1、整理課件1 BMPs l BMP是屬于TGF超家族成員。BMP是一種二聚體分子，有2個單位和1個二硫鍵結合構成。其作用是在體內能夠誘導成骨，在體外能夠誘導成骨細胞的分化。l BMP家族成員有40多個，根據結構和功能不同分為3個家族：(1)BMP2、4家族，包括BMP2、BMP4； (2)OP1(osteogeninc protein1)家族，包括BMP5、6、7、8；(3)GDF5(growth differentiation factor5)家族，包括GDF5、6、7。l 除BMP1外，其余是TGF的超家族成員。BMP的生物活性需要通過BMP的受體(BMPR)的信號轉導來發揮作用。整理課件2

2、 BMP通路信號轉導通路信號轉導lTGF超家族包括近三十個生長，分化因子。整合了tgf-B和BMP信號通路以及nodal和 activin配體的信號傳導。通路的最終信號分子幾乎都指向smad家族，然后整合到smad4一個分子上。如下圖所示2.1 TGF超家族及其受體超家族及其受體整理課件TGF超家整合了TGF-B和BMP信號通路以及Nodal和 ActivinA配體的信號傳導整理課件l TGF家族信號轉導首先是其配體與細胞膜上的TGF受體相結合。已知受體可分為3種，I型、II型和III型受體。l I型和II型受體屬于絲氨酸/ 蘇氨酸(Ser/Thr)激酶家族，大約為55 kD ，500個aa和

3、70kD,570個aa 的跨膜糖蛋白。l II型受體不能單獨轉導信號，而激活的I 型受體可以單獨轉導信號。II型受體可以自動磷酸化，即在未與受體結合時就已經發生磷酸化。l III型受體又叫附屬受體，為聚多糖(glycan)， 一般在轉導中促進活性的TGF配體與受體復合物的連接。整理課件2.2 BMPs受體受體lBMPs有兩類受體lI型受體有BMPRIA(ALK3)、BMPR IB(ALK6)、ActRL(ALK2、ALK1、ALK8)，在I型受體的絲氨酸/蘇氨酸激酶結構區域的第和亞結構之間，存在著 Loop45(L45)結構域,其對細胞內信號轉導起決定作用lII型受體有BMPRII、ActRI

4、IA、ActRIIB。整理課件2.3 Smads蛋白家族蛋白家族lSmads蛋白家族結構與功能 Smads的N端和C端含有保守的氨基酸序列，分別成為MH1和MH2結構區，中間是富含脯氨酸的連接區。l到目前為止，在哺乳動物中已經發現了9種，即Smad 19，可分為受體激酶(Recepter regulated,Smad RSmad)、通用型(Comediator Smad,CoSmad)和抑制型(Inhibitory Smad,ISmad)。如下整理課件 RSmad包括Smad 1、2、3、5、8、9。RSmads又分為兩類，由TGF激活的為TGF RSmads；和由BMP激活的為BMP RSm

5、ads。 RSmads的MH2區存在著L3(Loop3)，可與TRI與BMPRI相結合； CoSmad在哺乳動物中僅發現Smad 4。Smad 4的MH2區可與RSmads相結合形成RSmads/CoSmad復合物； ISmad包括Smad 6、7，其N端不含有MH 1結構區域，可以與激活的I型受體結合，從而來抑制TGF超家族的信號轉導。整理課件2.4 TGF/BMP信號跨膜轉導的實現過程信號跨膜轉導的實現過程 lTGF/BMP信號跨膜轉導的過程有2個階段：(1)TGFs/BMPs與受體的膜外結構域結合； (2)絲氨酸/蘇氨酸激酶的激活。lTGF家族的配體先與相應的TRII識別結合，TRII被

6、TRI所識別，形成TRI配體TRII異源三聚體，TRII蛋白激酶活性催化TRI的GS區(富含Gly和Ser的區域)的絲氨酸/蘇氨酸殘基磷酸化。BMP受體的信號轉導過程與TGF受體類似，所不同的是BMPRI可以直接與BMP的配體結合。整理課件2.5 RSmads/CoSmad復合物的形成復合物的形成l在胞內RSmads/CoSmad復合物的形成主要是由定位于膜上的FYVE(fablp/yotp/vaclp/eeal)結構域包括SARA(smad anchor for receptor activation,SARA)蛋白可將RSmads導給TRI復合物。lI型受體磷酸化RSmads后，RSmad

7、s的構象發生變化，導致了與受體和SARA的分離。 同時CoSmad對磷酸化后RSmads的MH2區識別，形成RSmads/CoSmad異聚復合物，活性的RSmads與CoSmad結合后向核內移動。整理課件l核內載體蛋白Importin 參與RSmads的核內移。如Smad 3，它在核內移動的關鍵是其具有保守的NLS序列；與Smad 4結合形成Smad 3/Smad 4復合物，Smad 3/Smad 4復合物入核之后，通過Smad 3/Smad 4的MH1的發夾(hairpin)樣結構與DNA上的SBE (smads binding element,SBE)結合，在其它轉錄因子的協同作用下使與D

8、NA緊密結合，調節靶基因的轉錄，實現信號轉導。 整理課件BMP信號通路示意圖整理課件3 有關有關TGF/BMP轉導通路的調節轉導通路的調節l在胞膜外有LAP(latency associated polypeptide, LAP)蛋白與TGF結合，卵泡抑素(follistatin，FST)與BMPs結合而產生抑制受體與配體結合作用；glycan可以促進 TGF與II型受體的接觸。對于TR與Smad的連接主要有SARA蛋白參與調節。l一般認為Smad 6優先抑制BMP的信號轉導，Smad 7主要抑制TGF的信號轉導。整理課件l其中Smad 6主要是有以下幾條途徑發揮作用： (1)與Smad 1、

9、5、8競爭性抑制BMP的I 型受體導致BMP信號抑制； (2)與TAKI(TGFactivated kinase,TAKI)結合，BMP誘導的P38/MAKP的激活； (3)與Smad4競爭性結合Smad 1從而阻止的形成復合體RSmads/CoSmad；整理課件l而Smad7具有于其他信息分子不同的負性調節作用，在TGF刺激的情況下Smad7從細胞核中出核，通過聚GADD34(growth arrest and DNA damage nducible gene,GADD)復合物，作用在TGFI型受體上，使之失去磷酸化而失活lSmad 7還可與泛素蛋白酶系統作用對TGF/Smad信號轉導進行調

10、節。整理課件 4 E3泛素連接酶參與泛素連接酶參與Smads信號轉導信號轉導 l細胞漿中的Smads蛋白被染色質釋放后通過核小體表面蛋白途徑進行降解的。另外通過泛素蛋白酶途徑使TGF/Smads的轉導結束。Smad泛素調節因子1、2 (Smad ubiquitin regulatory factor 1/2，Smurf1/2)屬于E3泛素連接酶家族。整理課件l Smurf 1主要與Smad 1、5起作用，Smurf 2主要與Smad 2、3相互作用。Smurf 1與Smad 6/7在細胞核內結合，再由Importin蛋白家族一種出核因子CRM 1(chromosome maintenance

11、region 1)相互作用引發BMP信號蛋白的降解。Smad 7可與Smurf 2結合, IFN(interferon, IFN)誘導Smad 7/Smurf 2復合體的形成。轉錄激活因子P300易于與E3泛素連接酶結合啟動Smad 3的降解。 整理課件5 Smads蛋白介導的信號通路網絡蛋白介導的信號通路網絡lTGF的激活還可以有其它信號轉導通路，通路與通路之間的相互作用形成信號通路網絡。l如BMP2/4和TGF能激活JUK/P38/MAPK通路，能與Smads蛋白協同調節多能干細胞C2C12 Runx2基因的表達。因此，MAPK具有對成骨細胞的調節作用。整理課件l另外Notch通路是最近發

12、現的，其受到BMP2和TGF的調節，Notch的基因包括Lfng Hey1和Hes1，其主要功能是成骨細胞分化。還有Runx 2是BMP信號轉導中的重要因子，主要對傳導通路抑制調節起作用。整理課件整理課件1、Nodal的受體是的受體是TGF家族和家族和CFC構成構成的復合體。的復合體。2、Smad2/3和和FoxH1共同做為許多基因的共同做為許多基因的轉錄調控因子。轉錄調控因子。FGF信號通路示意圖整理課件l FGF信號通路在中胚層的形成和塑型過程中發揮了重要作用。FGF首先與其膜受體FGFRs結合，FGFRs屬于跨膜酪氨酸受體類成員，其與配體結合后發生二聚體化，并被磷酸化激活l 其激活下游信

13、號主要有兩條通路：一條是通過磷酸化激活PLCy，生成第二信使IP3、DAG，并引起ca2+濃度升高，PKC活化等一系列下游反應；另一條是激活RasRaf-1MEKERK通路，以調節細胞的生長和分化”。FGFFGF信號在心臟前體的特化中都起了重信號在心臟前體的特化中都起了重要作用要作用整理課件FGF和BMP對心臟特異基因調節示意圖整理課件整理課件1 Hedgehog基因及基因及Hh蛋白蛋白lHedgehog基因是一種分節極性基因， 因突變的果蠅胚胎呈多毛團狀，酷似受驚刺猬而得名。l哺乳動物中存在三個Hedgehog的同源基因：SonicHedgehog(SHH)、Indian Hedgehog(

14、IHH)和Desert Hedgehog(DHH)，分別編碼Shh、Ihh和Dhh蛋白。整理課件l以上三種Hh蛋白可以相互代替，但是它們都有自己獨特的功能。lShh是一種細胞內信號分子，在發育過程中有多種功能，在胚胎誘導、模式形成和細胞增殖中起作用。lDhh和Ihh的作用較為嚴格，Dhh在精子發生及生殖細胞的遷移中起作用，Ihh調節軟骨細胞和成骨細胞的分化，在早期妊娠子宮上皮中作為基質細胞一個旁分泌生長因子起作用。整理課件2 He d g e h o g通路的信號轉導通路的信號轉導lHh蛋白家族成員均由兩個結構域組成：氨基端結構域(Hh-N)及羧基端結構域(Hh-C)，其中Hh-N有Hh蛋白的

15、信號活性，而Hh-C則具有自身蛋白水解酶活性及膽固醇轉移酶功能。lHh前體蛋白在內質網中通過自身催化分裂成 Hh-N及Hh-C兩部分，其中Hh-C共價結合膽固醇分子、并將其轉移到Hh-N的羧基端，隨后在酰基轉移酶的作用下Hh-N氨基端的半胱氨酸發生棕櫚酰化。2.1 Hh的脂類修飾的脂類修飾- -棕櫚酰化棕櫚酰化整理課件lHh蛋白只有通過這些翻譯后的修飾過程才能獲得完全功能。lHh的這種脂類修飾可能使它們定位于作為細胞膜內起分類和信號轉導平臺作用的微區域脂類筏上 ，從而更有效地指導下游信號的傳遞。 整理課件2.2 Hh信號傳遞lHh信號傳遞受靶細胞膜上兩種受體Patched(Ptc)和Smoot

16、hened(Smo)的控制。l受體Ptc由腫瘤抑制基因Patched編碼，是由12個跨膜區的單一肽鏈構成，能與配體直接結合，對Hh信號起負調控作用。整理課件l 受體Smo由原癌基因Smothened 編碼，與G蛋白偶聯受體同源，由7個跨膜區的單一肽鏈構成，N端位于細胞外，C端位于細胞內，跨膜區氨基酸序列高度保守，C 末端的絲氨酸與蘇氨酸殘基為磷酸化部位，蛋白激酶催化時結合磷酸基團。該蛋白家族成員只有當維持全長時才有轉錄啟動子的功能，啟動下游靶基因的轉錄；當羧基端被蛋白酶體水解后，就形成轉錄抑制子，抑制下游靶基因的轉錄。Smo是Hh信號傳遞所必須的受體。l 在無Hh、Ptc的情況下，激活Smo可

17、導致Hh靶基因的活化；基因Smo突變時，可出現與Hh基因突變相同的表征。 整理課件2.3 參與參與Hh信號通路的核內因子信號通路的核內因子l目前發現的參與Hh信號轉導的核內因子包括轉錄因子CiGli、絲氨酸蘇氨酸蛋白激酶Fused(Fu)、Fu抑制劑(SuFu)、類運動蛋白 Costal-2(Cos2)、蛋白激酶A(PKA)等。其中CiGli、Fu起正調控作用，Cos 2、PKA起負調控作用。整理課件l Gli蛋白家族成員是較大的多功能的轉錄因子，屬于C2H2型鋅指結構蛋白。在正常情況下，Ptc抑制Smo蛋白活性，從而抑制下游通路，這時下游的Gli蛋白在蛋白酶體(Proteasome)內被截斷

18、，并以羧基端被截斷的形式進入細胞核內，抑制下游靶基因的轉錄。l 當Ptc和Hh結合以后，解除對Smo的抑制作用，促使Gli蛋白與PKA及一些未知因子與微管形成大分子復合物，使得全長Gli蛋白進入核內激活下游靶基因轉錄。整理課件l另外，Hh-Gli通路可以誘導Ptc的轉錄，形成負反饋的調控環。當Ptc發生突變或缺失時、或是Smo突變導致對Ptc的抑制作用不敏感致使基因活化，致使Hh信號通路失控，使Gli持續激活、啟動靶 基因轉錄。l在正常時，Ptc蛋白抑制跨膜蛋白Smo的活性。Hh結合Ptc后釋放Smo來阻斷Ptc蛋白的功能，并通過潛伏的Gli家屬轉譯因子激活轉譯靶分子。 Gli蛋白可以通過與Su(fu)蛋白的抑制物的結合來調節。整理課件Hh信號通路示意圖整理課件信號通路在動物發育中的作用信號通路在動物發育中的作用l Hedgehog家族與動物發育的許多過程有關，包括與果蠅幼蟲體節極性的形成及成蟲附肢等器官的形成有關。在脊椎動物胚胎誘導 、模式形成和許多不同組織的形態發生中起作用。l 如