NF-κB信号通路

文献综述NF-κB信号通路主要内容★背景介绍★IKK复合物的上游信号★IκB激酶的结构和激活方式★IκB蛋白的作用★NF-κB的转录调节一.背景介绍1.NF-κB信号通路2.NF-κB家族3.IκB蛋白家族4.IκB激酶复合物5.NF-κB信号通路激活对肿瘤发生发展的影响背景1NF-κB信号通路最基本的NF-κB信号通路，包括受体和受体近端信号衔接蛋白，IκB激酶复合物，IκB蛋白和NF-κB二聚体。当细胞受到各种胞内外刺激后，IκB激酶被激活，从而导致IκB蛋白磷酸化，泛素化，然后IκB蛋白被降解，NF-κB二聚体得到释放。然后NF-κB二聚体通过各种翻译后的修饰作用而被进一步激活，并转移到细胞核中。在细胞核里，它与目的基因结合，以促进目的基因的转录。NF-κB经典和非经典通路NF-κB的经典信号通路和非经典信号通路的主要区别就在于：☆在NF-κB的经典信号通路中，IκB蛋白的降解使NF-κB二聚体得到释放。☆而在NF-κB非经典信号通路中，则是通过P100到P52的加工处理，使信号通路激活。NF-κB家族背景2NF-κB家族由P50、P52、P65、c-Rel和RelB五个成员组成。它们分别由NFKB1,NFKB2,RELA,REL和RELB基因进行编码。它们都具有一个N端Rel同源结构域（RHD），负责其与DNA结合以及二聚化。另外,在P65、c-Rel和RelB中，存在着转录激活区域——TAD，对基因表达起正向调节的作用。P50和P52不存在转录激活区域，它们的同型二聚体可以抑制转录。NF-κB二聚体的存在方式NF-κB二聚体与IκB蛋白结合NF-κB二聚体与DNA结合NF-κB二聚体结构★氨基末端为免疫球蛋白相似区域，对某一种形式的κB位点具有选择性。★C-末端疏水区域提供NF-κB各亚基之间的连接。一般，NF-κB是以二聚体的形式存在的，而它的二聚体又有两种存在方式。背景3IκB蛋白家族IκB蛋白家族包括七个成员：IκBα、IκBβ、IκBζ、IκBε、Bcl-3、p100和p105。作用：在细胞质中与NF-κB二聚体结合，并对信号应答具有重要作用。IκB蛋白的结构特点：存在锚蛋白重复区域（即多个紧密相连的钩状重复序列，每个重复序列含有33个氨基酸）。背景4IκB激酶复合物IKKα/IKK1(CHUK)IKKβ/IKK2(IKBKB)调节亚基NEMO☺在特定的NF-κB信号通路中，IKKα和IKKβ是选择性需求的。背景5NF-κB信号通路激活对肿瘤发生发展的影响1.NF-κB信号通路激活对肿瘤发生发展的促进作用。※NF-κB所致的GADD45α和γ（生长抑制DNA损伤基因）联合表达下调是很多肿瘤细胞逃逸凋亡机制的关键步骤。※NF-κB还可上调CyclinD1（CCNDI）等基因的表达,促进细胞生长。※NF-κB激活对肿瘤的转移具有明显的促进作用。2.NF-κB信号通路激活对肿瘤发生发展的抑制作用。※RelA(p65)亚基在p53-介导的凋亡过程中具有重要作用很多胞外刺激信号都可以引起NF-κB信号通路的激活,如：促炎症细胞因子TNF-α、白介素IL-1,细菌脂多糖(LPS),T细胞及B细胞有丝分裂原,病毒双链RNA以及各种物理和化学压力等。虽然这些胞外刺激所产生的胞内早期信号途径各不相同，但一般认为,大多数此类胞外刺激起始的信号传递反应将最终激活IKK复合物。在这个传递过程中，衔接蛋白起着重要的作用。二.IKK复合物的上游信号在很多NF-κB信号通路中，许多的信号中间物都是共有的，特别是IKK复合物的上游信号。不同的信号通路可利用一些共有的信号元件激活和抑制通路。TRAFs——TNF受体相关因子IKK复合物的上游信号衔接蛋白RIPs——受体作用蛋白TAK1——TGFβ-激活性激酶1IKK复合物的激酶NIK——NF-κB诱导激酶1.TRAFs——TNF受体相关因子▲TNF受体相关因子TRAFs家族成员是一大类胞内接头蛋白，能直接或间接与多种TNF和IL-1/Toll-like受体家族成员结合。介导多种下游信号通路的信号传导，其中包括NF-κB信号通路。从而影响细胞的生存、增殖、分化和死亡，并参与多个生物学过程的调控。▲在几乎所用的NF-κB信号通路中，TRAFs都是关键的信号中间物。☆TRAF蛋白家族：TRAF蛋白家族一共有7个成员，分别是TRAF1、TRAF2、TRAF3、TRAF4、TRAF5、TRAF6、TRAF7。TRAF蛋白质在结构上具有很高的同源性，同源性一般大于30%，其特征性的结构是所有成员在羧基端都有一个C-末端TRAF结构域，即包括一个卷曲螺旋结构，介导同型和异型蛋白之间的相互作用。另外，TRAF2-7的N-末端存在一个RING指结构，其可以作为E3泛素连接酶起作用，即将泛素转移到目的蛋白上。RING指结构后还有5到7个锌指结构域TRAF蛋白的结构TRAFS的功能1通过TRADD，TRAF2和TNF-α的受体TNFR1结合，向下传递信号，激活IKK。在此过程中，其RING指区域作为E3连接酶是必须的。但是其具体作用机制还需要深入研究。在TNFR1信号通路中，单一的敲除TRAF2或TRAF5，NF-κB信号通路的激活仍会出现。但是双敲除TRAF2和TRAF5，则会造成NF-κB信号通路中，IKK复合物的激活出现缺陷。因此，在TNFR1信号通路中，需要TRAF2和TRAF5的共同作用。在Toll-like／IL-1信号通路中，TRAF6可与受体复合物发生作用，激活IKK。但是，TRAF6的E3连接酶作用机制也是需要进一步证明的。因此，在NF-κB信号通路中，TRAF2、TRAF5和TRAF6在激活IKK复合物方面起着重要的作用。2另外，TRAF蛋白家族成员中，TRAF3也是较广泛的研究成员。★TRAF3是既可以介导NF-κB经典信号通路，也可以介导非经典信号通路。在经典信号通路中，其可以与受体直接作用激活IKK复合物。而在非经典信号通路中，TRAF3通过NIK（NF-κB诱导激酶）激活IKKα，从而激活信号通路。★在一些情况下，TRAF3可以诱导NIK的泛素化和降解，抑制信号通路的激活。但是这时候，其他TRAF家族成员可以介导TRAF3的降解，结果造成NIK的积累和活化，促进非经典信号通路正向激活。因此，不管在经典还是非经典信号通路中，TRAF蛋白在诱导IKK激活方面发挥着很重要的作用。2.RIPs——受体作用蛋白☆RIPs是经典NF-κB信号途径中的关键的衔接蛋白。☆RIPs既可以通过蛋白结合区域直接作用于信号通路的上游，也可以通过与NEMO结合激活IKK复合物。并且，在大多数的TRAF依赖型信号通路中，RIPs都被牵涉其中。☆RIP蛋白家族一共有7个成员，分别为RIP1-7。☆RIP蛋白的结构特征是：都具有保守的丝氨酸/苏氨酸激酶区域。RIP1☆RIP1具有一个死亡结构域，可以介导其他衔接蛋白和受体的死亡结构域之间的相互作用。☆RIP1不仅可以招募IKK复合物，其更重要的作用是激活IKK复合物。☆RIP1激酶区域对IKK的激活并不是必需的，一般的作用是集合一个信号复合物元件，通过NEMO的寡聚化，和IKK的自磷酸化，诱导IKK复合物的激活。☆RIP1只出现在NF-κB经典信号通路中，而对于CD40或LTβR介导的非经典信号通路中是不需要RIP1的。RIP2☆RIP2包括一个C-末端半胱天冬酶活性和招募区域（CARD），可介导受体和衔接蛋白之间的相互作用。这个CARD区域，也使RIP2在一个特殊的NF-κB信号通路中起着重要的作用，即抗原受体信号通路。在抗原受体信号通路中，有着显著的CARDS作用，由于，BCL10和CARD11属于CARD包含蛋白，在抗原受体信号通路中对于激活IKK有着决定性的作用。这个信号通路是需要RIP2。同样，细胞内结构识别受体NOD-LRR家族成员也属于CARD包含蛋白，也需要RIP2来激活IKKβ。☆与RIP1相似，RIP2的激酶区域对IKK的激活也不是必需的，在NF-κB经典信号通路中，RIP2与TAK1和TRAFS作用，直接诱导NEMO的泛素化，和下游信号通路激活。RIP3在NF-κB信号通路中，RIP3由于和RIP1具有同型作用基序（RHIM），所以与RIP1具有同等功能。但是在信号通路中，RIP3的重要性远远比不上RIP1，因为当RIP3缺失时，大多数的NF-κB信号通路是正常的。在特殊情况下，RIP3可能影响和阻碍RIP1诱导的NF-κB信号通路的激活。RIP蛋白总结：①RIP1（作为一个死亡结构域和NEMO的衔接蛋白）与RIP2（作为一个CARD到NEMO的衔接蛋白），在一些NF-κB经典信号通路中扮演着类似的角色。②通过与NEMO结合，RIP蛋白招募IKK复合物。通过NEMO的寡聚化或泛素化依赖机制直接介导IKK复合物的激活。3.TAK1/NIK——TGFβ-激活性激酶1/NF-κB诱导激酶TAK1和NIK作为IKK激酶出现在NF-κB信号通路中。其中，在经典信号通路中，TAK1被涉及。而在非经典信号通路中，NIK有诱导IKKα激活和P100磷酸化的作用。TAK1TAK1一般在RIP蛋白激活IKK的信号通路中（例如：抗原受体和NOD-LRR信号通路），都要被涉及。但是其作用机制并不明确。主要表现在：①在不同的经典信号通路中，TAK1的基因被敲除，NF-κB信号通路的激活会出现不同程度的缺陷。②TAK1是否作为一个IKK-K直接或通过一个媒介激酶（如：MEKK3）介导IKK的激活，这是不清楚的。③通过许多相同的信号中间物，LTβR介导的IKK的激活是不需要TAK1的。因此，对于TAK1的作用机制我们还需要更深入的研究。NIK☆在RIP蛋白缺失的情况下，NIK主要负责激活NF-κB的非经典信号通路。NIK可直接磷酸化，激活IKKα。☆NIK受到结合的TRAF蛋白，CIAP1和CIAP2（E3连接酶）的调节，当TRAF蛋白，CIAP1和CIAP2发生降解时，可导致NIK的积累和IKKα的激活。小结①在NF-κB非经典信号通路中，TRAF和NIK可以不通过NEMO，充分激活IKKα，从而使信号通路激活。②在NF-κB经典信号通路中，TRAF和RIP蛋白，和TAK1都是必需的。对于NF-κB信号通路的激活，IKK是非常重要的。因此，了解IKK活性的调节已经成为掌握NF-κB信号通路激活的核心。★1.IKK复合物★2.IKK的激活★3.IKK的酶作用底物三.IκB激酶的结构和激活方式1.IKK复合物＊IKKα（又称IKK1），85kD＊IKKβ（又称IKK2），87kD＊NEMO（又称IKKγ），48kD具有较高的序列同源性和相似的结构。在N-末端均含有蛋白激酶区,靠近中间区域的亮氨酸拉链区(LZ)及螺旋-环-螺旋(HLH)包括大段的卷曲螺旋(coiled-coil)及靠近C-末端的亮氨酸拉链区虽然一些实验证明在IKK复合物中，可能会含有一些其他成分，,如IKK关联蛋白1(IKKAP1)、促分裂原活化蛋白激酶1(MEKK1)、NF-κB诱导激酶(NIK)及调节蛋白IKAP等，但是需要进一步的证明。IKK复合物的组成：IKK复合物各组分的作用IKKα：在经典的NF-κB信号途径中，IKKα并不是必需的。它在NF-κB受体活化因子(receptoractivatorofNF-κB,RANK)引起NF-κB活化转导途径及NF-κB活化变更途径中是必需的。IKKα的缺失可导致许多发育上的缺陷。IKKβ：IKKβ是促炎症反应因子刺激诱导NF-κB的激活的主要激酶。IKKβ缺陷的细胞对TNFα和IL-1等刺激不会引起NF-κB的活化。IKKβ的活化是避免因局部缺血或充血引起严重炎症反应而导致多组织功能丧失所必需的。NEMO：在经典的NF-κB信号通路中，NEMO是必需的。NEMO可能通过与IKKβ和IKKα的直接作用而介导IKK复合物的组装,并且还能促进IκB蛋白与IKK激酶复合物的相互作用。IKK复合物的组装IKKα、IKKβ和NEMO共同组成了IKK复合物——