12章 細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)－楊

1、二 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)是生物醫(yī)學(xué)的前沿研究領(lǐng)域諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎2004 年 發(fā)現(xiàn)氣味感受器-嗅覺受體2000年 發(fā)現(xiàn)人類腦神經(jīng)細胞間信號的相互傳遞1999年 發(fā)現(xiàn)控制細胞運輸和定位的內(nèi)在信號蛋白質(zhì)1998年 一氧化氮在心血管系統(tǒng)中作為信號分子1994年 發(fā)現(xiàn)G 蛋白及其在細胞中轉(zhuǎn)導(dǎo)信息的作用1992年 發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)可逆磷酸化作用，酪氨酸蛋白激酶與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)1971年 發(fā)現(xiàn)激素的作用機理，cAMP第二信使學(xué)說諾貝爾化學(xué)獎2012 G蛋白偶聯(lián)受體研究細胞通訊：(cell communication)：細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)(signal transduction)通過化學(xué)信號分子而實現(xiàn)對細胞的生命活動進行調(diào)節(jié)的現(xiàn)象。（

2、例打噴嚏）細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)基本過程(組成) 胞外信號分子，即第一信使；細胞表面以及細胞內(nèi)部的受體；細胞內(nèi)信號分子，也稱第二信使；蛋白質(zhì)變化及其所引發(fā)的細胞行為的改變。 主要內(nèi)容第一節(jié)、胞外信號第五節(jié)、信號的整合第二節(jié)、受體第三節(jié)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的蛋白質(zhì)第四節(jié)、胞內(nèi)（第二）信使第六節(jié)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與醫(yī)學(xué) 第一節(jié) 胞外信號 胞外信號(配體) 通常將細胞所接受的信號稱為配體（ligand）。 物理信號：光、熱、聲音、機械應(yīng)力、電流等 化學(xué)信號：最廣泛，統(tǒng)稱為第一信使（first messenger），根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)分為：短肽、蛋白質(zhì)、乙酰膽堿、氣體分子（NO、CO）以及氨基酸、核苷酸、脂類和膽固醇衍生物等。根據(jù)作

3、用方式與作用距離分為：氣體分子內(nèi)分泌旁分泌旁分泌自分泌擴散各種信號分子舉例 第二節(jié) 受體 受體：存在靶細胞表面或細胞內(nèi)，可接受信號，通過改變構(gòu)象或發(fā)生二聚體變化，將信號轉(zhuǎn)化為細胞內(nèi)生物化學(xué)反應(yīng)，并對細胞結(jié)構(gòu)與功能產(chǎn)生影響的分子。目前已發(fā)現(xiàn)近20個家族。一、受體多數(shù)是蛋白質(zhì)共同特點：特異性高效性可被滅活二、受體分為膜受體與胞內(nèi)受體膜受體細胞外域、跨膜域、胞內(nèi)域胞內(nèi)受體DNA結(jié)合蛋白，轉(zhuǎn)錄因子三、膜受體類型膜受體基本是跨膜蛋白，少數(shù)為糖脂分為I(4-5個跨 膜域)、II、III（6個跨膜域）型離子通道關(guān)聯(lián)受體超家族1. 環(huán)狀受體又稱配體門控通道受體(離子通道型受體)作用特點：受體與離子通道耦聯(lián)、介

4、導(dǎo)快速反應(yīng) 結(jié)構(gòu)：胞外區(qū)、胞膜區(qū)(7個a螺旋、細胞內(nèi)環(huán))、胞內(nèi)區(qū) 2. 七次穿膜受體 -G蛋白偶聯(lián)受體1000多個基因 嗅覺受體Richard AxelLinda Buck2004年 諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎Alfred G. GilmanMartin Rodbell發(fā)現(xiàn)G蛋白1994年 諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎G蛋白是由三個不同亞基組成的GTP結(jié)合蛋白 G蛋白偶聯(lián)系統(tǒng)介導(dǎo)的腎上腺素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)(應(yīng)激反應(yīng)) 動畫3. 單次跨膜螺旋受體胞外區(qū)：N端配體結(jié)合胞內(nèi)區(qū)：酪氨酸激酶功能區(qū)、SH2結(jié)合位點跨膜區(qū)：疏水a(chǎn)螺旋作用過程（1）酪氨酸激酶受體酪氨酸激酶受體家族HER2信號與乳腺癌分子靶向治療藥物 （HER2單抗H

5、erpectin賀賽汀） 乳腺癌組織HER2受體基因過表達。 與HER2受體結(jié)合阻礙其自身磷酸化與二聚體形成及下游信號通路，進一步抑制細胞增殖。 適用于HER2過度表達的轉(zhuǎn)移性乳腺癌。 FDA批準(zhǔn)的小分子酪氨酸激酶抑制劑 腫瘤治療的主要方法 2、毛囊、粘膜細胞1、血液細胞3、肝臟細胞4、生殖細胞傳統(tǒng)放、化療的不足“槍打出頭鳥”，針對生長快速的腫瘤細胞；正常生長增殖快速細胞也會受到攻擊。（2）細胞因子受體細胞因子（cytokine，CK）是一類能在細胞間傳遞信息、具有調(diào)節(jié)多種細胞功能的蛋白質(zhì)或小分子多肽。 （3）蛋白絲/蘇氨酸激酶受體（4）鳥苷酸環(huán)化酶受體（5）腫瘤壞死因子受體（6）Hedgeh

6、og受體（7）Notch受體其他單次跨膜受體：有細胞內(nèi)催化結(jié)構(gòu)域的酶聯(lián)受體四、胞內(nèi)受體可分為胞質(zhì)受體和核受體五、受體的作用特點-高度專一性-高度親和力受體不同的組織特異性分布產(chǎn)生不同的生物學(xué)效應(yīng)-特定的作用模式磷酸化和脫磷酸化作用膜磷脂代謝的影響酶促水解作用G蛋白的調(diào)節(jié)六、受體的活性調(diào)節(jié) 第三節(jié) 第二信使細胞內(nèi)信使(Second messenger)3, 5-環(huán)腺苷酸(cAMP)3, 5-環(huán)鳥苷酸(cGMP)鈣離子(Ca 2+)二?；视?DAG)肌醇三磷酸(IP3)一氧化氮(NO)活性氧(ROS)sutherland發(fā)現(xiàn)第二信使獲1971諾貝爾獎一、環(huán)腺苷酸cAMP 是最早闡明的第二信使分子

7、腺苷酸環(huán)化酶催化ATP生成第二信使cAMPG蛋白作用于腺苷酸環(huán)化酶ACcAMP激活cAMP依賴性蛋白激酶AcAMP信號的終止：cAMP磷酸二酯酶(PDE）cAMP信號的終止：cAMP磷酸二酯酶(PDE, 枸櫞酸西地那非片抑制PDE5)伊格納羅 1998諾貝爾獎Edwin G. KrebsEdmond H. Fischer1992年諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎cAMP通過PKA與可逆性蛋白磷酸化調(diào)節(jié)細胞功能二、環(huán)鳥苷酸cGMP 一般認為是具有抑制作用的第二信使兩種鳥苷酸環(huán)化酶：mGC、sGC三、甘油磷脂是糖、脂類第二信使的重要來源脂類第二信使分子形成及其靶標(biāo)IP3和DAG的作用四、Ca 2+參與了多條信號

8、轉(zhuǎn)導(dǎo)通路五、一氧化氮(NO)以自由基形式參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo) NO合成酶催化NO形成 一氧化氮信號通路與心血管藥物硝酸甘油治療心血管疾病是通過釋放NO 一氧化氮信號通路與心血管藥物 第四節(jié) 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與蛋白激酶蛋白激酶(protein kinase)使底物蛋白質(zhì)磷酸化 一類磷酸轉(zhuǎn)移酶，將 ATP 的 磷酸基轉(zhuǎn)移到底物特定氨基酸殘基上，使蛋白磷酸化。蛋白激酶結(jié)構(gòu)域 蛋白磷酸酶使磷酸基團從氨基酸側(cè)鏈移除 1絲氨酸/蘇氨酸磷酸酶PPP家族 2絲氨酸/蘇氨酸磷酸PPM家族 3蛋白酪氨酸磷酸酶 四、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的共同特點 磷酸化與去磷酸化級聯(lián)反應(yīng)通用性與特異性相互交叉兩個主要信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑間的信息交談(cross

9、talk) EGF受體的信號能分幾個不同的途徑進行傳遞 四條平行的胞內(nèi)信號通路之間的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系 幾種重要的細胞內(nèi)信號通路 嗅感受器介導(dǎo)對嗅覺的感知光感受器介導(dǎo)了對視網(wǎng)膜的感知 b腎上腺素參與細胞的代謝調(diào)節(jié) G蛋白偶聯(lián)受體介導(dǎo)多重效應(yīng) 調(diào)節(jié)腺苷酸環(huán)化酶G蛋白偶聯(lián)受體調(diào)控離子通道 G蛋白偶聯(lián)受體激活蛋白激酶C G蛋白偶聯(lián)受體激活基因轉(zhuǎn)錄CREB把cAMP信號分子與轉(zhuǎn)錄聯(lián)系起來 第五節(jié)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與醫(yī)學(xué)機體產(chǎn)生自身抗體，封閉受體的作用，如：重肌無力癥 人類腫瘤信號通路 mTOR信號及其研究發(fā)展歷史 收集Streptomyces hygroscopicus細菌-放線菌-吸水鏈霉菌1964-1965 復(fù)活島

10、 (Rapa Nui Easter Island)1975 分離 純化rapamycin Dr. SUREN N. SEHGAL, Distinguished Research Fellow Wyeth-Ayerst ResearchJ Antibiot (Tokyo). 19751977 證明 rapamycin的免疫抑制能力Rapamycin抑制抗體形成Can J Physiol Pharmacol, 1977 1983 證明 rapamycin的抗腫瘤能力Rapamycin抑制裸鼠移植瘤 Eur J Cancer clin Oncol, 19831991 發(fā)現(xiàn)TOR(絲蘇氨酸激酶)Sci

11、ence. 1991Cell. 1993;Michael N. HallTORRapamycinFKBP12(FK506 binding protein 12,Proline Isomerase)1994 發(fā)現(xiàn)mTORNature, 1994; Cell, 1994Schreiber SL.Solomon H. Snyder 發(fā)現(xiàn)mTOR作用模式, 鑒定其下游靶蛋白S6K1與4E-BP1，調(diào)節(jié)翻譯與細胞生長。 1990s mTOR作用機制EMBO J, 1996; Science, 1997; PNAS, 1998 Sirolimus (Wyeth) 作為免疫抑制劑用于抗器官移植排斥反應(yīng)199

12、9 FDA批準(zhǔn)rapamycin用于抗腎移植排斥反應(yīng) 2002 發(fā)現(xiàn)mTORC1與mTORC2Cell, 2002; Cell, 2002; Mol Cell, 2002David Sabatini 2003 FDA批準(zhǔn)藥物涂層支架用于anti-restenosis 2003-2004 在線蟲、果蠅、酵母中證明TOR促進衰老Science, 2002; Nature, 2003; Curr Biol, 2004 2005 證明mTORC2作為PDK2磷酸化AktScience, 2005 2006 rapamycin可延長酵母壽命Gene & Dev, 2006 2007 FDA批準(zhǔn)用于治療腎

13、癌Temsirolimus (Torisel; Wyeth) approved for the treatment of kidney cancer 2008 開發(fā)出第一代mTOR激酶抑制劑(mTORC1/2) 2009 rapamycin可延長小鼠壽命Nature, 2009 2009-2011 FDA批準(zhǔn)用于治療多種腫瘤(胰腺癌、淋巴瘤、結(jié)節(jié)硬化癥) 1300多項臨床研究正在進行或已完成Everolimus (Afinitor; Novartis) 2010 rapamycin可延長果蠅壽命Cell Metab, 2010 2012 rapamycin可延長線蟲壽命Cell Metab,

14、2012mTOR氨基酸IL-2, 胰島素ATP 水平缺氧磷脂酸氧水平營養(yǎng)能量生長因子第二信使翻譯線粒體/核糖體發(fā)生轉(zhuǎn)錄自噬蛋白質(zhì)穩(wěn)定性細胞骨架細胞生長增殖、分化、代謝mTOR (mammalian Target Of Rapamycin)哺乳動物雷帕霉素靶蛋白 mTOR信號通路Nat Rev Drug Discov. 2011 mTOR信號通路Nat Rev Mol Cell Biol. 2011 PI3KAKTmTORTSC1/2GFPTENRheBeIF-4E40S60SPmRNA35S6KPPPPPS6K4EBPS6Amino acidScience, 2007, J Biol Chem

15、, 2008J Biol Chem, 2010Cell Mol Life Sci, 2010FKBP38Bcl-2Bcl-XLapoptosis1、mTOR的調(diào)節(jié)機制TNF-a/ROSP-Mdm2rapamycinmTORC1IKK-b細胞存活、增殖、自噬、翻譯、代謝Cell Death Diff, 2013p70S6K1p53依賴的細胞死亡p85S6K1IKK-bIKK-b1、mTOR的調(diào)節(jié)機制 集合管細胞mTOR過度激活致高鉀血癥 腎集合管細胞特異mTOR過度激活 腎集合管細胞特異mTOR激活Unpublished data 腎集合管細胞特異mTOR激活Unpublished dataN-3/N-6 PUFAPI3K/AKTmTORC1PKCamTORC2S6K1Rheb4E-BP1S473細胞骨架重組 血管生成與乳腺癌發(fā)生花生四烯酸通過激活mTORC1/2信號促進乳腺癌發(fā)生花生四烯酸LOXHETEs Oncogene, 2013N-3 PUFADHA/fat-1HIF-a /VEGFn-3 PUFA可通過抑制mTOR信號抑制乳腺癌發(fā)生血管形成 /乳腺癌發(fā)生S6K14E-BP1Unpublished data Fat