1、第六章 cAMP、cGMP信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路 第七章 肌醇三磷酸、二酰甘油與信號轉(zhuǎn)導(dǎo) （第二信使信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路）,本教學幻燈引用了大量網(wǎng)上圖片，在此對作者表示衷心的感謝。,細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的基本過程及其受體的位置,No cell lives in isolation,重點：各種第二信使的發(fā)現(xiàn)、 產(chǎn)生、 靶分子、 信號通路、 生物學效應(yīng)。,第二信使：cAMP cGMP IP3 DAG Ca2+,第六章 一、cAMP的發(fā)現(xiàn)和第二信使學說,The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1971 for his discoveries concerning the mecha

2、nisms of the action of hormones,Earl W. Sutherland, Jr. USA Vanderbilt University Nashville, TN, USA b. 1915, d. 1974,2. 腎上腺素磷酸化酶原 后者活性不升高,腎上腺素的作用是間接的,腎上腺素通過肝細胞顆粒部分（膜或細胞器）里的一種物質(zhì)使磷酸化酶活性,3. 肝勻漿ATP,Mg2+腎上腺素，磷酸化酶活性 勻漿上清ATP,Mg2+ 腎上腺素，磷酸化酶活性不,4. 進一步研究發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵物質(zhì)cAMP，并進而發(fā)現(xiàn)了腺苷酸環(huán)化酶。,腎上腺素可以激活磷酸化酶,Sutherland提出的第二信使

3、學說：胞外化學物質(zhì)（第一信使）不能進入細胞內(nèi)部，它作用于細胞表面特異受體，導(dǎo)致胞內(nèi)第二信使的產(chǎn)生，從而激發(fā)一系列的生化反應(yīng)，產(chǎn)生一定的細胞生理效應(yīng)，最后第二信使降解，其信號作用終止。,二、cAMP的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,（一）cAMP的產(chǎn)生 腺苷酸環(huán)化酶的作用 （adenylate cyclase， AC）,（或者：guanylyl cyclase）,AC系統(tǒng),胞外信號及受體 G蛋白 AC催化亞單位 活化AC的協(xié)同因子,激素 神經(jīng)遞質(zhì),腺苷酸環(huán)化酶系統(tǒng) （adenylate cyclase， AC）,1. AC,大多是膜結(jié)合型 1165個氨基酸 分區(qū)：M1,M2 胞內(nèi)區(qū)域：C1,C2,AC至少有9種哺

4、乳類亞型（），一種細胞可以有多種亞型，調(diào)節(jié)不同的生理功能及不同的細胞內(nèi)定位。,可溶性（soluble AC，sAC）,sAC存在于胞質(zhì)和細胞器中 激活物與質(zhì)膜AC不同 下游底物與質(zhì)膜AC也不同,NDPK的其它作用,（二）cAMP作用的靶分子：cAMP產(chǎn)生后做什么？,蛋白激酶A （protein kinase A，PKA）： 被cAMP活化，使下游靶蛋白的絲氨酸或蘇氨酸殘基磷酸化。,催化亞基C：灰色和黃褐色 磷酸化結(jié)合區(qū)：黃色 調(diào)節(jié)亞基R：藍綠色 R亞基抑制區(qū)：紅色 G螺旋：綠色,廣泛，不斷發(fā)現(xiàn)新的底物,底物磷酸化肽段的共有序列：RRXSY（精精？絲酪）,PKA的非cAMP底物功能：PKA的催化

5、亞基C具有不依賴于cAMP的功能，調(diào)節(jié)亞基R也有不同的獨立功能。,cAMP的底物,問題：不同細胞、不同信號都通過cAMP引起細胞效應(yīng)，如何保持細胞效應(yīng)的特異性？,PKA有不同亞型，對cAMP的親和力不同，其作用底物時序不同； b. 不同細胞PKA底物蛋白不同 c. cAMP信號區(qū)域化：有濃度梯度，PKA有錨定蛋白。,cAMP的底物,2. 環(huán)核苷門控陽離子通道 （CNG） 存在于嗅覺感受器和竇房結(jié)起搏細胞，直接與cAMP結(jié)合，通道活性受其調(diào)控。,嗅覺細胞上cAMP與離子通道的直接結(jié)合使通道開放,cAMP的底物,經(jīng)典途徑,2004年度諾貝爾生理學或醫(yī)學獎授予美國哥倫比亞大學霍華休斯醫(yī)學研究所(HH

6、MI)的研究人員Richard Axel和任職于弗雷德哈欽森癌癥研究中心的HHMI研究人員Linda Buck。這兩位科學家因為闡明了整個嗅覺系統(tǒng)的工作原理而受到表彰。 每個氣味受體首先激活一種成對存在的G蛋白，后者又轉(zhuǎn)而刺激環(huán)一磷酸腺苷（又稱環(huán)腺苷酸，cAMP）的形成。cAMP是一種信使分子，可直接激活離子通道（CNG)，讓其開通，然后嗅覺細胞被激活。,3. 鳥苷酸交換因子（GEF） 可直接與cAMP結(jié)合，調(diào)節(jié)Ras家族成員Rap1的活性。,cAMP的底物,（三）cAMP信號的滅活 被特異的環(huán)核苷酸磷酸二酯酶（ phosphodiesterase， PDE）所分解。,PDE的主要結(jié)構(gòu)部分：

7、保守的催化中心 決定其底物特異性的決定簇 起調(diào)節(jié)作用的特異決定簇,PDE的作用,PDE的基本結(jié)構(gòu),（四）cAMP信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路 包括產(chǎn)生cAMP的上游組分和cAMP的作用底物。,cAMP信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的放大效應(yīng) （其它信號通路遵循相同的原則）,一個上游分子可以激活許多下游分子，每一級都使信號得以放大，形成瀑布效應(yīng)。,如何判斷一種激素是否通過cAMP第二信使發(fā)揮作用？,1. 激素使細胞cAMP濃度 2.作用出現(xiàn)在cAMP濃度之后 3.外源性給予cAMP可模擬激素作用 4. 抑制PDE可加強激素的作用 5. 激素可激活PKA,三、cAMP信號通路調(diào)節(jié)的生理過程 (自學為主),對基因表達的調(diào)節(jié),FK,

8、forskolin（福斯克林） CRE, cAMP response element. CREB, CRE binding protein AP, alkaline phosphatase,教科書圖67有誤,FK激活A(yù)C，促進堿性磷酸酶的合成和釋放； 抑制型G蛋白受體激動劑對抗FK的作用。,請注意方法學的應(yīng)用,AC在復(fù)雜研究中的意義及其生物信息學方法,四、cGMP信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,cGMP的分子結(jié)構(gòu)和水解部位 （滅活）,（二） cGMP的產(chǎn)生和滅活,鳥苷酸環(huán)化酶 （guanylate cyclase，GC）,GC,Soluble (sGC) Membrane (mGC,rGC),2. cGMP的發(fā)

9、生 通過鳥苷酸環(huán)化酶（GC）的酶促反應(yīng),（三）cGMP作用的靶分子,1. PDE 通過激活或抑制PDE從而調(diào)節(jié)cAMP通路； 2. CNG 直接與離子通道蛋白結(jié)合，影響其開放； 3. GCAPs（cGMP激活蛋白，Guanylate cyclase-activating proteins） 一種鈣依賴性蛋白，影響視覺功能； BBRC 2004; 322 (1): 1123-1130 Guanylate cyclase-activating proteins: structure, function, and diversity. 4. PKG 主要靶分子,Structure 18, 11612

10、6, January 13, 2010,guanylate cyclase-activating proteins (GCAPs) guanylate cyclase-inhibitory proteins (GCIPs),（四）cGMP調(diào)節(jié)的生理功能,在視覺信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用,NO-cGMP-PKG 通路,開放鉀離子通道 關(guān)閉鈣離子通道 抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放鈣,PKG使MLC去磷酸化,血管平滑肌細胞舒張的典型過程,University of California-Los Angeles,State University of New York in Brooklyn,University of Te

11、xas Medical School in Houston.,1998 Nobel Prize Winners in Physiology or Medicine :,Nobel prize committee say Yes to NO!,cGMP及其激酶在心肌肥大中的作用,Nature Reviews Drug Discovery 6, 617-635 (2007) ;關(guān)注某個疾病發(fā)生發(fā)展時信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的變化。,cAMP和cGMP通路的關(guān)系 二者在生理效應(yīng)上有一定的拮抗關(guān)系,PDE有多種型號，分別對cAMP和cGMP特異。,Diagram illustrating possible inter

12、actions between angiotensin II- and guanylyl cyclase-dependent systems in the rat podocytes. NPR-A - guanylyl cyclase-linked receptor for ANP, sGC - soluble guanylyl cyclase, pGC - particulate guanylyl cyclase, PDE - phosphodiesterase(s),第七章 IP3和DAG 與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)雙信使途徑,一、IP3和DAG 雙信使途徑,學習專業(yè)詞匯！,IP3：肌醇三磷酸 DAG：二?；视?二、IP3和DAG的產(chǎn)生和滅活,產(chǎn)生：PLC對PIP2的水解,PLC delta 激活移位至胞膜，PH為結(jié)合區(qū)，Cat為催化區(qū),IP3和DAG的滅活,IP2 IP3 IP4,PI3K,磷酸酶,花生四烯酸 DAG 磷脂酸,DAG激酶,磷酸酶A2,三、IP3/Ca2和DAG/PKC信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,產(chǎn)生前合一，生成后獨立,PIP2,IP3,DAG,PKC,Ca2,PLC(-,-,-),PLC- 的活性被受體酪氨酸激酶調(diào)節(jié)， PLC- 的跨膜受體是激素和神經(jīng)遞質(zhì)受體 PLC- 由激素通過增加PIP2的濃