細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)進(jìn)展G蛋白

1、2010.11.12e-mail: 內(nèi)內(nèi) 容容緒論緒論第一章第一章 細(xì)胞信號(hào)分子細(xì)胞信號(hào)分子第二章第二章 蛋白質(zhì)的可逆磷酸化蛋白質(zhì)的可逆磷酸化第三章第三章 離子通道離子通道第四章第四章 胞內(nèi)受體的作用機(jī)制胞內(nèi)受體的作用機(jī)制第五章第五章 g蛋白介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)第六章第六章 第二信使第二信使camp與與cgmp 第七章第七章 第二信使第二信使ip3, dag與與ca2+ 第八章第八章 酪氨酸蛋白激酶途徑酪氨酸蛋白激酶途徑 ras-raf-mapk 信號(hào)途徑信號(hào)途徑 pi3k/akt 信號(hào)途徑信號(hào)途徑 jak/stat 信號(hào)途徑信號(hào)途徑第九章第九章 tgf-/smad信號(hào)途徑信號(hào)途徑

2、第十章第十章 細(xì)胞凋亡信號(hào)途徑細(xì)胞凋亡信號(hào)途徑第十一章第十一章 wnt信號(hào)途徑信號(hào)途徑第十二章第十二章 hedgehog/notch 途徑途徑g蛋白介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)gpcrg蛋白介導(dǎo)的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白介導(dǎo)的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)小小g蛋白蛋白gpcr的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu) 又稱蛇型受體又稱蛇型受體 (serpentine receptor), 只存在與真核生物中。只存在與真核生物中。 通常由單一的多肽鏈或均一的亞基組成：跨膜區(qū)由通常由單一的多肽鏈或均一的亞基組成：跨膜區(qū)由7個(gè)個(gè) 螺旋結(jié)構(gòu)組螺旋結(jié)構(gòu)組成；每個(gè)疏水跨膜區(qū)段由成；每個(gè)疏水跨膜區(qū)段由20-25個(gè)氨基酸組成，多肽鏈的個(gè)氨基酸組成，多

3、肽鏈的n-端位于細(xì)端位于細(xì)胞外區(qū)，而胞外區(qū)，而c-端位于細(xì)胞內(nèi)區(qū)；在第五及第六跨膜端位于細(xì)胞內(nèi)區(qū)；在第五及第六跨膜 螺旋結(jié)構(gòu)之間的螺旋結(jié)構(gòu)之間的細(xì)胞內(nèi)環(huán)部分（第三內(nèi)環(huán)區(qū)），是與細(xì)胞內(nèi)環(huán)部分（第三內(nèi)環(huán)區(qū)），是與g蛋白偶聯(lián)的區(qū)域。蛋白偶聯(lián)的區(qū)域。gpcr artmachra類類gpcrsbelongs to subfamily a18 m1 (chrm1, acm1) m2 (chrm2, acm2) m3 (chrm3, acm3) m4 (chrm4, acm4) m5 (chrm5, acm5)代謝型離子通道代謝型離子通道 machrs的組織分布和功能的組織分布和功能machrprimary

4、 localizationexamples of some mediated eventsm1cns & pnsmemory, modulates response to amphetaminesm2brain, heart, stomach,etc.bradycardia (heart)心動(dòng)過(guò)緩心動(dòng)過(guò)緩m3salivary glands, eye, bladderamylase secretion, pupil constriction, bladder contractionm4cnsregulate dopaminergic responses (e.g., locomotor acti

5、vity)m5cns, arteries/arteriolesregulate dopamine release (modulate morphinereward/withdrawal, dilation of blood vessels5-ht受體受體a類類gpcrs subfamily a17 5-ht2a (htr2a, 5h2a) 5-ht2b (htr2b, 5h2b) 5-ht2c (htr2c, 5h2c) 5-ht6 (htr6, 5h6) subfamily a19 5-ht1a (htr1a, 5h1a) 5-ht1b (htr1b, 5h1b) 5-ht1d (htr1d

6、, 5h1d) 5-ht1e (htr1e, 5h1e) 5-ht1f (htr1f, 5h1f) 5-ht4 (htr4) 5-ht5a (htr5a, 5h5a) 5-ht7 (htr7, 5h7) 5-ht3為離子通道型受體為離子通道型受體b類類gpcrsc類類gpcrs calcium-sensing receptor-related (cas) gabab receptors metabotropic glutamate receptors (mglur), 代謝型谷氨酸代謝型谷氨酸受體受體 raig (retinoic acid-inducible orphan g protein

7、-coupled receptors) taste receptors orphan receptors: 孤兒受體，配體未知孤兒受體，配體未知 c類類gpcrscys-richdomainheptahelicaldomainagonistsantagonistsg-proteinc類類gpcrs 的一般結(jié)構(gòu)的一般結(jié)構(gòu)hdvftcrdvenus flytrapdomainallosteric modulator,ammglu1 vft區(qū)的晶體結(jié)構(gòu)區(qū)的晶體結(jié)構(gòu)kunishima et al., nature, 2000open without gluclosed with glugabab 受體

8、受體異二聚體異二聚體代謝型代謝型gaba受體，由受體，由b1, b2兩個(gè)亞單位組成。兩個(gè)亞單位組成。 b1與配體與配體gaba結(jié)合，結(jié)合，b2介導(dǎo)介導(dǎo)g蛋白的激活。蛋白的激活。b2可單獨(dú)轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞膜，可單獨(dú)轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞膜，b1需與需與b2形成異二聚體才能轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞膜。形成異二聚體才能轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞膜。b1亞單位的亞單位的vft與與gaba結(jié)合后，結(jié)合后，vft關(guān)閉，引起跨膜部分的構(gòu)象關(guān)閉，引起跨膜部分的構(gòu)象改變，激活改變，激活g蛋白蛋白功能：神經(jīng)遞質(zhì)釋放的突觸前抑制。功能：神經(jīng)遞質(zhì)釋放的突觸前抑制。b1b2離子型離子型gaba受體受體mglur 與離子通道型與離子通道型glur(iglur)不同，不

9、同，mglur不是離子通道。不是離子通道。 位于突觸前膜及突觸位于突觸前膜及突觸后膜，與學(xué)習(xí)、記憶、后膜，與學(xué)習(xí)、記憶、焦慮及痛覺(jué)有關(guān)。焦慮及痛覺(jué)有關(guān)。 功能：功能： 修飾離子通道的活修飾離子通道的活性性 改變突觸的興奮性，改變突觸的興奮性，如神經(jīng)遞質(zhì)傳遞的如神經(jīng)遞質(zhì)傳遞的突觸前抑制或誘導(dǎo)突觸前抑制或誘導(dǎo)突觸后應(yīng)答突觸后應(yīng)答mglur同源二聚體同源二聚體g蛋白介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)gpcrg蛋白介導(dǎo)的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白介導(dǎo)的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)小小g蛋白蛋白參與參與g蛋白跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的信號(hào)分子的信號(hào)分子gpcrg蛋白（鳥苷酸結(jié)合蛋白）蛋白（鳥苷酸結(jié)合蛋白）g蛋白效應(yīng)分子蛋白效應(yīng)

10、分子第二信使第二信使蛋白激酶等一系列的信號(hào)分子蛋白激酶等一系列的信號(hào)分子g蛋白蛋白鳥苷酸結(jié)合蛋白（鳥苷酸結(jié)合蛋白（guanylate binding protein）的簡(jiǎn)稱）的簡(jiǎn)稱包括異源三聚體包括異源三聚體g蛋白和單體蛋白和單體g蛋白蛋白/小小g蛋白蛋白alfred g.gilman martin rodbell 1994年年10月月9日，在諾貝爾頒獎(jiǎng)大會(huì)上，諾貝爾生理學(xué)獎(jiǎng)授予給了日，在諾貝爾頒獎(jiǎng)大會(huì)上，諾貝爾生理學(xué)獎(jiǎng)授予給了alfred g.gilman 和和martin rodbell，以表彰他們的重大發(fā)現(xiàn)：，以表彰他們的重大發(fā)現(xiàn)：g-蛋白及其在細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)中所起的作用。蛋白及其在細(xì)胞

11、內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)中所起的作用。 g蛋白的活性調(diào)節(jié)蛋白的活性調(diào)節(jié)現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，在哺乳動(dòng)物中，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，在哺乳動(dòng)物中，g蛋白的蛋白的 亞基有亞基有21種，種， 亞基有亞基有5種，種， 亞基有亞基有12種。種。不同的不同的g蛋白能特異地將受體與相應(yīng)的效應(yīng)酶偶蛋白能特異地將受體與相應(yīng)的效應(yīng)酶偶聯(lián)起來(lái)，將特異的信息傳遞到細(xì)胞內(nèi)。聯(lián)起來(lái)，將特異的信息傳遞到細(xì)胞內(nèi)。異源三聚體異源三聚體g蛋白的種類蛋白的種類蛋白蛋白 亞基亞基g proteingsgigqg12 -subunit subfamilygs, golfgi1-3, go, gzgtgq, g11, g14, g16g12, g13effect of act

12、ivationstimulation of adenylyl cyclaseinhibition of adenylyl cyclaseactivation of cgmp phosphodiesterase (specific for retinal phototransduction)activation of phospholipase c (plc)activation of rhoa signalling; activation of plceg s 與與 g i 的抑制劑的抑制劑霍亂毒素霍亂毒素(cholera toxin) 能催化能催化adp核糖基共價(jià)結(jié)合到核糖基共價(jià)結(jié)合到gs的

13、的亞基亞基上，抑制上，抑制亞基的亞基的gtpase活性，從活性，從而抑制了而抑制了gtp的水解，使的水解，使亞基持亞基持續(xù)活化，導(dǎo)致患者細(xì)胞內(nèi)續(xù)活化，導(dǎo)致患者細(xì)胞內(nèi)na+和水和水持續(xù)外流，產(chǎn)生嚴(yán)重腹瀉而脫水。持續(xù)外流，產(chǎn)生嚴(yán)重腹瀉而脫水。百日咳毒素百日咳毒素(pertussis toxin) 使使gi蛋白蛋白亞基亞基adp核糖化，阻止核糖化，阻止亞基上的亞基上的gdp被被gtp取代，取代， 使其失去對(duì)使其失去對(duì)ac的的抑制作用，抑制作用， 使使camp的濃度增加的濃度增加, 促使促使大量的體液分泌進(jìn)入肺，大量的體液分泌進(jìn)入肺， 引起嚴(yán)重的引起嚴(yán)重的咳嗽。咳嗽。 g蛋白的效應(yīng)分子蛋白的效應(yīng)分子某

14、些離子通道某些離子通道, 接受接受g蛋白的直接或間接調(diào)控。蛋白的直接或間接調(diào)控。 酶類酶類: 主要有腺苷酸環(huán)化酶主要有腺苷酸環(huán)化酶(ac)、磷脂酶、磷脂酶c(plc)、磷脂酶、磷脂酶a2(pla2)、鳥苷酸環(huán)化酶鳥苷酸環(huán)化酶(gc)和依賴于和依賴于cgmp的磷酸二酯酶的磷酸二酯酶(pde)。它們都能通過(guò)。它們都能通過(guò)生成生成(或分解或分解)第二信使，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞外信號(hào)向細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)導(dǎo)。第二信使，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞外信號(hào)向細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)導(dǎo)。g蛋白調(diào)節(jié)的離子通道蛋白調(diào)節(jié)的離子通道（a）神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿與心）神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿與心肌細(xì)胞的膜受體結(jié)合，使得肌細(xì)胞的膜受體結(jié)合，使得g蛋白的蛋白的亞基與亞基與、亞基分開(kāi)；亞基分

15、開(kāi)；（b）激活的）激活的、亞基復(fù)合物亞基復(fù)合物同同k+離子通道結(jié)合并將離子通道結(jié)合并將k+離離子通道打開(kāi)；子通道打開(kāi)；（c）亞基中的亞基中的gtp水解，導(dǎo)水解，導(dǎo)致致亞基與亞基與、亞基重新結(jié)合，亞基重新結(jié)合，使使g蛋白處于非活性狀態(tài)，使蛋白處于非活性狀態(tài)，使k離子通道關(guān)閉。離子通道關(guān)閉。 gpcr能夠激活心肌質(zhì)膜的能夠激活心肌質(zhì)膜的k+離子通道打開(kāi)離子通道打開(kāi), 通過(guò)神經(jīng)遞質(zhì)通過(guò)神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿調(diào)節(jié)心肌收縮乙酰膽堿調(diào)節(jié)心肌收縮 gpcr介導(dǎo)的跨膜信號(hào)傳遞介導(dǎo)的跨膜信號(hào)傳遞磷脂酰肌醇信號(hào)通路磷脂酰肌醇信號(hào)通路camp 信號(hào)通路信號(hào)通路1化學(xué)感受器中的化學(xué)感受器中的g蛋白蛋白氣味分子與受體結(jié)合，激

16、活腺苷酸環(huán)化酶，產(chǎn)生氣味分子與受體結(jié)合，激活腺苷酸環(huán)化酶，產(chǎn)生cnmp，開(kāi)啟，開(kāi)啟cnmp門控陽(yáng)離子通道，引起鈉離子內(nèi)流，門控陽(yáng)離子通道，引起鈉離子內(nèi)流，膜去極化，產(chǎn)生神經(jīng)沖動(dòng)，形成嗅覺(jué)或味覺(jué)。膜去極化，產(chǎn)生神經(jīng)沖動(dòng)，形成嗅覺(jué)或味覺(jué)。 2004年年axel和和buck因發(fā)現(xiàn)氣味受體和化學(xué)感因發(fā)現(xiàn)氣味受體和化學(xué)感受器系統(tǒng)的組成而獲諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。受器系統(tǒng)的組成而獲諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。其他其他g-蛋白蛋白richard axellinda b. buck其他其他g-蛋白蛋白2 2視覺(jué)感受器中的視覺(jué)感受器中的g蛋白蛋白視紫紅質(zhì)為視紫紅質(zhì)為7次跨膜蛋白，由視蛋白和視黃醛組成。其信號(hào)途徑為：次跨膜蛋

17、白，由視蛋白和視黃醛組成。其信號(hào)途徑為： 光信號(hào)光信號(hào)rh激活激活gt活化活化cgmp磷酸二酯酶激活磷酸二酯酶激活胞內(nèi)胞內(nèi)cgmp減減少少na+離子通道關(guān)閉離子通道關(guān)閉離子濃度下降離子濃度下降膜超極化膜超極化神經(jīng)遞質(zhì)釋放神經(jīng)遞質(zhì)釋放減少減少視覺(jué)反應(yīng)。視覺(jué)反應(yīng)。g蛋白介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)gpcrg蛋白介導(dǎo)的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白介導(dǎo)的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)小小g蛋白蛋白小小g蛋白家族蛋白家族 特點(diǎn)：分子量小，特點(diǎn)：分子量小，2128kd的小肽的小肽，為單體，為單體 功能：與功能：與g類似，起分子開(kāi)關(guān)的作用類似，起分子開(kāi)關(guān)的作用 與大與大g蛋白相同點(diǎn)：蛋白相同點(diǎn)：當(dāng)結(jié)合當(dāng)結(jié)合gtp時(shí)成為活化形式時(shí)成為

18、活化形式當(dāng)當(dāng)gtp水解成為水解成為gdp時(shí)時(shí)(自身為自身為gtp酶酶), 則回復(fù)到非則回復(fù)到非活化狀態(tài)活化狀態(tài) 與大與大g蛋白不同點(diǎn)：蛋白不同點(diǎn)：主要受酪氨酸蛋白激酶的調(diào)節(jié)主要受酪氨酸蛋白激酶的調(diào)節(jié)需要中介蛋白需要中介蛋白ras ras:大鼠肉瘤大鼠肉瘤(rat sarcoma, ras)的英文縮寫的英文縮寫 原癌基因原癌基因c-ras的表達(dá)產(chǎn)物的表達(dá)產(chǎn)物 通過(guò)脂肪酸鏈通過(guò)脂肪酸鏈(異戊烯基異戊烯基)嵌入細(xì)嵌入細(xì)胞膜中。胞膜中。 ras.gdp: 無(wú)活性形式無(wú)活性形式 ras.gtp: 活性形式活性形式ras的分類的分類 哺乳動(dòng)物：哺乳動(dòng)物： h-ras, k-ras (ras4a, ras4

19、b), n-ras 1960s, jennifer harvey與與 werner kirsten發(fā)現(xiàn)大鼠肉發(fā)現(xiàn)大鼠肉瘤中存在病毒，分別命名為瘤中存在病毒，分別命名為hras、 kras病毒。病毒。 nih的的edward m. scolnick 及其同事在及其同事在hras, kras病毒中發(fā)現(xiàn)具轉(zhuǎn)化、致癌活性的癌基因。病毒中發(fā)現(xiàn)具轉(zhuǎn)化、致癌活性的癌基因。 1982年年, 哈佛的哈佛的geoffrey m. cooper， nih的的mariano barbacid、 stuart a. aaronson及及mit的的 robert weinberg 在人癌細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)具轉(zhuǎn)化活性的在人癌細(xì)胞中

20、發(fā)現(xiàn)具轉(zhuǎn)化活性的ras 基因?；颉?n-ras: 首先在人成神經(jīng)細(xì)胞瘤首先在人成神經(jīng)細(xì)胞瘤(neuroblastoma)中發(fā)現(xiàn)。中發(fā)現(xiàn)。robert a. weinbergfounding member of mit whitehead institute for biomedical research.a pioneer in cancer research mostly known for its discoveries of the first human oncogene the ras oncogene that causes normal cells to form tumors

21、, and the isolation of the first known tumor suppressor gene - the rb gene.1. the biology of cancer , by robert a. weinberg, june 2006, (garland science textbooks), 864pp.2. one renegade cell (science masters) by robert a. weinberg, october 01, 1999, 170pp.3. racing to the beginning of the road: the

22、 search for the origin of cancer , by: robert a. weinberg, may 01, 1996 (harmony books) 270pp. 4. genes and the biology of cancer (scientific american library) by: harold varmus, robert a. weinberg, october 01, 1992, 215pp.5. oncogenes and the molecular origins of cancer (monograph ser no. 18), marc

23、h 01, 1990, cold spring harbor (r.a.weinberg, editor) 270pp.ras的一級(jí)序列的一級(jí)序列g(shù)-domain: 166 aa, 前前164 aa 高度同源高度同源 綠色：相同殘基綠色：相同殘基 淡紫色：保守替代殘基淡紫色：保守替代殘基 黃色：高度可變殘基黃色：高度可變殘基 紅色：突變致癌殘基紅色：突變致癌殘基c端：除端：除cys186外，其他殘基高度可變外，其他殘基高度可變異戊烯化修飾位點(diǎn)異戊烯化修飾位點(diǎn)166g-domainc端端g1g2g3g4g5鳥苷酸交換因子鳥苷酸交換因子ras的的翻譯后修飾翻譯后修飾c端端caax box中的中的c

24、ys在胞質(zhì)中發(fā)生異戊烯化修飾，插入在胞質(zhì)中發(fā)生異戊烯化修飾，插入er膜膜在在er膜上，膜上，-aax被蛋白內(nèi)切酶切除被蛋白內(nèi)切酶切除新的新的c末端殘基末端殘基cys發(fā)生甲基化修飾發(fā)生甲基化修飾甲基化的甲基化的ras轉(zhuǎn)運(yùn)至質(zhì)膜轉(zhuǎn)運(yùn)至質(zhì)膜, 進(jìn)一步發(fā)生棕櫚?；揎椷M(jìn)一步發(fā)生棕櫚?；揎?未經(jīng)異戊烯化修飾的未經(jīng)異戊烯化修飾的ras位于胞質(zhì)中，無(wú)活性位于胞質(zhì)中，無(wú)活性ras的活性調(diào)節(jié)的活性調(diào)節(jié) ras與與gtp、gdp的結(jié)合受的結(jié)合受rasgef(鳥苷酸交換因子，鳥苷酸交換因子， guanine nucleotide exchange factors)與與rasgap (gtpase activati

25、ng protein，gtp酶激活蛋白酶激活蛋白)的調(diào)節(jié)。的調(diào)節(jié)。 gef分兩類：分兩類： 活化型活化型gef (guanosine nucleotide dissociation stimulators, gds) 抑制型抑制型gef(guanosine nucleotide dissociation inhibitors, gdi）ras的激活與失活的激活與失活ras基因突變基因突變?cè)谌祟惸[瘤中，原癌基因在人類腫瘤中，原癌基因ras的突變較為常見(jiàn)，占腫瘤基因突變的的突變較為常見(jiàn)，占腫瘤基因突變的20-30%。它們的產(chǎn)物能抑制細(xì)胞凋亡，加快癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移。它們的產(chǎn)物能抑制細(xì)胞凋亡，加快癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移

26、。h-ras變異蛋變異蛋白可見(jiàn)于膀胱癌和腎癌。而在幾乎所白可見(jiàn)于膀胱癌和腎癌。而在幾乎所 有的乳腺癌中都可看到變異的有的乳腺癌中都可看到變異的k-ras。另外在肺癌，大腸癌和直腸癌中都可見(jiàn)其身影。另外在肺癌，大腸癌和直腸癌中都可見(jiàn)其身影。k-ras的作的作用很可能是通過(guò)用很可能是通過(guò)ras-raf-mek-erk途徑實(shí)途徑實(shí) 現(xiàn)的現(xiàn)的, 這條途徑不但能促這條途徑不但能促進(jìn)血管生成，還會(huì)誘發(fā)癌細(xì)胞的浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移。進(jìn)血管生成，還會(huì)誘發(fā)癌細(xì)胞的浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移。 constitutive active mutations: p-loop中的中的g12v突變使突變使ras對(duì)對(duì)gap不敏感，從而處于持續(xù)性激活不

27、敏感，從而處于持續(xù)性激活狀態(tài)。狀態(tài)。 參與催化的殘基參與催化的殘基q61k突變，降低突變，降低ras水解水解gtp的速度。的速度。dominant negative mutations: s17n d119nras 超家族超家族亞家族名稱亞家族名稱rasrhorabraparfranrhebradrit功能功能細(xì)胞增殖細(xì)胞增殖 (mapk信號(hào)通路信號(hào)通路)細(xì)胞骨架的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)、細(xì)胞形態(tài)細(xì)胞骨架的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)、細(xì)胞形態(tài)囊泡運(yùn)輸囊泡運(yùn)輸囊泡運(yùn)輸囊泡運(yùn)輸囊泡運(yùn)輸囊泡運(yùn)輸核轉(zhuǎn)運(yùn)核轉(zhuǎn)運(yùn)mtor信號(hào)通路信號(hào)通路ras超家族成員超家族成員100種，根據(jù)氨基酸序列、結(jié)種，根據(jù)氨基酸序列、結(jié)構(gòu)及功能分為構(gòu)及功能分為1

28、0個(gè)亞家族：個(gè)亞家族：rho-gtpases分類：分類： rho: rhoa, rhoc, rhog, rhoh rac: rac1, rac2, rac3 cdc42: cdc42, tc10, tlc (tc10-like), chp, wrch-1 rhod: rhod, rif rhoh/ttf rhobtb: rhobtb1, rhobtb2; miro: miro-1, miro-2 rnd: rnd1, rnd2, rnd3(rhoe), 不能水解不能水解gtp, 通常抑制通常抑制rho-gtpase信號(hào)途徑信號(hào)途徑功能：功能： 肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架的動(dòng)態(tài)調(diào)

29、節(jié)，包括細(xì)胞形態(tài)、極性、運(yùn)動(dòng)、囊，包括細(xì)胞形態(tài)、極性、運(yùn)動(dòng)、囊泡運(yùn)輸、偽足形成等泡運(yùn)輸、偽足形成等 細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖、分化、細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖、分化、ros (reactive oxygen species)的產(chǎn)生及的產(chǎn)生及存活存活 由來(lái)自由來(lái)自gpcr, integrins及及 growth factor 受體的信號(hào)所激活受體的信號(hào)所激活細(xì)胞骨架細(xì)胞骨架(cytoskeleton)actinmicrotubuleintermediate filamentcell motility肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié) rho: 形成張力絲形成張力絲(stress fibers) ra

30、c: membrance ruffling, lamellipodium(層層狀偽足狀偽足) cdc42: filopodia(絲狀偽足絲狀偽足)focal adhesionred: stress fibersgreen: focal adhesionsfocal adhesion complexintegrin: 整合素整合素 介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞間的相互作用介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞間的相互作用及細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)間及細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)間(fibronectin, vitronectin, collagen, laminin中的中的rgd三三肽序列肽序列)的相互作用的相互作用 由由 (120185kd)和和(9

31、0110kd)兩個(gè)亞單位形成兩個(gè)亞單位形成異二聚體異二聚體 迄今已發(fā)現(xiàn)迄今已發(fā)現(xiàn)18種種亞單位和亞單位和9種種亞單位亞單位, 它們按不同的組合構(gòu)它們按不同的組合構(gòu)成成25余種整合素余種整合素talin, paxillin, vinculin: focal adhesion markerssrc: non-recpetor tyrosine kinasefak: focal adhesion kinase張力絲的形成張力絲的形成rhofilopodiamacrophagefibroblastslamellipodiafibroblastsearly spreadinghuveneers, s.

32、et al. j cell sci 2009;122:1059-1069rhogaps and rhogefsrhoe在在1996年年被發(fā)現(xiàn)的被發(fā)現(xiàn)的rhoe飾演著飾演著抑制癌抑制癌癥的角色。與其他游癥的角色。與其他游移于激活移于激活/失活狀態(tài)的失活狀態(tài)的g蛋白不同，蛋白不同，rhoe持續(xù)與持續(xù)與gtp結(jié)合，結(jié)合，一直處于激活狀態(tài)，所以其功能的上下調(diào)節(jié)靠的是其表達(dá)一直處于激活狀態(tài)，所以其功能的上下調(diào)節(jié)靠的是其表達(dá)水平。水平。根據(jù)另一項(xiàng)研究，根據(jù)另一項(xiàng)研究，rhoe不不 僅在細(xì)胞增殖方面起到調(diào)節(jié)作僅在細(xì)胞增殖方面起到調(diào)節(jié)作用，則在細(xì)胞遷移方面發(fā)揮著其功能，甚至將某些癌細(xì)胞用，則在細(xì)胞遷移方面發(fā)揮

33、著其功能，甚至將某些癌細(xì)胞引向細(xì)胞凋亡。引向細(xì)胞凋亡。ludwig institute for cancer research的研的研究人員發(fā)現(xiàn)究人員發(fā)現(xiàn), rhoe會(huì)在生長(zhǎng)因子的刺激和會(huì)在生長(zhǎng)因子的刺激和dna損壞的情況損壞的情況下表達(dá)增高，因此有可能成為癌癥的生物標(biāo)記。下表達(dá)增高，因此有可能成為癌癥的生物標(biāo)記。rhoe能能阻阻止肌動(dòng)蛋白的止肌動(dòng)蛋白的 聚合和應(yīng)力纖維的形成聚合和應(yīng)力纖維的形成，因此，因此細(xì)胞遷移的能細(xì)胞遷移的能力減弱力減弱。rhoe成為癌癥治療的又一新目標(biāo)。成為癌癥治療的又一新目標(biāo)。 ras 超家族超家族亞家族名稱亞家族名稱rasrhorabraparfranrhebrad

34、rit功能功能細(xì)胞增殖細(xì)胞增殖 (mapk信號(hào)通路信號(hào)通路)細(xì)胞骨架的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)、細(xì)胞形態(tài)細(xì)胞骨架的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)、細(xì)胞形態(tài)囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)核轉(zhuǎn)運(yùn)核轉(zhuǎn)運(yùn)mtor信號(hào)通路信號(hào)通路ras超家族成員超家族成員100種，根據(jù)氨基酸序列、結(jié)種，根據(jù)氨基酸序列、結(jié)構(gòu)及功能分為構(gòu)及功能分為10個(gè)亞家族：個(gè)亞家族： rab-gtpases 與與囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)rab-gtpasesras-associated binding (rab) proteins 從酵母到人高度保守從酵母到人高度保守 人：人： 60種種 酵母酵母(s. cerevisiae)：11 線蟲線蟲(c. elegan

35、s)：29 果蠅果蠅(d. melanogaster)：26功能：蛋白質(zhì)與磷脂分子在不同膜結(jié)構(gòu)功能：蛋白質(zhì)與磷脂分子在不同膜結(jié)構(gòu)之間的轉(zhuǎn)運(yùn)之間的轉(zhuǎn)運(yùn)囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)(vesicle trafficking)， 包括囊泡的形成、肌動(dòng)蛋包括囊泡的形成、肌動(dòng)蛋白白/微管依賴性的囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)、與受體膜的微管依賴性的囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)、與受體膜的融合以及囊泡之間的信號(hào)傳遞。融合以及囊泡之間的信號(hào)傳遞。nameyeast homologlocalizationexpressionfunctionrab1aypt1per/cis-golgiuer-golgi transportrab2aer/cis-golgiugolg

36、i-er retrograde transportrab3asvneuronsregulation of neurotransmitter releaserab4aeeuendocytic recyclingrab5aypt51pee, ccv, pmubudding, motility and fusion in endocytosisrab6aypt6pgolgiuretrograde golgi trafficrab7ypt7pleulate endocytic trafficrab8asec4ptgn, pmutgn-pm trafficrab9aleule-tgn trafficra

37、b11aypt31pre, tgnuendocytic recycling via re and tgnrab-gtpases 的亞細(xì)胞分布和功能的亞細(xì)胞分布和功能ccv, clathrin-coated vesicles; ee, early endosomes; er, endoplasmic reticulum; le, late endosome; pm, plasma membrane; re, recycling endosome; sv, synaptic vesicle; tgn, trans-golgi network; u, ubiquitous rab-gtpases6個(gè)

38、個(gè) 片層，片層，5個(gè)個(gè) 螺旋，螺旋，10個(gè)個(gè)loops(l l)紅色：紅色：rab 特異性殘基特異性殘基(rabf1-5)；深紫色：；深紫色：rab亞家亞家族特異性族特異性motif (rabsf1-4)；藍(lán)色：高度保守的核苷酸結(jié)合藍(lán)色：高度保守的核苷酸結(jié)合motif (g1-3); pm: phosphate/mg2+結(jié)合結(jié)合motif c端同源性小，參與端同源性小，參與rab-gtpases的亞細(xì)胞定位，而鳥的亞細(xì)胞定位，而鳥苷酸結(jié)合位點(diǎn)高度保守苷酸結(jié)合位點(diǎn)高度保守rab-gtpase cyclesrab 在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成后，首先在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成后，首先與與rab escort protein (

39、rep)結(jié)合形成穩(wěn)定的復(fù)合體。結(jié)合形成穩(wěn)定的復(fù)合體。rab c末端的末端的cys motif 在在rab 香葉酰香葉基轉(zhuǎn)移酶香葉酰香葉基轉(zhuǎn)移酶(rab geranylgeranyl transferase, rabggt)的作的作用發(fā)生異戊烯化，用發(fā)生異戊烯化，rabggt 由由 , 亞單位組成。亞單位組成。rep將將rab轉(zhuǎn)運(yùn)至供體膜轉(zhuǎn)運(yùn)至供體膜(donor membrane)后，與后，與rab解離，參與下一輪循環(huán)解離，參與下一輪循環(huán)(藍(lán)色箭頭藍(lán)色箭頭)。rab-gtpase cycles (contd)在供體膜上，無(wú)活性的在供體膜上，無(wú)活性的rab.gdp在在rabgef作用下與作用下與g

40、dp解離，解離，同時(shí)與同時(shí)與gtp結(jié)合，成為有活性的結(jié)合，成為有活性的rab.gtp, 后者在后者在rabgap的作用的作用下回復(fù)到無(wú)活性的下回復(fù)到無(wú)活性的rab.gdp形式。形式。被激活的被激活的rab可與結(jié)構(gòu)和功能各可與結(jié)構(gòu)和功能各異的效應(yīng)分子相結(jié)合，包括供體異的效應(yīng)分子相結(jié)合，包括供體膜上的膜上的cargo sorting complexes、參與囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)的動(dòng)力蛋白參與囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)的動(dòng)力蛋白(motor protein) 以及調(diào)節(jié)囊泡與受體膜以及調(diào)節(jié)囊泡與受體膜融合的融合的tethering complexes。囊泡與受體膜融合，釋放所轉(zhuǎn)運(yùn)囊泡與受體膜融合，釋放所轉(zhuǎn)運(yùn)貨物；貨物；rab.gd

41、p在在gdp解離抑制解離抑制蛋白蛋白(gdp dissociation inhibitor, gdi)的作用下，從受體膜回到供的作用下，從受體膜回到供體膜上，參與下一輪循環(huán)。體膜上，參與下一輪循環(huán)。囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)在供體膜出芽部位，在供體膜出芽部位，rab與與效應(yīng)分子形成復(fù)合物；出芽效應(yīng)分子形成復(fù)合物；出芽部位與供體膜分離，形成轉(zhuǎn)部位與供體膜分離，形成轉(zhuǎn)運(yùn)囊泡。運(yùn)囊泡。轉(zhuǎn)運(yùn)囊泡脫去包被蛋白，通轉(zhuǎn)運(yùn)囊泡脫去包被蛋白，通過(guò)動(dòng)力蛋白中介分子過(guò)動(dòng)力蛋白中介分子(motor adapter)與與動(dòng)力蛋白動(dòng)力蛋白結(jié)合。結(jié)合。動(dòng)力蛋白水解動(dòng)力蛋白水解atp提供能量，提供能量，使轉(zhuǎn)運(yùn)囊泡沿微管向受體膜使轉(zhuǎn)運(yùn)囊

42、泡沿微管向受體膜方向運(yùn)動(dòng)。方向運(yùn)動(dòng)。供體膜上的供體膜上的v-snare與受體與受體膜上的膜上的t-snare相互識(shí)別，相互識(shí)別，形成形成tethering complex。v-snare插入受體膜中，供插入受體膜中，供體膜與受體膜融合，釋放所體膜與受體膜融合，釋放所轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)。轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)。gdf: gdi displacement factorsnare: soluble n-ethylmaleimide-sensitive factor attachment protein receptorsnares介導(dǎo)的膜融合介導(dǎo)的膜融合v-snare is comprised of two proteins: synaptobrevin & vamp (vesicle associated membrane protein) t-snare is made up of the proteins: syntaxin and snap-25 conformational changes occur in the v-snare-t-snare association a fusion protein complex is formed with snap25 which binds to syntaxin and vamp the f