酶连接的受体介导的信号转导(Enzyme linked receptor)

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1 酶连接的受体介导的信号转导(Enzyme linked receptor)
一、受体酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信号通路 二、细胞表面其他与酶偶的受体 三、细胞表面耦联蛋白介质的信号转导

2 PDGF Ras MAP kinases Protein activity or Gene expression

3 （一）酶连接的受体分为两种情况： 本身具有激酶活性，如EGF，PDGF，CSF等的受体； 本身没有酶活性，但可以连接非受体酪氨酸激酶，如细胞因子受体超家族。 （二）受体种类： ①受体酪氨酸激酶 ②受体丝氨酸/苏氨酸激酶 ③受体酪氨酸磷脂酶 ④酪氨酸激酶连接的受体 ⑤受体鸟苷酸环化酶

4 （二）酶偶联型受体的共点： ①单次跨膜蛋白； ②接受配体后发生二聚化，起动下游信号转导。 RTKs主要功能：控制细胞生长、分化而不是调控细胞中间代谢。

5 Receptor tyrosine kinases

6 Receptor tyrosine kinases

7 （三）受体酪氨酸激酶(RTKs)的二聚化(dimerization) 与自磷酸化(autophosphorylation) 过程
单体性配体:与细胞外基质带负电荷的多糖组分肝素表面紧密结合,增强受体-配体聚合化的复合物 配体是二聚体:两个单体受体直接聚在一起 没有激素的情况下形成二硫键连接的二聚体

8 2. 自磷酸化(autophosphorylation)
受体二聚化后，激活受体的蛋白酪氨酸激酶活性 二聚体内彼此交叉磷酸化（Cross-phosphorylation)受体胞内肽段的一个或多个氨基酸残基，也称受体的自磷酸化。 构象改变，有利于ATP、蛋白底物的结合 激活的RTKs内，磷酸酪氨酸残基作为多种下游信号传递相关蛋白所识别并结合，启动信号传导。

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10 3. 活化的RTKs： 可与胞内溶质中带有SH2结构域的结合蛋白或信号蛋白； ①接头蛋白（adaptor protein）：如生长因子受 体结合蛋白-2(GRB-2)等， 作用：偶联活化受体与其它信号分子参与构成信 号转导复合物不具酶活性，无传递信号性质 ②信号通路中有关的酶： 如GAP(GTP酶活化蛋 白,GPTase activating protein)、磷脂酰肌醇代 谢有关的酶等 两类PTK蛋白的结构和功能不同，但都具有高度保守而无催化活性的结构域，即SH2和SH3结构域。

11 4.信号分子间的识别结构域 SH2结构域（Src Homology 2 结构域）：介导信号分子与含磷酸酪氨酸蛋白分子的结合。 SH3结构域（Src Homology 3 结构域）：介导信号分子与富含脯氨酸的蛋白分子的结合。 PH结构域（Pleckstrin Homology 结构域）：与磷脂类分子PIP2、PIP3、IP3等结合。 受体酪氨酸激酶介导的信号途径主要有RAS途径、PI3K途径、磷脂酰肌醇途径等。

12 （四） RTK- Ras信号通路 1.Ras蛋白 大鼠肉瘤(rat sarcoma, Ras) ras基因表达产物 Ras是小的GTP结合蛋白, 具有GTPase活性 Ras+GTP,活化态; Ras+GDP, 失活态, Ras从失活态到激活态,先要释放GDP才会有GTP的结合, GDP的释放需要鸟苷酸释放因子(GRF)参与; GTP酶活化蛋白GAP促进Ras的活化态到失活态; GAP&GRF都与Ras蛋白参与的信号转导相关。 Ras蛋白具有分子开关作用。

13 2.Ras的活性受两个主要蛋白的控制， 一个是鸟苷交换因子(guanine nucleotide exchange factor， GEF)， 作用：促使GDP从Ras蛋白上释放出来，取而代之的是GTP，从而将Ras激活，GEF的活性受生长因子及其受体的影响。 另一个控制Ras蛋白活性的是GTP酶激活蛋白(GTPase activating protein， GAP)，存在于正常细胞中， 作用：激活Ras蛋白的GTP酶，将结合在Ras蛋白上的 GTP水解成GDP，成为失活型的 Ras蛋白—GDP。

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15 GAP (GTP酶活化蛋白, GPTase activating protein,GAP)
具有SH2结构域,可直接与活化的受体结合 促进Ras蛋白从活化态到失活态的转变 GRF（鸟苷酸释放因子） 具有SH3结构域,不能直接和受体结合,配体激活 受体接头蛋白通过SH2与受体的磷酸酪氨酸残基 结合,在通过SH3与GRF结合, GRF与膜上的Ras接触，从而活化Ras。

16 Ras蛋白的活性受GEF和GAP的控制,GEF激活Ras,而GAP则抑制Ras的活性。
Ras蛋白GTP-GDP转换与机制

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18 2.RAS信号途径 RPTK结合信号分子，形成二聚体，并发生自磷酸化，活化的RPTK激活RAS， RAS引起蛋白激酶的磷酸化级联反应，最终激活有丝分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）， 活化的MAPK进入细胞核，可使许多底物蛋白的丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化，如将Elk-1激活，促进c-fos，c-jun的表达。

19 3.RKT-Ras途径特点 Ras具有二种鸟嘌呤结合形式。 与GTP结合活化形式及与GDP结合失活形式的转换完成信号转导过程； Ras具有内源GTPase活性，由它完成GTP-GDP的转换，结束一次信号传递过程； Ras主要受酪氨酸蛋白激酶调节，需adapter和鸟苷酸释放因子(GRFs)的中介； Adapter连接酪氨酸蛋白酶与GRFs, GRFs作用于Ras,使其释放GDP，结合上GTP； Ras结合上GTP后，GTPase活性很低，达不到生理条件水解GTP、水解Ras的速率； 

20 需要GTP酶激活蛋白(GTPase activating proteins, GAPs)如Raf,Raf是丝氨酸/苏氨酸(Ser/Thr)蛋白激酶(又称MAPKKK）的催化下，迅速水解GTP，从而结束其功能。另一方面通过GAPs将信号传递到下游； GRFs 和GAPs分别起启动及终止其活性的作用。 Ras一旦被Raf活化，就作为MAPKKK将MAPKK磷酸化激活，进入MAPK磷酸化活化。 MAPK通过两种途径将转录因子磷酸化，MAPK进入核内调节与生长有关的基因转录。

21 Ras信号的级联放大

22 4.RPTK-Ras信号途径可概括如下： 配体→RPTK→adaptor→GEF→Ras→Raf（MAPKKK）→MAPKK→MAPK→进入细胞核→转录因子→基因表达。 Ras释放GDP需要鸟苷酸交换因子（GEF，如Sos）参与； Sos有SH3结构域，但没有SH2结构域，不能直接和受体结合，需要接头蛋白（如Grb2）的连接。 Ras的GTP酶活性不强，需要GAP的参与。

23 RPTK-Ras Pathway Raf is a PK that triggers MAP-K pathway Ras-GEF c-fos, c-jun Cell proliferation

24 RPTK-Ras Pathway MEK Homo sapiens MAP kinase kinase
Mitogen-activated protein kinases （MAPK） include three subgroups, extracellular-signal-regulated kinase （ERK）, c-Jun aminoterminal kinase （JNK） and p38 MAPK.

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29 14.32 MAPKs are central to many signaling pathways
PDGF Ras MAP kinases Protein activity or Gene expression

30 二、细胞表面其他酶连接 受体丝氨酸/苏氨酸激酶 受体酪氨酸磷酸酯酶 受体鸟苷酸环化酶（ANPs-signals） 酪氨酸蛋白激酶联系的受体

31 （二）受体丝氨酸/苏氨酸激酶 配体是转化生长因子-βs。（transforming growth factor-βs，TGF-βs。）家族成员。包括TGF-β1-5。 依细胞类型不同，可抑制细胞增殖、刺激胞外基质合成、刺激骨骼的形成、通过趋化性吸引细胞、作为胚胎发育过程中的诱导信号等。

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33 （三）受体酪氨酸磷酯酶 可以使特异的胞内信号蛋白的磷酸酪氨酸残基去磷酸化，其作用是控制磷酸酪氨酸残基的寿命，使静止细胞具有较低的磷酸酪氨酸残基的水平。 与酪氨酸激酶一起协同工作，如参与细胞周期调控。 白细胞表面的CD45属这类受体，对具体配体尚不了解。 和酪氨酸激酶一样存在胞质酪氨酸磷酯酶。

34 （四）受体鸟苷酸环化酶 分布在肾和血管平滑肌细胞表面，配体为心房排钠肽（atrial natriuretic peptide，ANP）或BNP。 当血压升高时，心房肌细胞分泌ANP，促进肾细胞排水、排钠，同时导致血管平滑肌细胞松弛，结果使血压下降。 信号途径为： 配体→受体鸟苷酸环化酶→cGMP→依赖cGMP的蛋白激酶G（PKG）→靶蛋白的丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化而活化。

35 （五）细胞因子受体超家族 包括各类细胞因子（如干扰素）的受体，在造血细胞和免疫细胞通讯上起作用。受体本身不具有酶活性，但可连接胞内酪氨酸蛋白激酶（如JAK），信号途径为JAK－STAT或RAS途径。 JAK（janus kinase）属非受体酪氨酸激酶家族。 JAK的底物为STAT，即信号转导子和转录激活子（signal transducer and activator of transcription，STAT） 。

36 JAK/STAT Pathway 配体与受体结合导致受体二聚化； 二聚化受体激活JAK； JAK将STAT磷酸化； STAT形成二聚体，暴露出入核信号； STAT进入核内，调节基因表达。

37 三、细胞表面整联蛋白介导的信号转导 整联蛋白： 1.介导细胞与细胞外机制的黏附 2.信号途径

38 通过黏合斑由整联蛋白介导的信号传递通路 1.由细胞表面到细胞核的信号通路
整联蛋白与细胞外基质的相互作用能够激活一些细胞质中的蛋白激酶， 如Src。Src是一个大家族，属非受体酪氨酸蛋白激酶。 Src被整联蛋白激活后，使黏着斑激酶(focal adhesion kinase， FAK) 的酪氨酸残基磷酸化 磷酸化的酪氨酸残基与adaptinGRB2和胞内鸟甘酸交换银子Sos， GRB2-Sos 激活Ras MAPK 细胞核 。

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40 2.由细胞表面到胞质核糖体的信号通路 Src被整联蛋白激活后，使黏着斑激酶(focal adhesion kinase， FAK) 的酪氨酸残基磷酸化 激活的FAK与磷脂酰肌醇-3-激酶（PI（3）K）的SH2 结合 活化的PI（3）K催化磷脂酰肌醇侧两个衍生物（PI-3，4二磷酸）和（PI-3，4，5-三磷酸） 两者作为信使，激活p70s6k P70s6k磷酸化，与核糖体的小亚基结合 合成G1期运行到S期所需的某些蛋白

41 (二）信号转导与粘着斑装配 研究发现，粘着斑的装配也是通过信号控制的。 当质膜上的整联蛋白与细胞外基质中配体结合时就开始了粘着斑的装配。 粘着斑装配的信号从整联蛋白传递到Rho蛋白。Rho是一种小分子的G蛋白，在形态和结构上与Ras蛋白相似; 在功能上， Rho蛋白也是一种分子开关，决定信号是沿哪一条途径传递。 在粘着斑的装配中，信号转导主要是调节应力纤维的装配。

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43 第五节 信号的整合与控制 一、细胞对信号的整合

44 信号转导途径的汇集(convergent )

45 信号途径间的窜扰(crosstalk)

46 细胞对信号的控制 信号的解除并细胞反应终止 1) DAG信号的解除： DAG只是由PIP2水解得到的暂时性产物, 寿命只有几秒钟, 靠两种方式进行降解: 被DAG磷酸激酶磷酸化,生成磷脂酸(PA),PA被转化为CMP-磷脂酸,再与肌醇作用合成磷脂酰肌醇(PI)。 DAG被DAG酯酶水解生成单脂酰甘油, 再进一步水解成自由的多不饱和脂肪酸和花生四烯酸甘油。

47 2) IP3信号的解除: IP3的水解：在5´磷酸酶的作用下, 水解为I(1,4)P2, 并进一步水解成肌醇。 在胞浆的肌醇磷酸脂3-激酶的作用下IP3被磷酸化成I(1,3,4,5)P4。

48 3) Ca2+信号解除： 胞内Ca2+浓度持久地升高, 可激活Ca2+-ATP酶（质膜、内质网膜的钙泵），将胞内Ca2+ 迅速泵到细胞外以及内质网腔中,从而降低胞质中的 Ca2+，使胞质中的Ca2+迅速恢复到基态水平(10-7 M),并使活性CaM-酶复合物解离,从而酶失去活性,细胞反应终止。

49 G-Protein-linked Receptor Desensitization
Three general ways 1 They can become altered so that they can no longer interact with G proteins (receptor inactivation). 2 They can be temporarily moved to the interior of the cell (internalized) so that they no longer have access to their ligand (receptor sequestration). 3 They can be destroyed in lysosomes after internalization (receptor down-regulation).

50 G-Protein-linked Receptor Desensitization Depends on Receptor Phosphorylation
In each case, the desensitization process depends on phosphorylation of the receptor, by PKA, PKC, or a member of the family of G-protein-linked receptor kinases (GRKs).

51 1）it inactivates the receptor by preventing it from interacting with G proteins, an example of receptor uncoupling. 2）it can serve as an adaptor protein to couple the receptor to clathrin-coated pits, inducing receptor-mediated endocytosis