亚组是蛋白质激酶家族中一个最重要的蛋白质家族，它们至少有1个结构变种们能够识别专一底物中的酪氨酸残基生理要求，包括转导细胞外的生长和分化刺激，和细胞对胞内氧化还原势的响应等等功能。这个家族的成员都由传递感觉的又可以分为两种。(长因子受体P受体型酪氨酸激酶或R——是这个家族中被了解最多的一个结构变种这些信号转导分子的结构有利于信息从细胞外单向地流入细胞内受体的专一性。哺乳动物基因组中有7个P族成员而S有2，由于在属于其他后生生物门的生物中也发现PTK,其家族成员猛增到接近1这也明确地表明，这类蛋白质在导致细胞分化和发育的细胞内信号转导过程中起着十分重要的作用。作为一般的规律，R胞内域都有一个或者几个专一的酪氨酸残基，它们在配体与RK外域结合时被磷酸化了。这些酪氨酸残基通常位于P的C-端和蛋白质分子的C端末尾之间的区域内有几类P有额外的蛋白质结构域它们插在两个P之间这种排列方式已经成为一个常见的特色许多底物的酪氨酸残基就位于这个结构域有这种排列方式的最好例子就是血小板来源的生长因子受体(PDGF)被广泛接受的看法是这些酪氨酸自身磷酸化位点是在与S结合的位点之中。因此，PDG受体的自身磷酸化位点就是它与磷脂酶C-g1,GTRase(GAP),PI3’激酶和S氨酸激酶等的S结合的位点。而位于PI3’激酶p8基的SH2可以识别EGF-R,Ct的磷酸酪氨酸这些受体将各种激酶招致身边是配体与受体相互作用后发生的第一波信号转导分子集聚此后第二波第三波.信号转导分子集聚将更深入地进行直至信号转导的完成。(2)非受体型的蛋白质酪氨酸激酶——非受体型的蛋白质酪氨酸激酶有个亚族：SRCTecCskFesAblSZAPkJAK每一个结构变种看来都是特别设计的，以在细胞内特殊的代谢过程中起作用用但是它们都有特别保守的结构域例如S2S3源域等这些结构域可能在信号转导中起重要作用。(3)S——S是酪氨酸激酶的特殊的功能域。S与S源的域，是无催化功能的蛋白质组件，其大小约1氨基酸残基。开始它作为一种保守域在许多胞浆的PTK包括病毒癌基因v-fp/v-现。虽然它们看来不具有内在的催化活性，但是，很快就发现这个亚域在信号转导过程中是非常重要的，因为在被激活的、癌基因来源的PTK的下游分子中都有这个结构域！在正常情况下，Fuji毒编码的转化蛋白p130ga转化为癌细胞，但是，如果这个蛋白质的S发生突变，其转化细胞的能力就被抑制。因此,PT的信号转导既需要有功能的、活化的PT域，又需要有功能的S。S的功能是专一地结合含有磷酸酪氨酸残基的模体。因此，S与存在于各种各样的细胞内信号转导蛋白上的磷酸酪氨酸残基结合。这种结合有很高的亲和力；还有很大程度的序列专一性，即总是结合在紧挨着蛋白质的N-端和紧挨着C末端的磷酸酪氨酸如果一个特殊的细胞外信号要能够产生适当的生理反应的话导必须有专一性和有选择性地加以协调S与磷酸酪氨酸的结合就这样地高亲和力和很专一的这种专一性来自于S对磷酸酪氨酸残基周围的氨基酸的识别尤其是磷酸酪氨酸残基C端的个氨基酸内的氨基酸残基对底物的专一性特别重要。还需要指出的是，含有S的不同的分子可以结合在同一个受体的不同位点上而同一个含S的分子可以因为响应各种不同的生长因子或者细胞因子而被激活分子就可以实现范围很广的细胞响应每个响应都是为特定的刺激因子“量身定制”的也是为对这种刺激发生响应的细胞类型“定做”的。总而言之，PT域/S组合对于真核细胞中信号转导专一性的产生是至关重要的。看来，这种专一性以两种方式产生第一是PT域选择磷酸酪氨酸底物第二是S选择性地结合特殊的磷酸酪氨酸残基这种双重标准的选择专一性就在细胞外配体与受体结合时激活了专一的信号转导途径。2丝氨酸苏氨酸磷酸化激酶除了蛋白质酪氨酸激酶外，在信号转导中起着重要作用的是丝氨酸苏氨酸磷酸化激酶。它也有许多种类。最常见的如Ra已知的许多激活MAP细胞激酶之一，在细胞对刺激产生增殖响应的r号转导通路中起着关键作用。被激活的rasRas-GP)在Ra-N-端域上。在与RasG并且其酪氨酸被磷酸化后，Raf活MAPK例如，在IL-2激下，Raf氨酸被激活的SRC酶(pp60SRC)用对于Ra-Ras并激活激酶MAPKK对必须的许多因子都可以充分地激活Ra如，蛋白激酶C(P，ras-GTP活的SR酶。然而，这些因子并不总是导致同样的最终结果，相反地，常常产生各种各样不同的响应。比如PCRa1化，随后用佛波酯处理，尽管这使得Ra身磷酸化增加了，但是，MA激活。而一旦MAKRa，它就会把目标瞄准M酶的异构体。这些胞浆丝氨酸苏氨酸M酶的异构体，即Er-Er活和向细胞核转移是信号转导通路上游ras激活的最终结果。如上所述，Ra了MA者则将MA苏氨酸和酪氨酸磷酸化而将它激活。然后，MA酸化，并激活细胞核的转录因子，包括c---os核因子-IL-6(NF-IL-6)A2(c-R白质激酶——如c-Rf-1MAKp90酸酯酶-1PP糖原结合亚基。这样的信号转导通路是将各种各样的信号转导事件分割成一个个独立部分的例子正是通过这些活动激活了的激酶才能转位到各个分割的空间，转录因子才得以驻留在细胞核内。3其他激酶还有一些激酶虽然不能在整个信号转导通路起核心作用方面是必不可少的因此也是信号转导通路不可缺少的成分它们的代表有磷脂酰肌-3激酶(PIPI3-K个由催化亚基(p110)亚基(p的酶它将磷脂酰肌醇、磷脂酰肌醇-酸〔PI(4)P脂酰肌醇-4酸〔PI(4P2-3点磷酸化分别产生PI(3)P(3,4PI(3,p85基的氨基端有一个SH3，在中间有功能未知的Rho，还有两个端的S。已经知道，PDG“激酶插入片段”，即磷酸酪氨酸残基Tyr与PI-S有高亲和力的结合位点。此外，还有一些其他的与p基的S结合的磷酸酪氨酸位点，如在激活的IR1与T合的CD和CSF有这种位点连接亚基p85面的SH2与被激活的受体结合，然后，它才能通过S将p1化亚基招致身旁。PI胞功能可能是它参与有丝分裂信号的转导激活的PDG与PI结合结果使得丝氨酸苏氨酸激酶——p70活后者是血清诱导的新蛋白质合成c-导合成和细胞周期进入期所必须的。磷脂酶γ的异构体——Pγ是一种蛋白质。它的7酪氨酸被磷酸化后，就能够将PI(4,5)P2醇三磷酸(I脂酰甘油(D所以它的作用与PI3-K相反。但是I3D是非常重要的第二信使。它们分别介导钙离子从其细胞库中释放和激活蛋白激酶（P。前者看来不是有丝分裂响应所必须的，因此P激活才导致有丝分裂。比如，有很强的致肿瘤作用的佛波酯就能激活P此外，被D活的P构体的过量产生就会导致细胞生长失去调控和细胞转化。Pγ有两个S，它们与活化的EG-C-端的9磷酸酪氨酸相互作用，还和EG的7磷酸酪氨酸相互作用C末端的S能够结合相当于PDG上面1021位酪氨酸的磷酸肽。还有一些其他激酶将在相关部分加以介绍。4连接蛋白连接蛋白在信号转导通路起着重要的桥梁作用导分子相连接，沟通整条信号转导通路。比如，GRb2。GR一个连接蛋白，它有一个S，其侧面是两个S。它与EGF岛受体(I素受体底物-1(I等等的磷酸酪氨酸残基结合。在E激之下，GR过它的SH2EGF-R，然后，又通过它的S与核苷酸交换因子S合。这样，Sos/2由于与膜结合的r苷三磷酸酯酶(GTPase)而被招至质膜由于Sos有的活性在E激后并没有增加，看来这个转位过程对S激活是必要的。接着，S以催化ras面的GPGTP交换，从而激活了r最终导致细胞的增殖。还有ras-GTPase它是一个对酪氨酸激酶与丝氨酸苏氨酸激酶之间的信号转导通路极其重要的分子转换器，这些通路导致细胞分化或者增殖。许多人类的肿瘤有被激活的r基因就充分地说明了r细胞分化或者增殖的强力调节者微量注射能够中和r抗体就可以阻断酪氨酸激酶与ras-G系。但是，它只能阻断酪氨酸激酶类癌基因造成的细胞转化，而不能阻断丝氨酸苏氨酸激酶类癌基因造成的细胞转化。看来，ras-GTPase是控制MA联反应。三)将信号转变和放大的蛋白配体与受体结合后程。起着转换器作用的蛋白质是与G合的蛋白质(蛋白。1白的分类生物体内的蛋白有三类：(1)a，b和亚基各一个组成的异源三聚体亚基有与鸟苷酸结合的活性，还有弱的G解酶活性，它决定着蛋白的个性，属于这个群体的G蛋白有1种以上。而b和亚基则由各种蛋白所共用。它们作为复合物而存在，看来，没有它们亚将αα亚基的局部浓度，有利于蛋白与受体结合(些分子量在万左右的单一多肽，它们也有分解G活性看来它们是低分子量的蛋白包括癌基因r产物在内的不下于1种蛋白质属于这种蛋白类估计它们有丰富多采的作用(白质合成系统必需的因子，决定蛋白质分泌路径和分泌方向的因子。与信号转导有关的主要是((。2白的作用机制蛋白有两种构象：与G合时的激活态和G合时的钝化态。通常情况下，绝大多数蛋白是与G合的钝化型。与G合的蛋白能与各种各样的受体相互作用，这种相互作用增加了受体与配体的结合亲和力。一旦受体与配体结合，受体被激活a亚基就与b亚基分离，同时离开受体。由于解离下来的a亚基与G结合亲和力下降，GP能够与游离在细胞内的G生交换产生与G合的激活型的蛋白被激活的蛋白就与效应蛋白相互作用从而发生信号转导响应与受体短短几毫秒时间的接触可以延长为几十秒乃至更厂时间的反应被大大地放大。3与蛋白相互作用的效应蛋白蛋白的α亚基有许多种，它们分别与不同的效应蛋白相互作用，调节它们的生物活性。G激活腺苷酸环化酶（A），起着提高cA度的作用。G则抑制腺苷酸环化酶活性，降低cA量。有一种叫做G的，在视网膜杆状细胞的视紫红质接受光时，起着激活cGMP环化酶的作用。G激活磷脂酶，与I3D产生有关。此外，离子通道，PLA2被水解后产生花生四烯酸而这个酸又是前列腺素血栓恶烷和白三烯的前体是神经元突触前的介质）和各种转运蛋白（如葡萄糖转运蛋白、镁转运蛋白和质子交换蛋白）等等都受蛋白的调节。四)细胞内的第二信使第二信使是指受体被激活后在细胞内产生的介导信号转导通路的活性物质信使有许多种，其最重要的有：1cAMP是cAMP的第二信使，在195被EWSuth原的生理作用有关。它是细胞膜的腺苷酸环化酶作用A的产物。可以被细胞内的cA酸二酯酶水解生成5’-AMP常cA细胞内浓度为10。它的作用是激活依赖cA蛋白质磷酸化酶(PA)组成P有催化亚基(亚基和调节亚基(亚基两种亚基。通常它以两个亚基和两个亚基形成四聚体方式存在。这样的全酶是没有活性的。当每个亚基与个cA合后，个具有激酶活性的亚基就作为单体解离出来这样的亚基可以将许多底物的丝氨酸和苏氨酸残基磷酸化。据认为，在所有的真核细胞中都有P而且亚基的底物看来也不象有种属和细胞专一性。那么，各种细胞特有的cA用是如何实现的呢？这就成为一个难解的谜。现在对此有两点可能的解（）PA型和I型两种异构体，它们的差别在于亚基有所不同。因为各种各样的亚基存在于细胞内的不同局部区域，所以解离下来的C亚基就能够使不同的底物被磷酸化（针对造成cA度变化的刺激细胞会作出何种应答反应，看来取决于P底物。即，各种细胞内预先存在有种类和数量各不相同的PKA底物，这样，在不同情况下，cA作用有所不同，使得底物下游的各条信号转导通路也不同。此外还发现在细胞内cA度上升时既会发生细胞增殖停止的情况主要见于纤维母细胞和造血细胞，也会发生促进细胞增殖的情况主要见于上皮细胞和内皮系统的细胞，可见，情况是很复杂的。2钙离子在处于静止期的细胞内游离钙离子的浓度是10～10保持在很低水平。而细胞外的钙离子浓度是103这样，在细胞内外钙离子浓度存在有115的梯度。在信号刺激后，细胞内游离钙离子的浓度上升到1－的水平。造成这种上升的原因是细胞内储存的钙离子被释放打开，或者细胞被激活时，细胞内的钙离子浓度才会瞬时上升。细胞内的钙离子必须与蛋白质结合才能发挥作用蛋白质，19垣内在大部分的非肌肉细胞中发现的钙调蛋白被认为是与钙离子相互作用的主要蛋白质每一个分子的钙调蛋白可以结合个钙离子一旦二者结合就引起钙调蛋白构象的改变，从而影响钙调蛋白的功能。钙调蛋白是如何起作用的呢？原来钙调蛋白的结合蛋白有类一个是酶被钙离子－钙调蛋白复合物激活的酶以依赖钙调蛋白的蛋白质磷酸化酶I酶I肌球蛋白轻链激酶为代表另一个是和细胞骨架相关的蛋白质它们有MA作为因子与微小管结合的调节蛋白，它们在被激酶I活化后，就与钙离子－钙调蛋白复合物直接结合，于是微小管就与肌动蛋白纤维解离可见这些蛋白质与细胞骨架的形成与功能有关说明信号转导可以调节细胞的结构。3磷脂质代谢19Ho在鸽子胰脏切片中发现，用乙酰胆碱刺激可以促进3入磷脂质，说明对化学信号的应答与构成细胞膜成分的磷脂质的代谢有关以后知道胞膜磷脂质不到％的微量成分，即肌醇磷脂质。于是，把这种响应叫做磷脂酰肌醇(P应)答(答19Mic胞应答刺激时都有细胞内游离钙离子浓度上升的现象，于是产生由于P分解使钙离子由细胞外流入细胞内的见解。肌醇磷脂主要有三类：磷酸肌醇(PI)酸肌醇－－磷酸(P酸肌醇-，－二磷酸(PIP2PI全部磷脂质的％不到。通过它们的代谢，在细胞膜附近的信号转导系统中起着重要作用。在接受化学信号后，磷脂酶C(P激活)将PI解，生成二酰甘油(D醇－，，－三磷酸(I钙通道上的受体结合，将钙离子储存库中的钙离子释放到细胞质。I一步代谢为IP4(－，，，－四磷酸，它作用于细胞膜，引起细胞外的钙离子流入细胞内，使得钙库中的钙离子浓度维持高水平。此外，19西冢发现PI解产物之一的D以激活依赖钙离子和或磷脂质的蛋白质磷酸化酶(激酶，PKC激酶在微量的钙离子介导下，与细胞膜的磷脂酰丝氨酸(PS)结合，形成钙离子－P－酶三元复合物。D合在这个复合物上就明显地增加了P活性。所以，DcA钙离子三者连续地作为的第二信使而起作用。最近，提出一个在细胞应答时必需维持一定量D的机制。并提出磷脂酶作用于磷脂酰胆碱(PC)成磷脂酸(PA)应通路。作为第二信使的D主要功能是激活P此外，它还被脂酶分解为花生四烯酸前列腺素，凝血烷等的前体而游离出来，还可以引起P专一的磷脂酶，磷脂酶A活化，和降低细胞膜流动性等。P少有种，而且被P酸化的底物有细胞膜受体，细胞骨架蛋白，酶，核蛋白质等等进一步还发现了强力的致癌剂如T的受体说明P调节细胞增殖中起着重要作用。综上所述，c离子和A等细胞内的第二信使可以激活各种各样专一的蛋白质磷酸化酶它们有的将功能的蛋白质的丝氨酸和和苏氨酸残基磷酸化在信号转导通路中起的作用都值得研究。归纳上面所说的检测器——信号的接受和检出效应器——使信号产生最终的效果苷酸环化酶或磷脂酶等可以起到这种作用；转换器——控制着信号的时间和空间。比如G蛋白它决定了G解的速度还决定了效应物的被激活时间其结果不仅使输入的信号被大大地放大了如磷酸化协调多条信号转导通路的相互关系续畅通的要素。第二节信号转导系统的特征在细胞中有许多生物反应通路比如物质代谢通路基因表达通路和D制通路等等现在又知道还有信号转导通路的产物可能作为下一个反应的底物或者发动者。那么，它们之间是否有所不同呢？应该说，信号转导通路比代谢通路等通路要复杂得多，它主要表现在：(们可以通过示踪技术检测出代谢底物化学转化的连续步骤但是不能够直接用这种方法来研究信号转导号转导通路中输入信号的化学结构与信号的靶的结构一般是没有关系的实际上在信号转导通路中，信号最终控制的是一种反应，或者说是一种响应；(代谢反应等不同，信号的化学结构并不对其下游的过程产生影响各自相关通路的进行；(依赖模板的反应，如基因转录和D制不同，在信号转导通路中不存在对全过程的进行和结局起操纵作用的模板；(他通路常常是由线性排列的过是直通式的纵向交流的实际上许多信号转导通路可以通过一系列的蛋白质与蛋白质相互作用形成一个网络。可以说，它们是全方位地交流的。所以，我们必需研究和了解信号转导通路的特性，以更好地驾御它们。（一）信号转导通路的一般特性一般而言，信号转导通路有这些特性：信号转导分子存在的暂时性因为打信号只要一下子就够了不能不仃地闪光否则一定会被抓住对细胞的刺激也不能持续不断地进行否则细胞没有时间去思考该如何响应因此许多信号蛋白质的半率期都很短如F有小时c-fos基因表达在刺激后小时就仃止；ju，Br达在刺激后1小时仃止；c-n6。如，c-fos的与AP合的活性可以持续增达小时以上；信号转导分子活性的可逆性变化被激活的各种信号转导分子在完成任务后又回复钝化状态，准备接受下一波的刺激。它们不会总处在兴奋状态。比如，激酶的磷酸化与去磷酸化，就有磷酸酪氨酸磷酸酯酶在调节着；，信号转导分子激活机制的类同性比如，F激活要其丝氨酸和苏氨酸的磷酸化；JAK激活要其酪氨酸磷酸化在传递信息后又都要去磷酸化可见磷酸化和去磷酸化是绝大多数信号分子可逆地激活的共同机制；，信号转导通路的连贯性信号转导通路上的各个反应相互衔接，形成一个级联反应过程，重大的灾难性后果；作用的一过性与效果的永久性的有机统一一条信号转导通路的总时间有多少？恐怕还难以说清。不过，看来不会很长。因为，编码转录因子的原癌基因的诱导只有几到几十分钟，许多功能基因的被诱导过程也是以小时计算的瞬间而已分裂成熟或者自我凋亡等等效果却往往是无可挽回的由此可见程一定受到严格的调节控制而任何对细胞的不经意刺激甚至潇洒地抽支烟好奇地吸口毒品，对细胞，对个体，都可能造成悔之莫及的结果！要小心啊！，网络化如果说，人类社会进入信息高速公路时代是由于电子计算机发展与普及的结果，那么这也只是最近才开始的过程的地方但是自从有生命以来特别是有细胞以来反应即有信号转导通路正如上面说到的细胞内存在有一张很大的由许多个信号转导通路组成的网在这张网这样细胞才能够对各种刺激作出迅速而准确的响应才能因应环境的变化而变化也正因为这样，要想了解信号转导的基本规律有如必须依靠阿里阿德涅（Ari才能找到走出迷宫的道路一样。可是这个线轴又在哪里呢？专一性鉴于各条信号转导通路有共同的信号转导分子鉴于细胞内存在有信号转导通路网络，那么，为什么不同的刺激能够产生特殊的细胞响应呢？这说明，信号转导有专一性。有赖于此，细胞能够对不同的刺激作出不同的反应。在这些特性中网络化和专一性无疑是最重要的号转导通路是相互联系的，形成一张遍布整个细胞的信号转导通路网络。（二）细胞内信号转导通路网络的分子基础构成细胞内信号转导通路网络的分子基础至少有两个。1不同种类的受体例如，细胞因子受体和RT用共同的组分发信号被激活的细胞因子受体可以将胞浆的蛋白质酪氨酸激（P罗致到自己身边并将它们激活从被激活的PTK在发动特殊信号转导通路方面所起的核心作用人们意识到细胞因子受体以及R游的信号转导手法一定都是非常相同的实验证明的确是这样二者都以罗致含有S信号转导分子为基础建立整条信号转导通路还知道不仅仅在手法上相同而且它们所建立的每一条信号转导通路所罗致的组分也有共同的功能。例如，CSDE生长因子与它们各自的蛋白质酪氨酸激酶型受体结合后就使得J族的特殊成员发生酪氨酸磷酸化反应，并且，最终激活含有特定ST转录因子复合物。进而言之，这种功能上的重叠可以进一步延伸至细胞因子受体所利用的下游信号转导分子因为有证据表明许多以前认为只能由受体型的PR激活的细胞内信号转导分子也能与细胞因子受体结合。比如，EIL和steel都可以激活SEPO以激活Rap21raPPI-K而IL体可以结合非受体型的P—f这些现象说明虽然细胞内的信号转导通路有许多条但是个的信号转导分子。因此，在细胞浆这“一锅汤”里，各种各样的信号转导分子混杂其中；各种各样的信号转导通路并存其中扰，老死不相往来。2不同类型的磷酸化同时起作用在信号转导通路中承担磷酸化作用的既有蛋白质酪氨酸磷酸化酶，又有蛋白质丝氨酸苏氨酸磷酸化酶。虽然，酪氨酸磷酸化在信号转导中起着特别重要的作用，但是，越来越多的实验说明，丝氨苏氨酸磷酸化也是不可或缺的。两种磷酸化同时起作用两种磷酸化酶在各种信号转导通路上交叉穿梭地催化这些磷酸化反应是造成细胞内信号转导通路网络的另一个原因。比如，以前只认为酪氨酸磷酸化就足以激活ST合物，而近来却证明还要有丝氨酸的磷酸化才能使这种激活得以完成。比如，IFNg单核细胞分化为成熟的巨嗜细胞时，要求包含在转录因子复合物G的STAT1氨酸被磷酸化。而与此同时，这个ST酪氨酸磷酸化程度没有丝毫增加。研究表明，与未分化的细胞相比，在分化为单核细胞后GFD合活性也增加了。这个现象说明G生了双重磷酸化，从而加强了它与D结合能力。又如，响应IFNg含有STAT1录复合物的被激活和响应EGFIL和CN时，含有STAT3的转录复合物的被激活也都需要丝氨酸磷酸化才能达到最大的效率ST在一个丝氨酸残基，它是MA候选磷酸化位点；在ST是这样。当然，这些撩人的结果还需要进一步加以证实，特别是要证明这些丝氨酸残基在细胞内的确是MA靶子；MA实与JAK-联，而且参与激活STAT最近有人提出报告说MA激活特别是它的一个亚型——调节胞外信号的激酶（EGK2的激活与IFNtST白之间有直接的生物化学上的联系。他们用融合蛋白的方法证明ER组成性地与IFNalp/be的近膜区5个氨基酸残基相互作用。在IFN，发生了依赖时间的与STAT1。这些情况究竟是巧合呢，还是这两个蛋白质的确在同一条信号转导通路上发生碰撞？用不能被激活的MA白质，即其磷酸化位点产生突变的MAPK明它抑制了IFNaISNA件的基因的激活。这就证明ER种MA确在INFbeta导通路中STAT1用。所以，IFNg游的信号转导通路需要丝氨酸磷酸化参与，才能最大程度地激活STAT不是一个偶发现象，而是信号转导通路中一个极其关键的组成成分。显然R活的通路和无催化能力的细胞因子受体激活的通路都利用了共同的、在进化上被证明是成功的方式和组分些通路是相互排斥的它们的确是存在于一张网上的细胞内信号转导通路之间是相互交流，形成网络的。这个网络的一般特点是：）它由配体、受体、连接物、激酶和转录因子或复制因子等五大要素组成；（）组成信号转导通路的分子常常有密切的关系，它们的基因多是一些多基因家族的成员；（）由关系密切的分子组成的各种各样信号转导通路有重复性；（）有共享组分的各种因子之间可以在许多水平上进行交流。信号转导通路编织成的这个迷宫，使机体的细胞能够对外来信号作出恰当的反应。（三）信号转导通路网络的形成机制社会上复杂的人际关系是以功利为基础而形成的看来细胞社会中复杂的“分子际关系”的现象细胞内信号转导的最大功利需求是什么呢？是细胞能够对各种刺激作出及时而准确的反应以使生命得以维系和延续制。已经知道，细胞对信号转导的诸多反应，都涉及蛋白质与D相互识别和相互作用。实验表明各种不同的蛋白质因子对各种不同的D件的识别和结合有重复性和普遍性等特性，这些特性可能就是形成信号转导网络的分子机制之一。研究得比较清楚的是，转录调节因子的D合特性的重复性和广泛性。比如，转录因子FsJ族都有亮氨酸拉链结构，通过这个结构，这些转录因子可以与含有AP点的D序列结合而调节基因表达，影响细胞表型。但是，来自活性转录因子(A，和来自与cA应元件(C的蛋白质(C族的转录因子虽然也有亮氨酸拉链，它们却不与D的AP结合位点相互作用而去与D列中的C一序列——TGACCTCA结合不仅如此二聚体可是这些异源二聚体却又有完全不同的D合专一性比如AT-Fos/Jun形成的二聚体优先结合C这可以解释为什么FJ有一定的C合活性。所以，由于细胞内各种组分的数量胞核内造成非常复杂的基因表达调节格局，并在各种信号转导通路之间形成自由对话的局面。不仅如此上面讲的只不过是发生在同一类信号转导通路之间的对话说细胞内有两类信号转导形式导后者是以类固醇激素家族为代表的子机制又是什么呢？研究发现，糖皮质激素(以透过细胞膜直接与细胞核内的受体如G互作用和G形成二聚体，然后，共同地与靶基因的专一结合元件——糖皮质激素响应元（G相互作用调节靶基因的表达这是通过核内受体进行的细胞内信号转导通路蛋白激酶系统，再经过所谓的第三信使——AP-1RA等作用于靶基因，引起转录响应但是现在知道在有些基因的启动子上面既有G结合的位点又有AP合的位点。也就是说，这类基因有既适用于膜受体，又适用于核内受体的双功能D合元件。这种元件叫做复合型基因响应元件(compositeres种ent)将两类不同的信号系统整合起来。此外锌指结构是类固醇激素受体的特征性结构而亮氨酸拉链结构是AP特征性结构。现在却发现这两类结构可以相互作用形成二聚体这种相互作用的结果是阻止了对方蛋白质与其本身的D件结合这也是信号转导通路之间对话的一种形式只不过是一种负调节式的对话。信号转导网络的多样性与统一性正说明它存在的必要性，它将与细胞厮守一生，生死与共，永不分离！（四）信号转导专一性的调节既然信号转导通路形成网络既然许多不同的信号转导通路使用相同的信号转导分子那么细胞对不同刺激怎么会产生不同的响应呢？信号转导还有没有专一性？如果有它又是如何形成的？信号转导专一性当然是有的否则为什么细胞能够对不同的刺激作出完全不同的响应呢？否则生命现象难道还会有如此丰富多采吗？但是，对于信号转导专一性的产生及维持的机制还知之不多这是生命科学工作者要努力的通过研究ST录因子，人们得到了一些线索。第三节二聚作用是调节信号转导的一个重要机制特殊的蛋白质蛋白质相互作用是几乎所有生物学过程都必需的。许多这种相互作用是非常稳定的例如血红蛋白的亚基之间的相互作用和胰蛋白酶与胰蛋白酶抑制剂之间的相互作用等核苷酸交换和蛋白酶解过程中的识别过程等蛋白质蛋白质相互作用的一种形式是二聚作用，它可以定义为两个有关的亚单元组成一个蛋白质蛋白质复合物。二聚作用是调节信号转导的一种常见形式。对它的研究有助于加深理解信号转导的机制。一，二聚作用的一般功能二聚作用是一种有效而灵活的调节机制，它能产生各种各样的物理学和生理学结果。一)接近和定向发生二聚作用的蛋白质彼此接近使得它们可以相互作用最普通的例子就是下面将论述的细胞表面受体的二聚作用它激活了细胞内信号转导通路不仅如此受体二聚作用还能够将与受体结合的蛋白质拉近比如有一些激酶与细胞因子受体的胞内域非共价地结合，受体二聚就激活了它们的磷酸化作用。细胞内发生的这种蛋白质相互接近有非同寻常的意义因为与溶液中分子可以自由活动不同细胞内液的粘滞性和细胞内存在的空间间隔限制了蛋白质分子扩散成双的伙伴只能泪眼巴巴地咫尺相望而终不能聚首真寰解决了这个问题，给多少有情分子带来了无比的欢欣。二聚作用还有另外一个重要意义即它不仅仅是简单地将相互作用的分子拉近而且它还能使底物与酶的活性位点以更适合催化作用的方位相互楔合这就大大增加了反应速度这种定向作用对信号转导的突出意义可以用胰岛素受体信号的激活来说明。在与配体结合前，胰岛素受体的两条链都有不同很高的局部浓度但是它们都只有低效的体积摩尔浓度，因此不足以发信号。因此在结合配体并发信号时，它们之间需要重新定位，这可以通过两条链在细胞膜上以二硫键连接形成二聚体来实现所以局部浓度，又改变了它们之间的方位。二)异源二聚的差示调节作用二聚蛋白质通常隶属于其成员能够交互二聚的蛋白质家族。如果一个蛋白质有许多个二聚搭档，则所形成的各种二聚体将会有完全不同的功能。此时，在细胞内这些蛋白质的相对浓度体品种当然通过二聚作用进行差示调节的一个特殊形式是“毒性亚基”或“显性负调”搭档反映出二聚作用的搭档保留了二聚功能域但是失去了关键的功能域即这些搭档蛋白质的单体是没有功能的合物它对某些功能就起着负调节者的作用例如蛋白质I是转录因子My负调节者。I有与My互作用所需的二聚域，但是，没有D合域。因此，Id/不能结合D这个聚合物将抑制My录的基因表达。三)增强专一性相对于单体而言，二聚作用的结果一般会形成更大的蛋白质相互作用表面。这就不仅会促进蛋白质蛋白质，或者蛋白质-D相互作用，还会使这些相互作用的专一性发生变化。这体现在：(同种类的异源二聚体，比如，二聚的转录因子与单个亚基相比有更高的D合亲和力，它识别碱基对的专一性大为提高；(同的异源二聚体有完全不同的D合专一性比如Fos聚体的DNA合位点偏爱性与Atf-Jun的完全不同；(增加蛋白质单体的大小相比较二聚作用是更为有效的增加专一性的方法。例如在蛋白质-D互作用时，简单地将转录因子的大小扩大一倍以增加它与DA接触当然可以增加转录因子对D面专一结合位点的亲和力但是与此同时也增加了转录因子对非专一位点的亲和力这就会对专一性结合造成动力学的障碍而通过蛋白质二体协同地结合D可以使它D别元件的大小加倍而不需要付出动力学的代价。四)对单体二体相互过渡的调节单体二体相互过渡本身可能是一个可以调节的过程它是激活蛋白质过程的限速步骤有一些蛋白质专门对钙含量作出反应此时它们的构象发生很大改变并通过形成二聚体而成为活性的复合物。这些蛋白质包括E细胞选择蛋（一种基质蛋白和突触结合蛋白看来磷酸化调节着ST白和SM白的寡聚化状态在上述所有例子中蛋白质的单体形式是失活的而一旦发生二聚作用活了。二，信号转导中的二聚作用在信号转导过程中发生了多方面的二聚作用的重要作用。在信号转导中的二聚作用可以分为下面几个方面。一)调节受体的活性通过跨膜域固定在细胞膜上面的细胞表面受体在与配体结合后就被配体诱导的二聚或寡聚作用而激活虽然可能这些分子本身并非一定乐意二聚但是它们通过与细胞外的配体的相互作用还是被拉近了。配体诱导受体二聚作用的机制有多种表面。比如，PD以二硫键连接的二聚体，有三种不同的异构体链同源二聚体，链同源二聚体和A异源二聚体链以高亲和力与PD体a亚基结合链以相同的亲和力与和亚基结合。因此，A产生a－a受体同源二聚体，A产生a－受体同源二聚体和a－异源二聚体B则产生所有可能的组合。与此相反，有的配体是单体型的如h但是，它们的表面有两个不同位点可以与两个受体分子接触，形成1例的配体:受体复合物有一种有趣的情况是酸性成纤维细胞生长因子(aF身是单体又不能诱导其受体的二聚作用怎麽办呢？它就与肝素硫酸酯蛋白聚糖形成多价复合物这样它就能结合两个或者更多的受体。还有，TNF-b聚的配体，结晶结构分析表明，在一个TN聚体上可以同时结合三个T体分子。受体除了与配体结合外，还可以彼此相互作用。这种不依赖配体的受受体相互作用可以使二聚的受体进一步稳定。相互磷酸化作用也是使受体二聚并激活的重要原因对于有酪氨酸激酶活性的受体来说结合胞外的配体所引起的二聚作用将它们的两个激酶域拉到非常靠近的位置一个受体能够磷酸化另一个受体在这种分子中有两类磷酸化位点一类的磷酸化发生在激酶的催化功能域内部的酪氨酸上它的磷酸化增强了激酶活性并可将受体上的其他位点磷酸化另一类磷酸化发生在激酶功能域以外的位点它是其下游的带有S的信号转导分子泊锚的地点蛋白质酪氨酸激酶受体的二聚作用有同源二聚况下，一个搭档的激酶活性常常比较低，它往往是二聚体中激酶活性高的成员的重要底物。例如，Er的激酶活性很低，不能成为同源二聚体传递信号。但是，它能与E族的其他成员形成异源二聚体，并在配体诱导下产生很强的反应。至于本身没有激酶域的细胞因子受体，它们通常利用在细胞内的胞浆域结合激酶，如JAK家族激酶结合配体发生的受体二聚作用同时也将与受体结合的激酶拉近受体二聚作用有两个目的拉近激酶并使之相互磷酸化形成一个能够与受体或激酶下游分子结合的支架。二)调节蛋白质酪氨酸激酶的活性蛋白质酪氨酸激酶（P有两类，一个是跨膜受体型的另一类是细胞质型的跨膜型P分子间二聚机制激活而细胞质型的被分子间和分子内两种二聚机制激活。对受体型P激活单体型的受体P有很弱的基础活性在配体将它二聚后才表现出充分的活性如上所述能够使受体型P聚的配体可以分为两类一类是本身就有诱导这类P生二聚作用的比如几个生长因子家族的成员包括PD它们的单体型含有两个与受体结合的位点因此可以交联两个与之相邻的受体而使两个受体聚合另一类如F虽然它们自身只是以一价形式结合受体，但是可以借助某些辅助分子促进配体受体复合物的多聚作用。受体的二聚作用对于激活它们内在的催化活性和生长因子受体的自身磷酸化作用是必须的聚合可以是同源的也可以是异源的由于聚合体中的每个成员都能够罗致不同的信号转导分子因此这种作用不仅是为了增加P活性还为信号转导的多样性提供了一个简单的机制。二聚作用提高受体型P化活性的机制是什么呢？许多的这种激酶由调节域和功能域组成。它们被激活的核心步骤就是其催化域内的活性环环）中的一个或者多个酪氨酸被磷酸化了。配体诱导的受体二聚作用可以增加激酶域的局部浓度，以更有效地将可流动的A环中的酪氨酸残基磷酸化被激活的P将磷酸基团转移给它们的催化域中的另外一些酪氨酸残基，后者则起着信号蛋白结合位点的作用。，对非受体型P激活看来非受体型P激活机制与上述的类似。许多细胞质型PTK的催化活性也因其环中酪氨酸残基的转磷酸化作用而被激活但是不同的二聚作用格局造成的激活机制有所不同某些激酶例如S族的LkJ族的激酶它们的激活机制是与其相关的受体非共价地同源或者异源二聚作用前者如CD4后者如细胞因子受体而有一些细胞质P是被受体与其他家族的细胞质P间的转磷酸作用激活。比如，认为S酶经常参与FSkB族的激活过程。驱动这些激酶相互作用的机制还有待阐明区间在那里它们与S族的激酶如此接近以至可以被S酸化一般而言这种转磷酸化作用总是发生在细胞质P同源或者异源二聚体之间。虽然S酶的功能可以被受体介导的造成环转磷酸作用的过程激活但是看来还有另一种机制可以调节它们这就是它们的S2S介导的分子内相互作用这种作用当然不是经典意义的二聚作用但是也是一种个单元之间的聚合它又与同一个分子的活性调节有关所以在此一并讨论很久以来总是认为S酶中靠近端的酪氨酸残基起着磷酸化作用的负调位点的作用。而最近S晶结构分析阐明了这种分子内负调机制的性质。ScP通过与其本身的S2S两种不同的分子内相互作用而维持在钝化状态。P催化域与其本身的S之间有一个富含脯氨酸残基的接头当S这个接头结合时，就使Sc末端的磷酸酪氨酸（pTy合。这样，S三个功能域形成为压缩的构型，处于钝化的状态。有三个方法可以解除这种抑制作用，激活S其一是用一个富含脯氨酸的序列与S合不让它与那个接头结合第二是含有磷酸酪氨酸的序列与S合，使它不能结合PT端的磷酸酪氨酸；三是将末端的磷酸酪氨酸去磷酸化。总之，P激酶的故事告诉我们分子内或者分子间的相互作用都可以调节它们的催化功能。三)调节蛋白质酪氨酸磷酸酯酶（P活性将酪氨酸被磷酸化的蛋白质去磷酸化的是P它们起着关闭信号转导通路的作用。PP有跨膜的受体型和细胞质型的两种关于它们的功能是如何调节的知之甚少与P同，P催化功能域不需要转译后修饰就能维持其活性。实际上，这些酶的催化功能比PK要大得多但是由改变它们在细胞内的位置和通过分子内和分子间相互作用调节其催化功能。，对受体型P调节已经鉴别出大量的跨膜P它们中有许多是有组织专一性的。许多酶的胞浆域中含有串联排列的P能域而靠近膜的P有较大有时竟含有全部的催化活性那么为什么还要有其他的P能域呢？这还是一个谜认为后者可能起调节功能。为什么把跨膜的P做受体型的呢？因为它们之间的胞外域有很大不同而且看来具有结合专一性配体的性质。它们的生理配体是什么，还不知道。但是，知道PTP，k和l以与其他细胞内的相同分子同型相互作用。而且，PT胞外域可以专一性地与神经元受体cont是与配体结合并不能改变P催化活性也不能影响它的功能据以为单体型的P有活性的在它近膜的P能域中有一个催化功能域起催化作用，还有一个楔形结构起抑制催化功能的作用与配体结合引起的受体型P聚作用促使两个近膜P能域也发生二聚作用于是各个单体的楔形结构也与彼此的催化功能域相互作用，从而阻止了底物与催化核心的结合而抑制P活性。，对细胞质P调节看来，封阻催化位点是调节这些酶活性的通常方式，细胞质PTP的调节也将是这样但是它们的主要作用方式不是分子间相互作用而是在分子内就封阻了催化位点因为除了磷酸酯酶功能域外细胞质P有与其他蛋白质相互作用的功能域。如SHP-SHP-2含有2个SH2PSHP-1淋巴细胞上的受体，SHP-2EPO受体SH-端S其P能域的催化活性裂口相互作用N-了催化裂口，使底物无法接近，将P持在钝化状态。用含有专一性磷酸酪氨酸的序列与N-，就可以缓解这个自抑制作用，使SH为活性状态。而端的S来不与催化功能域相互作用。它的功能可能是增加SH物相互作用的专一性和亲和力。由上面所述可见PKP激活和抑制竟然有惊人相似的机制说明二聚作用能够从正反两个方面同时起作用，即激活P同时也抑制了P或者相反。这就保证了细胞内可逆磷酸化作用的顺利进行，使信号转导通路保持畅通。造化真是奥妙无比啊！四)调节转录因子的活性许多细胞外的信号实际上最终被传送入细胞核并引发基因表达的变化体型的D合蛋白聚合后与D合的机会就加倍，它作用的专一性也成倍增加。因此，转录因子的二聚作用也是信号转导过程中最常见的一种二聚作用。，细胞核激素受体亲脂的激素，如类固醇、视黄酸、甲状腺激素和维生素D可以穿越细胞膜进入细胞与核受体相互作用而发挥功能配体形成的复合物能够直接作用于相关的D件从某种意义上说这类受体具有转录因子的功能这些转录因子构成了类固醇核受体超家族激素的核受体有类固醇雌激素(ER)孕甾酮(P盐皮质激素(MR)激素(AR)有甲状腺激素(TR)生素（V、视黄酸（R和9顺式视黄酸（R。此外，还发现一些其配体未知的‘孤儿’受体。这个转录因子家族恐怕是最令人难以理解的然能使基因表达产生预期的变化！核激素受体以单体或者二体形式与D的响应元件结合这些响应元件由两部分构成对类固醇激素响应的D列叫做激素响应元件（H。GRPRERA和M成为同源二聚体，与D合并识别一个回文结构式的响应元件；其他受体，包括TRRVRRXR则形成异源二聚体并识别有直接重复序列的响应元件源二聚体有更高的D应元件亲和力所以认为异源二聚体是这些受体的主要功能形态。由于观察到TRRVCOURXR结合直接重复序列AGGTCA有一个问题：它们如何区别各自不同的结合位点？生化研究揭示R好于通过间隔个核苷酸的直接重复序列去激活转录而VDRT分别通过间隔和个核苷酸的直接重复序列去激活转录；但RXR-体和R源二体则通过只有一个间隔的直接重复激活转录。所以，不同的二聚体利用不同的，由到个的核苷酸间隔来激活基因表达。核激素受体至少有两个二聚作用界面：一个在它的D合域；另一个在它的配体结合域。D合域在没有D在时是单体，有D发生聚合。配体结合域二聚作用的功能看来是稳定受体-D合物。有一个叫做S孤儿受体，它虽然没有D合域，但是它能通过配体结合域与其他受体所异源二聚看来节剂。，ST二聚作用几年前才发现的ST族转录因子可以形成二聚体并介导许多细胞因子的生理作用。通常，ST过它分子中的S与受体结合。在配体激活受体和J，ST酪氨酸被J酸化。然后，ST受体上解离下来形成同源或者异源二聚体，转位到细胞核，结合于靶基因的增强子元件。大量证据表明，ST二聚作用是通过一个分子中的磷酸酪氨酸位点与另一个分子中的S的交互相互作用实现的二聚作用对它们进入细胞核和与D合是绝对必需的。有一个天然存在的ST，叫做STAT1b少3个羧端的氨基酸残基，而这些氨基酸残基是激活转录必须的，因此，这个变种是显性的负调因子。对细胞因子响应时，激活专一品种的STAT种专一性的选择看来不是由J制的，而取决于各种受体罗致专一ST能力。实际上，第一个结合在酪氨酸被磷酸化的受体上的ST体，在自己被磷酸化了的就可以结合第二个ST，当后者也被磷酸化时，它们就形成稳定的二聚体。ST般结合在非常相似的、对称的DNA列上。既然它们都有相同的D合偏爱性，那么ST如何激活专一靶基因的呢？研究发现ST白的氨基末端对ST聚体与D结合有协同作用。这些协同相互作用使得ST白能够识别虽然从总体上说保守，但有各式各样变种的D合位点。因此，在溶液中，ST成二聚体，而在D却形成高度有序的寡聚复合物。碱性螺旋环螺旋蛋白质碱性螺旋环螺旋(bHLH)录因子在产生细胞类型专一的基因表达中起着重要作用。它们含有一个高度保守的、结合DNA须的碱性区，这个区域与H体靠近。这些蛋白质的特点是能够结合E-子序列。第一个被鉴定的bHMyoD的基因专门在骨骼肌中表达，所产生的myoA导各种各样已经分化的细胞株表现出肌肉细胞的特性。MybH的第6个氨基酸残基对这种活性是必要和充分的虽然My够作为同源二聚体与D合但是E47-MyoD异源二聚体对靶序列的亲和力要大1倍。My一个叫做I的负调因子，它也有HH聚作用域但是缺少碱性区它能与My2E成异源二体但是这些复合物都不能结合D有趣的是，在处于增殖状态的成肌细胞中，I含量很高。说明在成肌细胞中，I阻止My或E活肌肉专一的基因表达。另一些了解较多的bH节系统包括MycMMadH白。c-Myc蛋白本身并不会发生同源二聚作用，也不结合D但是，它能够与M源二聚并作为转录激活剂和转化蛋白发挥作用尽管M向于与M聚但它也能形成同源二聚体这个二聚体可以结合D并可以抑制M起的转录和转化。M可以与两个其他的bHL，即MdMx源二聚M样这些蛋白质本身不会同源二聚也不会结合D但是，倾向于与Max源二聚以识别和Myc-MaxCACE-来，Max节着这些蛋白质的转录活性在未分化的U3个核细胞株中只形成Max但不形成Max-Mad复合物。可是，用T激，诱导它向巨噬细胞分化后的头小时之内，Max就开始积累；到了刺激后4小时，就只能检测到Max了。所以，分化过程伴随着M源二聚体中组分的改变，当然，基因表达也随之改变。，BZ家族亮氨酸拉链是最简单的二聚作用界面之一。它能够介导有高度选择性的，非常重要的蛋白质结合作用它最早是作为C/BG序列模体以及许多转录因子相互作用的界面而被鉴定和认识的。这个名字来自于它的分子内有一个约3个氨基酸残基的区域其中每隔个残基就有一个亮氨酸残基并在每个亮氨酸残基之后的第个位置处是另一个疏水的残基。这些蛋白质可以识别两类D件：AP-1F/CRE体。AP-1保守的TGA一个拟二元对称。与这个位点结合的蛋白质包括Fos和J族它们可以被促进有丝分裂的诱导分化的和神经原专一的刺激所诱导ATF/CRE元件含有TGAC列，它是一个二元对称。与这个位点结合的蛋白质的基因的表达与cAMP和病毒所诱导的反应有关。AP可能是了解最清楚的bZ转录因子它是JF族成员的异源二聚体鉴于c-Fos蛋白的产生被生长因子激活子所诱导的基因的调节。但是，发现c-sc-之前没有DNA合能力。还发现，共转染c-oc-独转染c-，AP动的基因表达更强。而且，只给c-fos激活作用。看来其原因是c-Fos-c-JuJun-v，因为毕竟c-不能二聚作用！由这些情况可以推及这些家族中的其他成员：JunBunDFosBr和Fra2-Junc-物合成都被TPA其他PKC活剂诱导。由于Fos蛋白质和mR半衰期都比J短，因此，在诱导前，复合物的组分主要是J源二聚体而在诱导后立即变成多是Jun聚体这个异源二聚体复合物的形成是细胞信号转导和细胞转化期间最重要的调节步骤。钙介导的二聚作用细胞内的钙含量钙浓度的改变在许多生物学过程包括受精突触囊状融合和淋巴细胞激活中起着不可或缺调节的生物学响应是通过蛋白质二聚作用传递的。突触小泡蛋白和突触结合蛋白起着主要的钙传感器作用调节着神经原钙的胞泌突触结合蛋白是一个整合的膜蛋白体外实验表明这个蛋白质的胞外域会产生急剧的依赖钙的构象变化结果导致二聚体形成节十分重要。另一个重要的受钙调节的二聚作用发生在E细胞选择蛋白。它介导细胞粘连，并在正常发育中起重要作用。细胞选择蛋白发挥功能需要钙。钙诱导E-胞选择蛋白整个胞外域的构象发生剧烈的可逆改变结果形成了它的有功能形式所以钙促进的二聚作用是这个蛋白质维持细胞功能的机制之一。续：模拟二聚作用——由这些研究我们学到了什么？了解生物调节的机制不仅有重要的理论意义而且使得我们能够设计新的实验系统以更好地理解这些生物学功能并加以利用对信号转导中的二聚作用之研究也是如此至少我们可以做下面两件事。一)设计显性负调的二聚作用搭档多聚蛋白质的生物学功能，可以通过其单体与缺乏关键功能域的变种单体相互作用而被负调天然就存在着许多这种显性负调作用二聚体搭档例如它们保留了配体结合域和跨膜域的细胞内域发生缺失或者突变。比如，这样的EG爪蟾胚胎中合成时，中胚层就不能形成这说明E信号转导对早期胚胎发育非常重要同样亮氨酸拉链的多肽内互补物可以干扰C动子驱动的报告基因表达用这种“毒性亚基”方法可以进行各种实验并得到很好的结果它们还有可能被用来治疗某些由于信号转导通路失误而造成的疾病来阻断使得细胞癌变的信号转导通路。二)用小的、合成的、可以促进蛋白质结合的配体来调节生物学响应由蛋白质二聚作用所发挥的重要作用说明反应。这个概念已经被用来设计和制造可诱导的结合蛋白。在这个技术中，用低分子量的，可通透入细胞的有机分子来诱导两个蛋白质靶子的二聚作用些有机分作用的化学诱导物”（C。在这些C装有两个结合表面，它们可以识别专一的，蛋白质性质的调节剂。同时，将这些蛋白质调节剂融合在细胞内的靶蛋白上了。当这些CID通透进入含有蛋白质调节剂嵌合蛋白的细胞中时，就可以诱导靶蛋白的二聚作用。而如果C有一个这样的结合表面，它就可以迅速地逆转二聚作用。第一个用来调节信号转导的C针对的是细胞表面受体的寡聚作用。这个受体本身缺失细胞外域和跨膜域它就不能被配体激活而发生二聚作用。但是，如果它能够二聚的话，它仍然有信号转导作用。于是，将一个TC胞浆域连带一个膜定位所需的肉豆蔻酯作用信号加上与C互作用的蛋白调节剂一起转入细胞再用适当的C理细胞结果激活了细胞的T应作用这说明这种细胞外域和跨膜域缺失的受体，通过它的细胞内域与TC胞浆域的二聚作用，还是传递了相关的信号可见应的有力工具。总之一直连续到细胞核内着十分重要的作用。第四节信号转导的生物学效应真核生物的细胞核含有细胞增殖、细胞分化和细胞程序性死细胞凋亡所需要的全部信息至于细胞该进行哪一个程序信号所以来了解信号转导的生物学效应。信号转导的转录响应虽然信号转导引起的细胞反应形式丰富多采但是追根寻源细胞行为的改变是由于细胞内的遗传程序发生改变而造成的胞对信号转导产生基因转录响应的结果。研究表明，）不同的刺激信号作用于同样的细胞，可以激活不同的基因转录，产生不同的细胞行为；）不同的刺激信号作用于同样的细胞，也可以激活相同的基因，产生类似的细胞行为；）同一种刺激信号作用于不同类型的细胞却可以激活不同的细胞反应；）同样的刺激信号，由于作用于细胞的强度或者作用持续时间的不同，却可以诱导不同基因的表达。所以，研究细胞内信号转导转录响应，对于阐明信号刺激所造成的生物学反应过程及其机制有着十分重要的意义。所谓信号转导的转录响应是指在信号刺激下靶细胞内基因转录的激活过程各种信号分子在各种细胞或者生物体中诱导基因转录的过程和分子机制就有可能对信号引发的各种生理反应作出合理的解释同协力从各自的基础出发们分别观察到的结果只不过是事物本质的各个表面现象而已。一)信号转导转录晌应的机制基因转录是由基因转录起始位点5’上游的转录调节元件与调节控制基因表达的各种蛋白质因子主要是转录因子之间的相互作用发动的在这个过程中活转录因子所以细胞内信号转导的转录响应的基本机制就是信号转导途径最终激活了转录因子并使它们所制动的基因表达和造成细胞行为的改变转导的转录响应叫做信号转导造成的转录因子激活过程众所周知靶细胞外的信号分子需要与其细胞受体相结合才能引发细胞内的信号转导。因此，按照受体在细胞中的存在形式，信号转导的转录响应可以有两种方式。第一种是细胞外的信号分子与细胞膜上的受体结合，引发信号转导造成细胞内信号分子的级联反应这些反应首先使细胞内现存的有转录激活作用的蛋白质被磷酸化而话化它们成为立早期基因的转录因子并激活这类基因因通常是原癌基因它们的产物是一些通用的转录因子这些转录因子合成后又被激活并进入细胞核诱导晚期基因表达应造成细胞结构和功能的变化种是有一些细胞外信号分子比如甾体激素的受体的并不在细胞膜上而在细胞质内这时，信号分子直接进入细胞与细胞内的受体结合然后这个复合物进入细胞核录因子从而激活了基因表达因此认识转录因子的激活过程与机制就是了解信号转导的转录响应的关键一个是转录响应的过程录响应的负调节。．转录响应过程转录响应过程有三部曲：(录因子受控移位，进入细胞核。作为蛋白质的转录因子是在细胞质中合成的转录因子必须进入细胞核因子进入细胞核的过程是受调控的不是自发的已经知道转录因子分子中的核定位信号序列和细胞质滞留信号序列的受控激活与转录因子进入细胞核有关定位信号序列它的生物活性来自其分子中一段短短的由碱性氨基酸残基组成的肽段个肽段与这些抑制蛋白结合时核定位信号序列就失去作用蛋白从核定位信号序列上解离下来使转录因子得以进入细胞核此外核定位信号序列被磷酸化，则可以促进转录因子进入细胞核。(录因子与D合。转录因子是一种DNA结合蛋白它必需与它所调节的基因的转录调节元件结合才能发挥作用号转导响应的结果。这体现在：（）许多D合蛋白都是以寡聚体形式与D合的，它的每一个单体都是没有转录活性的因此那些能够刺激转录因子寡聚化的信号就可以调节控制转录因子的活性。比如，许多细胞因子的信号转导通路都激活转录因子ST转导和转录激活蛋白其机制是信号转导通路中激活的激酶使得ST白分子中的酪氨酸磷酸化，ST白上还有一个叫做S功能域，它能与磷酸化的酪氨酸相互作用。然后，通过两个同源或者异源S中磷酸化酪氨酸与彼此间的S相互作用就形成同源或异源的S体。它进入细胞核并与基因调控元件结合而激活转录。又如，热休克信号可以激活热休克因子的三聚化；（）有些转录因子本来就与抑制蛋白结合着，这些抑制蛋白封闭了转录因子的D合域使转录因子不能与D合和激活转录但是在信号刺激下，抑制蛋白与转录因子就可以结合D。（）许多转录因子的D合域通常是碱性的，它有利于转录因子与酸性的D合。因此，D合域内的位点或其邻近位点被磷酸化时就可以通过直接的静电相互作用而阻止D转录因子结合而信号刺激可以诱导这些位点的去磷酸化作用从而加强了转录因子与D结合由此可见信号转导对转录因子与D合的调节是多方面的不同的信号分子不同的转录因子都有不同的调节控制方式，造成了信号转导有不同的转录响应；(录因子的激活。许多起基因转录因子作用的D合蛋白有两个功能域一个就是D合域通过它与D合另一个是转录功能域转录因子的转录功能域本身首先必需被激活才能发挥激活基因转录的作用最常见的转录因子激活方式是它的功能域的磷酸化这个作用是受信号转导调节的。有些信号转导途径使转录因子在细胞核内被激活，许多原癌基因的激活它们的产物是通用的转录因子)就是这样有些信号转导途径使转录因子在细胞的膜结构上被激活，比如JakT径，ST活后才进入细胞核；有些信号转导途径使转录因子在细胞质内激活这时的转录因子常常与抑制蛋白相结合而失活制蛋白解离下来并激活了转录因子子但是同的信号转导途径的调节需要整合所有这些信号并对各种不同的信号转导产生响应才能将它激活。这就使得信号转导的转录响应变得十分复杂，当然，也十分有趣。、转录响应的负调节因为转录响应的结果往往使细胞发生不可逆的变化所以细胞对信号刺激产生转录响应抱着十分认真十分谨慎和十分严肃的态度去不复返地发生改变——分裂、分化或者环亡!这说明负调作用的机制之一是通过细胞内的蛋白质合成作用合成了一些抑制蛋白，它们与信号转导的响应元件——D者基因转录因子结合蛋白质合成抑制剂本身可以激活信号转导的转录响应。另一个负调机制是磷酸酯酶的作用它使转录因子去磷酸化而失活因此磷酸酯酶是信号转导转录响应的通常抑制剂。综上所述虽然信号转导的转录响应过程繁琐但是机制的一个共同的核心问题就是蛋白质的可逆磷酸化作用各个步骤和阶段起着作用，特别是在受体的激活或者与受体偶联的蛋白质磷酸激酶的激活；这些激酶的底物以及各种信号子的级联激活过程中起着决定性的作用个步骤的发生进行过程中起着重要的调节控制作用所以认识并掌握这个机制将有利于加深对信号转导的转录响应的理解。二)信号转导转录晌应的专一性及其调节为什么同样的信号刺激作用于不同的细胞可以引发不同的细胞行为变为什么不同的信号刺激作用于同样的细胞可以引发类似的细胞反其原因就是因为信号转导的转录响应有专一性。所谓信号转导的转录响应的专一性指的是：）细胞是如何将给定的信号刺激专一地使至于激活特殊的转录因子的?（）被专一激活的转录因子是如何使专一基因表达的?（）不同性质和强度的信号刺激是如何产生不同的转录响应的?这些都是生命科学研究中的热点问题。，转录因子激活的专一性已经知道不同的信号转导途径可以分享相同的信号分子用的蛋白质激酶和一些通用的转录因子那么不同的信号转导途径的特殊性或者说它们自己的个性是如何维持的呢?是什么因素控制着一个特殊的转录因子专一地对某一个特殊的信号转导途径作出响应，从而使细胞产生专一性反应的呢?看来这种专一性是靠各个信号转导途径中相互衔接作用来维系的当然如果信号分子的受体本身就是转录因子比如细胞核的激素受体么，情况会复杂些。这些相互作用以及它们对信号转导的转录响应专一性的调节控制体现在如下方面：(号分子之间相互接近的可能性逆地磷酸化，使其活化，才能使信号转导过程得以进行到底。如果存在着物理学上的障碍，比如它们存在于不同的空间间隔它们的分子结构相互抵触它们的分子修饰封闭