细胞的信号转导与课件.ppt

1、细胞通讯与细胞识别细胞的信号分子与受体通过细胞内受体介导的信号传递通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递由细胞表面整合蛋白介导的信号传递（不讲）细胞信号传递的基本特征与蛋白激酶的网络整合信息 （不讲）细胞通讯细胞通讯（cell communication）细胞识别细胞识别（cell recognition）细胞通讯细胞通讯（cell communication）一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应的反应。细胞间的通讯对于多细胞生物体的发生和组织的构建，协调细胞的功能，控制细胞的生长、分裂、分化和凋亡是必须的。细胞通讯方式：分泌化学信号进行通讯 内分泌（endocrine）旁分泌（pa

2、racrine）自分泌（autocrine）化学突触（chemical synapse）接触性依赖的通讯 细胞间直接接触，信号分子与受体都是细胞的跨膜蛋白 间隙连接实现代谢偶联或电偶联细胞识别细胞识别（cell recognition）概念：细胞通过其表面的受体与胞外信号物质分子（配体）选择性地相互作用，进而导致胞内一系列生理生化变化，最终表现为细胞整体的生物学效应的过程。信号通路（signaling pathway）细胞识别是通过各种不同的信号通路实现的。细胞接受外界信号，通过一整套特定的机制，将胞外信号转导为胞内信号，最终调节特定基因的表达，引起细胞的应答反应，这种反应系列称之为细胞信号通

3、路。信号分子信号分子（signal molecule）亲脂性信号分子 亲水性信号分子 气体性信号分子(NO)受体受体（receptor）多为糖蛋白（什么叫受体？）第二信使第二信使（second messenger）（概念？）分子开关分子开关（molecular switches）细胞内受体:为胞外亲脂性信号分子所激活 激素激活的基因调控蛋白（胞内受体超家族）细胞表面受体:为胞外亲水性信号分子所激活 细胞表面受体分属三大家族：离子通道偶联的受体（ion-channel-linked receptor）G-蛋白偶联的受体（G-protein-linked receptor）酶偶连的受体（enzym

4、e-linked receptor）受体的功能：介导物质跨膜运输(受体介导的内吞作用)信号转导：受体的激活（activation）（级联反应）；受体失敏（desensitization）关闭反应、减量调节（down-regulation）降低反应。通过细胞内受体介导的信号传递通过细胞内受体介导的信号传递 甾类激素介导的甾类激素介导的信号通路信号通路 两步反应两步反应阶段阶段：初级反应阶段：直接活化少数特殊基因转录的，发生迅速；次级反应：初级反应产物再活化其它基因产生延迟的放大作用。一氧化氮介导的一氧化氮介导的信号通路信号通路通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递

5、G-蛋白偶联的受体介导的信号跨膜传递蛋白偶联的受体介导的信号跨膜传递离子离子 通道偶联的受体介导的信号跨膜传递通道偶联的受体介导的信号跨膜传递 细胞表面其它与酶偶联的受体细胞表面其它与酶偶联的受体（不讲）（不讲）信号途径信号途径（见（见P242P242）特点：特点：受体/离子通道复合体，四次/六次跨膜蛋白跨膜信号转导无需中间步骤主要存在于神经细胞或其他可兴奋细胞间的突触信号传递有选择性：配体的特异性选择和运输离子的选择性G蛋白耦联受体的结构与激活：蛋白耦联受体的结构与激活：G蛋白耦联受体蛋白耦联受体的概念？的概念？结构：是三聚体结构：是三聚体GTP结合调节蛋白的简结合调节蛋白的简称，位于质膜内

6、胞浆的一侧（称，位于质膜内胞浆的一侧（P231）cAMP信号通路信号通路 磷脂酰肌醇信号通路磷脂酰肌醇信号通路受体酪氨酸激酶及受体酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信号通路蛋白信号通路（不讲）（不讲）细胞表面其它与酶偶联的受体细胞表面其它与酶偶联的受体受体丝氨酸/苏氨酸激酶受体酪氨酸磷酸酯酶 受体鸟苷酸环化酶（ANPs-signals）酪氨酸蛋白激酶联系的受体 两大家族：一是与Src蛋白家族相联系的受体；二是与Janus激酶家族联系的受体。信号转导子和转录激活子（signal transducer and signal transducer and actvator of transcriptio

7、nactvator of transcription，STATSTAT）与JAK-STAT途径。反应链：激素G-蛋白偶联受体G-蛋白腺苷酸环化酶cAMP cAMP依赖的蛋白激酶A基因调控蛋白基因转录 组分及其分析 G-蛋白偶联受体（结构与激活，P231）G-蛋白活化与调节 效应酶腺苷酸环化酶 GPLR的失敏（desensitization）与减量调节细菌毒素对G蛋白的修饰作用GPLR的失敏的失敏：例：肾上腺素受体被激活后，10-15秒cAMP骤增，然后在不到1min内反应速降，以至消失。受体活性快速丧失（速发相）-失敏（desensitization）；机制：受体磷酸化 受体与Gs解偶联，cA

8、MP反应停止并被PDE降解。两种Ser/Thr磷酸化激酶：PKA（蛋白激酶A）和肾上腺素受体激酶（ARK），负责受体磷酸化；胞内协作因子扑获蛋白（arrestin）-结合磷酸化的受体，抑制其功能活性（arrestin 已克隆、定位11q13）。反应减弱（迟发相）-减量调节（down-regulation）机制：受体-配体复合物内吞，导致表面受体数量减少，发现 arrestin可直接与Clathrin结合，在内吞中起adeptors作用；受体减量调节与内吞后受体的分选有关。“双信使系统”反应链：胞外信号分子G-蛋白偶联受体G-蛋白 IP3胞内Ca2+浓度升高Ca2+结合蛋白(CaM)细胞反应 磷

9、脂酶C(PLC)DG激活PKC蛋白磷酸化或促Na+/H+交换使胞内pH 受体酪氨酸激酶及受体酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信号通路蛋白信号通路 受体酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinases，RTKs）包括6个亚族 信号转导信号转导：配体受体受体二聚化受体的自磷酸化 激活RTK胞内信号蛋白启动信号传导 RTK-Ras信号通路信号通路：配体RTK adaptor GRFRasRaf（MAPKKK）MAPKKMAPK进入细胞核其它激酶或基因调控蛋白（转录因子）的磷酸化修钸。G蛋白偶联受体介导的蛋白偶联受体介导的MAPK的激活的激活 RTKs的的失敏失敏（desensitizat

10、ion）G蛋白偶联受体介导的蛋白偶联受体介导的MAPK的激活的激活MAPK（Mitogen-activated protein kinase）又称ERK（extracelular signal-regulated kinase）-真核细胞广泛存在的Ser/Thr蛋白激酶。MAPK的底物：膜蛋白（受体、酶）、胞浆蛋白、核骨架蛋白、及多种核内或胞浆内的转录调控因子-在细胞增殖和分化中具有重要调控作用。PTX敏感性G蛋白（Gi，Go）的亚基依赖于Ras激活MAPK，具体机制还有待深入研究；PKC、PLC与G蛋白偶联受体介导的MAPK激活 PKC和PLC 参与G蛋白偶联受体激活MAPK：G蛋白偶联受体

11、激活G蛋白；G蛋白亚基或 亚基激活PLC，促进膜磷脂代谢；磷脂代谢产物（DAG+IP3）激活PKC；PKC 通过Ras 或 Raf 激活MAPK；由于PKC对钙的依赖性不同，所以G蛋白偶联受体 MAPK途径对钙要 求不同；PKA对G蛋白偶联受体 MAPK途径的负调控 迄今未发现和制备出MAPK组成型突变（dominant negative mutant），提示细胞难于忍受MAPK的持续激活（MAPK的去活是细胞维持正常生长代谢所必须）。主要机制：特异性的Tyr/Thr磷脂酶可选择性地使MAPK去磷酸化，关闭MAPK信号。cAMP，MAPK；cAMP直接激活cAMP依赖的PKA；PKA可能通过R

12、TK或通过抑制Raf-Ras相互作用起负调控作用。RTKs的失敏的失敏：催化性受体的效应器位于受体本身，因此失敏即酶活性速发抑制。机制：受体的磷酸化修饰。EGF受体Thr654的磷酸化导致RTK活性的 抑制，如果该位点产生Ala突变，则阻止活性抑制，后又发现C 端的Ser1046/7也是磷酸化位点。磷酸化位点所在的C端恰好是 SH2蛋白的结合部位。引起受体磷酸化的激酶：PKC-作用于Thr654；CaMK2（Ca2+和CaM依赖的激酶2）-作用于Ser1046/7还发现：EGF受体是CDK的靶蛋白，提示和周期调控有关。RTK晶体结构研究表明，RTK激活后形成稳定的非抑制性构象；磷酸化修饰后，形

13、成抑制性构象，引起失敏。RTK失敏对细胞正常功能所必须，RTK 的持续激活将导致细胞生长失控。由细胞表面整合蛋白介导的信号传递由细胞表面整合蛋白介导的信号传递整合蛋白与粘着斑导致粘着斑装配的信号通路有两条 粘着斑的功能：一是机械结构功能；二是信号传递功能 通过粘着斑由整合蛋白介导的信号传递通路：由细胞表面到细胞核的信号通路由细胞表面到细胞质核糖体的信号通路细胞信号传递的基本特征细胞信号传递的基本特征与蛋白激酶的网络整合信息与蛋白激酶的网络整合信息细胞信号传递的基本特征细胞信号传递的基本特征：具有收敛（convergence）或发散（divergence）的特点细胞的信号传导既具有专一性又有作用

14、机制的相似性信号的放大作用和信号所启动的作用的终止并存细胞以不同的方式产生对信号的适应(失敏与减量调节)蛋白激酶的蛋白激酶的网络整合信息网络整合信息与与信号网络系统信号网络系统中的中的cross talk 简单扩散与协助扩散的比较在动物、植物细胞由载体蛋白介导的协同运输异同点的比较GPLR：种类繁多，真核细胞普遍表达（7次跨膜）信号分子包括：感觉信号（光、嗅、声等；激素、神经递质等）GPLR的效应器：AC、PLC、PLA2、GRK（GPLR 激酶）、PDE、PI3K、离子通道等一、信号转导系统的基本组成与信号蛋白细胞表面受体介导的信号途径有4个步骤：1、不同形式的细胞外信号刺激首先被细胞表面特

15、异性受体所识别，源于信号分子与互补受体上的结合位点相适应。2、胞外信号（第一信使）通过适当的分子开关机制实现信号的跨膜转导，产生细胞内第二信使或或活化的信号蛋白3、信号放大：信号传递至胞内效应器蛋白，引发细胞内信号放大的级联反应。4、细胞反应由于受体的脱敏或受体下调，启动反馈机制从而降低或终止细胞反应。二、信号传递链中蛋白的类型：1、细胞表面受体2、转承蛋白：负责将信息传递给信号链的下一部分。3、信使蛋白：携带信号从一部分传递到另一部分，如从细胞质传递到细胞核。4、接头蛋白：起连接信号蛋白的作用。5、放大和转导蛋白：通常由酶和离子通道蛋白组成，介导信号级联反应。6、传感蛋白：负责信号不同形式的

16、转换。7、分歧蛋白：将信号从一条途径传播到另一条途径。8、整合蛋白：从2条或多条信号途径接受信号，并在向下传递之前进行整合。9、潜在基因调控蛋白：这类蛋白在细胞表面被活化受体激活，然后迁移到细胞核刺激基因转录。（A）细胞内受体蛋白作用模型;（B）几种胞内受体蛋白超家族成员 乙酰胆碱N受体（260KD）外周型：5个亚基组成（2）调节主要为亚基变化通道开启：Na+内流，K+外流，膜去极化。GPLR的C端富含Ser 和Thr磷酸化位点-受体磷酸化失敏机制亚基-被异戊酰化（isoprenylated）修饰连在膜上；亚基-被豆蔻酸化（myristoylated）修饰连在膜上。Converge on RasRTKGLRLigandLigand PLCRasACGPRafDAGIP3cAMPMAPKKMAPK Transcription Factors PKC Ca2+CaMKPKA PMSignals transmitted from the EGF receptor can diverge along several distinct pathways.An example of crosstalk between two major signaling pathways