哺乳動物三條mapk信號通路途經(jīng)概述ppt課件

1、MAPK信號通路概述一、MAPK信號通路MAPK,絲裂原活化蛋白激酶mitogen-activatedproteinkinases，MAPKs是細胞內(nèi)的一類絲氨酸蘇氨酸蛋白激酶。研討證明，MAPKs信號轉導通路存在于大多數(shù)細胞內(nèi)，在將細胞外刺激信號轉導至細胞及其核內(nèi)，并引起細胞生物學反響如細胞增殖、分化、轉化及凋亡等的過程中具有至關重要的作用。研討闡明，MAPKs信號轉導通路在細胞內(nèi)具有生物進化的高度保守性，在低等原核細胞和高等哺乳類細胞內(nèi)，目前均已發(fā)現(xiàn)存在著多條并行的MAPKs信號通路，不同的細胞外刺激可運用不同的MAPKs信號通路，經(jīng)過其相互調(diào)控而介導不同的細胞生物學反響。二、并行MAPK

2、s信號通路的組成及其活化特點在哺乳類細胞目前已發(fā)現(xiàn)存在著下述三條并行的MAPKs信號通路：1、 ERKextracellularsignal-regulatedkinase信號通路2、 JNKSAPK通路3、 p38MAPK通路1、 ERKextracellularsignal-regulatedkinase信號通路1986年由Sturgill等人首先報告的MAPK。最初其稱號非常混亂，曾根據(jù)底物蛋白稱之為MAP2K、ERK、MBPK、RSKK、ERTK等。以后，由于發(fā)現(xiàn)其具有共同的構造和生化特征，而被命名為MAPK。近年來，隨著不同MAPK家族成員的發(fā)現(xiàn)，又重新改稱為ERK。在哺乳類動物細胞

3、中，與ERK相關的細胞內(nèi)信號轉導途徑被以為是經(jīng)典MAPK信號轉導途徑，目前對其激活過程及生物學意義已有了較深化的認識。研討證明，受體酪氨酸激酶、G蛋白偶聯(lián)的受體和部分細胞因子受體均可激活ERK信號轉導途徑。如：生長因子與細胞膜上的特異受體結合，可使受體構成二聚體，二聚化的受體使其本身酪氨酸激酶被激活；受體上磷酸化的酪氨酸又與位于胞膜上的生長因子受體結合蛋白2Grb2的SH2構造域相結合，而Grb2的SH3構造域那么同時與鳥苷酸交換因子SOSSonofSevenless結合，后者使小分子鳥苷酸結合蛋白Ras的GDP解離而結合GTP，從而激活Ras；激活的Ras進一步與絲蘇氨酸蛋白激酶Raf-1的

4、氨基端結合，經(jīng)過未知機制激活Raf-1；Raf-1可磷酸化MEK1MEK2MAPkinaseERKkinase上的二個調(diào)理性絲氨酸，從而激活MEKs；MEKs為雙特異性激酶，可以使絲蘇氨酸和酪氨酸發(fā)生磷酸化，最終高度選擇性地激活ERK1和ERK2即p44MAPK和p42MAPK。ERKs為脯氨酸導向的絲蘇氨酸激酶，可以磷酸化與脯氨酸相鄰的絲蘇氨酸。在絲裂原刺激后，ERKs接受上游的級聯(lián)反響信號，可以轉位進入細胞核。因此，ERKs不僅可以磷酸化胞漿蛋白，而且可以磷酸化一些核內(nèi)的轉錄因子如c-fos、c-Jun、Elk-1、c-myc和ATF2等，從而參與細胞增殖與分化的調(diào)控。另外，ERK還可以磷

5、酸化ERKs通路的上游蛋白如NGF受體、SOS、Raf-1、MEK等，進而對該通路進展本身的負反響調(diào)理。還有研討發(fā)現(xiàn)，ERKs可磷酸化胞漿內(nèi)的細胞骨架成份，如微管相關蛋白MAP-1、MAP-2和MAP-4，參與細胞形狀的調(diào)理及細胞骨架的重分布。最近，國外學者又新克隆出ERK5及其上游激酶MEK5，這條MAPKs信號通路可被H2O2及高滲刺激活，其底物為c-Myc。經(jīng)過分子生物學技術發(fā)現(xiàn)還有ERK3 KinaseERK3及ERK4兩條通路存在，但目前對其激活信號、底物及生物學意義還不清楚。2、JNKSAPK通路c-Jun氨基末端激酶c-JunN-terminalkinase，JNK又被稱為應激活

6、化蛋白激酶stress-activatedproteinkinase，SAPK，是哺乳類細胞中MAPK的另一亞類。目前，從成熟人腦細胞中已克隆了10個JNK異構體，它們分別由JNK1、JNK2和JNK3基因編碼，分子量46000的JNK1和分子量55000的JNK2在各種組織細胞中廣泛表達，而JNK3選擇性在腦細胞中表達。JNKSAPK信號通路可被應激刺激如紫外線、熱休克、高滲刺激及蛋白合成抑制劑等、細胞因子TNF，IL-1、生長因子EGF及某些G蛋白偶聯(lián)的受體激活。外界刺激可經(jīng)過Ras依賴或非Ras依賴的兩條途徑激活JNK，小分子G蛋白Ras超家族的成員之一Rho能夠也是JNK激活的上游信號

7、，Rho蛋白Rac及cdc42的作用能夠是與p21激活的絲蘇氨酸激酶PAK結合，使其本身磷酸化而被激活，而活化的PAK進一步使JNK激活。已有研討證明，雙特異性激酶JNKKinaseJNKK是JNKSAPK的上游激活物，包括MKK4JNKK1、MKK7JNKK2，其中MKK7JNKK2可特異性地激活JNK，而MKK4那么可同時激活JNK1和p38。JNKK的上游激活物為MEKK，MEKK1在體外過表達時可激活MEK，但MEKK1在體內(nèi)高度選擇性地磷酸化MKK4，從而激活JNK。MEKK2也可經(jīng)過MKK4激活JNK和p38。JNKSAPK接受上游信號被激活后，可以進一步使核內(nèi)的轉錄因子c-Jun

8、氨基末端63及73位的絲氨酸殘基磷酸化，進而激活c-Jun而加強其轉錄活性。c-Jun氨基末端的磷酸化還可以促進c-Junc-Fos異二聚體及c-Jun同二聚體的構成，這些轉錄因子可以結合到許多基因啟動子區(qū)AP-1位點，添加特定基因的轉錄活性。此外，JNKSAPK激活后還可以使轉錄因子Elk-1和ATF2發(fā)生磷酸化，并使其轉錄活性加強。3、p38MAPK通路p38MAPK是1993年由Brewster等人在研討高滲環(huán)境對真菌的影響時發(fā)現(xiàn)的。以后又發(fā)現(xiàn)它也存在于哺乳動物的細胞內(nèi)，也是MAPKs的亞類之一，其性質與JNK類似，同屬應激激活的蛋白激酶。目前已發(fā)現(xiàn)p38MAPK有5個異構體，分別為p3

9、8p38、p381、p382、p38、p38。其分布具有組織特異性：p38、p381、p382在各種組織細胞中廣泛存在，p38僅在骨骼肌細胞中存在，而p38主要存在于腺體組織。研討證明，p38MAPK通路的激活劑與JNK通路類似。一些可以激活JNK的促炎因子TNF、IL-1、應激刺激UV、H2O2、熱休克、高滲與蛋白合成抑制劑也可激活p38，此外，p38還可被脂多糖及G細菌細胞壁成分所激活。p38信號通路也由三級激酶鏈組成，其上游激活物為MKK3、MKK4及MKK6，與MKK4不同，MKK3、MKK6僅特異性激活p38。體外細胞轉染實驗闡明，MEKK2。MEKK3可經(jīng)過激活MKK4同時激活JN

10、K和p38，而MEKK3經(jīng)過激活MKK3特異性激活p38。不同的p38異構體對同一刺激可有不同的反響，IL-1對p38的激活明顯強于p38，TNF1-使p38活性到達頂峰的時間明顯短于使p38到達頂峰的時間。不同的異構體對底物的作用也具有選擇性，p38 2對ATF2的磷酸化作用明顯強于p38，p38可以磷酸化ATF2，但卻不能激活MAPKAP-K2和MAPKAP-K3；不同的異構體與不同的上游激酶偶聯(lián)，MKK6可以激活p38、p382、p38，而MKK3僅能激活p38、p38。三、并行的MAPKs 信號通路在細胞信號轉導中的協(xié)調(diào)作用在真菌中，并行的MAPKs信號通路在細胞信號轉導中并無相互作用

11、，其每一條MAPKs通路都是相對獨立的，通常不與其它通路發(fā)生交聯(lián)。可以維持這種相對獨立的機制是由于存在著支架蛋白如STE5，它可將外界信號激活的細胞信號通路中的各個信號分子結合到一同，構成復合物，起到生理性隔室化的效應，從而防止這條通路與其它通路發(fā)生交聯(lián)。對真菌說來，不同的MAPKs通路調(diào)理不同的生理過程；對于同樣的刺激，幾條并行的通路并不同時被激活；其中一條通路假設出現(xiàn)突變，也不影響其它通路的信號傳送。研討闡明，哺乳類細胞也可經(jīng)過多種機制維持其每一條MAPKs信號通路信號轉導的特異性。一條通路中的各信號分子可以直接構成復合物，如MEK1與Ras、Raf-1可構成復合物，每一信號分子的空間構象

12、通常是其相互識別的根底，如Raf-1、MEK僅識別它們的天然底物MEK及ERK，而變性的ERK那么不能被識別。晚近，Schaeffer和Whitmarsh等人報告在哺乳類細胞中也存在著類似于真菌的支架蛋白，如MP1MEKPartner1可以特異性與MEK1和ERK1構成復合物并促進其活化，而JIP-1JNKinteractingprotein-1可以特異性與MKK7和JNK構成復合物并促進其活化。但是，在哺乳類細胞中并行的MAPKs信號通路對細胞信號轉導具有更為復雜的協(xié)調(diào)作用。同一刺激，可同時激活幾條MAPKs通路，如應激刺激可同時激活ERK、JNK和p38MAPK三條通路，而EGF可同時激活

13、JNK及ERK二條通路，并行的MAPKs通路之間經(jīng)過復雜的機制既可相互區(qū)別、又能相互調(diào)理。有研討證明，在成纖維細胞中，激活SAPK的刺激可以誘導MKP-1基因的表達，但激活ERK的刺激并無此作用，由于MKP-1可使ERK去磷酸化活性降低，提示這二條通路之間具有相互調(diào)控，這一調(diào)理機制的存在可使細胞特異地對激活SAPK通路的刺激發(fā)生反響。此外還有學者報告，JNK及ERK均可磷酸化轉錄因子Elk-1，促進TCFternarycomplexfactor的構成、添加SREserumresponseelement的轉錄活性，提示SRE是這二條通路的集合點，闡明細胞可對不同的細胞外刺激信號進展整合，最終產(chǎn)生

14、協(xié)調(diào)的生物學反響。由此可見，在哺乳類動物細胞中，并行的MAPKs通路相互區(qū)別、相互聯(lián)絡，確保了細胞反響的準確性和準確性。四、MAPKs 的滅活研討體外培育的PC12細胞發(fā)現(xiàn)，ERK被細胞外刺激激活后，其活性增高繼續(xù)時間的長短決議著細胞對刺激的反響方式：ERK的短暫激活可使細胞增殖，而ERK的繼續(xù)激活可使細胞分化。因此，MAPKs的滅活與其被激活同樣重要，而且也是遭到嚴風格控的。MAPKs調(diào)理位點的蘇氨酸及酪氨酸殘基被其上級雙特異性激酶磷酸化激活，一組雙特異性蛋白磷酸酶可使同樣位點的蘇氨酸及酪氨酸殘基去磷酸化，從而滅活MAPKs。目前知的雙特異性磷酸酶有：MKP-1CL100、MKP-2、hvH

15、3、hvH5、PAC-1、MKP-3、Pst-1、Pst-2。在COS細胞或大鼠胚胎成纖維細胞中表達的MKP-1不僅可阻斷血清或TPA對ERK的激活，而且可以阻斷激活的Ras及Raf對ERK的激活，在血管平滑肌細胞，MKP-1的反義寡核苷酸可以延伸ERK的激活，但對激活的MEK1無影響，COS細胞及T淋巴細胞中，PAC-1的表達可阻斷EGF、TPA及T細胞激活劑引起的ERK的激活。當MKP-1，MKP-2及PAC-1分別在COS細胞、NIH3T3細胞及Hela細胞中表達后，MKP-1可滅活JNK、ERK及p38，MKP-2可滅活ERK及JNK，PAC-1可滅活ERK及p38，當這些蛋白質過度表

16、達時，其對底物的選擇性喪失。MKP-1、PAC-1均存在于細胞核中，為早期即刻反響基因，可以被生長因子及細胞應激所誘導。Pst-1、Pst-2是CL100樣雙特異性磷酸酶，在人皮膚成纖維細胞中為組成型表達，不為應激所誘導，在胞漿中高度選擇性滅活ERKMKP-3hvH6及M36是新發(fā)現(xiàn)的2個雙特異性磷酸酶，MKP-3在胞漿中選擇性滅活ERK，而M36高度選擇性滅活JNK及p38。有時，MAPKs的滅活并不依賴于雙特異性磷酸酶。在PC12細胞，蛋白磷酸酶2APP2A是ERK滅活的限速酶，同時可下調(diào)MEK的活性。由于PP2A主要位于胞漿中，因此，它主要滅活胞漿中的MAPKs。MAPKs的滅活隨其在細

17、胞中的位置不同，由不同的磷酸酶滅活。PP2A、Pst-1、Pst-2可迅速滅活胞漿中的MAPKs，繼續(xù)的MAPKs的激活，常伴有MAPKs轉位到核，此時核中的MAPKs由位于細胞核中的雙特異性磷酸酶MKP-1、PAC-1等滅活。此外，不同的MAPKs為不同的雙特異性磷酸酶選擇性滅活。五、MAPK 信號通路激活的生物學意義ERK信號通路在生長因子介導的細胞增殖過程中發(fā)揚重要作用曾經(jīng)為人們所公認。由于顯性失活dominant-negativeRas、Raf-1突變體可以抑制細胞增殖，而繼續(xù)激活的Raf-1可介導細胞增殖；同樣，顯性失活MEK突變體或繼續(xù)激活的MEK分別抑制或促進NIH3T3細胞的增

18、殖；突變的ERK或其反義cDNA可抑制細胞增殖。此外，ERK通路也參予細胞分化。JNKSAPK及P38MAPK多在應激條件下激活，二者激活后的生物學意義，尚未完全廓清，但研討闡明，這兩條通路的激活能夠與細胞凋亡及應激時的多種病理生理過程有關。細胞凋亡在多細胞生物體的發(fā)育、穩(wěn)態(tài)的維持及嚴重受損細胞的去除中發(fā)揚著重要的作用。多項研討闡明，JNK的激活與多種細胞的細胞凋亡調(diào)控有關。神經(jīng)生長因子NGF可使PC12細胞發(fā)生分化，當NGF從培育基中被去除后，JNK被激活，出現(xiàn)細胞凋亡；當PC12細胞被轉染了JNK上游激酶MEKK1的顯性失活突變體后，NGF撤除誘導的細胞凋亡可被阻斷。Jurkat細胞經(jīng)射線處置后JNK可被激