过程分子生物学.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,过程分子生物学,5,2,3,4,1,6,基因表示调控机制,细胞通讯分子机制,免疫多样性分子识别,胚胎发育基因表示谱,肿瘤发生分子机制,基因组学与系统生物学,1/111,细胞通讯分子机制,E,B,C,D,A,F,G,细胞通讯基本概念,水溶性物质跨膜运输-物理传送,信号分子跨膜传递-信号转导,G,蛋白信号转导路径,JAK-STAT,信号转导路径,TNF,信号转导路径,TGF,信号转导路径,H,PI3K,信号转导路径,I,细胞分裂素信号转导路径,J,信使系统偶联与开启,2/111,2,A,细胞通讯基本概念,外界信号怎样进入细胞，细胞又怎样应答，这是分子生物学一个基本命题，正在受到越来越多重视。,1992,年诺贝尔生理学奖授予了蛋白质可逆磷酸化奠基人；,1994,年则授予了,GTP,结合蛋,白发觉者。,响应环境并控制分子跨细胞质膜进出，是全部细胞主要特征这一过程依靠定位于细胞质膜上蛋白质。细胞质膜对水溶性物质是不容渗透，这些物质包含离子、无机物、多肽等。为了进入和影响细胞，亲水性物质或者经过胞饮方式进入细胞，或者与,定位在细胞质膜上蛋白质发生相互作用，以信号方式进入细胞。,3/111,2,A,细胞通讯基本概念,配体与受体、抗原与抗体，酶与底物是蛋白质之间特异性结合三大系统。,a,配体与受体,配体,（,Ligand,）,通常是指细胞外物质，不论是无机分子还是多肽，它们共同特征是经过细胞质膜上蛋白组分，或以胞饮方式进入细胞；或传递信号，故亦称为信号分子。,受体,（,Receptor,）是指,细胞质膜上与配体特异性结合靶蛋白分子，有些受体本身还含有酶催化功效。,4/111,2,A,细胞通讯基本概念,物理扩散,：脂溶性信号分子（脂溶性激素如甾体激素），可经过简单物理扩散作用穿透质膜进入细胞内，并在细胞内或核内与其靶蛋白结合，发挥功效，无需细胞膜专一性受体。,b,信号分子传递基本形式,物理传送,：一部分水溶性信号分子，经过与细胞膜上特异性受体系统结合，将之物理传送至细胞内。,信号转导,：大部分水溶性信号分子，与细胞膜上特异性受体结合，并触发细胞内一系列响应过程。信号分子本身不进入细胞内，但在其与受体结合过程中产生信号已进入胞内，并得以倍增，同时产生出新信号分子，后者称为第二信使和第三信使。,5/111,2,B,水,溶性物质跨膜运输-物理传送,小分子糖类物质与细胞质膜上特异性受体结合，造成受体蛋白构象发生改变，变构受体蛋白将糖翻入细胞内。然后，配体脱离后受体又转换成原来构象。这一过程属于,主动运输,，需要消耗能量。,a,翻转作用（糖）,6/111,水溶性分子主动运输,糖分子,糖分子,翻转作用,细胞膜,细胞内,细胞外,细胞膜,细胞内,细胞外,7/111,2,B,水,溶性物质跨膜运输-物理传送,当配体与受体结合后，胞内,包含素,蛋白分子便结合在受体附近胞膜内侧，胞膜在包含素作用下形成微囊泡结构，将配体受体复合物包裹起来并运至靶部位膜（如核膜等）。,b,胞饮作用（受体介导蛋白质胞饮）,8/111,蛋白质分子胞饮过程,蛋白分子,胞饮作用,微囊泡,包含素,细胞膜,细胞膜,细胞膜,9/111,2,B,水,溶性物质跨膜运输-物理传送,受体直接组成离子通道,c,通道作用（离子通道）,受体直接组成离子通道，而配体则控制离子通道开启与关闭。,刺激信号,离子,10/111,受体直接组成离子通道,钠离子通道,乙酰胆碱,是一个神经信号分子，它参加肌肉延伸收缩调整作用。,乙酰胆碱受体,由五个亚基组成，形成配体控制,Na,+,通道。乙酰胆碱与,受体结合后，受体,a,亚基,构象改变，,Na,+,快速流入细胞内，造成细胞内外电压降减小在数微秒时间内，肌肉细胞便会响应神经细胞电压降脉冲，发生收缩运动。乙酰,胆碱不存在时，通道关闭。,每个亚基,跨膜四次,跨膜区内氨基酸性质决定了通道孔径及离子选择性。,11/111,受体直接组成离子通道,冷热离子通道,冷离子通道,TRPM8,能在,低温,或,薄荷醇,等外界物理或化学原因刺激下打开。该离子通道响应,15-25,温度范围，允许,Na,+,和,Ca,2+,离子进入传感神经元细胞并使之去极性化。口腔内这种传感神经元将信号传递至大脑,三叉神经中枢,（,TG,）；,皮肤上这种传感神经元则将信号传递至脊索,脊根神,经中枢,（,DRG,）。,另外，最近还判定出三种热传感器：第一个称为,TRPV1,型胡椒粉（辣椒素）热传感器，其敏感温度为,43,以上；第二种称为,TRPV2,型热传感器，其敏感温度为,52,以上；第三种称为,TRPV3,型温热传感器，其敏感温度范围在,25-43,之间。,12/111,受体直接组成离子通道,冷热离子通道,鼻孔,唇窝,睛中视蛋白被光化学激活一样；但蝰蛇却是经过其唇窝内,组织辐射发烧方式,间接,激活,红外线热受体,TRPA1,通道。响尾蛇,TRPA1,在室温下呈无活状态，但在,28.02.5,以上时被强烈激活。灰鼠蛇,TRPA1,也是热敏型，但其激活温度有些偏高，为,36.30.6,。有趣是，先前判定脊椎动物（包含鱼类）,TRPA1,同源物主,蝰蛇,能感应波段为,750-1000nm,红外线,并由此探测温血猎物。蛇红外线检测由位于面部两侧眼睛与鼻孔之间专门颊鳞,唇窝器官,介导。就理论而言，红外线受体能够直接检测光子，就像眼,要接收化学物质刺激，并作为“冷”检测器而发挥功效。,Nature,，,464,，,13/111,受体直接组成离子通道,瞬时受体电势通道超家族,TRP,上述冷热和味觉离子通道属于,瞬时受体电势通道,TRP,超家族，该家族第一个组员是在果蝇光子受体细胞中发觉。哺乳动物,TRP,离子通道家族各组员之间序列同源性甚低它们可分成三大类：,1,短通道,TRPC,；2,osm9,样通道,TRPV,；,3,长通道,TRPM,。,全部,和渗透压改变；在人类等高等哺乳动物中，,TRPM,通道负责感应味道,，如甜苦等。,N,C,TRP,结构域,TRP,盒,锚蛋白重复序列,TRPC,N,C,TRPV,N,C,TRPM,TRPC,组员,C,端均含有一个,TRP,盒,（,Glu-Trp-Lys-Phe-Ala-Arg,）,和一个由,25,个氨基酸组成功效未知,TRP,结构域,，但其它,TRP,通道,组员普通没有类似结构。,TRPC,通道和,TRPV,通道,N,端胞质功效域中含有,锚蛋白重复序列,，而,TRPC,通道和,TRPM,通道,C,端含有,Pro,丰富区,。在果蝇中，,TRPC,型通道负责视觉，,TRPV,通道负责感应温度,Pro,丰富区,14/111,受体经过信号传递控制离子通道,受体经过与,GTP,结合蛋白,偶联，驱动离子通道开关。这类受体含有经典,七跨膜结构,7,TM,，,不论其配体性质怎样。当配体（如激素）与受体结合后，因为其构象改变，激活,GTP,结合蛋白,核苷酸交换,反应，,GDP,GTP,。,结合,GTP,a,亚基,便与核苷酸环化酶结合，后者直接开启,离子通道开关。,15/111,受体经过信号传递控制离子通道,视觉系统信号传递机制,视网膜杆细胞中,视紫红质,和视锥细胞中,视蛋白,（颜色敏感）都是光量子受体，实质上真正吸收光量子分子是,11-,顺,-,视网膜素,，它与受体第七跨膜区,Lys,共价结合。,GTP,结合蛋白,将受体和,磷酸二,酯酶,（,PDE,）,偶联在一起，,PDE,负责水解,cGMP,，,cGMP,浓度下降造成离子通道关闭。离子浓度改变信号由视觉神经传至大脑。光子促使受体构象发生改变，激活,GTP,结合型蛋白，后者又激活,PDE,。一个光子可激活数百个,G,蛋白分子，一个,G,蛋白分子又可,激活,PDE,降解许多,cGMP,分子，从而完成信号放大。,16/111,受体经过信号传递控制离子通道,视觉系统信号传递机制,在视蛋白中，吸收光量子分子也是,11,-,顺,-,视网膜素,，但其共价结合区域内氨基酸序列不一样，造成每种视蛋白分子只有唯一最大光吸收值。一个视锥细胞只表示,单一视蛋白，所以一个视锥细胞只能对一个波长光敏感，这便是,颜色敏感分子机制。,17/111,受体经过信号传递控制离子通道,嗅觉系统信号传递机制,气味分子与对应受体结合，造成其构象发生改变，激活,GTP,结合蛋白,，后者激活,腺苷酸环化酶,AC,，,由,ATP,合成,cAMP,。,后者,与离子通道结合并开启之，,Na,进入细胞，,K,流出细胞。电位,差传至大脑。,18/111,受体经过信号传递控制离子通道,嗅觉系统信号传递机制,年诺贝尔生理学或医学奖授于了美国科学家阿克塞尔和巴克。诺贝尔基金会为此发表申明说：,“,嗅觉一直是人类感觉中最神秘一个。我们过去无法了解人类识别和记忆大约,一万种不一样气味,基本原理。而阿克塞尔和巴克却帮我们解答了这个问题，他们经过,1000,个气味受体,蛋白编码基因。研究表明，每个嗅觉神经细胞只表,截止到当前为止，阿克塞尔和巴克领导研究小组共发觉了大约,达一个,气味受体蛋白，那么怎样感应上万种不一样气味呢？,一系列含有开拓性研究详细说明了我们嗅觉系统工作机制。,”,19/111,受体经过信号传递控制离子通道,味觉系统信号传递机制,与触觉、视觉、听觉、嗅觉不一样，,味觉,已进化为饮食行为主要调整者和驱动者，味觉系统能检测食物中营养成份及有害化合物，,人类以及大多数哺乳动物将味觉刺激归并为,酸,、,甜,、,苦,、,咸,、,鲜,五大,主体味觉品质,。其中，甜味和鲜味属于能促进营养食物（诸如构筑蛋白质合成和能量砖瓦）摄入,“,好,”,味,；而苦味和酸味则属于警示生物体有毒和低,pH,以拒绝含有害物质（如有毒植物和过熟未熟水果）食物摄入,“,坏,”,味,。咸味对人类而言即可被感觉为,“,好,”,味也可被感觉为,“,坏,”,味，完全取决于钠离子浓度和体验者生理需求。,进而引发动物接收或拒绝潜在食物,先天性行为,。,20/111,受体经过信号传递控制离子通道,味觉系统信号传递机制,软腭,腹后内侧核,舌城轮廓乳头,舌叶理状乳头,舌真菌状乳头,鼓索神经,大岩浅神经,膝状神经节,舌咽神经,岩神经节,孤束核吻侧段,臂旁核,岛叶味觉皮层,味蕾,舌面,21/111,受体经过信号传递控制离子通道,味觉系统信号传递机制,哺乳动物舌部和软腭分布着丰富味蕾，经典味蕾呈卵状，由,50-100,个,味觉受体细胞,（,TRC,）,组成。,TRC,平均寿命仅两周，不停为新生细胞所取代，它们靠其特殊膜表面受体感应对应,化合物。,Cell,，,139,，,234,，,22/111,受体经过信号传递控制离子通道,味觉系统信号传递机制,哺乳类动物感应,甜味,、,鲜味,、,苦味,受体均属于异源二聚体,G,蛋白偶联型受体,（,GPCRs,），暗示它们采取类似视觉和嗅觉经过,控制离子通道,机制实现对对应神经元刺激和信号传递；而,咸味,和,酸味,感应受体则,直接组成离子通道,，以类似冷热离子通道方式传递信号。猫科动物在其早期进化阶段取得了,T1R2,基因,缺失突变,，所以,丧失了全部甜味感觉，这就很好地解释了全部猫和虎对糖类食物冷漠行为。,23/111,受体经过信号传递控制离子通道,味觉系统信号传递机制,不但哺乳动物，果蝇等昆虫对不一样味觉感应也一样由不一样味觉受体细胞介导，这些细胞经过与专用神经线路相连，最终造成使动物对对应味觉产生不一样程度偏好或厌恶。化学合成镇痛药,螺朵林,（,spiradoline,）对老鼠是无味，假如将能识别螺朵林蛋白,RASSL,编码基因分别置于甜味受体,T1R2,和苦味受体,T2R19,基因开启子控制下表示，则转基因鼠对螺朵,林态度完全相反。,螺朵林,辣椒素,24/111,2,C,信号分子跨膜传递,-信号转导,许多水溶性信号分子本身不能直接进入细胞，但它们能与对应膜蛋白受体特异性结合，进而在细胞质中引发一系列以,磷酸化,反应为主,级联响应,，最终将信号传递到细胞核内。这一过程称为,信号转导,；信号传递,路线称为,信号转导路径,。,25/111,2,C,信号分子跨膜传递,-信号转导,信号转导路径第一站是细胞外信号分子（即配体）特异性地识别细胞膜上受体蛋白，并与之结合；一旦结合了信号分子，受体空间构象就会发生改变。这,个过程称为第一次,应答,，共有三种表现形式。,a,信号转导,路径中第一次应答反应,26/111,激活受体本身含有蛋白激酶活性,这类受体特征是：跨膜一次，由胞外区、跨膜区、胞内区三部分组成。,胞外区,是配体结合位点；,胞内区,是受体本身,酪氨酸蛋白激酶,活性区，也称为受体,顺式酶活性,，通常这个活性部位由,250,个氨基酸组成。除此之外，这类受体胞内区还可能含有,丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,活性，或者与,鸟苷酸环化酶,相连。依据胞内区酶活,性质不一样，可将这类受体分为四大家族。,27/111,激活受体本身含有蛋白激酶活性,当配体与受体结合后，受体空间结构发生改变，这是蛋白激酶发挥催化功效前提条件，共有三种形式构象改变。,配体结合造成单体二聚化,配体连接两个单体,配体连接造成构像改变,28/111,激活细胞质内蛋白激酶活性,这类受体特征是：跨膜一次，胞外区与配体结合，关键序列为,WSXWS,；,膜内区不含蛋白激酶功效域，但在近膜处存在着细胞内蛋白激酶家族结合区域。当配体与受体结合后，构象发生改变，受体与细胞质内蛋白激酶特异性结合，并激活这些蛋白激酶磷酸化活性。如,T-,淋巴细胞,CD4,受体在与配体结合后，便能特异性地与细胞,内,Lck,蛋白激酶结合，并激活之。,29/111,激活结合在细胞膜内侧上,G,蛋白,这些受体特征是：跨膜七次（,7,MT,）。,G,蛋白,是一个,GTP/GDP,结合型蛋白,，位于受体附近膜内侧上。其无活性状态是一个结合,GDP,三聚体（,a,、,b,、,g,），,一旦受体与配体结合，受体构象发生改变，造成,GDP,为,GTP,所取代，这时,G,蛋白解离成一个携带,GTP,亚基（,a,）,和一个二聚体（,b g,）。,单聚体或/和二聚体再去激活其它靶蛋白，引发一连串级联反应，通常情况下，最终刺激产生第二信使分子,cAMP,，,离子通道调整便是一例。,30/111,2,C,信号分子跨膜传递,-信号转导,细胞外信号分子（配体）特异性识别和结合细胞膜上受体蛋白之后，受体产生第一次应答反应，继而,便将信号经过三种方式在胞质中传递。,b,细胞质中信号转导,基本形式,31/111,转录调控因子直接穿过胞质抵达细胞核,有些转录调控因子能直接被配体-受体复合物激活，并穿过胞质进入细胞核。受体被配体激活后做出第一次应答反应就是将潜伏在胞质内受体附近无活转录调控因子召集到自己身边，然后将之激活。含有这种性质转录调控因子包含,SMAD,家族,和,STAT,家族各组员，其中,SMAD,家族在其,Ser,残基上被受体磷酸化激活而,STAT,家族则在其,Tyr,残基,上被受体磷酸化激活。,32/111,信号经过脚手架蛋白逐次传递至细胞核,在相当多信号转导路径中，被配体激活受体将信号,逐次传递给下游,脚手架蛋白,（驿站蛋白）组成一系列级联反应。此时，信号载体是磷酸基团，信号传递形式是磷酸化反应或/和蛋白质降解反应，但许多蛋白质降解步骤也是受磷酸化反应控制。以此机制进行信号转导包含：,NF-,k,B/Rel,、,Wnt,、,CI/GLI,、,Notch,、,Ras,信号转导途,径,33/111,信号经过第二信使分子传递至细胞核,在有些信号转导路径中被配体激活受体可造成细胞质内,第二信使分子,浓度波动，并依赖这些小分子或离子在胞质中扩散作用将信号传递至细胞核。含有上述功效第二信使分子包含,Ca,2+,和,磷酸肌醇酯,（,PIP,）,等。以此机制进行信号转导有：,NFAT,和,PLC,等,信号,转导路径等。,34/111,2,C,信号分子跨膜传递,-信号转导,在一些信号转导路径中，由配体-受体相互作用所产生信号被传递到细胞核外侧后，还需要经过以下三种方式进入核内，进而作用于相关基因调控区，促进,靶基因转录。,c,细胞核中信号转导,基本形式,35/111,激酶转位作用,运载信号蛋白激酶直接进入细胞核内，并在核内使对应转录调控因子磷酸,化激活，调控靶基因表示。,因子转位作用,运载信号蛋白激酶在细胞核外侧使对应转录调控因子磷酸化激活，后者再,进入核内调控靶基因表示。,抑制剂释放作用,运载信号蛋白激酶在细胞核外侧使转录调控因子-抑制剂复合物磷酸化，促使其释放转录调控因子，后者再进入核内,调控靶基因表示。,36/111,2,D,G,蛋白,信号转导路径,异源三聚体,GTP/GDP,结合蛋白（,G,蛋白,）是一类固定在细胞质膜内表面上信号转导子，它连结受体和脚手架因子，组成细胞内信号转导路径。与,G,蛋白相偶联受体能响应大量激素、神经递质、趋化因子、自分泌和旁分泌因子。,G,蛋白由三个不一样亚基,a,、,b,、,g,组成，但当信号转导时，它们是以单亚基或二聚体形式工作，即信号传递或者经过,G,a,亚基或者经过,G,bg,复合物进行,当前已知,G,蛋白亚基分别为,G,a,20,种、,G,b,6,种、,G,g,11,种。,37/111,2,D,G,蛋白,信号转导路径,依据序列相同性，,G,蛋白可分为四个家族：,Gs,、,Gi,/,Go,、,Gq,/,G11,、,G12,/,G13,。,这四大,G,蛋白家族能转导数量众多胞外信号分子。同一个信号分子结合不一样受体，可将信号传递给不一样,G,蛋白家族。比如，,肾上腺素,信号分子经过,b,-,肾上腺素受体,将信号传递到与受体偶联在一起,Gs,上；经过,a,2,-,肾上腺素受体,被传递到,Gi,上；经过,a,1,-,肾上腺素受体,则被传递到,Gq,和,G11,上。然后，各类,G,蛋白再经过不一样信号转导路径调控主要细胞组分，包含代谢酶类、离子通道以及对应转录机器，这些细胞组分运行和反应决定了细胞行,为和功效，如胚胎发育、学习记忆、稳态建立等。,a,G,蛋白信号转导路径基本特征,38/111,G,蛋白四大家族信号转导网络,39/111,2,D,G,蛋白,信号转导路径,b,G,蛋白信号转导路径组成与功效,全部,G,蛋白都参加多重信号转导路径组成和运行，最终将信号传递至不一样细胞机器上，形成响应速率和作用强度各不相同生理效应。比如，在神经元细胞中，,cAMP,可经过,PKA,对离子通道实施,短期效应；同时经过,Rap,和,MAPK,对转录机器实施长久影响。,全部,G,蛋白都调控,GTP,酶（如,Rap,和,Rho,等）活性。,全部,G,蛋白路径或刺激或抑制一条或多条由,MAPK,介导分支,路径。,40/111,Gs,信号转导路径,Gs,路径是最早被判定细胞信号转导路径，许多关键概念，如第二信使、蛋白磷酸化、信号转导等就是来自于该路径研究。即便,经历了二十年研究，,Gs,路径新知识仍在不停地增加。,Gs,路径关键效应分子是,cAMP,。,信号分子（如肾上腺素和糖原等）与对应受体结合后，激活,Gs,a,亚基,，后者激活腺嘌呤核苷酸环化酶,AC,合成,cAMP,。,cAMP,有三大功效：,（,1,）,直接开启,CNGC,离子通道；,（,2,）,激活蛋白激酶,PKA,，,后者即可开启,L-,型,Ca,2,+,离子通道,又可依次激活磷酸化酶激酶,PhosK,和糖原磷酸化酶,GlyPhos,，,造成糖原降解为葡萄糖；,（,3,）,依次激活,GTP,/,GDP,交换因子,EPAC,、,GTP,酶,Rap1,有丝分裂原激活蛋白激酶激酶激酶,B-Raf,、,有丝分裂原激活蛋白激酶激酶,MEK,、,有丝分裂原激活蛋白激酶,MAPK,，,后者进入核内激活,cAMP,应答元件结合蛋白,CREB,，,活化,CREB,再与相关基因,转录调控元件,CRE,结合，促进这些基因转录。,41/111,Gs,信号转导路径,配体-受体,Gs,a,AC,cAMP,PKA,EPAC,CNGC,CREB,CRE,质膜,核膜,PDE,降解,42/111,Gi,信号转导路径,Gi,信号转导路径,主要特征是其,G,a,能,抑制,AC,活性。许多主要激素和神经递质，如肾上腺素、乙酰胆碱、多巴胺、,5-,羟色胺等，都能利用,Gi,和,Go,路径转导信号。该路径为,百日咳毒素,所抑制，其机制是百日咳毒素在,G,蛋白,a,亚基,C,端区域内使其,ADP,核苷酰化,，从而阻止,a,亚基与对应受体相互作用。,在,Gi,路径中，,G,a,亚基和,G,bg,复合物均能单独传递信号。比如，,G,bg,复合物最少能与四种效应因子直接偶联，间接偶联,Ras,蛋白中,GTP,酶活性，进而激活,MAPK,。,一些主要生理功效（心脏起博活性）毒覃碱性胆碱调控过程，就是经过,M2-,毒覃碱性受体,与,Gi,蛋白偶联，释放出,G,bg,复合物，再由后者激活,K,+,离子通道,而实现。,G,a,则能调控,信号从,c-Src,到,STAT3,路径和,Rap,路径传递，也能,抑制,AC,活性。,43/111,Gq,信号转导路径,Gq,信号转导路径主要特征是被,钙质动用激素,激活，并刺激细胞合成第二信使分子,三磷酸肌醇,（,IP,3,）,和,二酰基甘油,（,DAG,）。,IP,3,触发钙质从胞内钙库中释放，而,DAG,则负责召集,PKC,到膜上并激活之。在很多类型细胞中，胞内钙质释放能激活细胞表面上钙库操纵,Ca,2+,通道，造成胞外,Ca,2,+,流入胞内。,Gq,a,亚基,则能,经过蛋白酪氨酸激酶,PYK2,激活转录调控因子,NF-,k,B,。,44/111,2,D,G,蛋白,信号转导路径,c,Ras,信号转导路径,很多生长因子激活对应受体后，经过效应分子活化由原癌基因,ras,编码,Ras,蛋白，后者又依次激活其下游脚手架因子，最终作用于靶基因表示。,Ras,蛋白为各种生长因子信号传递过程所共有，而且本身也是,G,蛋白,家族一个组员，组成一条独立信号转导路径。,Ras,信号转导路径中脚手架蛋白包含：,Ras,蛋白,、,SH,蛋白,、,Raf,蛋,白,等。,45/111,Ras,信号转导路径中脚手架蛋白,Ras,蛋白,Ras,蛋白是,原癌基因,ras,表示产物，当前已发觉几十种不一样,Ras,样蛋白。依据其结构特点可分为三个主要家族：（,1,）,Ras,蛋白,：哺乳细胞可表示四种真正,Ras,蛋白，分别由基因,H-ras,、,N-ras,、,K-ras,A,、,K-ras,B,编码，这类蛋白主要参加受体酪氨酸激酶信号传递过程；（,2,）,Rho,/,Rac,蛋白,：由基因,rho,和,rac,编码，与,Ras,蛋白同源，并介导细胞骨架构建；（,3,）,Rab,蛋白,：由基因,rab,编码，主要与物质,Ras-GTP,Ras-GDP,GTP-GDP,交换因子,GEF,GTP,酶激活蛋白,GAP,无活状态,激活状态,跨膜运输相关。,Ras,蛋白是一类,GTP,结合蛋白,，含有与,GTP,和,GDP,结合特征。,GTP,酶激活蛋白（,GAP,）,激活,Ras,蛋白内在,GTP,酶活性；鸟苷酸解离抑制因子,GDI,则抑制,Ras-GDP,与,Ras-GTP,两种状态之间转化。,46/111,Ras,信号转导路径中脚手架蛋白,SH,蛋白,SH,蛋白家族因与原癌基因,src,编码,Src,蛋白含有较高同源序列及结构相同性，所以而得名。其组员之一生长因子受体结合蛋白,Grb,由自磷酸化受体蛋白激酶活性，催化其磷酸化而被激活，激活了,Grb,蛋白又去激活,GEF,（,SOS,），,后者使,Ras-GDP,转化为,Ras-GTP,所以,SH,蛋白是连结受体与,Ras,蛋白之间信号传递重,要分子。,47/111,Ras,信号转导路径中脚手架蛋白,Raf,蛋白,Raf,蛋白是一个蛋白激酶，它能使细胞有丝分裂原激活蛋白激酶激酶（,MEK,，,MAPKK,）,激活，其激活方式也是磷酸化，而且,Raf,本身又是,Ras-GTP,复合物底物。,Ras-GTP,使,Raf,蛋白磷酸化，同时自己转换成,Ras-GDP,形态。现已知，,Raf,蛋白有三个同型,GDP,GTP,P,P,Raf,MEK,Ras,物（即同一转录前体不一样剪切方式形成物）：,74kD,Raf1,（广泛存在于体内）、,68kD,RafA,（主要在生殖细胞内表示）、,95kD,RafB,（主要在脑细胞中表示）。,48/111,Ras,信号转导路径中级联反应,绝大多数生长因子受体及部分细胞因子受体本身含有酪氨酸激酶活性组成,酪氨酸激酶受体家族,。这类受体被生长因子激活后，其胞内区酪氨酸激酶活性将,本身酪氨酸,磷酸化，同时具备了催化其它蛋白质磷酸化功效，由此引发有序,级联反应,。这些反应大多是各种蛋白质磷酸化，包含,Tyr,、,Ser,、,Thr,等含有羟基侧链氨基酸残基。,49/111,Ras,信号转导路径中级联反应,Ras,信号转导路径最终一站是原癌基因编码转录调控因子,Myc,、,Max,、,J,un,、,Fos,，,它们被上游脚手架分子,MAPK,激活后，直接作用于相关基因顺式转录调控元件。比如，,Myc,与,Max,形成二聚体，与基因,DNA,顺式元件,CACGTG,结合，并激活对应基因转录开启；,Jun,与,Fos,形成二聚体,AP1,，,与基因佛波醇应答元件,TGACTCA,结合，并激活对应基因转录开启。,P,P,P,P,P,GDP,GTP,P,P,P,P,P,P,FGF,FGFR,FRS,Grb2,SOS,Ras,Raf,MEK,MAPK,Myc,Max,50/111,2,E,JAK-STAT,信号转导路径,大部分细胞因子受体属于造血因子受体超家族组员，与生长因子受体不一样，细胞因子受体胞内区域不含有酪氨酸激酶活性，但其细胞内近膜保守区能结合一些,非受体型,酪氨酸激酶。在配体介导下，受体亚基二聚化或寡聚化，使受体胞内区域靠近，并结合于胞内近膜区酪氨酸激酶，同时被活化，进而开启一系列信号转导路径，其中最含有代表性就是,JAK-STAT,信,号转导路径。,51/111,2,E,JAK-STAT,信号转导路径,JAK-STAT,信号转导路径由特异性,受体,、非受体型,酪氨酸激酶,（,JAK,）,、,信号转导子和转录激活子,（,STAT,）,三部分组成。,a,JAK-STAT,信号转导路径基本组成,52/111,JAK,酪氨酸激酶家族,绝大多数激活,STAT,细胞因子受体不含内源性激酶活性，它们所需酪氨酸激酶活性由受体接合型胞质蛋白质-,JAK,家族组员提供，所以,JAK,是不一样于受体酪氨酸激酶另一类激酶（,Just Another Kinase,，,JAK,）。,也有些人认为该名起源于古希腊门神,Janus,，,它含有方向相反两张面孔，与这类蛋白激酶,C,端两个催化亚基相,似，所以又称,Janus Kinase,（,JAK,）。,JAK,家族最显著结构特征是其,C,端拥有两个催化功效域，靠近,N,端是三个保守结构域，中部有两个功效域。,JAK,在进化上相当保守，哺乳动物细胞内有四个,JAK,组员：,JAK1,、,JAK2,、,JAK3,、,TYK2,。,有种遗传性免疫缺点症就是因为突变使得受体,与,JAK,相互作用能力丧失或者,JAK,激酶活性丧失。,JAK,能特异性地结合在细胞因子受体胞内功效域上。当细胞因子配体与对应受体结合后，受体二聚化，使得结合在受体亚基上两个,JAK,相互靠近，并相互磷酸化而被激活，然后,JAK,再催化其底物蛋白（如,STAT,）,磷酸化，由此将受体信号继续,传递下去。,53/111,STAT,信号转导子和转录激活子蛋白家族,哺乳动物细胞含有七个,STAT,（,Signal Transducers and Activators of,Transcription,）,编码基因，分别为,STAT1,、,STAT2,、,STAT3,、,STAT4,、,STAT5A,、,STAT5B,、,STAT6,，,其编码产物之间氨基酸序列含有较大离散性，这种离散性使,得它们能响应较大范围胞外信号分子，同时含有较广组织特异性分布。,STAT,蛋白,在其,C,端含有,SH2,和,SH3,两个功效域，而且还有一个保守,酪氨酸残基,位点，该位点磷酸化是,STAT,活化基础。在配体信号分子不存在时，作为转录因子,STAT,蛋白定位于细胞质中，并呈无活状态；当配体与受体偶联后，,STAT,快速被激活，其分子上,SH2,（,Src-homology,）,功效域与受体磷酸化了酪氨酸残基特异性结合，从而靠近受体胞内功效域。此时，,STAT,上保守酪氨酸残基被磷酸化。磷酸化了,STAT,可从,JAK-,受体复合物上离解下来，并形成二聚体，继而转移至核内，依靠其,SH3,功效域（能特异性地结合,Pro,富集区）直接作用于基因转录调控,顺式元件上。,54/111,2,E,JAK-STAT,信号转导路径,JAK-STAT,信号转导路径在真核生物霉菌、线虫、果蝇、脊椎动物乃至人类中高度保守，而且受到各种内源性和环境刺激原因调控，从而使得细胞和组织含有更大可塑性。不过，该信号转导路径在真菌和植物中至今没有发觉。在很多情况下，细胞中早期应答基因以及那些依赖于细胞因子功效基因是由,JAK-STAT,控制表示，当细胞中没有新蛋白质合成时，这些早期应答基因通常增加转录。,b,JAK-STAT,信号转导路径基本特征,55/111,JAK-STAT,介导,信号转导程序,当信号分子与对应受体结合后，受体在膜上二聚化，这使得连结在受体胞质区两个,JAK,也相互靠近并相互催化对方磷酸化，同时又使受体胞质区中酪氨酸残基磷酸化，制造出吸引锚定,STAT,位点；游离于细胞质中,STAT,蛋白经过其,结构，然后快速被运输到核内。,SH2,功效域与受体胞质区中磷酸化了酪氨酸残基结合，然后在自己酪氨酸残基上接收磷酸基团；磷酸化了,STAT,蛋白从受体上解离下来，或同源或异源形成二聚体,56/111,JAK-STAT,介导,信号转导程序,大多数,STAT,二聚体能识别,DNA,链上,8-10,对碱基,反向重复序列,5-,TTN,4-6,AA,-3,这个相对保守,DNA,序列称为,GAS,（,gamma-interferon,activation,sequence,）,元件，因为它首先是在研究,STAT,同源二聚体与,g,-,干扰素基因调控序列之间相,互作用时被发觉并命名。该元件相对保守性也反应出不一样序列,GAS,对特定,STAT,二聚体含有不一样亲协力。,57/111,JAK-STAT,介导,信号转导程序,一旦被激活,STAT,二聚体识别并结合靶基因,GAS,元件上，该基因转录速度就会大幅度加紧，其机制是,STAT,分子内转录激活功效域能召集一些核内共激活因子，以促进对染色质修饰反应以及与关键开启子之间通讯,联络。,58/111,2,E,JAK-STAT,信号转导路径,细胞因子干扰素和白介素是经过,JAK-STAT,信号转导路径调控靶细胞广泛生理功效。三类干扰素（,a,、,b,、,g,）,和白介素,6,分别使用了三条特异性信,号转导路径。,c,干扰素和白介素介导,JAK-STAT,信号转导,路径,59/111,I-,型干扰素介导,路径,该路径信号分子为,a,干扰素,和,b,干扰素,，,转录调控因子为,STAT1-STAT2,异源二聚体。该路径信号转导机制不一样于大多数其它,JAK-STAT,路径，其最终转录调控因子不是简单,STAT,二聚体，而是由,STAT1-STAT2,和一个必需,DNA,结合亚基（,IRF9,）,组成异源三聚体。,IRF9,是干扰素调控因子家族一个组员，,STAT,与,IRF9,结合使得这个复合物能识别干扰素,刺激应答元件（,ISRE,）。,60/111,II-,型干扰素介导,路径,该路径信号分子为,g,干扰素,，,转录调控因子为,STAT1-STAT1,同源二聚体这种二聚体识别靶基因上游,g,干扰素激活序列,GAS,。,61/111,白介素介导,路径,该路径信号分子为,白介素,6,，转录调控因子为,STAT3-STAT3,同源二聚体，又称,STAT3,路径,。该路径广泛存在于各种类型细胞中，对生长调控、炎症发生、胚胎发育含有主要作用。另外，这条路径激活还常见于各种实体肿瘤和血癌细胞中，含有刺激生长和抗凋亡功效。很多原本使用酪氨酸激酶受体生长因子信号转导路径也直接通向,STAT3,路径，如表皮生长因子,EGF,、,血小板样生长因子,PDGF,等,62/111,2,E,JAK-STAT,信号转导路径,JAK-STAT,信号转导路径并不能自发地工作，胞内和环境许多刺激原因均能控制其运行。全部正负调控因子稳态浓度和信号诱导浓度维持，决定了,JAK-STAT,路径信号应答反应在一个特定细胞中作用强度和连续时间。,JAK-STAT,路径正负调控有四种机制。,d,JAK-STAT,信号转导,路径调控,63/111,路径融合,各种不一样类型蛋白激酶，包含几个,MAPK,，,能使,STAT,酪氨酸残基磷酸化，从而将其它转导路径中信号融入到,JAK-STAT,路径中。,进入内吞囊泡并遭降解。,受体降解,JAK-STAT,信号转导路径负调控过程常使用普通机制，如受体,反馈抑制,JAK,拥有自己专一性抑制剂,SOCS,（,细胞因子信号转导阻遏因子,）,它能直接结合并钝化,JAK,。,那些能促进,STAT,激活细胞因子同时也能刺激,SOCS,编码基因表示，所以,SOCS,组成了一个反馈抑制回路。,64/111,修饰灭活,细胞内一些丝氨酸磷酸化反应以及蛋白质翻译后修饰作用会减弱,STAT,活性。更为特异性抑制信号来自,蛋白酪氨酸磷酸酶,，它们能在膜结合型受体激酶复合物水平上或者在核内，除去被激活,STAT,二聚体上磷酸基团，剩下,STAT,单体则重新回到细胞质中。另外，还有一个名叫,激活型,STAT,蛋白抑制剂,（,PIAS,）,因子能直接与磷酸化,STAT,二聚体结合，从而阻止其对,DNA,元件识别。,65/111,2,F,TNF,信号转导路径,肿瘤坏死因子,（,TNF,）,是细胞凋亡、炎症发生、免疫调整过程中一类主要枢纽分子，它包括到人类各种疾病发病机制，如败血症、糖尿病、癌症、骨质疏松症、多重硬化症、肠炎、风湿性关节炎等。,TNF,与,TNF,受体,-1,（,TNF-R1,）,相互作用，能激活,若干信号转导路径。,66/111,2,F,TNF,信号转导路径,早在一百年前就有些人指出了,TNF,抗癌活性，然而直到,1984,年纯化了人,TNF,并克隆表示了其,cDNA,编码区，人们才对,TNF,多重生物活性有了一个全景式,了解。,a,TNF,结构与功效,TNF,是一个由激活巨噬细胞合成同源三聚体，每个亚基有,157,个氨基酸。它能作用于两种不一样细胞表面受体,TNF-R1,和,TNF-R2,，,其中,TNF-R1,介导,TNF,大部分生理活性。,TNF,与,TNF-R1,结合能触发一系列细胞内级联反应，最终激活两大核内转录因子,k,B,（,NF-,k,B,）,和,c-Jun,。,这两大转录因子可诱导表示一组含有主要生理功效基因，包括细胞生长凋亡、组织发育、肿瘤发生、免疫识别、,炎症反应、环境压力应答等过程。,TNF,与其受体,TNF-R1,所介导信号转导路径一个共同特征是，,TNF,能,在细,膜上诱导形成多蛋白信号转导复合物。,67/111,2,F,TNF,信号转导路径,b,TNF,信号转导路径工作原理,TNF,信号转导路径第一步是,TNF,三聚体与,TNF-R1,胞外功效域特异性结合，并从,TNF-R1,胞内功效域上释放出致死功效域（,SODD,）,抑制蛋白因子；由此集聚起来,TNF-R1,胞内功效域又为,TNF,受体结合型致死功效域（,TRADD,）,所识