细胞信号转导新.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,外源性信号：,如光、温度、毒素等,内源性信号：,如神经递质、激素、,细胞因子等,信号转导：,指各类细胞外因子通过与受体（膜受体或核受体）结合，所引发细胞内的一系列生物化学反应，直至细胞生理反应所需基因表达开始的过程。,即信号从细胞外，通过细胞膜到细胞核的过程。,机体借助细胞间通讯和信息交流控制机体的,生长和发育,，,调节代谢,，,维持内、外环境的稳定和平衡,。,第一节,细胞信号转导的形式,1直接信号转导,细胞间隙连接,信号分子直接通过细胞间缝隙连接进行信息传递。,细胞间通过连接子，两端分别嵌入两个相邻的细胞形成一个亲水性孔道，交换水溶性小分子物质。,快速和可逆性地交换信息,。,主要存在于,上皮细胞,平滑肌细胞,心肌细胞,神经元细胞间,调节小分子亲水物质的直接传递。,功能作用,在细胞的增殖调控、生长分化、胚胎发育、代谢调节和细胞形态等方面发挥重要作用。,肿瘤细胞增殖和转移与细胞间通讯异常及障碍密切相关。,间隙连接介导的细胞通讯,膜表面分子接触转导,相邻细胞膜表面的细胞粘附分子，特异性地相互识别和相互作用而发生粘附，进行信号直接转导。,常见于,T和B淋巴细胞，T淋巴细胞与DC细胞间的连接,细胞间粘附与肿瘤的转移相关,细胞表面分子介导的细胞通讯,2间接信号转导,大分子信号分子或相隔一段距离细胞分泌的信号分子，作为化学信号与细胞膜结合而进行的细胞跨膜信号转导。,分泌性分子介导的遥控通讯,亲脂信号分子：,甾体激素、甲状腺素、前列腺素等信号分子可直接通过细胞膜，其受体位于细胞质或细胞核。,亲水信号分子：,肽类激素、神经递质、细胞因子等，信号分子不能直接通过细胞膜进入细胞内，其受体位于细胞膜。,细胞质膜,膜受体,基因表达,调控,胞核,脂溶性化学信号,胞内受体,胞质,细胞内反应,水溶性化学信号,第二节,信号转导的基本组成,信号转导的基本组成,细胞外因子,细胞膜受体,细胞质信号放大系统,细胞核信号效应器,信号的调节与终止,一、细胞外因子,核酸、蛋白质、小肽、氨基酸衍生物、碳水化合物等。,A生长因子,是一大类以刺激细胞生长为特征的多肽,共同特征,其受体具有,酪氨酸激酶活性,特异性,每一种细胞生长因子都有与之相,对应的受体,多样性,每一种生长因子与受体结合后，,能激活多种不同转导通路,家族性,许多生长因子结构相似，生理,功能相近，故归为一个家族,交叉性,部分生长因子可与二种以上不,同受体结合,主要生长因子：,EGF、FGF、IGF、,PDGF、HGF、NGF和VEGF。,B细胞因子,由造血系统、免疫系统和炎细胞产生，对造血细胞、淋巴细胞生长、活化具有重要意义。,共同特点：,它们的受体本身都,不具有激酶活性,主要家族：,白介素、血细胞刺激因子、,干扰素等。,C激素和神经递质,是一类种类繁多，可以刺激细胞生长的细胞外因子。,共同特点,通过G蛋白偶联型受体传递信号,主要代表,生长激素、乙酰胆碱、肾上腺素等。,D抗原,各种外源性或内源性抗原与淋巴细胞膜受体结合，刺激淋巴细胞活化，引起免疫效应。,在肿瘤免疫、自身免疫性疾病、器官移植等有重要意义,。,E肿瘤坏死因子（TNF）,其主要生理功能是引起细胞凋亡,（apoptosis）,，细胞凋亡信号转导是细胞生物学和肿瘤生物学研究的重点和热点。,F细胞粘附分子,参与细胞与细胞间、细胞与基质间粘附。在炎症、伤口愈合及免疫反应、肿瘤侵袭和转移中发挥重要作用。,主要粘附分子：,FN、Laminin、Coll,二、细胞膜受体,细胞膜受体大多为细胞膜固有蛋白质，主要属糖蛋白，部分受体为糖脂。,膜受体为跨膜受体，至少有一个跨膜区，由2126个疏水性氨基酸形成-螺旋结构，有利于穿过膜的双脂层。肽链两端分别位于细胞膜的两侧，N端在细胞外，C端在细胞内。,A单次跨膜受体,跨膜区域为单向一次性跨膜的糖蛋白,酪氨酸激酶受体,生长因子受体大多具有酪氨酸激酶肽序列，故称为酪氨酸激酶受体。该受体具有相似的结构,细胞有一段糖基化肽链，与配体结合,中间是单一和疏水性的跨膜区,内为具有酪氨酸激酶活性的膜内区,根据肽链序列和结构特点分为,上皮生长因子受体（,EGFR）,受体膜外部分具有二个半胱氨酸富集区,胰岛素受体（,Insulin-R）,受体膜外区有二硫键，把受体的不同亚基相互连接起来。,血小板衍生的生长因子受体（PDGFR）,受体膜外区有5个与免疫球蛋白相似区域,成纤维细胞生长因子受体（FGFR）,受体膜外区有3个与免疫球蛋白相似区域,神经细胞生长因子受体（NGFR）,受体膜外区有2个与免疫球蛋白相似区域，二个半胱氨酸富集区和一个亮氨酸富集区,肝细胞生长因子受体（HGFR）,膜外氨基端一小段肽链经蛋白酶水解后，再通过二硫链与受体相连,血管内皮生长因子受体（VEGFR）,膜外有7个免疫球蛋白相似区域,细胞因子受体,本身并不具有酪氨酸激酶活性，胞质内侧含有酪氨酸激酶的结合位点，当受体与配体结合后，受体构象改变，结合并激活JAK类蛋白酪氨酸激酶，启动胞内信号转导过程。,白介素受体（IL-R）,干扰素受体（INF-R）,促红细胞生成素受体（EPO-R）,粒细胞生成素受体（G-CSF-R）,抗原受体,淋巴细胞表面受体,T细胞受体TCR,B细胞受体 BCR,TNF受体,诱发细胞凋亡受体,TNFR Fas CD27 CD30,粘附分子受体,钙依赖粘附素受体（Cadherins）,整合素受体（Integrins）,Ig超家族受体,选择素受体（Selectin）,BG蛋白偶联型受体,该类受体具有七段跨膜a螺旋结构的跨膜区，故称七次跨膜受体。本身不具有激酶活性，也不直接生成第二信使，受体胞质部分与鸟苷酸结合调节蛋白（G蛋白）联接启动转导。,G蛋白是该信号传递途径中的第一个信号传递分子。通过G蛋白触发多种细胞内信号系统，作用于信号酶或离子通道，引起生物效应。,这类受体数目已超过1000个。,肽类激素受体、神经递质受体、趋化因子受体,。,味觉、视觉和嗅觉的受体均属G蛋白偶联型受体。,受体组成,：,配体结合区、G蛋白偶联区、糖基化区和磷酸化区，胞膜内侧面与G蛋白结合区,配体与受体结合,-受体构象改变-与G蛋白结合-作用于细胞内效应器。,三、联结蛋白,多数受体不能直接引起细胞效应，需要通过,联结蛋白、G蛋白、第二信使和细胞内激酶,等，使传递信号逐级放大，最终到达效应器，产生细胞效应。,一些具有SH2或SH3等特殊结构域的蛋白质，通过识别并与之结合特异性氨基酸而使信号逐级下传。,SH2区,能特异性地结合磷酸化的酪,氨酸，引发生化效应,使酶定位至细胞膜上，以靠近它,的底物,使底物靠近它的催化酶并定位,直接调节酶的生物活性,SH3区,能专一地识别和与脯氨酸富集,区结合，调节并激活酶的催化,活性效应,PH区,目前PH区功能尚不确定，可能,与介导G蛋白的亚单位的,生物功能相关。,DD区,TNF受体家族的膜内区，在介导细胞凋亡的联结蛋白中，普遍存在这种特殊结构域，与细胞凋亡信号转导相关。,四、G蛋白,G蛋白具有结合鸟核苷酸（GDP、GTP），并水解GTP的特性，作用是把膜受体和细胞内的效应分子偶联在一起。,经典G蛋白：,属G蛋白联接受体偶联的G蛋白，一般称为经典G蛋白或大G蛋白。G蛋白由、三个亚单位构成的三聚体，亚单位是G蛋白的大亚基，含有受体结合部位和GTP/GDP结合部位，并有GTP酶活性，能使GTP水解。,根据亚单位的结构相似性及偶联不同的效应子，分为四个功能组：,Gs,激活腺苷酸环化酶,细胞内,cAMP增多,Gi,抑制腺苷酸环化酶,使细胞内,cAMP减少,Gq,激活磷酸脂酶，,产生DAG和,IP3,G12,功能尚不明了,小分子量G蛋白：,小分子G蛋白分子量较小，约为2026KD，一般只有一条肽链。,近年发现小G蛋白多为原癌基因表达产物,Ras癌基因家族,，它们在细胞,生长、分化、细胞骨架、蛋白转运和信号传递中发挥重要作用,。,小G蛋白：,Ras、Rbo、Raf、Arf,和,Ran,等家族,Ras蛋白的功能,Ras蛋白与GTP结合后才具有生物活性，与GDP结合型为失活状态。Ras活化后，与C-Raf蛋白结合，Raf本身是一个丝氨酸/苏氨酸激酶，一旦Raf激活后，引发一连串瀑布式的激酶链，最后一个胞浆MAP激酶被激活，将生长因子信号传入细胞核，激活基因转录因子。,Ras发生结构改变，如发生12位点突变Ras癌基因蛋白，持续滞留在Ras-GTP的活性状态，过度激发细胞内许多传导通路，,造成细胞正常生长调控紊乱，导致细胞增殖异常,。,五、第二信使,是指细胞外第一信号（生长因子、激素）与细胞受体结合后，在细胞内产生的具有生物活性的小分子第二信使,cAMP、cGMP、DAG、IP3、Ca2+,第二信使多数是通过激活G蛋白偶联受体产生，它能激活胞浆内一些激酶，将信号逐级传递。,六、胞内激酶,在整个基因组中，大约有1的基因编码蛋白激酶，它的调节作用称为“生命开关”，胞浆内激酶多数为丝氨酸/苏氨酸激酶（MAPK）。这些激酶也称为第二信使的下游分子。,MAPK分类,已知MAPK家族至少有6个亚家族，,功能明确有3个,Erk,与细胞增殖相关,JNK,与细胞应激、细胞凋亡相关,P38,与细胞炎症反应有关,MAPK生物功能,MAPK是MAP激酶传导通路中重要的中继站和枢纽，它位于胞质内，一旦被激活，迅速运到细胞核内，或直接激活转录因子，引发生物效应。,其它蛋白激酶,PKA,由cAMP激活,PKG,由cGMP激活,PKC,由DAG激活,IP3,由生长因子受体激活,七、核受体,多数信号是通过膜受体完成，但某些激素如性激素、糖皮质激素等是通过核受体完成信号传导，这类受体已超过40个。,正常位于细胞质内，当与配体结合后，受体形成二聚体，然后转运至细胞核内，与其它受体不同的是核受体大多本身就可能是转录因子，进入细胞核后直接调控某些基因表达。,核受体有两个蛋白结构区域,DNA结合区（DBD）,，负责受体与基因特异的DNA序列结合,配体结合区（LBD）,，负责受体与配体结合,第三节,细胞信号转导的机制,跨膜信号转导基本步骤,信号分子在信号发放细胞内合成和分泌,信号到达特定的靶细胞,(形成受体-配体复合物),启动细胞膜内侧耦联化学反应,细胞质内信号放大与传递,(通过蛋白质的构象和功能改变),信号传入细胞核,引起基因的表达改变,(离子通道的开闭,产生一系列的生物效应),信号启动与调节终止作用,信号传递三个阶段,生物信号的跨膜传递,细胞内信号的传递放大与细胞效应,信号的调节与终止,一、生物信号的跨膜传递,G蛋白偶联受体信号转导,G蛋白的活化由受体与配体结合，GTP取代结合在G蛋白上的GDP,G蛋白构型改变，G蛋白与GTP结合,G蛋白亚基解离，形成活化-GTP复合物和二聚体，由-GTP调控效应酶的功能,酪氨酸蛋白激酶受体,生长因子与膜受体结合，受体发生二聚化和自身磷酸化，受体的酪氨酸激酶被活化，其底物酪氨酸发生磷酸化。,细胞因子受体信号转导,细胞因子受体本身不具有酪氨酸激酶活性，而是通过和细胞内的酪氨酸激酶结合来传递信号。,细胞因子受体的作用方式与酪氨酸激酶受体十分类似,。,配体跨膜信号传递,疏水性甾体激素是脂溶性配体，透过细胞膜，与胞质中的受体结合成复合物，跨过核膜，与核内染色体结合，从而启动或抑制DNA转录翻译过程。,（二）细胞内信号传递放大和细胞效应,接头蛋白作用（SH2、SH3）,第二信使传递放大作用（cAMP、cGMP、DAG、IP3、Ca2+）,底物蛋白酶磷酸化而发生级联瀑布效应,核内转录因子磷酸化调节特定基因表达,细胞增生、分化和其它生物效应,（三）信号的调节与终止,信号转导受到各种方式的调节，既复杂又有节制，并及时终止，当配体与受体结合后，使信号转导启动，但配体很快被水解或吸收，停止对受体的作用。,若信号产生后不能及时终止，就会导致疾病或肿瘤的发生。,G蛋白与GTP结合活化后，GTP又能被水解或交换成GDP而失去活性，导致信号传导不能终止。,已知Ras基因蛋白和MAPK等均具有信号传导开关的作用。,第四节,信号转导通路,一、传导通路分类,A细胞生命活动,以研究细胞生命活动的信号转导,细胞增殖转导通路,细胞凋亡转导通路,免疫活化转导通路,B细胞类型,以某些类型细胞或特定的某一种细胞,上皮细胞转导通路,神经细胞转导通路,淋巴细胞转导通路,C受体类型,酪氨酸激酶受体传导通路,G蛋白偶联受体传导通路,D激酶类型,MAP激酶传导通路,JNK激酶传导通路,IP3激酶传导通路,目前研究主要四条途径,cAMP类信号传导系统,IP3信号传导系统,Ca-CaM系统,酪氨酸蛋白激酶系统,生长因子和细胞因子激活受体后，主要是以Ras和JAK-STAT通路信号转导。,二、Ras通路,原癌基因Ras编码的Ras蛋白，为多种生长因子信号转导过程所共有，故称为Ras通路。生长因子、细胞因子和抗原均通过该转导通路进行信号转导。,生长因子,生长因子受体,含SH2接头蛋白,鸟嘌呤核苷酸释放因子,Ras蛋白,GAP酶激活蛋白,MAPK,转录因子,DNA合成,调节细胞生长和分化。,Ras蛋白的GTP结合状态为激活型，而Ras蛋白的GDP结合状态为失活型。若Ras癌基因发生突变，这些突变的Ras蛋白使Ras-GTP持续发挥作用，细胞处于长期增殖状态，最终导致癌变。,三、JAKS-STATS通路,大多数细胞因子受体缺乏内在酪氨酸激酶活性，借助于细胞内另外一类具有酪氨酸酶活性的蛋白分子完成信号转导过程。,这类蛋白分子属JAKS家族。目前已发现4个JAKS家族成员。,JAKS,是细胞质中的一类激酶，参,与IFN、IL3-6、G-CSF、GM-CSF、EPO等细胞因子信号转导。,STATS,是信号转导子和转录激活子的简称。STATS是该信号通路的核心信号分子，已发现7个STATS家族成员。,JAKS通过激活信号转导子和转录激活子的一类蛋白STATS，最终调节基因的表达，称为JAKS-STATS通路。该通路是近年来研究的热点之一，,与Ras通路相比，JAKS-STATS简单、专一、参与的信号分子不多。,环境刺激,胞间信使,第一信使,甾激素,细胞因子,生长因子,激素等,细胞外,质膜,细胞质,受体,受体,酪氨酸,蛋白激酶,G蛋白,效应器,跨膜信,号转换,第二信使,cAMP,Ca,2+,IP,3,DG,PKC,MAPK,Ca,2+,结合蛋白（CaM等）,PKA,CDPK,CaM-PK,Ras途径,P,转录因子,（TF）P,酶蛋白,生理功能,调节,酶蛋白,JAK,STAT,胞质受体,（TF）,核受体,（TF）,mRNA,细胞核,蛋白质可逆磷酸化,DAN,第五节,信号转导异常与肿瘤,一、细胞信号传导分子异常与肿瘤发生,（一）信号转导障碍与,细胞恶性转化,细胞恶性转化指正常细胞逐步演变为恶性细胞的过程，肿瘤发生发展是：多因素作用，多基因参与，经过多阶段的累积过程。从某种意义上讲，肿瘤的发生是细胞信号转导异常的一种表现。,致癌因素,（理化和生物致癌物）,DNA损伤,（非DNA损伤）,信号转导途径激活,体细胞基因改变,癌基因突变与过度表达,抑癌基因失控,DNA复制保真度降低,癌基因表达产物改变,生长因子和生长因子受体过度表达,细胞周期校正点控制紊乱,导致细胞恶性转化,（二）信号转导异常与,瘤细胞增殖,肿瘤细胞失控性生长是恶性肿瘤的重要特征之一，而肿瘤细胞内与其生长相关的信号转导障碍则是增殖失控的重要因素。,生长因子过度表达,生长因子受体和受体样蛋白过度表达,细胞内信号转导分子功能异常,受体功能异常,Ras基因突变（转导开关失控）,信号转导酶活性改变(变为激活型),核转录因子或转录调节蛋白的异常表达（促进核转录与蛋白质合成）,促进或加速细胞增殖,多克隆增生,单克隆增生,形成肿瘤,（三）信号转导异常与,肿瘤细胞凋亡,Fas/FasL：,T细胞FasL与肿瘤细胞,Fas结合，肿瘤细胞凋亡,Bcl-2/Bax:Bcl-2抑制细胞凋亡,Bax促进细胞凋亡,P53、C-myc:,P53缺失和突变，,凋亡过程减弱,（四）常见信号分子异常与肿瘤,A细胞外信号分子（生长因子）异常,血小板源性生长因子,（PDGF）,过度表达,肉瘤，神经胶质瘤,血管内皮生长因子,（VEGF）,过度表达,Kaposi肉瘤,成纤维细胞生长因子,（FGF）,过度表达,乳腺癌,B受体异常,表皮生长因子受体,（EGFR）,过度表达或突变,乳腺癌、膀胱癌、神经母细胞瘤,Neu,突变/过度表达,乳腺癌、卵巢癌,ALK,t(2;5)易位,间变性大细胞淋巴瘤,RET,突变,多发生神经内分泌肿瘤,Bcr-Ab1,t(9;22)易位,慢性髓细胞白血病,KIT,过表达/突变,髓细胞白血病，间质瘤等,SrC,过度表达,/,突变,肠癌、横纹肌肉瘤等,细胞粘附分子受体,异常表达,肿瘤转移,C胞质信号转导分子异常,Ca2+-CaM,：,含量增加,肿瘤发生,Ras：,突变,H-Ras,口腔癌、胰腺癌,N-Ras,淋巴瘤、白血病,K-Ras,肺癌、结肠癌,D核转录因子异常,bcl-6,过度表达,大细胞淋巴瘤,Myc,易位扩增,Burkitt淋巴瘤、,神经母细胞瘤,WT1,失活,Wilms瘤,二、信号转导异常与肿瘤细胞转移,A.肿瘤细胞转移的基本步骤,瘤细胞脱离原发病灶,侵犯周围间质,进入血管及淋巴管,与靶器官内皮细胞粘附,穿过内皮间隙,侵入间质并继续生长,B.细胞粘附分子在肿瘤转移中的作用,绝大部分细胞粘附分子都是整合在细胞膜上的糖蛋白，由细胞外区、跨膜区和细胞内区构成。,粘附分子在细胞内外信号转导过程中,发挥着重要作用。,同种粘附分子之间的结合（细胞粘附）,异种粘附分子间结合（白细胞与内皮细胞间粘附）,通过连接分子介导的粘附分子间的结合（血小板的聚集）,（一）肿瘤细胞从原发肿瘤病灶的脱离,肿瘤细胞间粘附与钙粘蛋白相关，若钙粘蛋白表达减少时，就会削弱瘤细胞的间粘附作用，导致瘤细胞从原发病灶的脱落，使其浸润转移能力的增强。,（二）肿瘤细胞侵犯周围组织进入循环系统,整合素介导细胞与细胞、细胞与细胞外基质的粘附反应。肿瘤细胞脱离原发病灶后，在整合素作用下，瘤细胞与间质和基底膜发生粘附，释放蛋白酶降解细胞间质，破坏基底膜，进入血循环，,若整合素介导的这种粘附作用的去除，明显减少肿瘤的转移。,（三）肿瘤细胞向转移器官的易位和生长,肿瘤细胞表面配体与内皮细胞表面粘附分子结合，进入靶器官。,免疫球蛋白家族粘附分子,促进肿瘤转移,CD44家族,CD44高表达，预示该 肿瘤的转移和侵袭能力增强。,三、细胞信号转导异常与肿瘤治疗,肿瘤细胞靶向治疗,1、单克隆抗体靶向治疗,机理：,肿瘤细胞单克隆抗体药物，与肿瘤细胞结合，阻断下游信号通路转导，肿瘤细胞阻滞在G1期，促进其凋亡；抑制新生血管形成，限制肿瘤细胞侵袭和转移，达到治疗目的。,上皮生长因子受体EGFR),Cetuximab单抗,(Erbitux),Panitumumab单抗,(完全人源性单抗）,C225 单抗,(人鼠嵌合型IgG1),用于非小细胞肺癌，直结肠癌等。,HER2单抗（上皮生长因子受体）,赫赛汀单抗,（herceptin),HER-2阳性乳腺癌、卵巢癌、胰腺癌治疗,VEGF单抗(血管内皮生长因子）,贝伐单抗,（Avastin）,直结肠癌、非小细胞肺癌治疗,2、蛋白激酶抑制,格力卫(,Gleevec)：受体酪氨酸激酶抑制剂,慢性粒细胞白血病，胃肠道间质瘤治疗,达沙替尼,（Dasatinib)Src/ABL抑制剂，能有效抑制多种对伊玛替尼产生耐药性的肿瘤。,易瑞沙,（Iressa)抑制酪氨酸激酶抑制剂,非小细胞肺癌,塔西法,（Tarceva),受体酪氨酸激酶抑制剂,非小细胞肺癌、胰腺癌,索位菲尔,（surafeinb),丝苏氨酸，酪氨酸激酶抑制剂,广谱抗肿瘤,