細胞信號轉導進展G蛋白.ppt

細胞信號轉導進展 2010 11 12e mail jiangxn88 內容 緒論第一章細胞信號分子第二章蛋白質的可逆磷酸化第三章離子通道第四章胞內受體的作用機制第五章g蛋白介導的信號轉導第六章第二信使 camp與cgmp第七章第二信使 ip3 dag與ca2 第八章酪氨酸蛋白激酶途徑ras raf mapk信號途徑pi3k akt信號途徑jak stat信號途徑第九章tgf smad信號途徑第十章細胞凋亡信號途徑第十一章wnt信號途徑第十二章hedgehog notch途徑 g蛋白介導的信號轉導 gpcrg蛋白介導的跨膜信號轉導小g蛋白 gpcr的分子結構 又稱蛇型受體 serpentinereceptor 只存在與真核生物中 通常由單一的多肽鏈或均一的亞基組成 跨膜區(qū)由7個 螺旋結構組成 每個疏水跨膜區(qū)段由20 25個氨基酸組成 多肽鏈的n 端位于細胞外區(qū) 而c 端位于細胞內區(qū) 在第五及第六跨膜 螺旋結構之間的細胞內環(huán)部分 第三內環(huán)區(qū) 是與g蛋白偶聯(lián)的區(qū)域 gpcrart machr a類gpcrs belongstosubfamilya18m1 chrm1 acm1 m2 chrm2 acm2 m3 chrm3 acm3 m4 chrm4 acm4 m5 chrm5 acm5 代謝型離子通道 machrs的組織分布和功能 5 ht受體 a類gpcrs subfamilya175 ht2a htr2a 5h2a 5 ht2b htr2b 5h2b 5 ht2c htr2c 5h2c 5 ht6 htr6 5h6 subfamilya195 ht1a htr1a 5h1a 5 ht1b htr1b 5h1b 5 ht1d htr1d 5h1d 5 ht1e htr1e 5h1e 5 ht1f htr1f 5h1f 5 ht4 htr4 5 ht5a htr5a 5h5a 5 ht7 htr7 5h7 5 ht3為離子通道型受體 b類gpcrs c類gpcrs calcium sensingreceptor related cas gababreceptorsmetabotropicglutamatereceptors mglur 代謝型谷氨酸受體raig retinoicacid inducibleorphangprotein coupledreceptors tastereceptorsorphanreceptors 孤兒受體 配體未知 c類gpcrs cys richdomain heptahelicaldomain agonistsantagonists g protein c類gpcrs的一般結構 hd vft crd venusflytrapdomain allostericmodulator am mglu1vft區(qū)的晶體結構 kunishimaetal nature 2000 openwithoutglu closedwithglu gabab受體 異二聚體 代謝型gaba受體 由b1 b2兩個亞單位組成 b1與配體gaba結合 b2介導g蛋白的激活 b2可單獨轉運至細胞膜 b1需與b2形成異二聚體才能轉運至細胞膜 b1亞單位的vft與gaba結合后 vft關閉 引起跨膜部分的構象改變 激活g蛋白功能 神經遞質釋放的突觸前抑制 離子型gaba受體 mglur 與離子通道型glur iglur 不同 mglur不是離子通道 位于突觸前膜及突觸后膜 與學習 記憶 焦慮及痛覺有關 功能 修飾離子通道的活性改變突觸的興奮性 如神經遞質傳遞的突觸前抑制或誘導突觸后應答 mglur 同源二聚體 g蛋白介導的信號轉導 gpcrg蛋白介導的跨膜信號轉導小g蛋白 參與g蛋白跨膜信號轉導的信號分子 gpcrg蛋白 鳥苷酸結合蛋白 g蛋白效應分子第二信使蛋白激酶等一系列的信號分子 g蛋白 鳥苷酸結合蛋白 guanylatebindingprotein 的簡稱包括異源三聚體g蛋白和單體g蛋白 小g蛋白 alfredg gilman martinrodbell 1994年10月9日 在諾貝爾頒獎大會上 諾貝爾生理學獎授予給了alfredg gilman和martinrodbell 以表彰他們的重大發(fā)現(xiàn) g 蛋白及其在細胞內信號傳導中所起的作用 g蛋白的活性調節(jié) 現(xiàn)已發(fā)現(xiàn) 在哺乳動物中 g蛋白的 亞基有21種 亞基有5種 亞基有12種 不同的g蛋白能特異地將受體與相應的效應酶偶聯(lián)起來 將特異的信息傳遞到細胞內 異源三聚體g蛋白的種類 蛋白a亞基 gas與gai的抑制劑 霍亂毒素 choleratoxin 能催化adp核糖基共價結合到gs的 亞基上 抑制 亞基的gtpase活性 從而抑制了gtp的水解 使 亞基持續(xù)活化 導致患者細胞內na 和水持續(xù)外流 產生嚴重腹瀉而脫水 百日咳毒素 pertussistoxin 使gi蛋白 亞基adp核糖化 阻止 亞基上的gdp被gtp取代 使其失去對ac的抑制作用 使camp的濃度增加 促使大量的體液分泌進入肺 引起嚴重的咳嗽 g蛋白的效應分子 某些離子通道 接受g蛋白的直接或間接調控 酶類 主要有腺苷酸環(huán)化酶 ac 磷脂酶c plc 磷脂酶a2 pla2 鳥苷酸環(huán)化酶 gc 和依賴于cgmp的磷酸二酯酶 pde 它們都能通過生成 或分解 第二信使 實現(xiàn)細胞外信號向細胞內的轉導 g蛋白調節(jié)的離子通道 a 神經遞質乙酰膽堿與心肌細胞的膜受體結合 使得g蛋白的 亞基與 亞基分開 b 激活的 亞基復合物同k 離子通道結合并將k 離子通道打開 c 亞基中的gtp水解 導致 亞基與 亞基重新結合 使g蛋白處于非活性狀態(tài) 使k離子通道關閉 gpcr能夠激活心肌質膜的k 離子通道打開 通過神經遞質乙酰膽堿調節(jié)心肌收縮 gpcr介導的跨膜信號傳遞 磷脂酰肌醇信號通路 camp信號通路 1 化學感受器中的g蛋白氣味分子與受體結合 激活腺苷酸環(huán)化酶 產生cnmp 開啟cnmp門控陽離子通道 引起鈉離子內流 膜去極化 產生神經沖動 形成嗅覺或味覺 2004年axel和buck因發(fā)現(xiàn)氣味受體和化學感受器系統(tǒng)的組成而獲諾貝爾生理或醫(yī)學獎 其他g 蛋白 richardaxel lindab buck 其他g 蛋白 2 視覺感受器中的g蛋白視紫紅質為7次跨膜蛋白 由視蛋白和視黃醛組成 其信號途徑為 光信號 rh激活 gt活化 cgmp磷酸二酯酶激活 胞內cgmp減少 na 離子通道關閉 離子濃度下降 膜超極化 神經遞質釋放減少 視覺反應 g蛋白介導的信號轉導 gpcrg蛋白介導的跨膜信號轉導小g蛋白 小g蛋白家族 特點 分子量小 21 28kd的小肽 為單體功能 與g 類似 起分子開關的作用與大g蛋白相同點 當結合gtp時成為活化形式當gtp水解成為gdp時 自身為gtp酶 則回復到非活化狀態(tài)與大g蛋白不同點 主要受酪氨酸蛋白激酶的調節(jié)需要中介蛋白 ras ras 大鼠肉瘤 ratsarcoma ras 的英文縮寫原癌基因c ras的表達產物通過脂肪酸鏈 異戊烯基 嵌入細胞膜中 ras gdp 無活性形式ras gtp 活性形式 ras的分類 哺乳動物 h ras k ras ras4a ras4b n ras1960s jenniferharvey與wernerkirsten發(fā)現(xiàn)大鼠肉瘤中存在病毒 分別命名為hras kras病毒 nih的edwardm scolnick及其同事在hras kras病毒中發(fā)現(xiàn)具轉化 致癌活性的癌基因 1982年 哈佛的geoffreym cooper nih的marianobarbacid stuarta aaronson及mit的robertweinberg在人癌細胞中發(fā)現(xiàn)具轉化活性的ras基因 n ras 首先在人成神經細胞瘤 neuroblastoma 中發(fā)現(xiàn) roberta weinberg foundingmemberofmitwhiteheadinstituteforbiomedicalresearch apioneerincancerresearchmostlyknownforitsdiscoveriesofthefirsthumanoncogene therasoncogenethatcausesnormalcellstoformtumors andtheisolationofthefirstknowntumorsuppressorgene therbgene 1 thebiologyofcancer byroberta weinberg june2006 garlandsciencetextbooks 864pp 2 onerenegadecell sciencemasters byroberta weinberg october01 1999 170pp 3 racingtothebeginningoftheroad thesearchfortheoriginofcancer by roberta weinberg may01 1996 harmonybooks 270pp 4 genesandthebiologyofcancer scientificamericanlibrary by haroldvarmus roberta weinberg october01 1992 215pp 5 oncogenesandthemolecularoriginsofcancer monographserno 18 march01 1990 coldspringharbor r a weinberg editor 270pp ras的一級序列 g domain 166aa 前164aa高度同源綠色 相同殘基淡紫色 保守替代殘基黃色 高度可變殘基紅色 突變致癌殘基c端 除cys186外 其他殘基高度可變 ras的翻譯后修飾 c端caaxbox中的cys在胞質中發(fā)生異戊烯化修飾 插入er膜在er膜上 aax被蛋白內切酶切除新的c末端殘基cys發(fā)生甲基化修飾甲基化的ras轉運至質膜 進一步發(fā)生棕櫚?；揎椢唇洰愇煜┗揎椀膔as位于胞質中 無活性 ras的活性調節(jié) ras與gtp gdp的結合受rasgef 鳥苷酸交換因子 guaninenucleotideexchangefactors 與rasgap gtpaseactivatingprotein gtp酶激活蛋白 的調節(jié) gef分兩類 活化型gef guanosinenucleotidedissociationstimulators gds 抑制型gef guanosinenucleotidedissociationinhibitors gdi ras的激活與失活 ras基因突變 在人類腫瘤中 原癌基因ras的突變較為常見 占腫瘤基因突變的20 30 它們的產物能抑制細胞凋亡 加快癌細胞轉移 h ras變異蛋白可見于膀胱癌和腎癌 而在幾乎所有的乳腺癌中都可看到變異的k ras 另外在肺癌 大腸癌和直腸癌中都可見其身影 k ras的作用很可能是通過ras raf mek erk途徑實現(xiàn)的 這條途徑不但能促進血管生成 還會誘發(fā)癌細胞的浸潤和轉移 constitutiveactivemutations p loop中的g12v突變使ras對gap不敏感 從而處于持續(xù)性激活狀態(tài) 參與催化的殘基q61k突變 降低ras水解gtp的速度 dominantnegativemutations s17nd119n ras超家族 ras超家族成員 100種 根據(jù)氨基酸序列 結構及功能分為10個亞家族 rho gtpases 分類 rho rhoa rhoc rhog rhohrac rac1 rac2 rac3cdc42 cdc42 tc10 tlc tc10 like chp wrch 1rhod rhod rifrhoh ttfrhobtb rhobtb1 rhobtb2 miro miro 1 miro 2rnd rnd1 rnd2 rnd3 rhoe 不能水解gtp 通常抑制rho gtpase信號途徑功能 肌動蛋白細胞骨架的動態(tài)調節(jié) 包括細胞形態(tài) 極性 運動 囊泡運輸 偽足形成等細胞生長 增殖 分化 ros reactiveoxygenspecies 的產生及存活由來自gpcr integrins及growthfactor受體的信號所激活 細胞骨架 cytoskeleton cellmotility 肌動蛋白細胞骨架的動態(tài)調節(jié) rho 形成張力絲 stressfibers rac membranceruffling lamellipodium 層狀偽足 cdc42 filopodia 絲狀偽足 focaladhesion red stressfibersgreen focaladhesions focaladhesioncomplex integrin 整合素介導細胞與細胞間的相互作用及細胞與細胞外基質間 fibronectin vitronectin collagen laminin中的rgd三肽序列 的相互作用由 120 185kd 和 90 110kd 兩個亞單位形成異二聚體迄今已發(fā)現(xiàn)18種 亞單位和9種 亞單位 它們按不同的組合構成25余種整合素talin paxillin vinculin focaladhesionmarkerssrc non recpetortyrosinekinasefak focaladhesionkinase 張力絲的形成 rho filopodia macrophage fibroblasts lamellipodia fibroblasts earlyspreading huveneers s etal jcellsci2009 122 1059 1069 rhogapsandrhogefs rhoe 在1996年被發(fā)現(xiàn)的rhoe飾演著抑制癌癥的角色 與其他游移于激活 失活狀態(tài)的g蛋白不同 rhoe持續(xù)與gtp結合 一直處于激活狀態(tài) 所以其功能的上下調節(jié)靠的是其表達水平 根據(jù)另一項研究 rhoe不僅在細胞增殖方面起到調節(jié)作用 則在細胞遷移方面發(fā)揮著其功能 甚至將某些癌細胞引向細胞凋亡 ludwiginstituteforcancerresearch的研究人員發(fā)現(xiàn) rhoe會在生長因子的刺激和dna損壞的情況下表達增高 因此有可能成為癌癥的生物標記 rhoe能阻止肌動蛋白的聚合和應力纖維的形成 因此細胞遷移的能力減弱 rhoe成為癌癥治療的又一新目標 ras超家族 ras超家族成員 100種 根據(jù)氨基酸序列 結構及功能分為10個亞家族 rab gtpases與囊泡轉運 rab gtpases ras associatedbinding rab proteins從酵母到人高度保守人 60種酵母 s cerevisiae 11線蟲 c elegans 29果蠅 d melanogaster 26功能 蛋白質與磷脂分子在不同膜結構之間的轉運 囊泡轉運 vesicletrafficking 包括囊泡的形成 肌動蛋白 微管依賴性的囊泡轉運 與受體膜的融合以及囊泡之間的信號傳遞 rab gtpases的亞細胞分布和功能 ccv clathrin coatedvesicles ee earlyendosomes er endoplasmicreticulum le lateendosome pm plasmamembrane re recyclingendosome sv synapticvesicle tgn trans golginetwork u ubiquitous rab gtpases 6個b片層 5個a螺旋 10個loops l 紅色 rab特異性殘基 rabf1 5 深紫色 rab亞家族特異性motif rabsf1 4 藍色 高度保守的核苷酸結合motif g1 3 pm phosphate mg2 結合motifc端同源性小 參與rab gtpases的亞細胞定位 而鳥苷酸結合位點高度保守 rab gtpasecycles rab在內質網合成后 首先與rabescortprotein rep 結合形成穩(wěn)定的復合體 rabc末端的cysmotif在rab香葉酰香葉基轉移酶 rabgeranylgeranyltransferase rabggt 的作用發(fā)生異戊烯化 rabggt由a b亞單位組成 rep將rab轉運至供體膜 donormembrane 后 與rab解離 參與下一輪循環(huán) 藍色箭頭 rab gtpasecycles cont d 在供體膜上 無活性的rab gdp在rabgef作用下與gdp解離 同時與gtp結合 成為有活性的rab gtp 后者在rabgap的作用下回復到無活性的rab gdp形式 被激活的rab可與結構和功能各異的效應分子相結合 包括供體膜上的cargosortingcomplexes 參與囊泡轉運的動力蛋白 motorprotein 以及調節(jié)囊泡與受體膜融合的tetheringcomplexes 囊泡與受體膜融合 釋放所轉運貨物 rab gdp在gdp解離抑制蛋白 gdpdissociationinhibitor gdi 的作用下 從受體膜回到供體膜上 參與下一輪循環(huán) 囊泡轉運 在供體膜出芽部位 rab與效應分子形成復合物 出芽部位與供體膜分離 形成轉運囊泡 轉運囊泡脫去包被蛋白 通過動力蛋白中介分子 motoradapter 與動力蛋白結合 動力蛋白水解atp提供能量 使轉運囊泡沿微管向受體膜方向運動 供體膜上的v snare與受體膜上的t snare相互識別 形成tetheringcomplex v snare插入受體膜中 供體膜與受體膜融合 釋放所轉運物質 gdf gdidisplacementfactorsnare solublen ethylmaleimide sensitivefactorattachmentproteinreceptor snares介導的膜融合 v snareiscomprisedoftwoproteins synaptobrevin vamp vesicleassociatedmembraneprotein t snareismadeupoftheproteins syntaxinandsnap 25 conformationalchangesoccurinthev snare t snareassociation afusionproteincomplexisformedwithsnap25whichbindstosyntaxinandvamp thefusion