1、過程分子生物學(xué)5 2 3 4 1 6 基因表示與調(diào)控細(xì)胞通訊分子機(jī)制免疫多樣性分子辨認(rèn)胚胎發(fā)育基因表示譜腫瘤發(fā)生分子機(jī)制基因組學(xué)與系統(tǒng)生物學(xué)第1頁第1頁細(xì)胞通訊分子機(jī)制E B C D A F G 細(xì)胞通訊基本概念水溶性物質(zhì)跨膜運(yùn)送-物理傳送 信號分子跨膜傳遞-信號轉(zhuǎn)導(dǎo) G蛋白信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑 JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑 TNF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑 TGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑 H PI3K信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑 I 細(xì)胞分裂素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑 J 信使系統(tǒng)偶聯(lián)與啟動 第2頁第2頁2A 細(xì)胞通訊基本概念 外界信號如何進(jìn)入細(xì)胞，細(xì)胞又如何應(yīng)答，這是分子生物學(xué)一個基本命題，正在受到越來越多注重。1992年諾貝爾生理學(xué)獎授予了蛋白質(zhì)可

2、逆磷酸化奠基人；1994年則授予了GTP結(jié)合蛋白發(fā)覺者。 響應(yīng)環(huán)境并控制分子跨細(xì)胞質(zhì)膜進(jìn)出，是所有細(xì)胞主要特性這一過程依托定位于細(xì)胞質(zhì)膜上蛋白質(zhì)。細(xì)胞質(zhì)膜對水溶性物質(zhì)是不容滲入，這些物質(zhì)包括離子、無機(jī)物、多肽等。為了進(jìn)入和影響細(xì)胞，親水性物質(zhì)或者通過胞飲方式進(jìn)入細(xì)胞，或者與定位在細(xì)胞質(zhì)膜上蛋白質(zhì)發(fā)生互相作用。第3頁第3頁2A 細(xì)胞通訊基本概念 配體與受體、抗原與抗體，酶與底物是蛋白質(zhì)之間特異性結(jié)合三大系統(tǒng)。 a 配體與受體 配體（Ligand）通常是指細(xì)胞外物質(zhì)，無論是無機(jī)分子還是多肽，它們共同特性是通過細(xì)胞質(zhì)膜上蛋白組分傳遞信號，故亦稱為信號分子。 受體（Receptor）是指細(xì)胞質(zhì)膜上與配

3、體特異性結(jié)合靶蛋白分子，有些受體本身還含有酶催化功效。 第4頁第4頁2A 細(xì)胞通訊基本概念 物理擴(kuò)散：脂溶性信號分子（脂溶性激素如甾體激素），可通過簡樸物理擴(kuò)散作用穿透質(zhì)膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，并在細(xì)胞內(nèi)或核內(nèi)與其靶蛋白結(jié)合，發(fā)揮功效，無需細(xì)胞膜專一性受體。 b 信號分子傳遞基本形式 物理傳送：水溶性信號分子，通過與細(xì)胞膜上特異性受體系統(tǒng)結(jié)合，將之物理傳送至細(xì)胞內(nèi)。 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)：大部分水溶性信號分子，與細(xì)胞膜上特異性受體結(jié)合，并觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)一系列響應(yīng)過程。信號分子本身不進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，但在其與受體結(jié)合過程中產(chǎn)生信號已進(jìn)入胞內(nèi)，并得以倍增，同時(shí)產(chǎn)生出新信號分子，后者稱為第二信使和第三信使。 第5頁第5頁2B 水溶

4、性物質(zhì)跨膜運(yùn)送-物理傳送 小分子糖類物質(zhì)與細(xì)胞質(zhì)膜上特異性受體結(jié)合，造成受體蛋白構(gòu)象發(fā)生改變，變構(gòu)受體蛋白將糖翻入細(xì)胞內(nèi)。然后，配體脫離后受體又轉(zhuǎn)換成本來構(gòu)象。這一過程屬于積極運(yùn)送，需要消耗能量。 a 翻轉(zhuǎn)作用（糖）第6頁第6頁水溶性分子積極運(yùn)送糖分子糖分子翻轉(zhuǎn)作用細(xì)胞膜細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞外細(xì)胞膜細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞外第7頁第7頁2B 水溶性物質(zhì)跨膜運(yùn)送-物理傳送 當(dāng)配體與受體結(jié)合后，胞內(nèi)包括素蛋白分子便結(jié)合在受體附近胞膜內(nèi)側(cè)，胞膜在包括素作用下形成微囊泡結(jié)構(gòu)，將配體受體復(fù)合物包裹起來并運(yùn)至靶部位膜（如核膜等）。 b 胞飲作用（受體介導(dǎo)蛋白質(zhì)胞飲）第8頁第8頁蛋白質(zhì)分子胞飲過程蛋白分子胞飲作用微囊泡包括素細(xì)胞膜

5、細(xì)胞膜細(xì)胞膜第9頁第9頁受體配體復(fù)合物進(jìn)入細(xì)胞后命運(yùn) 受體循環(huán)配體降解配體從微囊泡中被釋放到核內(nèi)體，發(fā)揮功效后，在溶酶體中被降解；受體則由微囊泡帶到胞膜上循環(huán)使用。一個受體循環(huán)大約需1-20分鐘，在細(xì)胞20小時(shí)生命周期中可重復(fù)循環(huán)上百次。這一路徑典型例子是LDL受體，其配體為血漿低密度脂蛋白（LDL），它攜帶膽固醇或膽固醇酯。膽固醇從LDL上釋放出來供細(xì)胞使用，LDL則被送到溶酶體中降解，而LDL受體則隨微囊泡重新回到細(xì)胞膜上。第10頁第10頁受體配體復(fù)合物進(jìn)入細(xì)胞后命運(yùn) 受體配體雙循環(huán)鐵傳遞蛋白受體是這一路徑一個典型案例。配體受體復(fù)合物進(jìn)入核內(nèi)體，酸性環(huán)境使鐵傳遞蛋白釋放出鐵離子，這時(shí)配體仍

6、與受體結(jié)合在一起，并雙雙隨微囊泡傳至胞膜上重復(fù)使用。配體一旦回到膜上，碰到胞外中性環(huán)境，便從受體上釋放下來，重新進(jìn)入循環(huán)，周期為15-20分鐘，而受體半衰期則不小于30小時(shí)。第11頁第11頁受體配體復(fù)合物進(jìn)入細(xì)胞后命運(yùn) 受體配體雙降解這一路徑案例是表皮生長因子受體系統(tǒng)（EGF）。表皮生長因子系一小分子多肽，它與受體復(fù)合物被運(yùn)至核內(nèi)體中，EGF發(fā)揮功效后，與其受體雙雙進(jìn)入溶酶體中被降解。第12頁第12頁受體配體復(fù)合物進(jìn)入細(xì)胞后命運(yùn) 受體配體被轉(zhuǎn)移受體與配體復(fù)合物被送至核內(nèi)體中，配體釋放，發(fā)揮功效后，又與其受體重新形成復(fù)合物（此時(shí)兩者空間結(jié)構(gòu)已發(fā)生改變），該復(fù)合物再被轉(zhuǎn)移至細(xì)胞膜另一處。免疫球蛋白

7、由受體橫跨上皮胞細(xì)胞膜傳遞即屬此例。上述受體快速循環(huán)機(jī)制普通只用于配體運(yùn)送，而不發(fā)生信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用。用于信號轉(zhuǎn)導(dǎo)受體普通被降解。 第13頁第13頁2B 水溶性物質(zhì)跨膜運(yùn)送-物理傳送 受體直接構(gòu)成離子通道c 通道作用（離子通道）受體直接構(gòu)成離子通道，而配體則控制離子通道孔徑及選擇性。第14頁第14頁受體直接構(gòu)成離子通道 鈉離子通道乙酰膽堿是一個神經(jīng)信號分子，它參與肌肉延伸收縮調(diào)整作用。乙酰膽堿受體由五個亞基構(gòu)成，形成配體控制Na+通道。乙酰膽堿與受體結(jié)合后，受體a亞基構(gòu)象改變，Na+快速流入細(xì)胞內(nèi)，造成細(xì)胞內(nèi)外電壓降減小在數(shù)微秒時(shí)間內(nèi)，肌肉細(xì)胞便會響應(yīng)神經(jīng)細(xì)胞電壓降脈沖，發(fā)生收縮運(yùn)動。乙酰膽堿不存

8、在時(shí)，通道關(guān)閉。每個亞基跨膜四次跨膜區(qū)內(nèi)氨基酸性質(zhì)決定了通道孔徑及離子選擇性。 第15頁第15頁受體直接構(gòu)成離子通道 冷熱離子通道 冷熱離子通道能在低溫或薄荷醇等外界物理或化學(xué)原因刺激下打開。該離子通道響應(yīng)15-25溫度范圍，允許Na+和Ca2+離子進(jìn)入傳感神經(jīng)元細(xì)胞并使之去極性化?？谇粌?nèi)這種傳感神經(jīng)元將信號傳遞至大腦三叉神經(jīng)中樞（TG）；皮膚上這種傳感神經(jīng)元則將信號傳遞至脊錐索脊根神經(jīng)中樞（DRG）。 另外，最近還鑒定出三種熱傳感器：第一個稱為TRPV1型胡椒粉（辣椒素）熱傳感器，其敏感溫度為43以上；第二種稱為TRPV2型熱傳感器，其敏感溫度為52以上；第三種稱為TRPV3型溫?zé)醾鞲衅?，?/p>

9、敏感溫度范圍在25-43之間。 第16頁第16頁受體直接構(gòu)成離子通道 冷熱離子通道上述冷熱離子通道屬于瞬時(shí)受體潛在型TRP超家族，該家族第一個組員是在果蠅光子受體細(xì)胞中發(fā)覺。哺乳動物TRP離子通道家族各組員之間序列同源性甚低。它們可分成三大類：1 短通道TRPC；2 osm9樣通道TRPV；3 長通道TRPM。所有TRPC和滲入壓改變；在人類等高等哺乳動物中，TRPM通道負(fù)責(zé)感應(yīng)味道，如甜苦等。NCTRP結(jié)構(gòu)域TRP盒錨蛋白重復(fù)序列TRPCNCTRPVNCTRPM組員C端均含有一個TRP盒（Glu-Trp-Lys-Phe-Ala-Arg）和一個由25個氨基酸構(gòu)成功效未知TRP結(jié)構(gòu)域，但其它TR

10、P通道組員普通沒有類似結(jié)構(gòu)。TRPC通道和TRPV通道N端胞質(zhì)功效域中含有錨蛋白重復(fù)序列，而TRPC通道和TRPM通道C端含有Pro豐富區(qū)。在果蠅中，TRPC型通道負(fù)責(zé)視覺，TRPV通道負(fù)責(zé)感應(yīng)溫度Pro豐富區(qū)第17頁第17頁受體通過信號傳遞控制離子通道 受體通過與GTP結(jié)合蛋白偶聯(lián)，驅(qū)動離子通道開關(guān)。這類受體含有典型七跨膜結(jié)構(gòu)7TM，無論其配體性質(zhì)如何。當(dāng)配體（如激素）與受體結(jié)合后，由于其構(gòu)象改變，激活GTP結(jié)合蛋白核苷酸互換反應(yīng)，GDPGTP。結(jié)合GTPa亞基便與核苷酸環(huán)化酶結(jié)合，后者直接啟動離子通道開關(guān)。第18頁第18頁受體通過信號傳遞控制離子通道 視覺系統(tǒng)信號傳遞機(jī)制 視網(wǎng)膜桿細(xì)胞中視

11、紫紅質(zhì)和視錐細(xì)胞中視蛋白（顏色敏感）都是光量子受體，實(shí)質(zhì)上真正吸取光量子分子是11-順-視網(wǎng)膜素，它與受體第七跨膜區(qū)Lys共價(jià)結(jié)合。GTP結(jié)合蛋白將受體和磷酸二酯酶（PDE）偶聯(lián)在一起，PDE負(fù)責(zé)水解cGMP，cGMP濃度下降造成離子通道關(guān)閉。離子濃度改變信號由視覺神經(jīng)傳至大腦。光子促使受體構(gòu)象發(fā)生改變，激活GTP結(jié)合型蛋白，后者又激活PDE。一個光子可激活數(shù)百個G蛋白分子，一個G蛋白分子又可激活PDE降解許多cGMP分子，從而完畢信號放大。第19頁第19頁受體通過信號傳遞控制離子通道 視覺系統(tǒng)信號傳遞機(jī)制 在視蛋白中，吸取光量子分子也是11-順-視網(wǎng)膜素，但其共價(jià)結(jié)合區(qū)域內(nèi)氨基酸序列不同，造

12、成每種視蛋白分子只有唯一最大光吸取值。一個視錐細(xì)胞只表示單一視蛋白，因此一個視錐細(xì)胞只能對一個波長光敏感，這便是顏色敏感分子機(jī)制。第20頁第20頁受體通過信號傳遞控制離子通道 嗅覺系統(tǒng)信號傳遞機(jī)制 氣味分子與相應(yīng)受體結(jié)合，造成其構(gòu)象發(fā)生改變，激活GTP結(jié)合蛋白，后者激活腺苷酸環(huán)化酶AC，由ATP合成cAMP。后者與離子通道結(jié)合并啟動之，Na進(jìn)入細(xì)胞，K流出細(xì)胞。電位差傳至大腦。第21頁第21頁受體通過信號傳遞控制離子通道 嗅覺系統(tǒng)信號傳遞機(jī)制 諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎授于了美國科學(xué)家阿克塞爾和巴克。諾貝爾基金會為此發(fā)表申明說：“嗅覺一直是人類感覺中最神秘一個。我們過去無法了解人類識別和記憶大約一萬

13、種不同氣味基本原理。而阿克塞爾和巴克卻幫我們解答了這個問題，他們經(jīng)過一系列含有開拓性研究詳細(xì)說明了我們嗅覺系統(tǒng)工作機(jī)制?！?000個氣味受體蛋白編碼基因。研究表明，每個嗅覺神經(jīng)細(xì)胞只表 截止到當(dāng)前為止，阿克塞爾和巴克領(lǐng)導(dǎo)研究小組共發(fā)覺了大約達(dá)一個氣味受體蛋白，那么怎樣感應(yīng)上萬種不同氣味呢？第22頁第22頁2C 信號分子跨膜傳遞-信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 許多水溶性信號分子本身不能直接進(jìn)入細(xì)胞，但它們能與相應(yīng)膜蛋白受體特異性結(jié)合，進(jìn)而在細(xì)胞質(zhì)中引起一系列以磷酸化反應(yīng)為主級聯(lián)響應(yīng)，最后將信號傳遞到細(xì)胞核內(nèi)。這一過程稱為信號轉(zhuǎn)導(dǎo)；信號傳遞路線稱為信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑。第23頁第23頁2C 信號分子跨膜傳遞-信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 信號轉(zhuǎn)

14、導(dǎo)路徑第一站是細(xì)胞外信號分子（即配體）特異性地辨認(rèn)細(xì)胞膜上受體蛋白，并與之結(jié)合；一旦結(jié)合了信號分子，受體空間構(gòu)象就會發(fā)生改變。這個過程稱為第一次應(yīng)答，共有三種表現(xiàn)形式。a 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑中第一次應(yīng)答反應(yīng) 第24頁第24頁激活受體本身含有蛋白激酶活性 這類受體特性是：跨膜一次，由胞外區(qū)、跨膜區(qū)、胞內(nèi)區(qū)三部分構(gòu)成。胞外區(qū)是配體結(jié)合位點(diǎn)；胞內(nèi)區(qū)是受體本身酪氨酸蛋白激酶活性區(qū)，也稱為受體順式酶活性，通常這個活性部位由250個氨基酸構(gòu)成。除此之外，這類受體胞內(nèi)區(qū)還也許含有絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶活性，或者與鳥苷酸環(huán)化酶相連。依據(jù)胞內(nèi)區(qū)酶活性質(zhì)不同，可將這類受體分為四大家族。第25頁第25頁激活受體本身含有蛋

15、白激酶活性 當(dāng)配體與受體結(jié)合后，受體空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，這是蛋白激酶發(fā)揮催化功效前提條件，共有三種形式構(gòu)象改變。 配體結(jié)合造成單體二聚化配體連接兩個單體配體連接造成構(gòu)像改變第26頁第26頁激活細(xì)胞質(zhì)內(nèi)蛋白激酶活性 這類受體特性是：跨膜一次，胞外區(qū)與配體結(jié)合，關(guān)鍵序列為WSXWS；膜內(nèi)區(qū)不含蛋白激酶功效域，但在近膜處存在著細(xì)胞內(nèi)蛋白激酶家族結(jié)合區(qū)域。當(dāng)配體與受體結(jié)合后，構(gòu)象發(fā)生改變，受體與細(xì)胞質(zhì)內(nèi)蛋白激酶特異性結(jié)合，并激活這些蛋白激酶磷酸化活性。如T-淋巴細(xì)胞CD4受體在與配體結(jié)合后，便能特異性地與細(xì)胞內(nèi)Lck蛋白激酶結(jié)合，并激活之。第27頁第27頁激活結(jié)合在細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)上G蛋白 這些受體特性是：跨

16、膜七次（7MT）。G蛋白是一個GTP/GDP結(jié)合型蛋白，位于受體附近膜內(nèi)側(cè)上。其無活性狀態(tài)是一個結(jié)合GDP三聚體（a、b、g），一旦受體與配體結(jié)合，受體構(gòu)象發(fā)生改變，造成GDP為GTP所取代，這時(shí)G蛋白解離成一個攜帶GTP亞基（a）和一個二聚體（b g）。單聚體或/和二聚體再去激活其它靶蛋白，引起一連串級聯(lián)反應(yīng)，通常情況下，最后刺激產(chǎn)生第二信使分子cAMP，離子通道調(diào)整便是一例。第28頁第28頁2C 信號分子跨膜傳遞-信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 細(xì)胞外信號分子（配體）特異性辨認(rèn)和結(jié)合細(xì)胞膜上受體蛋白之后，受體產(chǎn)生第一次應(yīng)答反應(yīng)，繼而便將信號通過三種方式在胞質(zhì)中傳遞。b 細(xì)胞質(zhì)中信號轉(zhuǎn)導(dǎo)基本形式第29頁第29頁轉(zhuǎn)

17、錄調(diào)控因子直接穿過胞質(zhì)到達(dá)細(xì)胞核 有些轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子能直接被配體-受體復(fù)合物激活，并穿過胞質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞核。受體被配體激活后做出第一次應(yīng)答反應(yīng)就是將潛伏在胞質(zhì)內(nèi)受體附近無活轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子召集到自己身邊，然后將之激活。含有這種性質(zhì)轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子包括SMAD家族和STAT家族各組員，其中SMAD家族在其Ser殘基上被受體磷酸化激活而STAT家族則在其Tyr殘基上被受體磷酸化激活。第30頁第30頁信號通過腳手架蛋白逐次傳遞至細(xì)胞核 在相稱多信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑中，被配體激活受體將信號逐次傳遞給下游腳手架蛋白（驛站蛋白）構(gòu)成一系列級聯(lián)反應(yīng)。此時(shí)，信號載體是磷酸基團(tuán)，信號傳遞形式是磷酸化反應(yīng)或/和蛋白質(zhì)降解反應(yīng)，但許多蛋

18、白質(zhì)降解環(huán)節(jié)也是受磷酸化反應(yīng)控制。以此機(jī)制進(jìn)行信號轉(zhuǎn)導(dǎo)包括：NF-kB/Rel、Wnt、CI/GLI、Notch、Ras信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 第31頁第31頁信號通過第二信使分子傳遞至細(xì)胞核 在有些信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑中被配體激活受體可造成細(xì)胞質(zhì)內(nèi)第二信使分子濃度波動，并依賴這些小分子或離子在胞質(zhì)中擴(kuò)散作用將信號傳遞至細(xì)胞核。含有上述功效第二信使分子包括Ca2+和磷酸肌醇酯（PIP）等。以此機(jī)制進(jìn)行信號轉(zhuǎn)導(dǎo)有：NFAT和PLC等信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑等。第32頁第32頁2C 信號分子跨膜傳遞-信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 在一些信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑中，由配體-受體互相作用所產(chǎn)生信號被傳遞到細(xì)胞核外側(cè)后，還需要通過下列三種方式進(jìn)入核內(nèi)，進(jìn)而作用于相

19、關(guān)基因調(diào)控區(qū)，增進(jìn) 靶基因轉(zhuǎn)錄。c 細(xì)胞核中信號轉(zhuǎn)導(dǎo)基本形式第33頁第33頁激酶轉(zhuǎn)位作用 運(yùn)載信號蛋白激酶直接進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，并在核內(nèi)使相應(yīng)轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子磷酸化激活，調(diào)控靶基因表示。因子轉(zhuǎn)位作用 運(yùn)載信號蛋白激酶在細(xì)胞核外側(cè)使相應(yīng)轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子磷酸化激活，后者再進(jìn)入核內(nèi)調(diào)控靶基因表示。克制劑釋放作用 運(yùn)載信號蛋白激酶在細(xì)胞核外側(cè)使轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子-克制劑復(fù)合物磷酸化，促使其釋放轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，后者再進(jìn)入核內(nèi)調(diào)控靶基因表示。第34頁第34頁2D G蛋白信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑 異源三聚體GTP/GDP結(jié)合蛋白（G蛋白）是一類固定在細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)表面上信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子，它聯(lián)結(jié)受體和腳手架因子，組成細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑。與G蛋白相偶聯(lián)

20、受體能響應(yīng)大量激素、神經(jīng)遞質(zhì)、趨化因子、自分泌和旁分泌因子。G蛋白由三個不同亞基a、b、g組成，但當(dāng)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)時(shí)，它們是以單亞基或二聚體形式工作，即信號傳遞或者經(jīng)過Ga亞基或者經(jīng)過Gbg復(fù)合物進(jìn)行當(dāng)前已知G蛋白亞基分別為Ga 20種、Gb 6種、Gg 11種。第35頁第35頁2D G蛋白信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑 依據(jù)序列相同性，G蛋白可分為四個家族：Gs、Gi/Go、Gq/G11、G12/G13。這四大G蛋白家族能轉(zhuǎn)導(dǎo)數(shù)量眾多胞外信號分子。同一個信號分子結(jié)合不同受體，可將信號傳遞給不同G蛋白家族。比如，腎上腺素信號分子經(jīng)過b-腎上腺素受體將信號傳遞到與受體偶聯(lián)在一起Gs上；經(jīng)過a2-腎上腺素受體被傳遞到Gi

21、上；經(jīng)過a1-腎上腺素受體則被傳遞到Gq和G11上。然后，各類G蛋白再經(jīng)過不同信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑調(diào)控主要細(xì)胞組分，包含代謝酶類、離子通道以及對應(yīng)轉(zhuǎn)錄機(jī)器，這些細(xì)胞組分運(yùn)行和反應(yīng)決定了細(xì)胞行為和功效，如胚胎發(fā)育、學(xué)習(xí)記憶、穩(wěn)態(tài)建立等。a G蛋白信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑基本特性 第36頁第36頁G蛋白四大家族信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)第37頁第37頁2D G蛋白信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑b G蛋白信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑構(gòu)成與功效 全部G蛋白都參加多重信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑組成和運(yùn)行，最終將信號傳遞至不同細(xì)胞機(jī)器上，形成響應(yīng)速率和作用強(qiáng)度各不相同生理效應(yīng)。比如，在神經(jīng)元細(xì)胞中，cAMP可經(jīng)過PKA對離子通道實(shí)施短期效應(yīng)；同時(shí)通過Rap和MAPK對轉(zhuǎn)錄機(jī)器實(shí)行長期影

22、響。 所有G蛋白都調(diào)控GTP酶（如Rap和Rho等）活性。 所有G蛋白路徑或刺激或克制一條或多條由MAPK介導(dǎo)分支路徑。第38頁第38頁Gs信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑 Gs路徑是最早被鑒定細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑，許多關(guān)鍵概念，如第二信使、蛋白磷酸化、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等就是來自于該路徑研究。即便經(jīng)歷了近二十年研究，Gs路徑新知識仍在不斷地增長。 Gs路徑關(guān)鍵效應(yīng)分子是cAMP。信號分子（如腎上腺素和糖原等）與相應(yīng)受體結(jié)合后，激活Gsa亞基，后者激活腺嘌呤核苷酸環(huán)化酶AC合成cAMP。cAMP有三大功效：（1）直接啟動CNGC離子通道；（2）激活蛋白激酶PKA，后者即可啟動L-型Ca2+離子通道,又可依次激活磷酸化酶激酶Ph

23、osK和糖原磷酸化酶GlyPhos，造成糖原降解為葡萄糖；（3）依次激活GTP/GDP互換因子EPAC、GTP酶Rap1有絲分裂原激活蛋白激酶激酶激酶B-Raf、有絲分裂原激活蛋白激酶激酶MEK、有絲分裂原激活蛋白激酶MAPK，后者進(jìn)入核內(nèi)激活cAMP應(yīng)答元件結(jié)合蛋白CREB，活化CREB再與相關(guān)基因 轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件CRE結(jié)合，增進(jìn)這些基因轉(zhuǎn)錄。第39頁第39頁Gs信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑配體-受體Gs aACcAMPPKAEPACCNGCCREBCRE質(zhì)膜核膜PDE降解第40頁第40頁Gi信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑 Gi信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑主要特性是其Ga能克制AC活性。許多主要激素和神經(jīng)遞質(zhì)，如腎上腺素、乙酰膽堿、多巴胺、5

24、-羥色胺等，都能利用Gi和Go路徑轉(zhuǎn)導(dǎo)信號。該路徑為百日咳毒素所克制，其機(jī)制是百日咳毒素在G蛋白a亞基C端區(qū)域內(nèi)使其ADP核苷?；瑥亩浦筧亞基與相應(yīng)受體互相作用。 在Gi路徑中，Ga亞基和Gbg復(fù)合物均能單獨(dú)傳遞信號。比如， Gbg復(fù)合物至少能與四種效應(yīng)因子直接偶聯(lián)，間接偶聯(lián)Ras蛋白中GTP酶活性，進(jìn)而激活MAPK。一些主要生理功效（心臟起博活性）毒覃堿性膽堿調(diào)控過程，就是通過M2-毒覃堿性受體與Gi蛋白偶聯(lián)，釋放出Gbg復(fù)合物，再由后者激活K+離子通道而實(shí)現(xiàn)。 Ga則能調(diào)控信號從c-Src到STAT3路徑和Rap路徑傳遞，也能克制AC活性。 第41頁第41頁Gq信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑 Gq信號轉(zhuǎn)

25、導(dǎo)路徑主要特性是被鈣質(zhì)動用激素激活，并刺激細(xì)胞合成第二信使分子三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（DAG）。IP3觸發(fā)鈣質(zhì)從胞內(nèi)鈣庫中釋放，而DAG則負(fù)責(zé)召集PKC到膜上并激活之。在諸多類型細(xì)胞中，胞內(nèi)鈣質(zhì)釋放能激活細(xì)胞表面上鈣庫操縱Ca2+通道，造成胞外Ca2+流入胞內(nèi)。Gqa亞基則能通過蛋白酪氨酸激酶PYK2激活轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子NF-kB。第42頁第42頁2D G蛋白信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑c Ras信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑 諸多生長因子激活相應(yīng)受體后，通過效應(yīng)分子活化由原癌基因ras編碼Ras蛋白，后者又依次激活其下游腳手架因子，最后作用于靶基因表示。Ras蛋白為各種生長因子信號傳遞過程所共有，并且本身也是G蛋白家族

26、一個組員，構(gòu)成一條獨(dú)立信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑。 Ras信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑中腳手架蛋白包括：Ras蛋白、SH蛋白、Raf蛋白等。第43頁第43頁Ras信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑中腳手架蛋白 Ras蛋白 Ras蛋白是原癌基因ras表示產(chǎn)物當(dāng)前已發(fā)覺有幾十種不同Ras樣蛋白，依據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為三個主要家族：（1）Ras蛋白：哺乳細(xì)胞可表示四種真正Ras蛋白，分別由基因H-ras、N-ras、K-rasA、K-rasB編碼，這類蛋白主要參加受體酪氨酸激酶信號傳遞過程；（2）Rho/Rac蛋白：由基因rho和rac編碼，與Ras蛋白同源，并介導(dǎo)細(xì)胞骨架構(gòu)建；（3）Rab蛋白：由基因rab編碼，主要與物質(zhì)Ras-GTPRas-GDP

27、GTP-GDP互換因子GEFGTP酶激活蛋白GAP無活狀態(tài)激活狀態(tài)跨膜運(yùn)送相關(guān)。 Ras蛋白是一類GTP結(jié)合蛋白，含有與GTP和GDP結(jié)合特性。GTP酶激活蛋白（GAP）激活Ras蛋白內(nèi)在GTP酶活性；鳥苷酸解離克制因子GDI則克制Ras-GDP與Ras-GTP兩種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)化。 第44頁第44頁Ras信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑中腳手架蛋白 SH蛋白SH蛋白家族因與原癌基因src編碼Src蛋白含有較高同源序列及結(jié)構(gòu)相同性，因此而得名。其組員之一生長因子受體結(jié)合蛋白Grb由自磷酸化受體蛋白激酶活性，催化其磷酸化而被激活，激活了Grb蛋白又去激活GEF（SOS），后者使Ras-GDP轉(zhuǎn)化為Ras-GTP因此SH

28、蛋白是連結(jié)受體與Ras蛋白之間信號傳遞重要分子。 第45頁第45頁Ras信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑中腳手架蛋白 Raf 蛋白Raf 蛋白是一個蛋白激酶，它能最后造成細(xì)胞有絲分裂原激活蛋白激酶MAPK激活，其激活方式也是磷酸化，并且Raf 蛋白本身又是Ras-GTP復(fù)合物底物。Ras-GTP使Raf 蛋白磷酸化同時(shí)自己轉(zhuǎn)成Ras-GDP形態(tài)。現(xiàn)已知，Raf 蛋白有三個同型物（同一轉(zhuǎn)錄前體不同剪切方式形成物）：74kDRaf1（廣泛存在于體內(nèi)）、68kDRafA（主要在生殖細(xì)胞內(nèi)表示）、95kDRafB（主要在腦細(xì)胞中表示）。 第46頁第46頁Ras信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑中級聯(lián)反應(yīng)絕大多數(shù)生長因子受體及部分細(xì)胞因子受體本

29、身含有酪氨酸激酶活性構(gòu)成酪氨酸激酶受體家族。這類受體被生長因子激活后，其胞內(nèi)區(qū)酪氨酸激酶活性將本身酪氨酸磷酸化，同時(shí)具備了催化其它蛋白質(zhì)磷酸化功效，由此引起有序級聯(lián)反應(yīng)。這些反應(yīng)大多是各種蛋白質(zhì)磷酸化，包括Tyr、Ser、Thr等含有羥基側(cè)鏈氨基酸殘基。 第47頁第47頁Ras信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑中級聯(lián)反應(yīng) Ras信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑最后一站是原癌基因編碼轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子Myc、Jun、Fos，它們被上游腳手架分子MAPK激活后，直接作用于相關(guān)基因順式轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件。比如，Myc與Max形成二聚體，與基因DNA順式元件CACGTG結(jié)合，并激活相應(yīng)基因轉(zhuǎn)錄啟動；Jun與Fos形成二聚體AP1，與基因佛波醇應(yīng)答元件TG

30、ACTCA結(jié)合，并激活相應(yīng)基因轉(zhuǎn)錄啟動。 第48頁第48頁2E JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑 大部分細(xì)胞因子受體屬于造血因子受體超家族組員，與生長因子受體不同，細(xì)胞因子受體胞內(nèi)區(qū)域不含有酪氨酸激酶活性，但其細(xì)胞內(nèi)近膜保守區(qū)能結(jié)合一些非受體型酪氨酸激酶。在配體介導(dǎo)下，受體亞基二聚化或寡聚化，使受體胞內(nèi)區(qū)域靠近，并結(jié)合于胞內(nèi)近膜區(qū)酪氨酸激酶，同時(shí)被活化，進(jìn)而開啟一系列信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑，其中最含有代表性就是JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑。第49頁第49頁2E JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑 JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑由特異性受體、非受體型酪氨酸激酶（JAK）、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子（STAT）三部分構(gòu)成。

31、a JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑基本構(gòu)成第50頁第50頁JAK酪氨酸激酶家族 絕大多數(shù)激活STAT型細(xì)胞因子受體不含內(nèi)源性激酶活性這種活性，它們所需酪氨酸激酶活性由受體接合型胞質(zhì)蛋白質(zhì)-JAK家族組員提供，因此JAK是不同于受體酪氨酸激酶另一類激酶（Just Another Kinase，JAK）。也有些人認(rèn)為該名起源于古希臘門神Janus，它含有方向相反兩張面孔，與這類蛋白激酶C端兩個催化亞基相同，因此又稱Janus Kinase（JAK）。 JAK家族最明顯結(jié)構(gòu)特性是其C端用有兩個催化功效域，靠近N端是三個保守結(jié)構(gòu)域，中部有兩個功效域。JAK在進(jìn)化上相稱保守，哺乳動物細(xì)胞內(nèi)有四個JAK組員

32、：JAK1、JAK2、JAK3、TYK2。有種遺傳性免疫缺點(diǎn)癥就是由于突變使得受體與JAK互相作用能力喪失或者JAK激酶活性喪失。 JAK能特異性地結(jié)合在細(xì)胞因子受體胞內(nèi)功效域上。當(dāng)細(xì)胞因子配體與相應(yīng)受體結(jié)合后，受體二聚化，使得結(jié)合在受體亞基上兩個JAK互相靠近，并互相磷酸化而被激活，然后JAK再催化其底物蛋白（如STAT）磷酸化，由此將受體信號繼續(xù)傳遞下去。第51頁第51頁STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子蛋白家族 哺乳動物細(xì)胞含有七個STAT（Signal Transducers and Activators of Transcription）編碼基因，分別為STAT1、STAT2、STAT3

33、、STAT4、STAT5A、STAT5B、STAT6，其編碼產(chǎn)物之間氨基酸序列含有較大離散性，這種離散性使得它們能響應(yīng)較大范圍胞外信號分子，同時(shí)含有較廣組織特異性分布。 STAT蛋白在其C端含有SH2和SH3兩個功效域，并且尚有一個保守酪氨酸殘基位點(diǎn)，該位點(diǎn)磷酸化是STAT活化基礎(chǔ)。在配體信號分子不存在時(shí)，作為轉(zhuǎn)錄因子STAT蛋白定位于細(xì)胞質(zhì)中，并呈無活狀態(tài)；當(dāng)配體與受體偶聯(lián)后，STAT快速被激活，其分子上SH2（Src-homology）功效域與受體磷酸化了酪氨酸殘基特異性結(jié)合，從而靠近受體胞內(nèi)功效域。此時(shí)，STAT上保守酪氨酸殘基被磷酸化。磷酸化了STAT可從JAK-受體復(fù)合物上離解下來，

34、并形成二聚體，繼而轉(zhuǎn)移至核內(nèi)，依托其SH3功效域（能特異性地結(jié)合Pro富集區(qū)）直接作用于基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控順式元件。第52頁第52頁2E JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑在真核生物霉菌、線蟲、果蠅、脊椎動物乃至人類中高度保守，并且受到各種內(nèi)源和環(huán)境刺激原因調(diào)控，從而使得細(xì)胞和組織含有更大可塑性。但是，該信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑在真菌和植物中至今沒有發(fā)覺。在諸多情況下，細(xì)胞中早期應(yīng)答基因以及那些依賴于細(xì)胞因子功效基因是由JAK-STAT控制表示，當(dāng)細(xì)胞中沒有新蛋白質(zhì)合成時(shí)，這些早期應(yīng)答基因通常增長轉(zhuǎn)錄。b JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑基本特性第53頁第53頁JAK-STAT介導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)程序

35、當(dāng)信號分子與相應(yīng)受體結(jié)合后，受體在膜上二聚化，這使得聯(lián)結(jié)在受體胞質(zhì)區(qū)兩個JAK也互相靠近并互相催化對方磷酸化，同時(shí)又使受體胞質(zhì)區(qū)中酪氨酸殘基磷酸化，制造出吸引錨定STAT位點(diǎn)；游離于細(xì)胞質(zhì)中STAT蛋白通過其結(jié)構(gòu)，然后快速被運(yùn)送到核內(nèi)。SH2功效域與受體胞質(zhì)區(qū)中磷酸化了酪氨酸殘基結(jié)合，然后在自己酪氨酸殘基上接受磷酸基團(tuán)；磷酸化了STAT蛋白從受體上解離下來，或同源或異源形成二聚體第54頁第54頁JAK-STAT介導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)程序大多數(shù)STAT二聚體能辨認(rèn)DNA鏈上8-10對堿基反向重復(fù)序列5-TTN4-6AA-3這個相對保守DNA序列稱為GAS（gamma-interferon activati

36、on sequence）元件，由于它首先是在研究STAT同源二聚體與g-干擾素基因調(diào)控序列之間相互作用時(shí)被發(fā)覺并命名。該元件相對保守性也反應(yīng)出不同序列GAS對特定STAT二聚體含有不同親合力。第55頁第55頁JAK-STAT介導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)程序一旦被激活STAT二聚體辨認(rèn)并結(jié)合靶基因GAS元件上，該基因轉(zhuǎn)錄速度就會大幅度加快，其機(jī)制是STAT分子內(nèi)轉(zhuǎn)錄激活功效域能召集一些核內(nèi)共激活因子，以增進(jìn)對染色質(zhì)修飾反應(yīng)以及與關(guān)鍵啟動子之間通訊聯(lián)系。第56頁第56頁2E JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑 細(xì)胞因子干擾素和白介素是通過JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑調(diào)控靶細(xì)胞廣泛生理功效。三類干擾素（a、b、g）和白介

37、素 6 分別使用了三條特異性信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑。c 干擾素和白介素介導(dǎo)JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑第57頁第57頁I-型干擾素介導(dǎo)路徑該路徑信號分子為a干擾素和b干擾素，轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子為STAT1-STAT2異源二聚體。該路徑信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制不同于大多數(shù)其它JAK-STAT路徑，其最終轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子不是簡樸STAT二聚體，而是由STAT1-STAT2和一個必需DNA結(jié)合亞基（IRF9）組成異源三聚體。IRF9是干擾素調(diào)控因子家族一個組員，STAT與IRF9結(jié)合使得這個復(fù)合物能識別干擾素刺激應(yīng)答元件（ISRE）。第58頁第58頁II-型干擾素介導(dǎo)路徑該路徑信號分子為g干擾素，轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子為STAT1-STAT

38、1同源二聚體這種二聚體辨認(rèn)靶基因上游g干擾素激活序列GAS。第59頁第59頁白介素介導(dǎo)路徑該路徑信號分子為白介素6，轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子為STAT3-STAT3同源二聚體，又稱STAT3路徑。該路徑廣泛存在于各種類型細(xì)胞中，對生長調(diào)控、炎癥發(fā)生、胚胎發(fā)育含有主要作用。另外，這條路徑激活還常見于各種實(shí)體腫瘤和血癌細(xì)胞中，含有刺激生長和抗凋亡功效。諸多原本使用酪氨酸激酶受體生長因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑也直接通向STAT3路徑，如表皮生長因子EGF、血小板樣生長因子PDGF等第60頁第60頁2E JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑并不能自發(fā)地工作，胞內(nèi)和環(huán)境許多刺激原因均能控制其運(yùn)營。所有正負(fù)

39、調(diào)控因子穩(wěn)態(tài)濃度和信號誘導(dǎo)濃度維持，決定了JAK-STAT路徑信號應(yīng)答反應(yīng)在一個特定細(xì)胞中作用強(qiáng)度和連續(xù)時(shí)間。JAK-STAT路徑正負(fù)調(diào)控有四種機(jī)制。 d JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑調(diào)控第61頁第61頁路徑融合 各種不同類型蛋白激酶，包含幾個MAPK，能使STAT絲氨酸殘基磷酸化，從而將其它轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑中信號融入到JAK-STAT路徑中。 進(jìn)入內(nèi)吞囊泡并遭降解。受體降解 JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑負(fù)調(diào)控過程常使用普通機(jī)制，如受體反饋克制 JAK擁有自己專一性克制劑SOCS（細(xì)胞因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)阻遏因子）它能直接結(jié)合并鈍化JAK。那些能增進(jìn)STAT激活細(xì)胞因子同時(shí)也能刺激SOCS編碼基因表示，因此S

40、OCS構(gòu)成了一個反饋克制回路。 第62頁第62頁修飾滅活 細(xì)胞內(nèi)一些絲氨酸磷酸化反應(yīng)以及蛋白質(zhì)翻譯后修飾作用會削弱STAT活性。更為特異性克制信號來自蛋白酪氨酸磷酸酶，它們能在膜結(jié)合型受體激酶復(fù)合物水平上或者在核內(nèi)，除去被激活STAT二聚體上磷酸基團(tuán)，剩余STAT單體則重新回到細(xì)胞質(zhì)中。另外，尚有一個名叫激活型STAT蛋白克制劑（PIAS）因子能直接與磷酸化STAT二聚體結(jié)合，從而制止其對DNA元件辨認(rèn)。第63頁第63頁2F TNF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑腫瘤壞死因子（TNF）是細(xì)胞凋亡、炎癥發(fā)生、免疫調(diào)整過程中一類主要樞紐分子，它涉及到人類各種疾病發(fā)病機(jī)制，如敗血癥、糖尿病、癌癥、骨質(zhì)疏松癥、多重硬化癥

41、、腸炎、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等。TNF與TNF受體-1（TNF-R1）互相作用，能激活若干信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑。第64頁第64頁2F TNF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑 早在一百年前就有些人指出了TNF抗癌活性，然而直到1984年純化了人TNF并克隆表示了其cDNA編碼區(qū)，人們才對TNF多重生物活性有了一個全景式理解。a TNF結(jié)構(gòu)與功效 TNF是一個由激活巨噬細(xì)胞合成同源三聚體，每個亞基有157個氨基酸。它能作用于兩種不同細(xì)胞表面受體TNF-R1和TNF-R2，其中TNF-R1介導(dǎo)TNF大部分生理活性。TNF與TNF-R1結(jié)合能觸發(fā)一系列細(xì)胞內(nèi)級聯(lián)反應(yīng)，最終激活兩大核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子kB（NF-kB）和c-Jun。這兩大轉(zhuǎn)錄因子

42、可誘導(dǎo)表示一組含有主要生理功效基因，包括細(xì)胞生長凋亡、組織發(fā)育、腫瘤發(fā)生、免疫識別、炎癥反應(yīng)、環(huán)境壓力應(yīng)答等過程。 TNF與其受體TNF-R1所介導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑一個共同特性是，TNF能在細(xì)膜上誘導(dǎo)形成多蛋白信號轉(zhuǎn)導(dǎo)復(fù)合物。第65頁第65頁2F TNF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑b TNF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑工作原理TNF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑第一步是TNF三聚體與TNF-R1胞外功效域特異性結(jié)合，并從TNF-R1胞內(nèi)功效域上釋放出致死功效域（SODD）克制蛋白因子；由此集聚起來TNF-R1胞內(nèi)功效域又為TNF受體結(jié)合型致死功效域（TRADD）所辨認(rèn)；TRADD再吸引另外三種腳手架因子：受體互相作用型蛋白RIP、TNF-R結(jié)合因

43、子2（TRAF2）、Fas結(jié)合型致死功效域FADD；然后，上述三種腳手架蛋白再將一些關(guān)鍵酶分子分別召集起來，進(jìn)而啟動三條分支路徑信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。 第66頁第66頁由FADD介導(dǎo)分支路徑 Fas結(jié)合型致死功效域FADD將caspase-8蛋白酶召集到TNF-R1復(fù)合物上，同時(shí)激活caspase-8（通過該蛋白酶自降解效應(yīng)），并由此引起一系列蛋白降解反（Fas路徑）應(yīng)，最后造成細(xì)胞凋亡。第67頁第67頁由TRAF2介導(dǎo)分支路徑TRAF2召集細(xì)胞凋亡蛋白-1兩個克制劑cIAP-1和cIAP-2，對細(xì)胞實(shí)行抗凋亡作用；另外，TRAF2還能激活有絲分裂原激活蛋白激酶激酶激酶（MAPKKK），如胞外信號調(diào)整型激

44、酶激酶激酶1（MEKK1）或凋亡刺激型激酶1（ASK1），它們通常以復(fù)合物形式存在于受體周圍，進(jìn)而激活一個激酶級聯(lián)反應(yīng)，最后造成c-Jun N端激酶（JNK）激活，后者再使c-Jun磷酸化，并增強(qiáng)其轉(zhuǎn)錄刺激功效第68頁第68頁由RIP介導(dǎo)分支路徑RIP是一個蛋白激酶，起著最后激活轉(zhuǎn)錄因子NF-kB功效，但RIP不是TNF誘導(dǎo)NF-kB激活所必需。NF-kB激活過程依賴于磷酸化控制泛激素化反應(yīng)以及kB克制劑（IkB）降解作用，后者在未受刺激細(xì)胞胞質(zhì)中與NF-kB結(jié)合在一起。IkB激酶（IKK）是一個多蛋白復(fù)合物，以TNF誘導(dǎo)方式使IkB磷酸化。IKK復(fù)合物關(guān)鍵由兩個催化亞基IKKa、 IKKb和

45、一個調(diào)整亞基NEMO（NF-kB必需調(diào)整因子，又稱IKKg）構(gòu)成。另外，IKK復(fù)合物中還含有一個激酶特異性分子伴侶，由Cdc37和Hsp90兩種蛋白構(gòu)成，其功效是幫助IKK復(fù)合物在胞質(zhì)與質(zhì)膜之間穿梭移動。RIP將上述IKK復(fù)合物吸引到自己身邊，并激活之，該過程通常在TNF配信號處理受體后數(shù)分鐘內(nèi)便可完畢。第69頁第69頁2F TNF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑c TNF介導(dǎo)Fas信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分支路徑 細(xì)胞程序性死亡（細(xì)胞凋亡）以及細(xì)胞死亡其它相關(guān)形式在機(jī)體發(fā)育、穩(wěn)態(tài)維持、腫瘤監(jiān)視、免疫辨認(rèn)等過程中含有主要作用。細(xì)胞凋亡由兩條主要路徑啟動：內(nèi)源性路徑從線粒體開始；外源性路徑通過致死受體與相應(yīng)配體結(jié)合而被激活。作為T

46、NF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)中一條分支路徑，F(xiàn)as在細(xì)胞凋亡過程中起著主要作用。Fas分支路徑生理功效 Fas又稱為Apo-1或CD95，是腫瘤壞死因子受體（TNFR）超家族中一個含有致死功效域組員。Fas不但在細(xì)胞凋亡生理調(diào)整中起著主要作用，并且還與各種惡性腫瘤和免疫疾病密切相關(guān)。第70頁第70頁Fas分支路徑工作原理在配體不存在時(shí)，F(xiàn)as依托其分子上配體前體裝配功效域形成無活復(fù)合物。這種復(fù)合物與配體（FasL或?qū)剐钥贵w）互相作用后便重新組裝，進(jìn)而形成致死誘導(dǎo)型轉(zhuǎn)導(dǎo)復(fù)合物DISC。這種Fas-DISC復(fù)合物中含有腳手架蛋白因子-Fas接合型致死功效域蛋白（FADD）、蛋白酶caspase-8或casp

47、ase-10，能啟動細(xì)胞程序性死亡過程。在DISC內(nèi)，由FasL誘導(dǎo)Fas、FADD、caspase-8或caspases-10級聯(lián)作用，造成這些caspase發(fā)生自發(fā)性蛋白水解加工反應(yīng)，進(jìn)而釋放出有活性蛋白酶。第71頁第71頁Fas分支路徑工作原理 在I-型細(xì)胞中，加工好caspase-8足以直接激活caspase家族其它組員，它們分別作用于特定底物，進(jìn)而進(jìn)入細(xì)胞程序性死亡各個階段。 在II-型細(xì)胞中，caspase激活還依賴于一輪信號擴(kuò)增，即caspase-8介導(dǎo)裂解凋亡因子原Bcl-2家族組員Bid繼而釋放線粒體型凋亡因子原；后者激活caspase-9；活化caspase-9激活劊子手c

48、aspase-3，caspase-3再依次激活Fas-DISC復(fù)合物外圍caspase-8，從而形成一個正反饋循環(huán)第72頁第72頁Fas分支路徑調(diào)控位點(diǎn)上述由Fas介導(dǎo)細(xì)胞程序性死亡過程中每一步都是調(diào)控靶位點(diǎn)，這使得細(xì)胞對Fas配體刺激含有較大彈性效應(yīng)。Fas配體FasL編碼基因在大多數(shù)細(xì)胞中是不轉(zhuǎn)錄，在少數(shù)細(xì)胞中由轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子NF-kB、AP1、或T細(xì)胞激活核內(nèi)因子（NF-AT）控制其表示，進(jìn)而調(diào)控FasL/Fas介導(dǎo)生物學(xué)效應(yīng)（如激活誘導(dǎo)型CD4+T細(xì)胞死亡）。在一些情況下，細(xì)胞也可通過對Fas編碼基因表示調(diào)控來左右Fas路徑響應(yīng)程度，比如由p53誘導(dǎo)細(xì)胞程序性死亡就是采用這種機(jī)制。 第7

49、3頁第73頁2F TNF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑d TNF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑生理意義 TNF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)一個有趣特性是它同時(shí)連接了細(xì)胞凋亡（Fas分支途徑）、NF-kB（RIP分支途徑）、JNK（TRAF2分支途徑）三條通路，使得三者共同起源于TNF-R1。當(dāng)NF-kB通路不運(yùn)營時(shí)，細(xì)胞對TNF誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡易感性增長，而NF-kB強(qiáng)化激活則能避免細(xì)胞凋亡發(fā)生。類似地，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)缺少NF-kB時(shí)，TNF誘導(dǎo)JNK通路激活強(qiáng)度增大，作用時(shí)間延長，而幾種由NF-kB激活基因表達(dá)產(chǎn)物又通過TNF克制JNK激活。另一方面，NF-kB激活能增進(jìn)IkB和其它一些克制因子（如cIAP）重新合成，從而使得TNF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)持續(xù)時(shí)間和作

50、用強(qiáng)度維持在一個穩(wěn)定水平上。第74頁第74頁2G TGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑 轉(zhuǎn)化型生長因子-b（TGF-b）超家族組員控制著各種發(fā)育和穩(wěn)態(tài)維持過程，其活性受損會造成各種人類疾病，包括癌癥、軟骨發(fā)育障礙、肺源性高血壓等。 TGF-b家族組員這些主要生物功效實(shí)現(xiàn)，依賴于TGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑，也稱SMAD信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑。第75頁第75頁2G TGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑 轉(zhuǎn)化型生長因子-b（TGF-b）超家族第一個組員，分泌型多肽因子TGF-b1，是在二十多年前發(fā)覺。迄今為止，在脊椎動物體內(nèi)已經(jīng)鑒定了三十多個新組員，并在無脊椎動物線蟲和果蠅中也發(fā)覺了十幾種結(jié)構(gòu)和功效相同蛋白質(zhì)。 TGF-b1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑中諸多組分是腫瘤

51、克制劑，在癌細(xì)胞中，它們功效往往發(fā)生障礙。a TGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑配體與受體第76頁第76頁TGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程脊椎動物、線蟲、果蠅TGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑相稱保守簡樸。與TGF-b家族信號相互作用細(xì)胞表面受體是一個單跨膜蛋白復(fù)合物，含有一個胞內(nèi)激酶功效域，能使Thr/Ser殘基磷酸化。該受體復(fù)合物包含兩個不同轉(zhuǎn)膜蛋白，即I-型受體和II-型受體。配體結(jié)合后二者相互結(jié)合，并發(fā)生單一方向磷酸化反應(yīng)，即II-型受體使I-型受體磷酸化，激活I(lǐng)-型受體上激酶功效域，接著I-型受體再將信號傳遞給胞內(nèi)腳手架因子SMAD家族組員。 第77頁第77頁2G TGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑 SMAD腳手架蛋白家族是TGF路徑中胞內(nèi)信號

52、轉(zhuǎn)導(dǎo)復(fù)合物關(guān)鍵構(gòu)成部分，它從細(xì)胞表面受體處接受信號，并直接傳遞至核內(nèi)。SMAD可分為三個不同類別。b TGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑腳手架復(fù)合物第78頁第78頁受體調(diào)控型SMAD受體調(diào)控型SMAD（R-Smad）包括Smad1、Smad2、Smad3、Smad5和Smad8。I-型受體直接在它們C端兩個保守Ser殘基上磷酸化。磷酸化了R-Smad在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑中擁有各種功效，它們誘導(dǎo)本身從受體復(fù)合物以及受體激活型SMAD錨定因子SARA（其功效就是將SMAD吸引至近膜處）上釋放出來，然后進(jìn)入核內(nèi)并得以積累。 第79頁第79頁輔助型SMAD輔助型SMAD（Co-Smad）只有Smad4一個組員。游離型R-S

53、mad進(jìn)入核內(nèi)之后，與Smad4構(gòu)成異源復(fù)合物，這種復(fù)合物再與各種DNA結(jié)合蛋白、轉(zhuǎn)錄共激活因子、或轉(zhuǎn)錄共阻遏因子結(jié)合，進(jìn)而正負(fù)調(diào)控相關(guān)靶基因表示。第80頁第80頁克制型SMAD克制型SMAD包括Smad6和Smad7，其功效是克制R-Smad功效，從而阻斷TGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑。泛素依賴性蛋白降解路徑控制著SMAD蛋白豐度，進(jìn)而使TGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑處于一個穩(wěn)定狀態(tài)。第81頁第81頁2G TGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑 脊椎動物擁有七種不同 I-型受體和五種不同 II-型受體，各型中任何一個受體都能與另一型中受體混合配對，并響應(yīng)TGF-b 配體家族信號。盡管受體與配體復(fù)合物形式并不完全一致，但其生物信號輸出性

54、質(zhì)僅僅取決于 I-型受體。七種 I-型受體中三種受體使R-Smad中Smad2、Smad3磷酸化，進(jìn)而轉(zhuǎn)導(dǎo)TGF-b類信號；另外四種 I-型受體則激活R-Smad中Smad1、Smad5、Smad8，進(jìn)而轉(zhuǎn)導(dǎo)由成骨蛋白（BMP）信號分子介導(dǎo)路徑。c TGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑復(fù)合形式第82頁第82頁2G TGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑 由于細(xì)胞總是暴露在多重信號分子作用之下，因此TGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑也能與其它路徑交叉工作。比如，由受體酪氨酸激酶激活MAPK能直接磷酸化SMAD，從而修飾TGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑。另外SMAD也能與其它信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑中轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子協(xié)同工作。ERK、p38、JNK）、蛋白激酶B（PKB/Akt）

55、。c TGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑復(fù)合形式 即使大量證據(jù)表明，SMAD在TGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑中起著極為主要作用，但由TGF-b介導(dǎo)不依賴SMAD信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑同樣存在。比如。TGF-b能快速激活Rho家族組員GTP酶、MAPK（如第83頁第83頁2H PI3K信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑 磷酸肌醇-3-激酶（PI3K）催化合成磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸酯（PIP3），后者在細(xì)胞生存、基因表示調(diào)控、細(xì)胞代謝、細(xì)胞構(gòu)架重組過程中起著主要作用。由PI3K介導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑則與糖尿病和癌癥密切相關(guān)第84頁第84頁2H PI3K信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑 磷酸肌醇-3-激酶有各種分子形式，其中 Ia 型PI3K負(fù)責(zé)響應(yīng)生長因子刺激，產(chǎn)生D-3磷

56、酸肌醇。各種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白，包括蛋白質(zhì)Ser/Thr激酶、蛋白質(zhì)Tyr激酶、G蛋白互換因子，均擁有與D-3磷酸肌醇特異性結(jié)合功效域。在細(xì)胞沒有受到信號分子刺激時(shí)，這些蛋白質(zhì)定位在胞質(zhì)內(nèi)；但當(dāng)響應(yīng)脂磷酸化作用時(shí)，它們便與新形成磷酸肌醇結(jié)合，并在近質(zhì)膜內(nèi)側(cè)積累。在膜上，它們被激活，并啟動各種應(yīng)答反應(yīng)，包括肌動蛋白多聚化、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)復(fù)合物裝配、蛋白激酶級聯(lián)反應(yīng)引起等。a PI3K結(jié)構(gòu)與功效第85頁第85頁P(yáng)I3K信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑引起PI3K呈異源二聚體結(jié)構(gòu)，由一個調(diào)整亞基（p85）和一個催化亞基（p110）構(gòu)成。在未被配體刺激細(xì)胞中，調(diào)整亞基將催化亞基維持在一個低活性狀態(tài)；當(dāng)生長因子受體或其它腳手架蛋白被激

57、活，調(diào)整亞基便與它們磷酸化Tyr殘基直接作用，進(jìn)而介導(dǎo)催化Pp85PPPp110RasGTP信號分子PIP2PIP3亞基激活。p110直接與被激活了Ras蛋白（也能被信號分子直接刺激所誘導(dǎo)）作用，更進(jìn)一步地刺激PI3K活性，從而實(shí)現(xiàn)信號放大?；罨薖I3K將質(zhì)膜脂雙層上磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸酯PIP2轉(zhuǎn)化為磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸酯PIP3 。 受體第86頁第86頁2H PI3K信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑 含有血小板/白細(xì)胞C激酶底物同源（PH）功效域信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白，可通過與PIP3直接結(jié)合而在PI3K處積累。比如，蛋白質(zhì)絲氨酸/蘇氨酸激酶Akt（蛋白激酶B，PKB）和磷酸肌醇依賴型激酶1（PDK1

58、），與膜上PIP3結(jié)合后，兩者互相靠近，便于Akt被PDK1磷酸化。這一磷酸化作用刺激了Akt催化活性，造成其下游其它蛋白質(zhì)級聯(lián)磷酸化反應(yīng)，進(jìn)而影響細(xì)胞生長、循環(huán)、生存。b PIP3廣泛生理功效第87頁第87頁由Akt介導(dǎo)生理效應(yīng) 磷酸化克制叉頭樣轉(zhuǎn)錄因子FKHR-L1大多數(shù)已知Akt靶蛋白都能在磷酸化后被克制：叉頭樣轉(zhuǎn)錄因子1（FKHR-L1）被Akt磷酸化之后，便形成了一個與14-3-3蛋白家族結(jié)合位點(diǎn)，兩者復(fù)合物留在細(xì)胞質(zhì)中，阻斷在正常情況下由FKHR-L1激活基因轉(zhuǎn)錄。第88頁第88頁由Akt介導(dǎo)生理效應(yīng) 磷酸化克制凋亡誘導(dǎo)蛋白Bad凋亡誘導(dǎo)蛋白Bad被Akt磷酸化后，同樣形成一個與1

59、4-3-3蛋白家族結(jié)合位點(diǎn)，從而制止Bad與Bcl-2家族組員Bcl-2和Bcl-XL結(jié)合，這就將兩者釋放進(jìn)入細(xì)胞生存響應(yīng)過程中。 第89頁第89頁由Akt介導(dǎo)生理效應(yīng) 磷酸化克制糖原合成酶GSK3GSK3在非轉(zhuǎn)導(dǎo)性細(xì)胞中含有構(gòu)成型活性，能磷酸化諸多蛋白質(zhì)（包括糖原合成酶、c-Myc、周期素D），以保持它們無活狀態(tài)或者增進(jìn)它們降解。 GSK3被Akt磷酸化后，酶活性受到克制，造成那些在正常情況下被GSK3阻遏路徑重新打開。第90頁第90頁由PDK1介導(dǎo)生理效應(yīng) PDK1除了能激活A(yù)kt外，還能平行磷酸化和激活其它蛋白激酶，包括p70S6K激酶、細(xì)胞因子非依賴型生存激酶（CISK）、蛋白激酶PK

60、Cx等。 p70S6K通過激活各種特殊蛋白質(zhì)翻譯而對細(xì)胞生長起作用；CISK與其同類伙伴Akt相同介導(dǎo)細(xì)胞生存路徑；PKCx則參與許多細(xì)胞應(yīng)答反應(yīng)。第91頁第91頁被PIP3激活其它蛋白 其它含有PH功效域且能被PIP3激活蛋白質(zhì)還包括：Rac和ADP-核苷化因子（ARF6）中GDP/ GTP互換因子、布魯頓酪氨酸激酶（Btk）、Tec家族中蛋白酪氨酸激酶。其中， Rac和ARF6均與肌動蛋白多聚化關(guān)系密切。第92頁第92頁2H PI3K信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑 降解PIP3能夠終止PI3K介導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑，這一過程至少由兩種不同類型磷酸酶負(fù)責(zé)：c PI3K信號轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑負(fù)控制 含有SH2功效域磷酸酶SHI