《細(xì)胞信號(hào)與分子通路》課件

《細(xì)胞信號(hào)與分子通路》本課程將深入探討細(xì)胞信號(hào)傳遞與分子通路，幫助您理解細(xì)胞如何感知、整合和響應(yīng)外部刺激，以及這些過(guò)程如何影響細(xì)胞功能、生長(zhǎng)、發(fā)育和疾病。課程大綱11.細(xì)胞通信概述細(xì)胞如何感知和響應(yīng)外部信號(hào)22.細(xì)胞膜受體信號(hào)通路G蛋白偶聯(lián)受體、酪氨酸激酶受體等33.細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路cAMP、Ca2+、MAPK等信號(hào)通路44.信號(hào)通路與細(xì)胞命運(yùn)細(xì)胞生長(zhǎng)、發(fā)育、死亡等調(diào)控55.信號(hào)通路與疾病腫瘤、神經(jīng)退行性疾病、免疫性疾病等66.信號(hào)通路研究技術(shù)基因編輯、高通量篩選、生物信息學(xué)等77.信號(hào)通路研究的前沿和展望人工智能、精準(zhǔn)醫(yī)療等細(xì)胞通信的重要性細(xì)胞間相互作用細(xì)胞通過(guò)信號(hào)通路相互交流，協(xié)調(diào)各種生命活動(dòng)。如組織發(fā)育、免疫防御、神經(jīng)傳導(dǎo)等。細(xì)胞功能調(diào)控信號(hào)通路是細(xì)胞感知外部環(huán)境變化和內(nèi)部狀態(tài)變化的關(guān)鍵機(jī)制，確保細(xì)胞在動(dòng)態(tài)環(huán)境中維持正常功能。細(xì)胞如何感知外界信號(hào)受體細(xì)胞表面或內(nèi)部的蛋白質(zhì)，能夠識(shí)別并結(jié)合特定的信號(hào)分子，啟動(dòng)信號(hào)通路。信號(hào)分子來(lái)自細(xì)胞外環(huán)境或其他細(xì)胞的分子，包括激素、神經(jīng)遞質(zhì)、生長(zhǎng)因子等。細(xì)胞膜受體的分類G蛋白偶聯(lián)受體最大的受體家族，參與多種生理過(guò)程，如感官感知、激素調(diào)節(jié)等。酪氨酸激酶受體催化酪氨酸殘基磷酸化，參與細(xì)胞生長(zhǎng)、分化和代謝。離子通道受體控制離子跨膜流動(dòng)，參與神經(jīng)傳導(dǎo)、肌肉收縮等。核受體位于細(xì)胞核內(nèi)，結(jié)合脂溶性信號(hào)分子，調(diào)節(jié)基因表達(dá)。G蛋白偶聯(lián)受體信號(hào)通路1信號(hào)分子結(jié)合信號(hào)分子與受體結(jié)合，激活受體。2G蛋白激活受體激活G蛋白，使其與GTP結(jié)合。3效應(yīng)蛋白激活激活的G蛋白激活下游效應(yīng)蛋白，如腺苷酸環(huán)化酶。4信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)效應(yīng)蛋白產(chǎn)生第二信使，如cAMP，傳遞信號(hào)到細(xì)胞內(nèi)。cAMP信號(hào)通路cAMP生成腺苷酸環(huán)化酶催化ATP轉(zhuǎn)化為cAMP。蛋白激酶A激活cAMP結(jié)合蛋白激酶A（PKA），使其激活。下游蛋白磷酸化PKA磷酸化下游蛋白，調(diào)節(jié)細(xì)胞功能。Ca2+信號(hào)通路1Ca2+釋放信號(hào)分子刺激Ca2+通道打開(kāi)，釋放細(xì)胞內(nèi)儲(chǔ)存的Ca2+。2鈣調(diào)蛋白激活Ca2+與鈣調(diào)蛋白結(jié)合，激活鈣調(diào)蛋白。3下游蛋白磷酸化鈣調(diào)蛋白激活下游蛋白激酶，磷酸化下游蛋白。酪氨酸激酶受體信號(hào)通路1受體二聚化信號(hào)分子結(jié)合受體，使其二聚化。2受體自身磷酸化二聚化后的受體催化自身酪氨酸殘基磷酸化。3下游信號(hào)蛋白招募磷酸化的受體招募下游信號(hào)蛋白，如Grb2、Sos。4Ras激活Ras蛋白被激活，啟動(dòng)下游MAPK信號(hào)通路。MAPK信號(hào)通路3級(jí)聯(lián)反應(yīng)MAPK通路由一系列蛋白激酶組成，級(jí)聯(lián)反應(yīng)放大信號(hào)。1轉(zhuǎn)錄因子激活激活的MAPK通路激活轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)節(jié)基因表達(dá)。2細(xì)胞功能調(diào)節(jié)MAPK通路參與細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、凋亡等過(guò)程。核受體信號(hào)通路脂溶性信號(hào)分子核受體結(jié)合脂溶性信號(hào)分子，如激素、維生素D等?；虮磉_(dá)調(diào)控核受體結(jié)合DNA，調(diào)節(jié)基因表達(dá)，影響細(xì)胞功能。核因子kB信號(hào)通路炎癥反應(yīng)NF-kB通路參與炎癥反應(yīng)，調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞活化和炎癥介質(zhì)表達(dá)。免疫調(diào)節(jié)NF-kB通路調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的發(fā)育和功能，參與免疫應(yīng)答。細(xì)胞生長(zhǎng)與凋亡NF-kB通路參與細(xì)胞生長(zhǎng)、分化和凋亡的調(diào)控。細(xì)胞自噬信號(hào)通路細(xì)胞自噬細(xì)胞自噬是一種降解和回收細(xì)胞內(nèi)廢棄物的過(guò)程，維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)。自噬通路自噬通路由一系列基因和蛋白組成，參與自噬過(guò)程的啟動(dòng)、執(zhí)行和終止。細(xì)胞調(diào)亡信號(hào)通路1外源性通路由細(xì)胞外信號(hào)，如死亡受體，激活的凋亡通路。2內(nèi)源性通路由細(xì)胞內(nèi)信號(hào)，如DNA損傷，激活的凋亡通路。3執(zhí)行階段凋亡蛋白酶被激活，降解細(xì)胞組分，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。信號(hào)通路的時(shí)空調(diào)控空間特異性不同的信號(hào)通路在不同的細(xì)胞區(qū)域發(fā)揮作用。時(shí)間特異性信號(hào)通路在不同的時(shí)間點(diǎn)被激活或抑制，確保細(xì)胞響應(yīng)的準(zhǔn)確性。信號(hào)通路的交叉調(diào)節(jié)相互影響不同的信號(hào)通路之間存在相互影響，共同調(diào)節(jié)細(xì)胞功能。復(fù)雜性信號(hào)通路網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，使得細(xì)胞能夠?qū)Ω鞣N刺激做出復(fù)雜的反應(yīng)。信號(hào)通路與細(xì)胞命運(yùn)決定細(xì)胞生長(zhǎng)信號(hào)通路調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)和增殖，控制細(xì)胞數(shù)量。細(xì)胞分化信號(hào)通路引導(dǎo)細(xì)胞分化成不同的類型，形成組織和器官。細(xì)胞凋亡信號(hào)通路控制細(xì)胞凋亡，清除老化或損傷的細(xì)胞。信號(hào)通路與人類疾病腫瘤腫瘤的發(fā)生發(fā)展與細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、凋亡信號(hào)通路失控密切相關(guān)。神經(jīng)退行性疾病神經(jīng)退行性疾病，如阿爾茨海默病和帕金森病，與神經(jīng)元信號(hào)通路異常有關(guān)。免疫性疾病免疫性疾病，如自身免疫性疾病和過(guò)敏性疾病，與免疫系統(tǒng)信號(hào)通路失調(diào)有關(guān)。代謝性疾病代謝性疾病，如糖尿病和肥胖癥，與代謝信號(hào)通路異常有關(guān)。藥物靶向信號(hào)通路的臨床應(yīng)用抗癌藥物靶向抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)、分化或凋亡信號(hào)通路，達(dá)到治療效果。神經(jīng)系統(tǒng)疾病藥物調(diào)節(jié)神經(jīng)元信號(hào)通路，改善神經(jīng)系統(tǒng)功能，治療神經(jīng)退行性疾病。免疫系統(tǒng)疾病藥物調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)信號(hào)通路，抑制免疫反應(yīng)，治療自身免疫性疾病。腫瘤信號(hào)通路與靶向治療EGFR信號(hào)通路EGFR信號(hào)通路在腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)和增殖中起著關(guān)鍵作用，靶向EGFR的抑制劑已被用于治療多種腫瘤。PI3K/AKT信號(hào)通路PI3K/AKT信號(hào)通路參與腫瘤細(xì)胞的生存、生長(zhǎng)和代謝，靶向該通路的抑制劑已成為抗癌治療的重要手段。神經(jīng)系統(tǒng)信號(hào)通路與神經(jīng)退行性疾病阿爾茨海默病淀粉樣蛋白β和tau蛋白的異常積累破壞了神經(jīng)元信號(hào)通路，導(dǎo)致神經(jīng)元死亡。帕金森病多巴胺能神經(jīng)元丟失，與多巴胺信號(hào)通路異常有關(guān)。其他神經(jīng)退行性疾病亨廷頓病、肌萎縮側(cè)索硬化癥等，也與神經(jīng)元信號(hào)通路異常有關(guān)。免疫系統(tǒng)信號(hào)通路與免疫性疾病1自身免疫性疾病免疫系統(tǒng)錯(cuò)誤地攻擊自身組織，如類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、系統(tǒng)性紅斑狼瘡等。2過(guò)敏性疾病免疫系統(tǒng)對(duì)無(wú)害物質(zhì)過(guò)度反應(yīng)，如哮喘、過(guò)敏性鼻炎等。3免疫缺陷疾病免疫系統(tǒng)功能低下，易患感染性疾病，如艾滋病。代謝信號(hào)通路與代謝性疾病胰島素信號(hào)通路胰島素信號(hào)通路調(diào)節(jié)糖代謝，胰島素抵抗會(huì)導(dǎo)致糖尿病。AMPK信號(hào)通路AMPK信號(hào)通路調(diào)節(jié)能量代謝，AMPK活性降低會(huì)導(dǎo)致肥胖。其他代謝通路脂代謝、蛋白質(zhì)代謝等通路異常，也會(huì)導(dǎo)致代謝性疾病。信號(hào)通路研究的新技術(shù)1基因編輯技術(shù)CRISPR-Cas9等技術(shù)，可以精確地改變基因，研究基因?qū)π盘?hào)通路的影響。2高通量篩選技術(shù)可以快速篩選大量化合物，尋找影響信號(hào)通路的藥物。3蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)可以分析細(xì)胞內(nèi)的所有蛋白質(zhì)，研究信號(hào)通路中蛋白質(zhì)的相互作用和修飾。生物信息學(xué)在信號(hào)通路研究中的應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘利用生物信息學(xué)方法分析海量數(shù)據(jù)，識(shí)別新的信號(hào)通路和關(guān)鍵分子。網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建構(gòu)建信號(hào)通路網(wǎng)絡(luò)模型，研究信號(hào)通路之間的相互作用和調(diào)控關(guān)系。信號(hào)通路研究的前沿和展望1人工智能技術(shù)利用人工智能技術(shù)，開(kāi)發(fā)新的信號(hào)通路藥物和診斷方法。2精準(zhǔn)醫(yī)療根據(jù)患者個(gè)體差異，制定個(gè)性化的治療方案，提高治療效果。生物醫(yī)學(xué)研究中的信號(hào)通路基礎(chǔ)研究信號(hào)通路是生物醫(yī)學(xué)研究的重要領(lǐng)域，揭示細(xì)胞功能和疾病機(jī)制。藥物研發(fā)信號(hào)通路是藥物研發(fā)的重要靶點(diǎn)，開(kāi)發(fā)針對(duì)信號(hào)通路的藥物，治療各種疾病。疾病診斷信號(hào)通路異常與多種疾病相關(guān)，可以用于疾病的診斷和預(yù)后。臨床診斷和治療中的信號(hào)通路診斷指標(biāo)信號(hào)通路相關(guān)生物標(biāo)志物，可以作為疾病診斷和預(yù)后的指標(biāo)。影像學(xué)診斷影像學(xué)技術(shù)，如PET-CT，可以觀察信號(hào)通路在疾病中的變化。靶向治療靶向抑制信號(hào)通路，達(dá)到治療疾病的目的。信號(hào)通路在藥物發(fā)現(xiàn)中的作用