《信使的信號通路》

1、第六章cAMP、cGMP信號轉導通路第七章肌醇三磷酸、二酰甘油與信號轉導（第二信使信號轉導通路）本教學幻燈引用了大量網(wǎng)上圖片，在此對作者表示衷心的感謝。整理課件細胞信號轉導的基本過程及其受體的位置No cell lives in isolation整理課件重點：各種第二信使的發(fā)現(xiàn)、 產(chǎn)生、 靶分子、 信號通路、 生物學效應。整理課件第二信使：cAMPcGMPIP3DAGCa2+整理課件第六章 一、cAMP的發(fā)現(xiàn)和第二信使學說The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1971for his discoveries concerning the mecha

2、nisms of the action of hormonesEarl W. Sutherland, Jr. USA Vanderbilt University Nashville, TN, USA b. 1915, d. 1974 整理課件2. 腎上腺素磷酸化酶原 后者活性不升高腎上腺素的作用是間接的腎上腺素通過肝細胞顆粒部分（膜或細胞器）里的一種物質使磷酸化酶活性3. 肝勻漿ATP,Mg2+腎上腺素，磷酸化酶活性 勻漿上清ATP,Mg2+ 腎上腺素，磷酸化酶活性不4. 進一步研究發(fā)現(xiàn)關鍵物質cAMP，并進而發(fā)現(xiàn)了腺苷酸環(huán)化酶。1. 腎上腺素肝組織（肝糖原） 糖原磷酸化酶活性 葡萄糖腎上腺素

3、可以激活磷酸化酶整理課件Sutherland提出的第二信使學說：胞外化學物質（第一信使）不能進入細胞內(nèi)部，它作用于細胞表面特異受體，導致胞內(nèi)第二信使的產(chǎn)生，從而激發(fā)一系列的生化反應，產(chǎn)生一定的細胞生理效應，最后第二信使降解，其信號作用終止。cAMP的信號通路整理課件二、cAMP的信號轉導通路（一）cAMP的產(chǎn)生 腺苷酸環(huán)化酶的作用 （adenylate cyclase， AC）（或者：guanylyl cyclase） 整理課件AC系統(tǒng)胞外信號及受體G蛋白AC催化亞單位活化AC的協(xié)同因子激素神經(jīng)遞質腺苷酸環(huán)化酶系統(tǒng) （adenylate cyclase， AC） 整理課件1. AC大多是膜結合

4、型1165個氨基酸分區(qū)：M1,M2胞內(nèi)區(qū)域：C1,C2 AC至少有9種哺乳類亞型（），一種細胞可以有多種亞型，調(diào)節(jié)不同的生理功能及不同的細胞內(nèi)定位。整理課件可溶性（soluble AC，sAC） sAC存在于胞質和細胞器中激活物與質膜AC不同下游底物與質膜AC也不同整理課件2. 活化AC的協(xié)同分子GTP：維持G蛋白活化NDPK（核苷二磷酸激酶）： 快速運輸GTP到G蛋白Mg2NDPK的其它作用整理課件（二）cAMP作用的靶分子：cAMP產(chǎn)生后做什么？蛋白激酶A （protein kinase A，PKA）： 被cAMP活化，使下游靶蛋白的絲氨酸或蘇氨酸殘基磷酸化。催化亞基C：灰色和黃褐色磷酸化

5、結合區(qū)：黃色調(diào)節(jié)亞基R：藍綠色R亞基抑制區(qū)：紅色G螺旋：綠色整理課件PKA的底物酶離子通道調(diào)節(jié)和結構蛋白轉錄因子廣泛，不斷發(fā)現(xiàn)新的底物底物磷酸化肽段的共有序列：RRXSY（精精？絲酪） PKA的非cAMP底物功能：PKA的催化亞基C具有不依賴于cAMP的功能，調(diào)節(jié)亞基R也有不同的獨立功能。 cAMP的底物整理課件 問題：不同細胞、不同信號都通過cAMP引起細胞效應，如何保持細胞效應的特異性？PKA有不同亞型，對cAMP的親和力不同，其作用底物時序不同；b. 不同細胞PKA底物蛋白不同c. cAMP信號區(qū)域化：有濃度梯度，PKA有錨定蛋白。cAMP的底物整理課件2. 環(huán)核苷門控陽離子通道 （CN

6、G） 存在于嗅覺感受器和竇房結起搏細胞，直接與cAMP結合，通道活性受其調(diào)控。嗅覺細胞上cAMP與離子通道的直接結合使通道開放cAMP的底物經(jīng)典途徑整理課件 2004年度諾貝爾生理學或醫(yī)學獎授予美國哥倫比亞大學霍華休斯醫(yī)學研究所(HHMI)的研究人員Richard Axel和任職于弗雷德哈欽森癌癥研究中心的HHMI研究人員Linda Buck。這兩位科學家因為闡明了整個嗅覺系統(tǒng)的工作原理而受到表彰。 每個氣味受體首先激活一種成對存在的G蛋白，后者又轉而刺激環(huán)一磷酸腺苷（又稱環(huán)腺苷酸，cAMP）的形成。cAMP是一種信使分子，可直接激活離子通道（CNG)，讓其開通，然后嗅覺細胞被激活。整理課件3

7、. 鳥苷酸交換因子（GEF） 可直接與cAMP結合，調(diào)節(jié)Ras家族成員Rap1的活性。cAMP的底物整理課件（三）cAMP信號的滅活 被特異的環(huán)核苷酸磷酸二酯酶（ phosphodiesterase， PDE）所分解。PDE的主要結構部分：保守的催化中心決定其底物特異性的決定簇起調(diào)節(jié)作用的特異決定簇PDE的作用PDE的基本結構整理課件（四）cAMP信號轉導通路 包括產(chǎn)生cAMP的上游組分和cAMP的作用底物。下游組分PKACNG GEFPDE 分解滅活作用底物及其效應受體上游組分刺激性受體 Rs抑制性受體 RiG蛋白GsGiAC 催化ATP產(chǎn)生cAMP胞外信號 表62整理課件cAMP信號轉導通

8、路的放大效應（其它信號通路遵循相同的原則） 一個上游分子可以激活許多下游分子，每一級都使信號得以放大，形成瀑布效應。如何判斷一種激素是否通過cAMP第二信使發(fā)揮作用？1. 激素使細胞cAMP濃度2.作用出現(xiàn)在cAMP濃度之后3.外源性給予cAMP可模擬激素作用4. 抑制PDE可加強激素的作用5. 激素可激活PKA整理課件三、cAMP信號通路調(diào)節(jié)的生理過程 (自學為主)對基因表達的調(diào)節(jié)FK, forskolin（福斯克林）CRE, cAMP response element.CREB, CRE binding proteinAP, alkaline phosphatase教科書圖67有誤FK激活

9、AC，促進堿性磷酸酶的合成和釋放；抑制型G蛋白受體激動劑對抗FK的作用。整理課件請注意方法學的應用整理課件AC在復雜研究中的意義及其生物信息學方法整理課件四、cGMP信號轉導通路cGMP的分子結構和水解部位 （滅活）（二） cGMP的產(chǎn)生和滅活鳥苷酸環(huán)化酶（guanylate cyclase，GC）GCSoluble (sGC)Membrane (mGC,rGC)整理課件2. cGMP的發(fā)生 通過鳥苷酸環(huán)化酶（GC）的酶促反應整理課件（三）cGMP作用的靶分子1. PDE 通過激活或抑制PDE從而調(diào)節(jié)cAMP通路；2. CNG 直接與離子通道蛋白結合，影響其開放；3. GCAPs（cGMP激活

10、蛋白，Guanylate cyclase-activating proteins） 一種鈣依賴性蛋白，影響視覺功能； BBRC 2004; 322 (1): 1123-1130 Guanylate cyclase-activating proteins: structure, function, and diversity. 4. PKG 主要靶分子整理課件PKG哺乳動物有三型PKG： I,I,PKG有三個結構域：N端、調(diào)節(jié)、催化底物眾多：是絲氨酸、蘇氨酸激酶 共同結構域：RKXS/T, KRKKS/T 還在不斷發(fā)現(xiàn)新的底物Structure 18, 116126, January 13, 2

11、010整理課件 guanylate cyclase-activating proteins (GCAPs)guanylate cyclase-inhibitory proteins (GCIPs)整理課件（四）cGMP調(diào)節(jié)的生理功能在視覺信號轉導中的作用整理課件NO-cGMP-PKG 通路開放鉀離子通道關閉鈣離子通道抑制內(nèi)質網(wǎng)釋放鈣PKG使MLC去磷酸化血管平滑肌細胞舒張的典型過程整理課件University of California-Los AngelesState University of New York in BrooklynUniversity of Texas Medical

12、School in Houston. 1998 Nobel Prize Winners in Physiology or Medicine :Nobel prize committee say Yes to NO!整理課件cGMP及其激酶在心肌肥大中的作用Nature Reviews Drug Discovery 6, 617-635 (2007) ;關注某個疾病發(fā)生發(fā)展時信號轉導的變化。整理課件cAMP和cGMP通路的關系二者在生理效應上有一定的拮抗關系PDE-3AMPPDE有多種型號，分別對cAMP和cGMP特異。整理課件Diagram illustrating possible inte

13、ractions between angiotensin II- and guanylyl cyclase-dependent systems in the rat podocytes. NPR-A - guanylyl cyclase-linked receptor for ANP, sGC - soluble guanylyl cyclase, pGC - particulate guanylyl cyclase, PDE - phosphodiesterase(s) 整理課件第七章 IP3和DAG 與信號轉導雙信使途徑一、IP3和DAG 雙信使途徑Signaling agonist學習專

14、業(yè)詞匯！IP3：肌醇三磷酸DAG：二?；视驼碚n件二、IP3和DAG的產(chǎn)生和滅活產(chǎn)生：PLC對PIP2的水解PLC delta 激活移位至胞膜，PH為結合區(qū)，Cat為催化區(qū)4，5-二磷酸磷脂酰肌醇PIP2磷脂酶CPLC整理課件IP3和DAG的滅活 IP2 IP3 IP4PI3K磷酸酶 花生四烯酸 DAG 磷脂酸DAG激酶磷酸酶A2整理課件三、IP3/Ca2和DAG/PKC信號轉導通路產(chǎn)生前合一，生成后獨立PIP2IP3DAGPKCCa2PLC(-,-,-)PLC- 的活性被受體酪氨酸激酶調(diào)節(jié)， PLC- 的跨膜受體是激素和神經(jīng)遞質受體PLC- 由激素通過增加PIP2的濃度而激活整理課件IP3激活Ca2信號途徑IP3與內(nèi)質網(wǎng)的受體（IP3R)結合，開放通道釋放鈣離子 。整理課件DAG激活PKC信號轉導通路DAG促使PKC與膜上的磷脂酰絲氨酸結合，降低對鈣離子的依賴性，并發(fā)生從胞質至胞膜的移位。整理課件