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(xì)胞內(nèi)的一類絲氨酸蘇氨酸蛋白激酶。研討證明，MAPKs信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路存在于大多數(shù)細(xì)胞內(nèi)，在將細(xì)胞外刺激信號轉(zhuǎn)導(dǎo)至細(xì)胞及其核內(nèi)，并引起細(xì)胞生物學(xué)反響如細(xì)胞增殖、分化、轉(zhuǎn)化及凋亡等的過程中具有至關(guān)重要的作用。研討闡明，MAPKs信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在細(xì)胞內(nèi)具有生物進(jìn)化的高度保守性，在低等原核細(xì)胞和高等哺乳類細(xì)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(xì)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(dǎo)不同的細(xì)胞生物學(xué)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(xì)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?；靵y，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(gòu)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(xì)胞

3、中，與ERK相關(guān)的細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑被以為是經(jīng)典MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，目前對其激活過程及生物學(xué)意義已有了較深化的認(rèn)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(xì)胞因子受體均可激活ERK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。如：生長因子與細(xì)胞膜上的特異受體結(jié)合，可使受體構(gòu)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(jié)合蛋白2Grb2的SH2構(gòu)造域相結(jié)合，而Grb2的SH3構(gòu)造域那么同時與鳥苷酸交換因子SOSSonofSevenless結(jié)合，后者使小分子鳥苷酸結(jié)合蛋白Ras的GDP解離而結(jié)合GTP，從而激活Ras；激活的Ras進(jìn)一步與絲蘇氨酸蛋白激酶Raf-1的

4、氨基端結(jié)合，經(jīng)過未知機(jī)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(dǎo)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(zhuǎn)位進(jìn)入細(xì)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(zhuǎn)錄因子如c-fos、c-Jun、Elk-1、c-myc和ATF2等，從而參與細(xì)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(jìn)而對該通路進(jìn)展本身的負(fù)反響調(diào)理。還有研討發(fā)現(xiàn)，ERKs可磷酸化胞漿內(nèi)的細(xì)胞骨架成份，如微管相關(guān)蛋白MAP-1、MAP-2和MAP-4，參與細(xì)胞形狀的調(diào)理及細(xì)胞骨架的重分布。最近，國外學(xué)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(xué)技術(shù)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(xué)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(yīng)激活

6、化蛋白激酶stress-activatedproteinkinase，SAPK，是哺乳類細(xì)胞中MAPK的另一亞類。目前，從成熟人腦細(xì)胞中已克隆了10個JNK異構(gòu)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(xì)胞中廣泛表達(dá)，而JNK3選擇性在腦細(xì)胞中表達(dá)。JNKSAPK信號通路可被應(yīng)激刺激如紫外線、熱休克、高滲刺激及蛋白合成抑制劑等、細(xì)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(jié)合，使其本身磷酸化而被激活，而活化的PAK進(jìn)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(dá)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(jìn)一步使核內(nèi)的轉(zhuǎn)錄因子c-Jun

8、氨基末端63及73位的絲氨酸殘基磷酸化，進(jìn)而激活c-Jun而加強(qiáng)其轉(zhuǎn)錄活性。c-Jun氨基末端的磷酸化還可以促進(jìn)c-Junc-Fos異二聚體及c-Jun同二聚體的構(gòu)成，這些轉(zhuǎn)錄因子可以結(jié)合到許多基因啟動子區(qū)AP-1位點，添加特定基因的轉(zhuǎn)錄活性。此外，JNKSAPK激活后還可以使轉(zhuǎn)錄因子Elk-1和ATF2發(fā)生磷酸化，并使其轉(zhuǎn)錄活性加強(qiáng)。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(xì)胞內(nèi)，也是MAPKs的亞類之一，其性質(zhì)與JNK類似，同屬應(yīng)激激活的蛋白激酶。目前已發(fā)現(xiàn)p38MAPK有5個異構(gòu)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(xì)胞中廣泛存在，p38僅在骨骼肌細(xì)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(yīng)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(xì)菌細(xì)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(xì)胞轉(zhuǎn)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(gòu)體對同一刺激可有不同的反響，IL-1對p38的激活明顯強(qiáng)于p38，TNF1-使p38活性到達(dá)頂峰的時間明顯短于使p38到達(dá)頂峰的時間。不同的異構(gòu)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(qiáng)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(gòu)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(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的協(xié)調(diào)作用在真菌中，并行的MAPKs信號通路在細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)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)?？梢跃S持這種相對獨立的機(jī)制是由于存在著支架蛋白如STE5，它可將外界信號激活的細(xì)胞信號通路中的各個信號分子結(jié)合到一同，構(gòu)成復(fù)合物，起到生理性隔室化的效應(yīng)，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(shè)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(xì)胞也可經(jīng)過多種機(jī)制維持其每一條MAPKs信號通路信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的特異性。一條通路中的各信號分子可以直接構(gòu)成復(fù)合物，如MEK1與Ras、Raf-1可構(gòu)成復(fù)合物，每一信號分子的空間構(gòu)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(xì)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(gòu)成復(fù)合物并促進(jìn)其活化，而JIP-1JNKinteractingprotein-1可以特異性與MKK7和JNK構(gòu)成復(fù)合物并促進(jìn)其活化。但是，在哺乳類細(xì)胞中并行的MAPKs信號通路對細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)具有更為復(fù)雜的協(xié)調(diào)作用。同一刺激，可同時激活幾條MAPKs通路，如應(yīng)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(fù)雜的機(jī)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(xì)胞中，激活SAPK的刺激可以誘導(dǎo)MKP-1基因的表達(dá)，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(jī)制的存在可使細(xì)胞特異地對激活SAPK通路的刺激發(fā)生反響。此外還有學(xué)者報告，JNK及ERK均可磷酸化轉(zhuǎn)錄因子Elk-1，促進(jìn)TCFternarycomplexfactor的構(gòu)成、添加SREserumresponseelement的轉(zhuǎn)錄活性，提示SRE是這二條通路的集合點，闡明細(xì)胞可對不同的細(xì)胞外刺激信號進(jìn)展整合，最終產(chǎn)生

14、協(xié)調(diào)的生物學(xué)反響。由此可見，在哺乳類動物細(xì)胞中，并行的MAPKs通路相互區(qū)別、相互聯(lián)絡(luò)，確保了細(xì)胞反響的準(zhǔn)確性和準(zhǔn)確性。四、MAPKs 的滅活研討體外培育的PC12細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，ERK被細(xì)胞外刺激激活后，其活性增高繼續(xù)時間的長短決議著細(xì)胞對刺激的反響方式：ERK的短暫激活可使細(xì)胞增殖，而ERK的繼續(xù)激活可使細(xì)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(yán)風(fēng)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(xì)胞或大鼠胚胎成纖維細(xì)胞中表達(dá)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(xì)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(xì)胞及T淋巴細(xì)胞中，PAC-1的表達(dá)可阻斷EGF、TPA及T細(xì)胞激活劑引起的ERK的激活。當(dāng)MKP-1，MKP-2及PAC-1分別在COS細(xì)胞、NIH3T3細(xì)胞及Hela細(xì)胞中表達(dá)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(dāng)這些蛋白質(zhì)過度表

16、達(dá)時，其對底物的選擇性喪失。MKP-1、PAC-1均存在于細(xì)胞核中，為早期即刻反響基因，可以被生長因子及細(xì)胞應(yīng)激所誘導(dǎo)。Pst-1、Pst-2是CL100樣雙特異性磷酸酶，在人皮膚成纖維細(xì)胞中為組成型表達(dá)，不為應(yīng)激所誘導(dǎo)，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(xì)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(xì)

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(zhuǎn)位到核，此時核中的MAPKs由位于細(xì)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(xué)意義ERK信號通路在生長因子介導(dǎo)的細(xì)胞增殖過程中發(fā)揚(yáng)重要作用曾經(jīng)為人們所公認(rèn)。由于顯性失活dominant-negativeRas、Raf-1突變體可以抑制細(xì)胞增殖，而繼續(xù)激活的Raf-1可介導(dǎo)細(xì)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(jìn)NIH3T3細(xì)胞的增

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