生物大分理论2015年-硕士生-信号通路精品文档

目录细胞信号转导CellSignalning提纲细胞信号转导概述细胞通路与疾病经典细胞信号通路细胞通路研究方法目录第一节细胞信号转导机制概述GeneralMechanismofCellSignalTransduction目录细胞培养为什么加血清?目录多细胞生物适应环境、调节代谢离不开内外环境与细胞、细胞与细胞之间的细胞通讯（cellcommunication），这是生物体存活、生长、分化，以及多细胞、多组织系统执行正常功能的需要。这种针对内外源信息所发生的细胞应答过程称为信号转导（signaltransduction）。目录生物体可感受任何物理、化学和生物学刺激信号，但最终通过换能途径将各类信号转换为细胞可直接感受的化学信号（chemicalsignaling）。化学信号可以是可溶性的，也可以是膜结合形式的，这类化学物质称为信息物质。目录转录因子染色质相关蛋白RNA加工蛋白RNA转运蛋白细胞周期蛋白细胞骨架NH2AAAAAm7GTranslation信号转导网络信号接收信号转导应答反应细胞信号转导的基本方式示意图目录一、信息物质的分类细胞间信息物质（extracellularsignalmolecules）：是由细胞分泌的调节靶细胞生命活动的化学物质的统称，又称作第一信使（primarymessenger）。细胞内信息分子：在细胞内传递调控信号的化学物质称为细胞内信息物质（intracellularsignalmolecules）。目录局部化学介质内分泌激素神经递质气体信号细胞间信息物质分为四类目录大多数细胞都能分泌一种或数种局部信号分子，又称为旁分泌信号（paracrinesignal）或自分泌信号（autocrinesignal），其特点为不需要经过血液转运，而是在组织液中直接扩散作用于周围的靶细胞或自身细胞。局部化学介质目录内分泌激素是由特殊分化的内分泌细胞分泌的化学物质，需经过血液转运到靶细胞而传递信息，又称为内分泌信号（endocrinesignal）。内分泌激素目录神经递质是一类在神经细胞与靶细胞之间进行信息传递的分子，由神经细胞突触前膜释放，又称为突触分泌信号（synapticsignal）。神经递质目录气体信号:体内通过NO合酶（NOsynthase,NOS）氧化L-精氨酸的胍基能生成NO，其结构简单，半衰期短，化学性质活泼。除NO外，具有信息转导作用的气体分子还有一氧化碳（CO）、硫化氢（H2S）等。气体信号目录细胞内信息物质包括无机离子、脂类衍生物、糖类衍生物、核苷酸及蛋白质分子等。其中Ca2+、DAG、IP3、cAMP、cGMP等小分子物质通常是由第一信使作用于靶细胞后在细胞内产生，又称为第二信使（secondmessenger）。信息物质化学本质细胞内信使引起的胞内变化在信息转导中的作用无机离子Ca2+PKC,CaM激活第二信使脂类衍生物甘油二酯（DAG）PKC激活糖类衍生物三磷酸肌醇（IP3）胞内Ca2+升高核苷酸cAMP、cGMPPKA,PKG激活蛋白质Ras蛋白激酶活性受体和蛋白激酶目录第二信使浓度和分布变化是重要的信号转导方式细胞内的第二信使在信号转导过程中的主要变化是浓度的变化，催化它们生成的酶和催化它们水解的酶都会受到膜受体信号转导通路中的信号转导分子的调节。目录小分子细胞内信使的特点①在完整细胞中，该分子的浓度或分布在外源信号的作用下发生迅速改变；②该分子类似物可模拟外源信号的作用；③阻断该分子的变化可阻断细胞对外源信号的反应；④在细胞内有确定的靶分子；⑤可作为别位效应剂作用于靶分子；⑥不应位于能量代谢途径的中心。目录几种重要的第二信使分子cAMP与cGMP目录目录磷脂酰肌醇衍生物几种重要的第二信使分子甘油二酯（diacylglycerol,DAG）1,4,5-三磷酸肌醇（inositol1,4,5-trisphosphate,IP3）目录磷脂酰肌醇衍生物几种重要的第二信使分子目录Ca2+几种重要的第二信使分子钙调蛋白（calmodulin，CaM）目录二、细胞经由特异性受体接收细胞外信号受体(receptor)是信息分子的接收分子，化学本质是细胞表面或细胞内的蛋白质分子。受体的作用：识别外源信号分子，即配体（ligand）；转换配体信号，使之成为细胞内分子可识别的信号，并传递至其他分子引起细胞应答。目录受体按照其在细胞内的位置分为：细胞表面受体细胞内受体接收的是不能进入细胞的水溶性化学信号分子和其他细胞表面的信号分子，如生长因子、细胞因子、水溶性激素分子、黏附分子等。受体在膜表面的分布可以是区域性的，也可以是散在的。接收的信号是可以直接通过脂双层胞膜进入细胞的脂溶性化学信号分子，如类固醇激素、甲状腺素、维甲酸等。目录配体门控离子通道受体（ligand-gatedionchannelreceptor）具有酶活性的受体，也称为受体酶（receptorenzyme）G蛋白偶联受体（GProtein–CoupledReceptors，GPCR）不具有内在酶活性的受体（Receptorwithnointrinsicenzymeactivity）黏附型受体（Adhesionreceptor）核受体（Nuclearreceptor）常见的几种受体类型目录常见的几种受体类型（图示）目录配体门控离子通道受体配体门控离子通道受体（ligand-gatedionchannelreceptor）是指细胞膜上一类特殊的亲水性蛋白质微孔道，当与配体结合或者受跨膜电位及细胞表面应力等因素的影响，通道开放或关闭，是神经、肌肉等细胞电活动的物质基础。目录配体门控离子通道受体烟碱型乙酰胆碱受体（nicotinicacetylcholinereceptor）目录受体酶这类受体是自身具有酶活性的跨膜蛋白，具有胞外的配体结合区域和胞内的酶活性区域，中间由跨膜区连接。受体的胞外区域与配体结合后，其胞内区域的酶活性被激活，继而激活下游信号通路。受体型蛋白酪氨酸激酶（receptorstyrosinekinases，RTKs）蛋白酪氨酸激酶偶联受体（tyrosinekinase-coupledreceptors，TKCRs）受体型蛋白酪氨酸磷酸酶（receptorstyrosinephosphatases，RTPs）受体型蛋白丝/苏氨酸激酶（receptorsserine/threoninekinase，RSTK）受体型鸟苷酸环化酶（receptorsguanylatecyclases，RGCs）常见的受体酶类型有：目录受体酶1：受体型酪氨酸蛋白激酶目录受体酶2：跨膜型鸟苷酸环化酶（guanylylcyclase,GC）目录G蛋白偶联受体G蛋白偶联受体是由单一肽链构成的七跨膜受体，氨基端位于细胞外表面，羧基端位于胞膜内侧，具有7个20-28个氨基酸残基的疏水区，以“蛇”形跨膜7次，在胞外和胞内形成多个环状结构，其胞内的第2、3个环状结构能与G蛋白结合，又称为蛇型受体（Serpentinereceptor）目前已发现的GPCR多达1000余种，是种类最多的受体。目录G蛋白偶联受体目录G蛋白偶联受体（以肾上腺素受体为例）目录核受体核受体的基本结构目录核受体激素反应元件目录核受体受体类别代表性成员类固醇激素受体（I型受体）糖皮质激素受体（glucocorticoidreceptor，GR）盐皮质激素受体（mineralcorticoidreceptor，MR）雌激素受体（estronereceptor，ER）孕激素受体（progestogenreceptor，PR）雄激素受体（androgenreceptor，AR）非类固醇激素受体（II型受体）甲状腺激素受体（thyroidhormonereceptor，TR）视黄酸受体（retinoidXreceptor，RAR）视黄醇X受体（retinoidXreceptor，RXR）维生素D3受体（vitaminD3receptor，VDR）过氧化物酶体增殖活化受体（peroxisomeproliferator-activatorreceptor,PPAR)孤儿核受体（III型受体）神经生长因子诱导受体（nervegrowthfactor-inducedreceptor,NGFI-B)睾丸受体2（testisreceptors2,TR2)X染色体连锁孤儿受体（X-linkedorphanreceptor-1）目录核受体类固醇激素-受体作用机制目录受体与信号分子结合的特性•很强的特异性•亲和力极大•可饱和性•可逆性配体-受体结合曲线目录三、细胞信号通路由分子开关控制目录G蛋白/小G蛋白功能与GTP/GDP结合状态有关鸟苷酸结合蛋白（guaninenucleotidebindingprotein，Gprotein）简称G蛋白，亦称GTP结合蛋白，是一类信号转导分子，在各种细胞信号转导途径中转导信号给不同的效应蛋白。G蛋白结合的核苷酸为GTP时为活化形式，作用于下游分子使相应信号途径开放；当结合的GTP水解为GDP时则回到非活化状态，使信号途径关闭。目录G蛋白主要有两大类：•异源三聚体G蛋白：与7次跨膜受体结合，以α亚基（Gα）和β、γ亚基(Gβγ)三聚体的形式存在于细胞质膜内侧。常见的有：激动型G蛋白（stimulatoryGprotein,Gs）抑制型G蛋白（inhibitoryGprotein,Gi）磷脂酶C型G蛋白（PI-PLCGprotein,Gq）•低分子量G蛋白（21kD）/小G蛋白：Ras超家族目录激动型G蛋白（stimulatoryGprotein,Gs）目录小G蛋白目录蛋白激酶（proteinkinase）与蛋白磷酸酶(proteinphosphatase)催化蛋白质的可逆性磷酸化修饰。蛋白质的磷酸化与去磷酸化是控制信号转导分子活性的最主要方式。磷酸化修饰可能提高酶分子的活性，也可能降低其活性，取决于酶的构象变化是否有利于酶的作用。磷酸化/去磷酸化修饰改变蛋白质功能目录激酶磷酸基团的受体蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶蛋白酪氨酸激酶蛋白组/赖/精氨酸激酶蛋白半胱氨酸激酶蛋白天冬氨酸/谷氨酸激酶丝氨酸/苏氨酸羟基酪氨酸的酚羟基咪唑环、胍基、ε-氨基巯基酰基蛋白激酶的分类蛋白激酶是催化ATP的-磷酸基转移至靶蛋白的特定氨基酸残基上的一大类酶目录蛋白磷酸酶衰减蛋白激酶信号PTKPTK无活性活化P自我磷酸化PTPPTPSSP无活性活化SrcfamilyPTK无活性SrcfamilyPTKPTPPPTK活化活化信号抑制信号目录根据蛋白磷酸酶所作用的氨基酸残基而分类•蛋白丝氨酸/苏氨酸磷酸酶•蛋白酪氨酸磷酸酶•个别的蛋白磷酸酶具有双重作用，即可同时作用于酪氨酸和丝/苏氨酸残基目录四、细胞信号转导通路的结构基础是蛋白质复合物细胞中的各种蛋白分子不是独立的，而是聚集在一起形成蛋白质复合体，共同完成各种生命活动。信号转导通路形成要求信号转导分子之间可特异性地相互识别和结合，即蛋白质-蛋白质相互作用，这是由信号转导分子中存在的一些特殊结构域介导的。这些结构域被称为蛋白相互作用结构域（proteininteractiondomain）。目录蛋白相互作用结构域有如下特点①一个信号分子可以含有两种以上的蛋白质相互作用结构域，因此可以同时与两种以上的其他信号分子结合；②同一类蛋白质相互作用结构域可存在于多种不同的分子中。这些结合结构域的一级结构不同，因此对所结合的信号分子具有选择性，这是信号分子相互作用特异性的基础；③这些结构域本身均为非催化结构域。目录信号转导分子中的蛋白相互作用结构域的分布和作用蛋白激酶BtkPHTHSH3SH2催化区衔接蛋白Grb2SH3SH2SH3转录因子statDNA结合区SH2TA细胞骨架蛋白tensin//SH2PTB目录蛋白相互作用结构域缩写识别模体Srchomology2SH2含磷酸化酪氨酸模体Srchomology3SH3富含脯氨