蛋白激酶A介导的信号通路

蛋白激酶A（PAK）介导的信号通路报告人：陈亮关键内容蛋白激酶A是由2个调节亚基与2个催化亚基构成的异四聚体.在不同的组织中，PKA可以起着不同的调节作用，如生长、分化和特定基因的表达.在免疫系统中，PKA介导了一个普遍性的抑制性信号，对维持免疫系统的稳定起着重要的作用.PKA通过对Raf-1的磷酸化抑制了Raf-1的激活，从而阻断了Ras/Raf-1/MEK/MAPK信号通路的激活，抑制细胞的增殖.在转录因子的调节方面，PKA可以激活CREB而促进了含CRE基因的转录；但它同时却抑制了NF-kB的活性而介导了细胞因子等表达的抑制40多年前，Sutherland和Rall发现了cAMP以及它作为细胞内“第二信使”的功能.此后在糖原分解的研究中人们发现了蛋白激酶A，它可以被cAMP激活，并能通过Ser残基的磷酸化而激活磷酸化酶激酶，该激酶再使糖原磷酸化酶由无活性的磷酸化酶b型转化为a型［１］，从而催化糖原的分解.随着克隆技术的快速发展，新发现的蛋白激酶及其同工酶以几何级数的速度增长着，对它们的研究也日趋深入.其中，蛋白激酶A是最小、最简单，也是研究最为透彻的蛋白激酶之一.

蛋白激酶A的分子结构蛋白激酶A，又名cAMP依赖的蛋白激酶,当cAMP不存在时，PKA以无活性的全酶(holoenzyme)状态存在.PKA的分子是由2个调节亚基和2个C*催化亚基构成的异四聚体，当PKA的调节亚基与cAMP结合时，导致了调节亚基的结构变化而与催化亚基解离产生1个催化亚基二聚体和2个激活的催化亚基单体［２］.其解离反应式可以表示如下：R2C2+4cAMPR2(cAMP)4+2C*(指活化态，对(ⅰ)蛋白激酶A的催化亚基.蛋白激酶A为一类丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶，它的催化亚基可以使特异底物肽段的Ser或Thr残基磷酸化.但它同时却抑制了NF-kB的活性而介导了细胞因子等表达的抑制调节亚基通过与催化亚基解离与结合以调节其活性.在功能上，两者也存在着差异：RⅡ含有1个磷酸化的部位；它在任何一个蛋白激酶中都是保守不变的激酶的催化活性是必须的。在GTP结合形式的Gsα亚基为活化态，它能与胞内的腺苷酸环化酶相偶联并使之激活，活化的腺苷酸环化酶再催化ATP产生cAMP.PKA的分子是由2个调节亚基和2个C*催化亚基构成的异四聚体，当PKA的调节亚基与cAMP结合时，依据其氨基酸顺序的差异，调节亚基可以分为类型Ⅰ(RⅠ)和类型Ⅱ(RⅡ).但它同时却抑制了NF-kB的活性而介导了细胞因子等表达的抑制胞外配基(如激素、核苷酸、炎症因子等)与腺苷酸环化酶偶联的膜受体相结合，通过激活性GTP-结合蛋白(Gs)的介导，诱导了腺苷酸环化酶的活化.羧酸基团在催化过程中起着重要的作用.A部位与cAMP的结合则令调节亚基的绞链区包括激酶抑制区域同催化亚基解离，从而释放出2个活化的催化亚基.在哺乳动物中，依据氨基酸顺序的不同，催化亚基主要分为两类同工酶：Cα和Cβ，它们催化的底物具有如下共有序列:X-Arg-Arg-X-Ser-X(X代表任何1个中性氨基酸，Arg在激酶的底物识别中有着重要的作用).在不同的组织中，PKA可以起着不同的调节作用，如生长、分化和特定基因的表达.RⅠ不含磷酸化部位，但含有一个高亲和性的Mg-ATP结合部位，它们都位于调节亚基的激酶抑制部位中.胞外配基(如激素、核苷酸、炎症因子等)与腺苷酸环化酶偶联的膜受体相结合，通过激活性GTP-结合蛋白(Gs)的介导，诱导了腺苷酸环化酶的活化.在GTP结合形式的Gsα亚基为活化态，它能与胞内的腺苷酸环化酶相偶联并使之激活，活化的腺苷酸环化酶再催化ATP产生cAMP.至少已有8个腺苷酸环化酶的同工酶已被确定［4］，有些同工酶还含有PKA的磷酸化部位，可能在cAMP信号通路的自我调节中起着重要的作用.蛋白激酶A（PAK）介导的信号通路ACase通过水解ATP产生环腺苷酸(cAMP)而提高了胞内的cAMP水平.在哺乳动物中，依据氨基酸顺序的不同，催化亚基主要分为两类同工酶：Cα和Cβ，它们催化的底物具有如下共有序列:X-Arg-Arg-X-Ser-X(X代表任何1个中性氨基酸，Arg在激酶的底物识别中有着重要的作用).PKA的催化亚基含有3个结合部位：Mg-ATP结合部位，催化部位以及底物肽结合部位.Mg-ATP结合部位包括催化亚基氨基端的富甘氨酸环(glycine-richloops)以及Lys72.Lys72位于激酶的催化核心，它的突变导致了蛋白激酶的失活.它在任何一个蛋白激酶中都是保守不变的激酶的催化活性是必须的。羧酸基团在催化过程中起着重要的作用.其中，Asp184和Glu91的去质子化状态起着广义碱的作用，催化底物中Ser/Thr残基的羟基质子解离；另外一些酸性氨基酸残基，如Glu170，Asp328，Glu332等的羟基则可与底物肽保守序列中的碱性氨基酸——精氨酸的胍基相结合，起到识别底物的作用.造成脱敏的主要原因之一是G蛋白偶联受体的共价修饰，但是在该信号通路中的另外一些因子也可能参与了这一调节.在功能上，两者也存在着差异：RⅡ含有1个磷酸化的部位；但它同时却抑制了NF-kB的活性而介导了细胞因子等表达的抑制调节亚基通过与催化亚基解离与结合以调节其活性.RⅠ不含磷酸化部位，但含有一个高亲和性的Mg-ATP结合部位，它们都位于调节亚基的激酶抑制部位中.另外一些酸性氨基酸残基，如Glu170，Asp328，Glu332等的羟基则可与底物肽保守序列中的碱性氨基酸——精氨酸的胍基相结合，起到识别底物的作用.调节亚基通过与催化亚基解离与结合以调节其活性.在功能上，两者也存在着差异：RⅡ含有1个磷酸化的部位；RⅠ不含磷酸化部位，但含有一个高亲和性的Mg-ATP结合部位，它们都位于调节亚基的激酶抑制部位中.至少已有8个腺苷酸环化酶的同工酶已被确定［4］，有些同工酶还含有PKA的磷酸化部位，可能在cAMP信号通路的自我调节中起着重要的作用.RⅠ不含磷酸化部位，但含有一个高亲和性的Mg-ATP结合部位，它们都位于调节亚基的激酶抑制部位中.其中，蛋白激酶A是最小、最简单，也是研究最为透彻的蛋白激酶之一.Rs或Ri就是通过与相应的激活性G蛋白(Gs)或抑制性G蛋白(Gi)相偶联而调节着ACase的活性.在功能上，两者也存在着差异：RⅡ含有1个磷酸化的部位；在GTP结合形式的Gsα亚基为活化态，它能与胞内的腺苷酸环化酶相偶联并使之激活，活化的腺苷酸环化酶再催化ATP产生cAMP.导致了调节亚基的结构变化而与催化亚基解离产生1个催化亚基二聚体和2个激活的催化亚基单体［２］.其中，Asp184和Glu91的去质子化状态起着广义碱的作用，催化底物中Ser/Thr残基的羟基质子解离；依据其氨基酸顺序的差异，调节亚基可以分为类型Ⅰ(RⅠ)和类型Ⅱ(RⅡ).首先，cAMP与B部位的结合改变了调节亚基的构象，从而使A部位更易于结合cAMP.在功能上，两者也存在着差异：RⅡ含有1个磷酸化的部位；催化亚基还可以直接转位进入核内，调节一些转录因子的活性，如CREB家族.cAMP在胞内水平的调节RⅠ不含磷酸化部位，但含有一个高亲和性的Mg-ATP结合部位，它们都位于调节亚基的激酶抑制部位中.在GTP结合形式的Gsα亚基为活化态，它能与胞内的腺苷酸环化酶相偶联并使之激活，活化的腺苷酸环化酶再催化ATP产生cAMP.其解离反应式可以表示如下：R2C2+4cAMPR2(cAMP)4+2C*(指活化态，对(ⅰ)蛋白激酶A的催化亚基.G蛋白是一类膜偶联的鸟嘌呤核苷酸结合蛋白，它可以把胞外信号从受体传递到效应酶蛋白，如腺苷酸环化酶和磷脂酶C等.PKA的分子是由2个调节亚基和2个C*催化亚基构成的异四聚体，当PKA的调节亚基与cAMP结合时，亲和性标记分析说明，底物肽的识别部位是相当分散的，除了上述部位外，还包括Cys199，Thr197，Glu125,Met127等残基.圆二色性分析表明，底物的结合诱导了激酶构象的改变，在二级结构上产生了α-螺旋结构的减少(49%→31%)并同步发生β-折叠结构的增加(20%→49%).同时，Mg-ATP与催化亚基的结合也增强了激酶与底物肽的结合.(ⅱ)蛋白激酶A的调节亚基.调节亚基通过与催化亚基解离与结合以调节其活性.依据其氨基酸顺序的差异，调节亚基可以分为类型Ⅰ(RⅠ)和类型Ⅱ(RⅡ).在功能上，两者也存在着差异：RⅡ含有1个磷酸化的部位；RⅠ不含磷酸化部位，但含有一个高亲和性的Mg-ATP结合部位，它们都位于调节亚基的激酶抑制部位中.根据调节亚基的差异，PKA分为2个亚类：PKAⅠ与PKAⅡ.每个调节亚基都含有2个高亲和性的cAMP结合部位：A和B，位于肽段的羧基端.这2个cAMP结合部位都与蛋白激酶A全酶的解聚以及激活有关，而且cAMP的结合与全酶的激活呈强的正协同效应.首先，cAMP与B部位的结合改变了调节亚基的构象，从而使A部位更易于结合cAMP.A部位与cAMP的结合则令调节亚基的绞链区包括激酶抑制区域同催化亚基解离，从而释放出2个活化的催化亚基.活化的PKA催化亚基可以通过胞内的转位而接近不同的底物蛋白.在胞浆中，PKA可以通过调节Raf-1/MAPK的活性而传递信号入核；催化亚基还可以直接转位进入核内，调节一些转录因子的活性，如CREB家族.PKA通过对底物蛋白激酶或转录因子的磷酸化反应，调节基因的转录或翻译，从而介导细胞对外界刺激的反应.腺苷酸环化酶的激活和cAMP的产生G蛋白和腺苷酸环化酶(ACase)的活化腺苷酸环化酶的磷酸化抑制与脱敏cAMP在胞内水平的调节胞外配基(如激素、核苷酸、炎症因子等)与腺苷酸环化酶偶联的膜受体相结合，通过激活性GTP-结合蛋白(Gs)的介导，诱导了腺苷酸环化酶的活化.ACase通过水解ATP产生环腺苷酸(cAMP)而提高了胞内的cAMP水平.这类膜联受体含有7个跨膜区域，其胞内部分与G蛋白紧密偶联，膜受体-G蛋白-腺苷酸环化酶这3个成分构成一个复合物，调节着胞内的cAMP含量.在一些组织中，同时还存在着一种腺苷酸环化酶偶联的抑制性受体(Ri)，它的激活导致了胞内cAMP水平的下降G蛋白和腺苷酸环化酶(ACase)的活化G蛋白是一类膜偶联的鸟嘌呤核苷酸结合蛋白，它可以把胞外信号从受体传递到效应酶蛋白，如腺苷酸环化酶和磷脂酶C等.Rs或Ri就是通过与相应的激活性G蛋白(Gs)或抑制性G蛋白(Gi)相偶联而调节着ACase的活性.Rs与配基的结合诱导受体构象的改变，致使和Gsαβγ三聚体相结合的GDP被GTP所取代，同时Gsα亚基与Gβγ产生解离.在GTP结合形式的Gsα亚基为活化态，它能与胞内的腺苷酸环化酶相偶联并使之激活，活化的腺苷酸环化酶再催化ATP产生cAMP.至少已有8个腺苷酸环化酶的同工酶已被确定［4］，有些同工酶还含有PKA的磷酸化部位，可能在cAMP信号通路的自我调节中起着重要的作用.腺苷酸环化酶的磷酸化抑制与脱敏在激素对受体的长期刺激时，激素与机体产生的反应能力会不断地衰减，这就是脱敏.造成脱敏的主要原因之一是G蛋白偶联受体的共价修饰，但是在该信号通路中的另外一些因子也可能参与了这一调节.在心脏内，腺苷酸环化酶的主要亚类为ACas