专题二-常见的细胞信号转导通路课件.ppt
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- 专题 常见 细胞 信号 转导 通路 课件
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1、JAK-STATTNFR-NF-KBKeap1-Nrf2一一、JAK-STAT信号通路信号通路 JAK-STAT信号通路主要介导细胞因子(IFN/,IFN,IL-10,IL-6等)和生长因子(EPO,GH,EGF,PDGF)刺激的信号转导通路,参与细胞的增殖、分化、凋亡以及免疫调节等多种生物学过程。主要由三个成分组成:酪氨酸激酶相关受体(tyrosine kinase associated receptor)、酪氨酸激酶JAK、转录因子STAT。能激活 JAK/STAT 途径的受体家族广泛分布于各种组织的细胞中,属于细胞因子受体超家族。G 蛋白也可以通过非受体型酪氨酸激酶激活 J AK/STA
2、T 干扰素受体家族,白介素受体家族等。受体胞外部分为N端,胞内部分为C端、跨膜区。共同特点:共同特点:是体本身不具有激酶活性,但胞内段具有酪氨酸激酶JAK的结合位点。受体之间无明显的同源性,只在胞浆近膜区有一段同源区,该区域是其与JAK激酶结合的功能区段。受体的同源区通常包括两个高度保守的结构,一个是富含脯氨酸的“box1”,另一个是在受体靠近细胞膜处的“box2”,它们是决定细胞因子受体与JAK激酶之间相互偶联的最重要结构。JAK-STAT信号通路信号通路酪氨酸激酶相关受体酪氨酸激酶相关受体 受体的二聚化可以是同源的也可以是异源的。在发生同源受体二聚化时,只有JAK2被激活;相反,由不同亚基
3、组成的异源受体二聚化,却可以激活多种JAK。一旦被激活,JAK便磷酸化受体的亚基以及其他底物。JAK-STAT信号通路信号通路 JAK是一类细胞膜内的非受体型可溶性酪氨酸激酶,分子量120-130KD,只有催化结构域而没有SH2。JAK既能磷酸化与其相结合的细胞因子受体,又能磷酸化多个含特定SH2结构域的信号分子。JAK-STAT信号通路信号通路 JAK蛋白家族共包括4个成员:JAK1、JAK2、JAK3以及Tyk2,它们在结构上有7个JAK同源结构域(JH)。JH1结构域为激酶区、JH2结构域是“假”激酶区、JH6和JH7是受体结合区域酪氨酸激酶酪氨酸激酶JAK(Janus kinase)信
4、号转导子和转录激活子(signal transducer and activator of transcription)。自第一1991年个STAT蛋白Stat1被纯化出来以后,目前已发现STAT家族的七个成员,即STAT1,STAT2,STAT3,STAT4,STAT5a,STAT5b,STAT6,含有734 851个氨基酸不等,分子量约为84-113KD。所有STAT蛋白分子由7 7个不同的功能结构域个不同的功能结构域组成:N-端保守序列、螺旋结构域、DNA结合区、连接区域、SH3结构域、SH2结构域、C-端的转录激活区。JAK-STAT信号通路信号通路转录因子转录因子STATN端结构域
5、螺旋 结构域 DNA 结合域连接区SH3SH2 转录 激活区701Tyr Ser1、N端结构域:位于1125位氨基酸残基之间,是STAT蛋白家族中最高度保守性的结构域之一。功能:N端结构域有助于STAT蛋白的二聚体形成四聚体或高度有序的多聚体,增强STAT蛋白和靶基因启动子的结合力。、螺旋结构域:位于135315位氨基酸残基之间,由4个螺旋组成,主要负责STAT蛋白与其它蛋白的相互作用。3、DNA结合结构域:位于320490位氨基酸残基之间,含有几个-折叠结构,与靶基因的启动子结合,启动靶基因的转录。不同的STAT蛋白具有不同的DNA结合特异性。JAK-STAT信号通路信号通路N端结构域 螺旋
6、 结构域 DNA 结合域连接区SH3SH2 转录 激活区701Tyr Ser4、连接结构域:位于490580位氨基酸之间,连接DNA结合结构域和SH2结构域,其序列高度保守,可能与转录调节有关。5、SH2结构域:位于585685位氨基酸残基之间,是STAT分子最保守的结构域,是最重要的功能区段。决定了STAT分子和其相应的受体相互作用的特异性;介导了STAT和活化的JAK之间的相互作用;介导了STAT分子的二聚化,一个STAT蛋白中的SH2结构域与另一个STAT蛋白中磷酸化的酪氨酸相互作用形成二聚体,从而导致STAT蛋白的入核。JAK-STAT信号通路信号通路N端结构域 螺旋 结构域 DNA
7、结合域连接区SH3SH2 转录 激活区701Tyr Ser、SH3结构域:位于500600位氨基酸之间,序列保守性较SH2差,能结合富含脯氨酸的序列。目前尚未发现SH3结构域内有何重要的氨基酸。7、酪氨酸激活基序:这个酪氨酸和其C端的氨基酸序列不仅可以阻止与自身SH2结构域的结合,还决定了STAT分子和其相应的受体相互作用的特异性,以及STAT分子之间二聚化的特异性。8、转录激活结构域(TAD):有一个保守的丝氨酸残基,其磷酸化与否直接影响STAT蛋白的转录活性。它很可能受到翻译后调节,如丝氨酸磷酸化。JAK-STAT信号通路信号通路二聚化受体激活JAKJAK将STAT磷酸化STAT形成二聚体
8、,暴露出入核信号STAT进入核内,调节基因表达配体与受体结合导致受体二聚化JAK-STAT信号通路信号通路JAK-STAT信号通路信号通路 JAK激活后催化受体上的酪氨酸残基发生磷酸化修饰,继而这些磷酸化的酪氨酸位点与周围的氨基酸序列形成“停泊位点”(docking site),同时含有SH2结构域的STAT蛋白被招募到这个“停泊位点”。JAK-STAT信号通路信号通路 细胞因子与相应的受体结合后引起受体分子的二聚化,这使得与受体偶联的JAK激酶相互接近并通过交互的酪氨酸磷酸化作用而活化。最后,激酶JAK催化结合在受体上的STAT蛋白发生磷酸化修饰,活化的STAT蛋白以二聚体的形式进入细胞核内
9、与靶基因结合,调控基因的转录。一种JAK激酶可以参与多种细胞因子的信号转导过程,一种细胞因子的信号通路也可以激活多个JAK激酶,但细胞因子对激活的STAT分子却具有一定的选择性。例如IL-4激活STAT6,而IL-12却特异性激活STAT4。JAK-STAT信号通路信号通路 NF-B信号通路包括受体、受体近端信号衔接蛋白、IB激酶复合物、IB蛋白(inhibitory protein of NF-B)、NF-B二聚体。通常情况下,细胞质中的NF-B与I B结合成三聚体复合物,处于失活状态。很多细胞外刺激信号都可以引起NF-B信号通路的激活,如TNF-a、白介素IL-1、LPS,以及物理和化学因
10、素如紫外线等。这些细胞外的刺激所产生的胞内早期信号途各不相同,但都可以通过衔接蛋白的传递,最终激活IKK复合物。二、二、NF-B信号通路信号通路 NF-B信号通路分为的经典信号通路和非经典信号通路 在NF-B经典信号通路中,IB蛋白的降解使NF-B二聚体得到释放 在NF-B非经典信号通路中,则是通过P100到P52的加工处理,是信号通路激活NF-B信号通路信号通路 包括七个成员:IB、IB、IB、IB、Bcl-3、p100、p105。在细胞质中与NF-B二聚体结合。IB蛋白:存在锚蛋白重复区域(即多个紧密相连的钩状重复序列,每个重复序列含有33个氨基酸IKKIKK调节亚基NEMONF-B信号通
11、路信号通路IB激酶复合物激酶复合物IB蛋白家族蛋白家族 1986年从B淋巴细胞的细胞核提取的转录因子,能与免疫球蛋白kappa轻链基因的增强子B序列GGGACTTTCC特异性结合,促进轻链基因表达。NF-B属于转录因子Rel家族成员,广泛存在于各种细胞中。目前发现5种:RelA(p65)、RelB、C-Rel、p50/NF-kB1(p50/RelA)和p52/NF-kB2。每个成员N端都有一个高度保守的Rel同源结构域(RHD),由约300个氨基酸组成,包含结合特异性DNA序列的基序;蛋白二聚化的基序;一个核定位基序。C末端疏水区域提供NF-B亚基之间的连接。NF-B信号通路信号通路核转录因子
12、核转录因子-B(nuclear factor-kappa B,NF-B)在P65、c-Rel和RelB中,存在着转录激活区域-TAD,对基因表达起正向调节的作用。P50、P52不存在转录激活区域,他们的同二聚体可以抑制转录。NF-B以二聚体形式存在。在胞浆二聚体NF-B与IB结合,在核内二聚体NF-B与DNA结合NF-B信号通路信号通路 当TNF-a(或炎症因子、LPS、紫外线)等外界刺激时,IB激酶被磷酸化而激活,有活性IB激酶催化IB磷酸化。IB 激酶被激活,IB蛋白的亚基的Ser32和Ser36残基和亚基的Ser19和Ser23残基磷酸化,泛素化。NF-B信号通路信号通路 有活性IB随即
13、从p50/p65/IB异源三聚体中解离出来,NF-B二聚体构象发生变化,核定位序列(nuclear localization signals,NLS)暴露,并迅速从细胞质进入细胞核内,与核内DNA上的特异序列相结合,从而启动或增强相关基因的转录。NF-B信号通路信号通路 在很多NF-B信号通路中,许多的信号中间物都是共有的,特别是IKK复合物的上游信号。不同的信号通路可利用一些共有的信号元件激活和抑制通路。NF-B信号通路信号通路IKK复合物上游衔接蛋白TRAFs(TNF受体相关因子)RIPs(受体作用蛋白)IKK复合物的激酶TAK1(TGF激活性激酶1)、NIK(NF-B诱导激酶)NF-B信
14、号通路信号通路 TRAFs家族成员是一大类胞内接头蛋白,能直接或间接与多种TNFR和IL-1/TLR受体家族成员结合,连接到多种下游信号通路的信号因子,包括NF-B的信号通路,从而影响细胞的生存、增殖、分化等,并参与多个生物学过程的调控。在几乎所有NF-B的信号通路中,都是关键的信号中间物。TRAF蛋白家族蛋白家族 TRAF蛋白家族一共有7个成员,分别是TRAF1、TRAF2、TRAF3、TRAF4、TRAF5、TRAF6、TRAF7。TRAFs:TNF受体相关因子受体相关因子 TRAF蛋白质在结构上具有很高的同源性,同源性一般大于30%,其特征性的结构是所有成员在羧基端都有一个TRAF结构域
15、,即包括一个卷曲螺旋结构,介导同型和异型蛋白之间的相互作用。另外,TRAF2-7的N-末端存在一个RING指结构,其可以作为E3泛素连接酶起作用,即将泛素转移到目的蛋白上。RING 指结构后还有5 到7 个锌指结构域TRAF蛋白的结构蛋白的结构NF-B信号通路信号通路TRAFs的功能的功能 通过TRADD,TRAF2和 TNF-的受体TNFR1结合,向下传递信号,激活IKK。在此过程中,其RING指区域作为E3连接酶是必须的。但是其具体作用机制还需要深入研究。在TNFR1信号通路中,单一的敲除TRAF2或TRAF5,NF-B信号通路的激活仍会出现。但是双敲除TRAF2和TRAF5,则会造成 N
16、F-B信号通路中,IKK复合物的激活出现缺陷。因此,在TNFR1信号通路中,需要TRAF2和TRAF5的共同作用。NF-B信号通路信号通路 在Toll-likeIL-1信号通路中,TRAF6可与受体复合物发生作用,激活IKK。但是,TRAF6的E3连接酶作用机制也是需要进一步证明的。NF-B信号通路信号通路 另外,另外,TRAF蛋白家族成员中,蛋白家族成员中,TRAF3也是较广泛。也是较广泛。TRAF3是既可以介导是既可以介导NF-B经典信号通路,也可以介导经典信号通路,也可以介导非经典信号通路。在经典信号通路中,其可以与受体直接非经典信号通路。在经典信号通路中,其可以与受体直接作用激活作用激
17、活IKK复合物。而在非经典信号通路中,复合物。而在非经典信号通路中,TRAF3通过通过NIK(NF-B诱导激酶)激活诱导激酶)激活IKK,从而激活信号,从而激活信号通路。通路。因此,不管在经典还是非经典信号通路中,因此,不管在经典还是非经典信号通路中,TRAF蛋白在蛋白在诱导诱导IKK激活方面发挥着很重要的作用。激活方面发挥着很重要的作用。NF-B信号通路信号通路RIPs受体作用蛋白受体作用蛋白 RIPs是经典是经典NF-B信号途径中的关键的衔接蛋白。信号途径中的关键的衔接蛋白。RIPs既可以通过蛋白结合区域直接作用于信号通路的上既可以通过蛋白结合区域直接作用于信号通路的上游,也可以通过与游,
18、也可以通过与NEMO结合激活结合激活IKK复合物。并且,复合物。并且,在大多数的在大多数的TRAF依赖型信号通路中,依赖型信号通路中,RIPs都被牵涉其都被牵涉其中。中。RIP蛋白家族一共有蛋白家族一共有7个成员,分别为个成员,分别为RIP1-7。RIP蛋白的结构特征是:都具有保守的丝氨酸蛋白的结构特征是:都具有保守的丝氨酸/苏氨酸激苏氨酸激酶区域。酶区域。NF-B信号通路信号通路RIP1 RIP1具有一个死亡结构域,介导其他衔接蛋白和受体的死亡结构域之间的相互作用。RIP1可以招募并激活IKK复合物。RIP1激酶区域对IKK的激活并不是必需的,通过NEMO的寡聚化和IKK的自磷酸化,诱导IK
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