1、分子生物學：細胞信號研究生課件6. VEGF Receptor Signal TransductionVEGF是促進血管生長發(fā)育的關鍵性生長因子。在哺乳動物中，VEGF可分為A、B、C、D、E及PlGF幾類。6.1 Vascular Endothelial Growth FactorMolecular Structure of VEGF人VEGF-A有六種不同的異構體，由同一mRNA前體剪接而來。Isoforms of Vascular Endothelial Growth Factor A (VEGF-A)6.2 VEGF ReceptorVEGF受體屬于單跨膜-螺旋型受體，以同源二聚體形式

2、存在，具有受體TPK活性。VEGF受體分為VEGFR1、VEGFR2和VEGFR3三型，不同的受體分布于不同的組織細胞。VEGF Receptor FamilyVEGF Receptor Family and Their distributionCross et al., Trends in Biochem. Sci., 28, 488 (2003)VEGFR與其配體結合后，胞內區(qū)受體TPK被激活，對多種底物蛋白/酶進行磷酸化修飾以傳遞生長信號?？杀籚EGFR激活的信號轉導途徑包括PLC-PKC途徑、Ras-MAPK途徑、PI3K-PKB途徑等。6.3 VEGFR Signal Transdu

3、ction PathwaysVEGFR Signal Transduction PathwaysCross et al., Trends in Biochem. Sci., 28, 488 (2003)Section 9 Signal Transduction System by Insulin Receptor1. Structure and Function of Insulin Receptor胰島素受體為四聚體，由兩個跨膜的亞基和兩個胞外的亞基組成， 亞基與亞基之間通過二硫鍵連接。受體亞基的胞內區(qū)具有受體TPK活性，且具有多個酪氨酸殘基磷酸化修飾位點。Molecular Structu

4、re of Insulin ReceptorPhosphorylation of Insulin Receptor當胰島素受體與其配體結合后，即可使受體TPK活化，催化受體蛋白酪氨酸殘基的自身磷酸化，以及特異底物蛋白酪氨酸殘基的磷酸化，從而將信號傳遞進入細胞內。2. Substrates of Insulin Receptor TPKActivation of Insulin Receptor目前已知，胰島素受體TPK的特異底物蛋白主要是胰島素受體底物（insulin receptor substrate，IRS）家族，即IRS-1,2,3,4。2.1 Structure and Functi

5、on of IRS FamilyMolecular Structures of IRS FamilyIRS被磷酸化修飾后，即可使其TPK活性被激活，從而催化相應的底物蛋白磷酸化以進行信號傳遞。Phosphorylation of IRS-1The Substrates of IRS除此之外，胰島素受體TPK還可催化信號銜接蛋白Shc（Src homology collagen protein）的磷酸化，通過激活Shc來傳遞信號。2.2 Functions of Signal Adaptor Shc3. Signal Transduction Pathways by InsR由胰島素受體（Ins

6、R）所觸發(fā)的信號轉導途徑主要涉及兩條：即Ras-MAPK途徑和PI3K-PKB途徑。PI3K-PKB信號轉導通路：磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3K）家族至少包括、三型，是由調節(jié)亞基（p85）與催化亞基（p110）組成的二聚體，不同亞型PI3K的激活方式不同。PI3K的調節(jié)亞基可被IRS磷酸化修飾，導致調節(jié)亞基與催化亞基解聚而使其激活。Activation of PI3K激活的PI3K可催化磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（PIP2）的肌醇3位磷酸化，生成磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸（PIP3），后者是依賴磷脂酰肌醇的蛋白激酶（PDK1/2）以及PKB的激活劑。Catalytic Activity o

7、f PI3K活化的PDK1/2磷酸化蛋白激酶B（PKB，Akt），后者再催化若干底物蛋白/酶的磷酸化，調節(jié)細胞的生理功能。Activation of PKB/Akt1/2Signal Transduction Pathway by PI3K-PKBSignal Transduction Pathways by InsRSection 10 Signal Transduction System by Cytokine Receptor1. Structure of Cytokine Receptor大多數(shù)細胞因子受體是單跨膜-螺旋型糖蛋白，其胞內區(qū)無TPK活性結構域。但細胞因子受體被激活后，可與

8、具有TPK活性的連接蛋白相互作用，使其底物蛋白磷酸化而將信號傳遞進入細胞。細胞因子受體可按其胞外配體結合結構域的不同而分為四個亞型。細胞因子受體超家族-細胞因子受體超家族-細胞因子受體的結構特點：胞內區(qū)無TPK活性，需作用于其他可溶性非受體型TPK以傳遞信號；多數(shù)受體由兩個及以上的亞基組成；一種受體的亞基也可作為另一種受體的亞基。2. Type and Structure of Non-receptor TPK非受體TPK通常存在于胞漿或胞內顆粒性組分中，廣泛分布于各種組織細胞中。按其分子結構的不同，可將非受體型TPK分為十個亞類：Src、Frk、Btk、Csk、Abl、Syk、Fes、Fak

9、、Jak、Ack。Molecular Structure of Src3. Signal Transduction Pathway by Cytokine Receptor細胞因子受體常通過Jak-Stat途徑傳遞信號。Jak Janus Kinase，至少有四個家族成員，即Jak1、2、3和Tyk2。細胞因子受體與其配體結合后，即可作用于其偶聯(lián)的Jak，使其TPK活性被激活。Activating Mechanism of JakStat 信號轉導子和轉錄激活子，至少包含六個家族成員，具有信號轉導和轉錄因子的雙重作用。Stat被Jak磷酸化修飾后，二聚化并轉移到細胞核內，通過調控基因表達產生生

10、理效應。IFN Signal Transduction PathwayEpoR Signal Transduction PathwaySection 11 Signal Transduction System by Wnt Receptor1. Introduction of Wnt Signal Transduction SystemWnt（細胞因子）是一種分子量約4萬的分泌型糖蛋白，存在于從線蟲、果蠅屬到哺乳動物的各種屬生物中。Wnt信號轉導系統(tǒng)在動物的早期發(fā)育及形態(tài)形成中具有重要作用。另外，也參與出生后細胞的增殖分化的調控。因此，Wnt信號轉導系統(tǒng)不僅是發(fā)育生物學，同時也是腫瘤生物學的研

11、究熱點。最早對Wnt信號轉導通路的了解來自對致癌病毒和果蠅發(fā)育機制的研究：Nusse et al (1982、1984)用小鼠乳頭瘤病毒（MMTV）誘導鼠產生乳腺癌的過程中，發(fā)現(xiàn)MMTV常常固定整合于宿主染色體的特定位置，激活該位點的基因，這一位點的基因被命名為int-1。cancer隨后發(fā)現(xiàn)這一基因與果蠅胚胎發(fā)育基因wingless（wg）同源，wg基因突變將導致成年果蠅無翅。將wg基因與int基因名稱簡并后，該基因被重新命名為wnt-1。developmentWnt信號轉導系統(tǒng)在胚胎發(fā)育過程中具有重要的作用：例如調節(jié)果蠅胚胎發(fā)育中體節(jié)及成蟲盤模式的正確形成；爪蟾的背-腹模式和神經形成；決定

12、細胞命運等。研究結果還表明：Wnt信號轉導系統(tǒng)與一些常見人類惡性腫瘤如大腸癌、黑色素瘤、乳腺癌、小細胞肝癌的發(fā)生發(fā)展亦密切相關。目前已知，wnt基因在無脊椎動物和脊椎動物中高度保守，且基因家族成員眾多。在哺乳類動物中wnt編碼基因至少有19個。因此，一般將由wnt基因編碼產物(Wnt)所介導的信號轉導通路統(tǒng)稱為Wnt信號轉導系統(tǒng)。2. Components of Wnt Signal Transduction System2.1 Wnt Gene FamilyWnts Comprise a Large Family of Cytokines從低等的線蟲到高等的哺乳類動物，wnt基因家族成員均在

13、其發(fā)育過程中具有重要作用，而且不同的wnt基因，在胚胎發(fā)育和成年組織中的作用不同。Wnt基因的編碼產物均為分泌型糖蛋白，含2條N-連接型寡糖鏈、1段信號肽以及23或24個位置保守的半胱氨酸殘基。Wnt蛋白能夠以自分泌或旁分泌兩種不同形式作為細胞生長及細胞分化信號。Wnt受體又稱為Frizzled受體（Fz受體）。Fz受體是一類跨膜蛋白，可分為含一段半胱氨酸富集結構域（CRD, cysteine-rich-domain）的胞外區(qū)、七跨膜a-螺旋區(qū)和胞漿內羧基端三個部分，其中胞外區(qū)為Wnt蛋白結合所必需。2.2 Wnt Receptor Frizzled ReceptorFz受體的七跨膜a-螺旋區(qū)

14、與G蛋白偶聯(lián)受體類似，因此Fz受體屬于G蛋白偶聯(lián)受體超家族的成員。最新的研究證實，G蛋白（Gq/o）參與了Fz受體介導的Wnt信號傳遞過程。Wnt蛋白與Fz受體結合后即可將信號傳入胞內，并且這種結合有一定特異性。低密度脂蛋白受體相關蛋白（LRP）是一類在脂代謝中具有重要作用的受體蛋白，其中哺乳動物的LRP5/6在Wnt信號轉導中具有重要的作用，是Fz受體的輔受體。2.3 LDL Receptor Related Proteins LRP5/6LRP5/6的胞外區(qū)可以結合Wnt蛋白，并與Fz受體相互作用將信號從胞外傳入胞內。此外，在Wnt信號存在時，LRP5的胞內區(qū)可以募集抑制蛋白Axin并使其

15、降解，從而激活Wnt信號轉導通路。Dishevelled（ 蓬亂蛋白，Dsh，Dvl）是細胞內多條信號轉導通路的接頭蛋白，由一系列同源基因編碼。Dsh家族基因編碼的蛋白產物無激酶活性，含三個保守的功能結構域：DIX (disheveled and axin) Domain；PDZ (PSD-95, discs-large and ZO-1) Domain；DEP (dishevelled,egl-10 and pleckstrin) Domain。2.4 Adaptor Protein DishevelledMolecular Structure of Dishevelled Protein其

16、中，Dsh接頭蛋白的PDZ結構域與Fz受體胞內區(qū)直接結合。當Wnt與受體Fz結合后，可使Dsh與Fz受體胞內區(qū)結合；然后，Dsh被蛋白激酶（CK1/2）磷酸化，即能抑制GSK-3b。糖原合酶激酶3（GSK-3）是一種最初在糖原合成代謝中的作用而被發(fā)現(xiàn)并命名的Ser/ Thr蛋白激酶?，F(xiàn)發(fā)現(xiàn)GSK-3是Wnt信號轉導通路的一個重要的負調控因子，可通過對其下游的另外兩個信號轉導蛋白-catenin（-連環(huán)蛋白）和APC蛋白的磷酸化修飾而發(fā)揮信號轉導作用。2.5 Glycogen Synthase Kinase 3-Catenin（-連環(huán)蛋白）是Wnt信號轉導通路關鍵的傳遞子（transducer）

17、。在Wnt信號通路中，-catenin至少與三個蛋白相互作用，即：GSK-3、支架蛋白Axin和結腸腺瘤性息肉病蛋白APC（Adenomatous polyposis coli protein）。2.6 -CateninMolecular Structure of -CateninGSK-3對APC的磷酸化有助于APC與b-catenin的結合，而對-catenin氨基端絲/蘇氨酸的磷酸化則是啟動泛素系統(tǒng)降解-catenin的起始信號。GSK-3-APC-Axin-catenin四元復合物的形成是啟動降解過程所必須。反之，當有Wnt信號時，GSK-3活性受到抑制，非磷酸化形式的-catenin

18、在細胞內大量累積并進入胞核，與轉錄因子TCF/LEF形成復合物，啟動靶基因的表達。DNA結合蛋白TCF（T cell factor）/LEF（lymphoid enhancer factor）是Wnt信號轉導通路中的轉錄因子。這類DNA結合蛋白最初以T細胞DNA結合因子被發(fā)現(xiàn)并命名。TCF/LEF家族有多個成員，但所有成員編碼的蛋白產物，均含有一個轉錄抑制因子Groucho 結合結構域，只具有DNA結合能力，而不能激活基因的轉錄。2.7 DNA Binding Protein TCF/LEF-catenin一旦在胞漿內累積就可進入核內，取代轉錄抑制因子Groucho，與TCF/LEF、DNA結

19、合形成三元復合物，改變DNA的結構；并且通過結合轉錄活化因子P300/CBP家族等蛋白，募集RNA聚合酶，啟動靶基因的表達。3. Wnt Signal Transduction PathwaysWnt信號轉導通路主要有三條：-catenin通路（canonical pathway ）；細胞極化通路（the planar cell polarity pathway ）；Wnt/Ca2+通路。Overview of Wnt Signal Transduction PathwaysstimulatedAxinAPC& othersFrizzled(Wnt receptor)unstimulatedD

20、shAxinAPC& othersnucleusFrizzled(Wnt receptor)target genesCanonical Wnt / -catenin Signal PathwayThe Basic ModelDegradedDegradedb-catGSK-3P*GSK-3WntWntWnt-cat-cat-cat+Dsh-nucleustarget genes-catLef/TCFLRP5/6(Wnt coreceptor)LRP5/6(Wnt coreceptor)Lef/TCFb-catenin信號轉導通路通過激活轉錄因子TCF/LEF調控特異基因的表達，決定細胞的命運。

21、細胞極化信號轉導通路主要參與調節(jié)細胞骨架的組裝及細胞極化。Wnt/Ca2+信號轉導通路主要參與調節(jié)細胞粘附和細胞運動。不同Wnt信號轉導通路的生理功能有所不同：Section 12 Signal Transduction System by Nuclear Receptor 1. Nuclear Receptor Superfamily核受體超家族的成員眾多，在人類已發(fā)現(xiàn)達48種。主要包括：類固醇激素受體，如糖皮質激素受體（GR）、鹽皮質激素受體（MR）、黃體素受體（PR）、雄激素受體（AR）、雌激素受體（ER）等。甲狀腺激素受體，如三碘甲腺原氨酸受體（T3R）、四碘甲腺原氨酸受體（T4R）。

22、維生素受體，如1,25-二羥維生素D3受體（VDR）、視黃酸受體（RAR）、類視黃醇X受體（RXR）。孤兒受體（orphan receptor），未確定其配體的核受體。主要包括，過氧化物體增殖激活受體（PPAR），膽汁酸受體（FXR），肝X受體（LXR），孕烷X受體（PXR），組成性雄烷受體（CAR）等。Nuclear Receptor Superfamily2. Subcellular Localization and Activation of Nuclear ReceptorGR、MR主要分布于胞漿中，T3R、VDR、RAR、RXR則位于細胞核內，而PR、ER、AR則既存在于胞漿，又存在

23、于核內。由于胞內受體位于細胞的胞漿或/和細胞核中，故其相應的配體（激素）需進入細胞內，才能與其受體相結合。分布在胞漿中的受體通常與伴侶蛋白，如熱休克蛋白90（Hsp90）構成復合物而處于無活性狀態(tài)。當特異性配體與受體結合后，受體被活化并與動力蛋白（Dyn）結合而發(fā)生核轉移。接著，伴侶蛋白及動力蛋白，游離的活化受體與DNA分子上的激素反應元件（HRE）相結合，調節(jié)特異基因的表達。Molecular Structure of Hsp90Activation and Translocation of Nuclear Receptor3. Molecular Structure of Nuclear

24、Receptor核受體在一級結構上具有高度同源性，可分為A/B、C、D、E、F六個區(qū)。高度可變區(qū)/激活功能元件-1DNA結合區(qū)絞鏈區(qū)/核定位信號區(qū)配體結合區(qū)/激活功能元件-2核受體家族的同源性高度可變區(qū)（A/B區(qū)）：不同核受體的氨基酸序列變化較大，主要與轉錄調節(jié)有關。核轉位和DNA結合區(qū)（C、D區(qū)）：主要與受體的核轉位并與激素反應元件（HRE）結合有關，其中帶有鋅指模體結構。激素結合區(qū)（E、F區(qū)）：與特異性的激素相結合有關；無活性時與hsp90相結合。此區(qū)也參與轉錄調節(jié)。DNA Binding Domain of Nuclear Receptors4. Interaction between

25、Nuclear Receptor and DNA活化的核受體以二聚體形式，與靶基因附近的激素反應元件（hormone response element，HRE）結合，調節(jié)基因的表達。幾乎所有的HRE均具有回文結構，是受體識別DNA的關鍵位點。DNA Sequences of Hormone Response Element核受體與HRE的結合模式有多種：同源二聚體；異源二聚體；與孤兒受體結合形成異源二聚體；與單體形受體結合形成異源二聚體。與DNA結合的核受體再募集轉錄活化因子、組蛋白乙?；傅龋瑔犹禺惢虻霓D錄。Transcriptional Regulation by Nuclear Re

26、ceptor5. Peroxisome Proliferator-activated Receptor過氧化物體增殖物激活受體（PPAR）是一組具有復雜功能的核受體超家族成員，有三種亞型，即PPAR、PPAR/和PPAR。PPAR的分子結構與其他核受體的分子結構相似，但不能形成同二聚體，而是與RXR形成雜二聚體，并與PPAR反應元件（PPRE）相結合，以調控基因表達。Molecular Structures of PPARPPAR Combined with RXR三種亞型的PPAR的天然配體有所不同，主要有多不飽和脂肪酸、前列腺素及白三烯等，人工合成的糖尿病治療新藥噻唑烷二酮（TZD）也是P

27、PAR的配體。三種亞型的PPAR分布于不同的組織細胞，其生物功能也有所不同，但主要與脂類代謝、糖代謝及炎癥反應相關基因表達調控有關。PPAR Signal Transduction Pathway6. Bile Acid Receptor膽汁酸受體又稱為法尼酯受體（FXR），具有典型的核受體結構。FXR也需與RXR形成雜二聚體后才能和DNA特異元件相結合，以調控基因的表達。FXR的天然配體是法尼酯和膽汁酸，最有效的配體是鵝脫氧膽酸。FXR主要參與膽汁酸合成代謝的關鍵酶以及膽汁酸相關轉運蛋白的基因表達，因此對體內膽固醇及膽汁酸的代謝有重要的調節(jié)作用。7. Liver X-Activated Re

28、ceptor肝X受體（LXR）也是核受體家族成員，有LXR和LXR兩種亞型。LXR的天然配體包括22-羥膽固醇、24-羥膽固醇、27-羥膽固醇和24,25-環(huán)氧膽固醇。LXR與其配體結合后，即可與RXR形成雜二聚體，與特異的LXRE結合，啟動靶基因的表達，調控膽固醇的吸收、轉運和轉化。Section 13 Signal Transduction System by NF-B 1. Molecular Structure of NF-BNF-B是由兩個亞基組成的同二聚體或雜二聚體，屬于轉錄激活因子。NF-B的亞基是Rel蛋白家族的成員，包括p105/p50、p100/p52、p65、RelC和R

29、elB五種。其核定位及DNA結合區(qū)位于N端，轉錄激活區(qū)位于C端。2. Activating Mechanism of NF-B在無刺激因素作用時，NF-B雜二聚體位于胞漿中并與其抑制蛋白IB相結合。在外界刺激因素作用下，IB激酶（IKK）被激活，催化IB的磷酸化，使泛素化并被蛋白酶體降解?；罨腘F-B轉移至細胞核內，與NF-B反應元件相結合，調節(jié)基因表達。Activation of NF-B3. Signal Transduction Pathways by NF-B許多刺激因子與其受體結合后，均可觸發(fā)NF-B的信號轉導，從而調節(jié)炎癥、應激與免疫反應，調節(jié)細胞增殖、分化和凋亡。目前已知，介導

30、NF-B信號轉導的受體主要包括TNF受體（TNFR）、IL-1受體（IL-1R）和Toll受體（TLR2/4）等。The Stimulating Factors of NF-B Signal PathwayNF-B Signal Pathway Mediated by TNF ReceptorTRADD TNF receptor associated death domain proteinRIP receptor interacting proteinNIK NF-kappaB-Inducing Kinase NF-B Signal Pathway Mediated by IL-1 ReceptorIRAK Interleukin-1 receptor-associated kinase；TRAF6 TNF receptor-associated factor 6；TAB2 Mitogen-activated protein kinase kinase kinase 7-interacting protein 2 (TAK1-binding protein 2)；TAK1 Mitogen-activated protein kinase kinase kinase 7 (Transforming growth factor-be