細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)進(jìn)展G蛋白.ppt

細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)進(jìn)展 2010 11 12e mail jiangxn88 內(nèi)容 緒論第一章細(xì)胞信號(hào)分子第二章蛋白質(zhì)的可逆磷酸化第三章離子通道第四章胞內(nèi)受體的作用機(jī)制第五章g蛋白介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)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(hào)途徑pi3k akt信號(hào)途徑j(luò)ak stat信號(hào)途徑第九章tgf smad信號(hào)途徑第十章細(xì)胞凋亡信號(hào)途徑第十一章wnt信號(hào)途徑第十二章hedgehog notch途徑 g蛋白介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) gpcrg蛋白介導(dǎo)的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)小g蛋白 gpcr的分子結(jié)構(gòu) 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(gè) 螺旋結(jié)構(gòu)組成 每個(gè)疏水跨膜區(qū)段由20 25個(gè)氨基酸組成 多肽鏈的n 端位于細(xì)胞外區(qū) 而c 端位于細(xì)胞內(nèi)區(qū) 在第五及第六跨膜 螺旋結(jié)構(gòu)之間的細(xì)胞內(nèi)環(huán)部分 第三內(nèi)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(jié)構(gòu) hd vft crd venusflytrapdomain allostericmodulator am mglu1vft區(qū)的晶體結(jié)構(gòu) kunishimaetal nature 2000 openwithoutglu closedwithglu gabab受體 異二聚體 代謝型gaba受體 由b1 b2兩個(gè)亞單位組成 b1與配體gaba結(jié)合 b2介導(dǎo)g蛋白的激活 b2可單獨(dú)轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞膜 b1需與b2形成異二聚體才能轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞膜 b1亞單位的vft與gaba結(jié)合后 vft關(guān)閉 引起跨膜部分的構(gòu)象改變 激活g蛋白功能 神經(jīng)遞質(zhì)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(xué)習(xí) 記憶 焦慮及痛覺有關(guān) 功能 修飾離子通道的活性改變突觸的興奮性 如神經(jīng)遞質(zhì)傳遞的突觸前抑制或誘導(dǎo)突觸后應(yīng)答 mglur 同源二聚體 g蛋白介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) gpcrg蛋白介導(dǎo)的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)小g蛋白 參與g蛋白跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的信號(hào)分子 gpcrg蛋白 鳥苷酸結(jié)合蛋白 g蛋白效應(yīng)分子第二信使蛋白激酶等一系列的信號(hào)分子 g蛋白 鳥苷酸結(jié)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(jiǎng)大會(huì)上 諾貝爾生理學(xué)獎(jiǎng)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(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)中所起的作用 g蛋白的活性調(diào)節(jié) 現(xiàn)已發(fā)現(xiàn) 在哺乳動(dòng)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(yīng)的效應(yīng)酶偶聯(lián)起來 將特異的信息傳遞到細(xì)胞內(nèi) 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(jià)結(jié)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(dǎo)致患者細(xì)胞內(nèi)na 和水持續(xù)外流 產(chǎn)生嚴(yán)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(duì)ac的抑制作用 使camp的濃度增加 促使大量的體液分泌進(jìn)入肺 引起嚴(yán)重的咳嗽 g蛋白的效應(yīng)分子 某些離子通道 接受g蛋白的直接或間接調(diào)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(shí)現(xiàn)細(xì)胞外信號(hào)向細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)導(dǎo) g蛋白調(diào)節(jié)的離子通道 a 神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿與心肌細(xì)胞的膜受體結(jié)合 使得g蛋白的 亞基與 亞基分開 b 激活的 亞基復(fù)合物同k 離子通道結(jié)合并將k 離子通道打開 c 亞基中的gtp水解 導(dǎo)致 亞基與 亞基重新結(jié)合 使g蛋白處于非活性狀態(tài) 使k離子通道關(guān)閉 gpcr能夠激活心肌質(zhì)膜的k 離子通道打開 通過神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿調(diào)節(jié)心肌收縮 gpcr介導(dǎo)的跨膜信號(hào)傳遞 磷脂酰肌醇信號(hào)通路 camp信號(hào)通路 1 化學(xué)感受器中的g蛋白氣味分子與受體結(jié)合 激活腺苷酸環(huán)化酶 產(chǎn)生cnmp 開啟cnmp門控陽離子通道 引起鈉離子內(nèi)流 膜去極化 產(chǎn)生神經(jīng)沖動(dòng) 形成嗅覺或味覺 2004年axel和buck因發(fā)現(xiàn)氣味受體和化學(xué)感受器系統(tǒng)的組成而獲諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng) 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(zhì)為7次跨膜蛋白 由視蛋白和視黃醛組成 其信號(hào)途徑為 光信號(hào) rh激活 gt活化 cgmp磷酸二酯酶激活 胞內(nèi)cgmp減少 na 離子通道關(guān)閉 離子濃度下降 膜超極化 神經(jīng)遞質(zhì)釋放減少 視覺反應(yīng) g蛋白介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) gpcrg蛋白介導(dǎo)的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)小g蛋白 小g蛋白家族 特點(diǎn) 分子量小 21 28kd的小肽 為單體功能 與g 類似 起分子開關(guān)的作用與大g蛋白相同點(diǎn) 當(dāng)結(jié)合gtp時(shí)成為活化形式當(dāng)gtp水解成為gdp時(shí) 自身為gtp酶 則回復(fù)到非活化狀態(tài)與大g蛋白不同點(diǎn) 主要受酪氨酸蛋白激酶的調(diào)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(dá)產(chǎn)物通過脂肪酸鏈 異戊烯基 嵌入細(xì)胞膜中 ras gdp 無活性形式ras gtp 活性形式 ras的分類 哺乳動(dòng)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(zhuǎn)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(xì)胞中發(fā)現(xiàn)具轉(zhuǎn)化活性的ras基因 n ras 首先在人成神經(jīng)細(xì)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(jí)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(zhì)中發(fā)生異戊烯化修飾 插入er膜在er膜上 aax被蛋白內(nèi)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(zhuǎn)運(yùn)至質(zhì)膜 進(jìn)一步發(fā)生棕櫚酰化修飾未經(jīng)異戊烯化修飾的ras位于胞質(zhì)中 無活性 ras的活性調(diào)節(jié) ras與gtp gdp的結(jié)合受rasgef 鳥苷酸交換因子 guaninenucleotideexchangefactors 與rasgap gtpaseactivatingprotein gtp酶激活蛋白 的調(diào)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(chǎn)物能抑制細(xì)胞凋亡 加快癌細(xì)胞轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)的 這條途徑不但能促進(jìn)血管生成 還會(huì)誘發(fā)癌細(xì)胞的浸潤和轉(zhuǎn)移 constitutiveactivemutations p loop中的g12v突變使ras對(duì)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(jié)構(gòu)及功能分為10個(gè)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(hào)途徑功能 肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié) 包括細(xì)胞形態(tài) 極性 運(yùn)動(dòng) 囊泡運(yùn)輸 偽足形成等細(xì)胞生長 增殖 分化 ros reactiveoxygenspecies 的產(chǎn)生及存活由來自gpcr integrins及growthfactor受體的信號(hào)所激活 細(xì)胞骨架 cytoskeleton cellmotility 肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架的動(dòng)態(tài)調(diào)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(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞間的相互作用及細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)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(gè)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(gòu)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(jié)合 一直處于激活狀態(tài) 所以其功能的上下調(diào)節(jié)靠的是其表達(dá)水平 根據(jù)另一項(xiàng)研究 rhoe不僅在細(xì)胞增殖方面起到調(diào)節(jié)作用 則在細(xì)胞遷移方面發(fā)揮著其功能 甚至將某些癌細(xì)胞引向細(xì)胞凋亡 ludwiginstituteforcancerresearch的研究人員發(fā)現(xiàn) rhoe會(huì)在生長因子的刺激和dna損壞的情況下表達(dá)增高 因此有可能成為癌癥的生物標(biāo)記 rhoe能阻止肌動(dòng)蛋白的聚合和應(yīng)力纖維的形成 因此細(xì)胞遷移的能力減弱 rhoe成為癌癥治療的又一新目標(biāo) ras超家族 ras超家族成員 100種 根據(jù)氨基酸序列 結(jié)構(gòu)及功能分為10個(gè)亞家族 rab gtpases與囊泡轉(zhuǎn)運(yùn) 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(zhì)與磷脂分子在不同膜結(jié)構(gòu)之間的轉(zhuǎn)運(yùn) 囊泡轉(zhuǎn)運(yùn) vesicletrafficking 包括囊泡的形成 肌動(dòng)蛋白 微管依賴性的囊泡轉(zhuǎn)運(yùn) 與受體膜的融合以及囊泡之間的信號(hào)傳遞 rab gtpases的亞細(xì)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(gè)b片層 5個(gè)a螺旋 10個(gè)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(lán)色 高度保守的核苷酸結(jié)合motif g1 3 pm phosphate mg2 結(jié)合motifc端同源性小 參與rab gtpases的亞細(xì)胞定位 而鳥苷酸結(jié)合位點(diǎn)高度保守 rab gtpasecycles rab在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成后 首先與rabescortprotein rep 結(jié)合形成穩(wěn)定的復(fù)合體 rabc末端的cysmotif在rab香葉酰香葉基轉(zhuǎn)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(zhuǎn)運(yùn)至供體膜 donormembrane 后 與rab解離 參與下一輪循環(huán) 藍(lán)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(shí)與gtp結(jié)合 成為有活性的rab gtp 后者在rabgap的作用下回復(fù)到無活性的rab gdp形式 被激活的rab可與結(jié)構(gòu)和功能各異的效應(yīng)分子相結(jié)合 包括供體膜上的cargosortingcomplexes 參與囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)的動(dòng)力蛋白 motorprotein 以及調(diào)節(jié)囊泡與受體膜融合的tetheringcomplexes 囊泡與受體膜融合 釋放所轉(zhuǎn)運(yùn)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(zhuǎn)運(yùn) 在供體膜出芽部位 rab與效應(yīng)分子形成復(fù)合物 出芽部位與供體膜分離 形成轉(zhuǎn)運(yùn)囊泡 轉(zhuǎn)運(yùn)囊泡脫去包被蛋白 通過動(dòng)力蛋白中介分子 motoradapter 與動(dòng)力蛋白結(jié)合 動(dòng)力蛋白水解atp提供能量 使轉(zhuǎn)運(yùn)囊泡沿微管向受體膜方向運(yùn)動(dòng) 供體膜上的v snare與受體膜上的t snare相互識(shí)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(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì) gdf gdidisplacementfactorsnare solublen ethylmaleimide sensitivefactorattachmentproteinreceptor snares介導(dǎo)的膜融合 v snareiscomprisedoftwoproteins synaptobrevin vamp vesicleassociatedmembraneprotein t snareismadeupoftheproteins syntaxinandsnap 25 conformationalchangesoccurinthev snare t snareassociation afusionproteincomplexisformedwithsnap25whichbindstosyntaxinandvamp thefusion