生物信号转导 细胞凋亡信号通路 2011.5

生物信号转导主要教学内容 教 学 内 容 讲授 合 计 1、生物信号转导概论 6 2、受体及跨膜信号转换 4 3、G蛋白耦联的信号传递通路 合 计 1、生物信号转导概论 6 2、受体及跨膜信号转换 4 3、G蛋白耦联的信号传递通路 4、细胞内的信使物质――第二信使 5、蛋白激酶和蛋白磷酸酶 2 6、细胞周期调控信号途径 7、细胞凋亡信号通路 8、细胞信号转导与癌症 9、植物生长发育的膜外调节信号转导机制 10、细胞信号转导的研究方法 合 计 34

（1）Caspase蛋白 （2）线粒体凋亡通路 （3）死亡受体介导的凋亡通路 （4）p53蛋白 （5）Bcl-2家族蛋白

细胞凋亡的途径主要有两条 ★一条是通过胞外信号激活细胞内的凋亡酶caspase ★一条是通过线粒体释放凋亡酶激活因子激活caspase

Caspase 家族与凋亡 1、Caspase家族 Caspase属于半胱氨酸蛋白酶，相当于线虫中的ced-3，这些蛋白酶是引起细胞凋亡的关键酶，一旦被信号途径激活，能将细胞内的蛋白质降解，使细胞不可逆的走向死亡。它们均有以下特点： ①酶活性依赖于半胱氨酸残基的亲核性； ②裂解靶蛋白位点是天冬氨酸残基后的肽键，所以命名为caspase（ Cysteine aspartic acid specific protease ），方便起见称之为凋亡酶； ③都是由两大、两小亚基组成的异四聚体，大、小亚基由同一基因编码，前体被切割后产生两个活性亚基。

caspase 超家族成员及其相应底物

★启动者（initiator）：如 caspase-8、9，受到信号后，能通过自剪接而激活，然后引起 caspase 级联反应，如 caspase-8 可依次激活 caspase-3、6、7。 ★执行者（executioner或effector）：如caspase-3、6、7，它们可直接降解胞内的结构蛋白和功能蛋白，引起凋亡，但不能通过自催化或自剪接的方式激活； 细胞中还具有 caspase 的抑制因子，称为 IAPs（inhibitors of apoptosis proteins），属于一个庞大的蛋白家族。它们能通过 BIR 结构域（baculovirus IAP repeats domain）与 caspase 结合，抑制其活性，如XIAP。 Bcl-2家族，结合抑制。

Caspase 自身以非活化的 Procaspase存在，其激活依赖于其他的 Caspase 在它的天冬氨酸位点裂解活化或自身活化。 Caspase-8自剪切活化，激活 Caspase-3，Caspase-7成为凋亡的执行者。 Caspase-3 激活 Caspase-6。 Caspase 可降解结构蛋白、信号蛋白、转录调控蛋白、周期蛋白等等。 Caspase 还可降解CAD的调节蛋白，释放出CAD，CAD进入细胞核降 解 DNA。 CAD 为caspase-activated Dnase（脱氧核苷酸酶），存在于胞质中。

细胞色素释放引起的凋亡（线粒体凋亡通路）

死亡受体凋亡通路 fas 又称作 APO-1， TNFR（ 肿瘤坏死因子受体）和 NGF 受体家族。 1993 年人白细胞分型国际会议统一命名为 CD95。 Fas 蛋白（受体）与 Fas 配体组成 Fas 系统，二者的结合导致靶细胞走向凋亡。

fas 又称作 APO-1，属 TNF 肿瘤坏死因子受体和 NGF 受体家族。 1993 年人白细胞分型国际会议统一命名为 CD95。 Fas 具有三个富含半胱氨酸的胞外区和一个称为死亡结构域（Death domain，DD）的胞内区。 Fas 的配体 FasL（Fas ligand）与 Fas 结合后，Fas 三聚化使胞内的DD区构象改变，然后与接头蛋白FADD（Fas-associated death domain）的DD区结合，而后 FADD 的 N 端 DED区（death effector domain）就能与Caspase-8（或-10）前体蛋白结合，形成DISC (death-inducing signaling complex )，引起caspase-8、10通过自身剪激活，它们启动 caspase 的级联反应，使caspase-3、-6、-7激活，这几种Caspase可降解胞内结构蛋白和功能蛋白，最终导致细胞凋亡。 fas 又称作 APO-1，属 TNF 肿瘤坏死因子受体和 NGF 受体家族。 1993 年人白细胞分型国际会议统一命名为 CD95。 Fas 蛋白（受体）与 Fas 配体组成 Fas 系统，二者的结合导致靶细胞走向凋亡。

Bcl-2 家族 ◆Bcl-2是一种原癌基因，名称来源于B细胞淋巴瘤/白血病-2(B-cell lymphoma/Leukemia-2，bcl-2)。 ◆ bcl-2 蛋白，是膜的整合蛋白，主要存在于线粒体外膜、核膜及部分内质网中。 ◆ Bcl-2家族成员都含有1-4个Bcl-2同源结构域（BH1-4），并且通常羧基末端有一穿膜的结构域 (transmembrane region，TM)。其中BH4是抗凋亡蛋白所特有的结构域，BH3是与促进凋亡有关的结构域。 ◆根据功能和结构可将Bcl-2基因家族分为两类： -----抗凋亡的（anti-apoptotic），如：Bcl-2、Bcl-xl、Bcl-w、Mcl-1； -----促进凋亡的（pro-apoptotic），如：Bax、Bak、Bad、Bid、Bim，在促凋亡蛋白中还有一类仅含BH3结构，如Bid、Bad、PUMA。

BCL-2家族成员

Bcl-2家族 引自Katja C. Zimmermann等2001

◆当 Caspase8 活化后，它一方面作用 Procaspase3，另一方面使Bid 裂解成 2 个片段，其中含 BH3 结构域的 C-端片段被运送到线粒体，与 Bcl-2/Bax 的 BH3 结构域形成复合物，导致Cyt c释放。Cyt c 与胞质中Ced4 同源物 Apaf-1（凋亡蛋白酶活化因子apoptosis protease activating factor）结合并活Apaf-1，活化的 Apaf-1 再活化Procaspase9，最后引起细胞凋亡。

p53 p53 是一种抑癌基因，其生物学功能是在G期监视DNA的完整性。如有损伤，则抑制细胞增殖，直到DNA修复完成。如果DNA不能被修复，则诱导其调亡。 在依赖P53蛋白的细胞凋亡中，P53蛋白能特异地抑制 Bcl-2 的表达，但对 Bax 的表达则有明显的促进作用。在这些细胞中， P53蛋白的积累和活动引起了细胞凋亡。

本章完

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作业 1、阅读p53信号转导图，用文字表述图中所有信息。 2、自行查找一幅信号转导图（打印附在作业纸上），表述图中主要信息。

信号转导研究方法 免疫共沉淀 荧光共振能量转移（FRET） 荧光漂白恢复 荧光相关光谱 免疫荧光显微技术 电镜显微技术