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第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路
絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activatedproteinkinase,MAPK)
?
Ser/Thr蛋白激酶
?
受細(xì)胞外刺激而激活
?
在所有真核細(xì)胞中高度保守
?
通路組成—
三級(jí)激酶模式
?
調(diào)節(jié)多種重要的細(xì)胞生理/病理過程第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路本章主要內(nèi)容:
?MAPK信號(hào)通路的成員
?MAPK的蛋白結(jié)構(gòu)
?MAPK通路模式
?MAPK的激活
?MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路間的關(guān)系第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路一、MAPK信號(hào)通路的成員
MAPK是信號(hào)從細(xì)胞表面→核內(nèi)的重要轉(zhuǎn)遞者。已鑒定的(據(jù)1999的統(tǒng)計(jì)):
MAPK激酶激酶(MKKK)14種
MAPK激酶(MKK)7種
MAPK12種第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路MKKK(MAPKinaseKinaseKinase)亞族:第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路MKK(MAPKinaseKinase)亞族:第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路MAPK(MAPKinase)亞族:第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路二、MAPK的蛋白結(jié)構(gòu)(一)MAPK的一級(jí)結(jié)構(gòu)
蘇氨酸磷酸化位點(diǎn)與其他蛋白激酶同源,酪氨酸磷酸化位點(diǎn)是MAPK獨(dú)特的。磷酸化位點(diǎn)的三肽模體—TXY
ERK和ERK5
—TEYp38—TGY
JNK—TPY第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路
?三肽模體位于L12?各亞族L12長(zhǎng)度不同
?活化唇(activationlip)?各亞族都具有12個(gè)保守亞區(qū)—
真核細(xì)胞蛋白激酶超家族區(qū)分標(biāo)志之一
?家族成員之間具有較高的同源性第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路MAPK其他名稱與ERK2的同源性%同一亞族成員序列相似性%ERK1p44MAPK88ERK2p42MAPK100ERK3αp62ratERK343100ERK3βhumanERK34274JNK1SAPKγ4087JNK2SAPKα41100JNK3SAPKβ4088哺乳動(dòng)物MAPK第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路哺乳動(dòng)物MAPKMAPK其他名稱與ERK2的同源性%同一亞族成員序列相似性%ERK2p42MAPK100p38αp38CSBP50100p38βp38-24775p38γERK6SAPK34462p38δSAPK44264ERK5BMK151ERK741第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路
(二)MAPK的二級(jí)結(jié)構(gòu)和超二級(jí)結(jié)構(gòu)
以ERK2為例
N端域
—主要由β折疊和2個(gè)α螺旋組成(1~109和320~358位氨基酸殘基)
C端域
—α螺旋,含磷酸化唇和MAPK插入,催化環(huán)(Arg-147~152)
(110~319位氨基酸殘基)交界處的裂隙—ATP結(jié)合位點(diǎn)第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路(三)MAPK的空間結(jié)構(gòu)特征大體結(jié)構(gòu):非常相似底物結(jié)合口袋的結(jié)構(gòu)特征:無活性時(shí)被阻斷,有活性時(shí)暴露出。ATP結(jié)合位點(diǎn)的結(jié)構(gòu)特征:
大小、形狀、疏水性和電荷等不同磷酸基團(tuán)結(jié)合位點(diǎn):4個(gè)保守位點(diǎn)
第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路三、MAPK通路模式第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路四、MAPK的激活MAPK激活機(jī)制的發(fā)現(xiàn)重要的實(shí)驗(yàn)觀察:
?20世紀(jì)80年代,觀察到當(dāng)GF刺激時(shí),Tyr被磷酸化的主要蛋白為42kDa?佛波酯醇刺激時(shí),產(chǎn)生同樣的蛋白
?胰島素RTK催化Ser/Thr蛋白激酶
?
胰島素刺激,產(chǎn)生Thr和Tyr雙磷酸化的42kDa蛋白第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路MAPK的激活機(jī)制
?活性部位位于兩個(gè)折疊域的界面
?是通過Thr和Tyr的雙位點(diǎn)同時(shí)磷酸化而被激活
例:ERK2—Tyr-185,Thr-183pY185—解除L12對(duì)底物結(jié)合的阻斷
?
MAPK是Pro指導(dǎo)的蛋白激酶第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路
對(duì)于ERK2來說,其底物的一般保守性序列為Pro-X-Ser/Thr-Pro?活化環(huán)中Tyr-185和Thr-183的磷酸化,
引起該環(huán)重新折疊,與Arg結(jié)合位點(diǎn)相互作用
?酸性氨基酸替代,不導(dǎo)致組成性活化
?MAPK的點(diǎn)突變不影響其活性
第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路五、酵母MAPK通路
釀酒酵母—已鑒定出5條
?單倍體的交配途徑
?浸潤(rùn)性生長(zhǎng)通路
?細(xì)胞壁重構(gòu)通路
?
雙組分滲透壓感受器通路
?Sho1滲透壓感受器通路第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路(一)酵母菌中MAPK模式的組成和作用釀酒酵母:4種MKKK4種MKK6種MAPK
其中,4種參加明確的5種MAPK通路
2種(SMK1,YKL161C)參加未知的MAPK通路
3個(gè)成員通過與支架蛋白結(jié)合而聯(lián)在一起第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路(二)單倍體酵母與交配有關(guān)的通路
?
釀酒酵母的2種交配型(單倍體):
a細(xì)胞型和α細(xì)胞型
?
2種性信息素:a因子和α因子
?
7次跨膜受體:Ste3和
Ste2
?
異三聚體G蛋白:
Gpa1—α亞基
Ste4
—β亞基
Ste18—γ亞基第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路Ste2receptor釀酒酵母的交配通路ste:不育基因Ste5:支架蛋白Ste12:
轉(zhuǎn)錄因子第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路支架蛋白(Scaffoldprotein)
其主要功能是將其他蛋白質(zhì)結(jié)合在一起,促進(jìn)它們相互作用。
?將細(xì)胞信號(hào)通路中的各種信號(hào)分子結(jié)合在一起,形成復(fù)合物
?
起生理性隔室化的效應(yīng),從而防止該通路與其他通路發(fā)生交聯(lián)
?含有許多蛋白結(jié)合域第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路(三)浸潤(rùn)通路
缺乏氮源—
形態(tài)改變假菌絲:缺乏氮源時(shí),橢圓型的雙倍酵母進(jìn)行不對(duì)稱的細(xì)胞分裂以產(chǎn)生一個(gè)細(xì)而長(zhǎng)的子細(xì)胞,后者又不斷產(chǎn)生長(zhǎng)的子細(xì)胞。由于母細(xì)胞與子細(xì)胞仍然相連,因此這種單級(jí)分裂方式的不斷重復(fù)將產(chǎn)生由延長(zhǎng)的細(xì)胞組成的絲狀物。第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路KSS1:絲狀生長(zhǎng)所需要(單倍體,雙倍體)注:未被Ste7激活時(shí),是浸潤(rùn)生長(zhǎng)的抑制物,被Ste7激活時(shí),刺激浸潤(rùn)生長(zhǎng)。第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路FUS3和KSS1的鑒別:
?刺激激活的條件不同
FUS3—信息素KSS1—缺乏氮源
?表達(dá)不同
FUS3—單倍體細(xì)胞中
KSS1—單倍體細(xì)胞和雙倍體細(xì)胞中
?對(duì)浸潤(rùn)生長(zhǎng)的調(diào)節(jié)作用
FUS3—抑制KSS1—刺激第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路(四)細(xì)胞壁重構(gòu)通路
?
酵母的生長(zhǎng)依賴于有效的細(xì)胞壁重構(gòu)?
PKC1:MKKKK?
MKK1和MKK2的重疊作用意義不清第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路(五)滲透壓感受器和應(yīng)激通路釀酒酵母的2種滲透壓感受器:
?“雙組分”滲透壓感受器
低滲透壓條件下激活
?膜滲透壓感受器高滲透壓條件下激活
?2種滲透壓感受器對(duì)MAPK通路的調(diào)節(jié)作用不同第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路1.
“雙組分”滲透壓感受器
?
“雙組分”轉(zhuǎn)導(dǎo)體系通常見于原核細(xì)胞
?“雙組分”轉(zhuǎn)導(dǎo)體系的組成感受器分子—
胞外區(qū)+胞質(zhì)His激酶域
+
反應(yīng)-調(diào)節(jié)分子—
接受域+DNA結(jié)合域
是一種His-Asp磷酸化體系
?“雙組分”轉(zhuǎn)導(dǎo)體系在哺乳類尚未鑒定出第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路
?
“雙組分”轉(zhuǎn)導(dǎo)過程
感受器蛋白活化↓
胞質(zhì)激酶域的His磷酸化
↓
反應(yīng)-調(diào)節(jié)分子接受域的Asp磷酸化
↓
啟動(dòng)輸出功能,即轉(zhuǎn)錄激活作用第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路酵母
“雙組分”滲透壓感受器:
?
由3種蛋白組成
Sln1+Ypd1+Ssk1
?兩個(gè)相連的“雙組分”體系
第一個(gè)—
Sln1(His激酶域和接受域)
第二個(gè)—
Ypd1(His激酶域)
+
Ssk1
(接受域)
第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在低滲透壓條件下?Sln1
是有活性的?Ssk1是無活性的?HOG1也無活性在高滲透壓條件下?Sln1
是無活性的?Ssk1是有活性的?HOG1也有活性第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路2.
Sho1依賴的滲透壓感受器
Sho1:跨膜蛋白滲透壓感受器
結(jié)構(gòu):4個(gè)跨膜區(qū)
+
C-末端胞質(zhì)區(qū)(含SH3域)第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在高滲透壓條件下?Sho1感受高滲透?Sho1激活Ste11?Pbs2發(fā)揮支架蛋白的作用?Pbs2含有多聚脯氨酸富集區(qū)第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路3.
裂殖酵母菌中的滲透壓感受通路和應(yīng)激通路
環(huán)境應(yīng)激時(shí)激活2個(gè)相關(guān)的MAPK通路
?WIK/WIS/SPC1通路
?WIN1/WIS/SPC1通路
(在滲透壓應(yīng)激時(shí)起主要作用)?上游調(diào)節(jié)因子Mcs4是Ssk1蛋白的同源物
?ATF1是SPC1的主要核內(nèi)底物第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路?SPC1只有經(jīng)磷酸化后才能入核?熱休克和氧應(yīng)激時(shí)SPC1磷酸化激活,但不需要WIS的作用。
?Pyp1使SPC1脫磷酸化第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路(六)芽孢形成通路芽孢形成:是指將單倍體核包裝入芽孢的過程包括減數(shù)分裂。
?僅發(fā)生在雙倍體
?由饑餓誘發(fā)芽孢形成過程:
?減數(shù)分裂
?雙層膜的原孢子壁包裹單層核膜的4個(gè)單倍體
?從原孢子壁的雙層間隙沉積孢子壁。第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路孢子壁的組成:共4層:
第一、二層:同植物細(xì)胞壁第三層:孢子特異性的結(jié)構(gòu)
聚乙酰氨基葡糖
+
聚氨基葡萄糖第四層:電子密集層雙酪氨酸包被第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路
從以上酵母MAPK通路的研究中看到:
?
MAPK通路是一個(gè)連續(xù)的蛋白激酶激活的途徑
?
MAPK的主要底物為轉(zhuǎn)錄因子
?
MAPK通路受不同的上游因子調(diào)節(jié)
?
信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)是高度特異的
?
某一種蛋白成員存在于數(shù)種通路時(shí),支架蛋白起著隔室化的作用第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路
六、哺乳動(dòng)物MAPK通路哺乳動(dòng)物MAPK通路不同于酵母:
?
多種MAPK通路可被一種受體型所激活
?
MAPK的主要底物包括轉(zhuǎn)錄因子、胞質(zhì)蛋白質(zhì)
、細(xì)胞骨架、蛋白激酶和磷脂酶
?
已鑒定出4條MAPK通路
?
MAPK有多種亞族和多種不同的剪接體第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路(一)ERK通路
?研究得最為透徹
?ERK的MAPK有5種(1~5)
它們分屬于不同的亞族
?ERK1和ERK2(ERK1/2)研究得最為透徹為細(xì)胞內(nèi)主要的MAPK
?ERK3存在于細(xì)胞核
?ERK4通過Ras依賴性通路而被激活第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路1.ERK1/2通路中MKKK
許多受體通過活化Ras激活ERK1/2通路Raf:是該通路中的重要的MKKK
?亞型:有3種—
A-Raf、
B-Raf、
Raf1?組成:含3個(gè)結(jié)構(gòu)域
—
C-末端的激酶域富含Cys的調(diào)節(jié)域含Ras結(jié)合位點(diǎn)的調(diào)節(jié)域第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路?表達(dá):
Raf1在體內(nèi)廣泛表達(dá)而A-Raf和B-Raf表達(dá)方式嚴(yán)格如B-Raf主要在神經(jīng)組織中表達(dá)
?激活:酶水平的調(diào)節(jié)較復(fù)雜主要包括2個(gè)過程:
一是結(jié)合于GTP-Ras
二是
磷酸化(一簇—Ser338,Ser339,Tyr340,Tyr341)第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路
Raf1對(duì)于H-、K-和N-Ras顯示應(yīng)答
B-Raf可被Rap1a活化
TC21能夠與Raf1和B-Raf相互作用,激活它們。
?上游激酶的調(diào)節(jié):
已知磷酸化Raf1的激酶有Src、PAK、PKC及其他蛋白激酶
第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路
?
其他的磷酸化位點(diǎn)
—Ser259和Ser621
調(diào)節(jié)Raf1與14-3-3蛋白結(jié)合,穩(wěn)定其活性。不過,14-3-3蛋白也可能抑制Raf活性。抑制性的磷酸化位點(diǎn)是由Akt(Ser259)和PKA催化的。
?
抑制:RKIP可干擾Raf-MEK的結(jié)合,抑制后者磷酸化和活化。第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路2.ERK1/2通路中MKK(MEK)?MEK1和MEK2是該通路主要的MEK
?為雙特異性蛋白激酶
?通過兩個(gè)殘基的磷酸化而被激活
(Ser或Thr)(同MAPK)?突變可引起其活性增加(不同于MAPK)
?酸性氨基酸替代,明顯增加其活性
?特異性較高,僅磷酸化少數(shù)底物第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路?MEK4可磷酸化非MAPK
?MEK1和MEK2含3個(gè)非酶活性結(jié)構(gòu)域
—ERK1/2結(jié)合位點(diǎn)(D域)
富含Pro結(jié)構(gòu)域
核輸出序列(NES)MEK1富含Pro域NESD域激酶域第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路?
MEK1和MEK2的上游調(diào)節(jié)因子
—Raf、RTK、非RTK、GPCR在轉(zhuǎn)化細(xì)胞:
Ras→Raf1→
MEK1→
ERK1/2在心肌細(xì)胞
A-Raf→
MEK1→
ERK1/2在PC細(xì)胞
B-Raf→
MEK1→
ERK1/2第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路3.ERK1/2蛋白激酶的作用底物及滅活
?底物的保守性磷酸化位點(diǎn)模體為
Pro-Lue-Ser/Thr-Pro?底物蛋白—
胞質(zhì)蛋白:p90S6K、cPLA2
、EGF受體細(xì)胞骨架:MAP1、2、4、Tau
轉(zhuǎn)錄因子:Elk-1,Ets-1,Sap1a,c-Myc等
?滅活:
MKP-1,-3,-4第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路4.ERK1/2通路的生物學(xué)功能
?刺激細(xì)胞增殖
?抑制細(xì)胞生長(zhǎng)、分化
?細(xì)胞周期調(diào)控
?調(diào)控MTOC?紡錘體的組裝
?促進(jìn)細(xì)胞存活
?某些情況下,與細(xì)胞死亡有關(guān)第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路(二)JNK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路
1991年鑒定出的新的MAPK
與ERK有兩點(diǎn)不同:
?
被紫外線輻射等細(xì)胞應(yīng)激所激活
?磷酸化c-Jun的氨基活化位點(diǎn)
故稱之為c-JunN-terminalkinase(JNK)
鼠的同源物則被命名為Stressactivatedproteinkinase(SAPK)。第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路
之所以稱為SAPK是因?yàn)樵趹?yīng)答各種刺激時(shí),它們的活性增加。這些應(yīng)激包括:
?細(xì)胞因子
?
生長(zhǎng)因子撤離
?
干擾DNA和蛋白合成的試劑
?
UV輻射
?
熱休克
?
反應(yīng)活性氧(ROS)
?
高滲透壓第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路JNK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路
?
是已知的應(yīng)答最多樣刺激的細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑之一
?JNK通過Thr-Pro-Tyr模體的磷酸化被激活
?由JNK、MAP2Ks、MAP3Ks和MAP4Ks組成
?細(xì)胞外配體應(yīng)答的JNK通路照比細(xì)胞應(yīng)激應(yīng)答研究得較為清楚第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路JNK:
?人的JNK由3個(gè)基因(jnk1,jnk2和jnk3)編碼
?3個(gè)基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的不同剪接產(chǎn)生10個(gè)JNK亞型(46kDa,55kDa)?JNK家族成員間的激酶催化核心的同源性為87%?同一基因編碼的46kDa和55kDa亞型無明顯的功能差異第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路
?
JNK1和JNK2廣泛地在多種組織表達(dá)
?JNK3
主要在神經(jīng)組織表達(dá)
?JNK1和JNK2在激酶域的不同剪接體可改變JNK與它們底物的相互作用
?不同的亞型受不同的調(diào)節(jié)
第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路JNK底物包括:
?
轉(zhuǎn)錄因子
c-Jun,Jun-D,ATF-2,ATFα,Elk-1Sap-1a,GABPα,GABPβ?腫瘤抑制蛋白p53JNK生理功能:
JNK1和JNK2有重疊功能,在免疫應(yīng)答和胚胎發(fā)育中具有重要的調(diào)節(jié)作用。
JNK3在神經(jīng)組織中有特異功能第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路1.JNK信號(hào)通路MKK和MKKK
MKK(MAP2Ks)▲MKK4(SEK1/MEK4/JNKK1/SKK1)
?主要激活JNK,但對(duì)p38也有活化作用
?
可能是個(gè)抑癌基因
?胚胎發(fā)育所必需
?
使細(xì)胞免于凋亡
?不是惟一的激活劑第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路▲MKK7(MEK7/JNKK2/SKK4)
?特異地激活JNK,而不激活p38或ERK?
與MKK4相關(guān),屬于哺乳動(dòng)物細(xì)胞MAPKK超家族
?與果蠅的HEP(DJNK的激活劑)密切相關(guān)
?
MKK7基因編碼6個(gè)蛋白亞型
?不同亞型應(yīng)答不同的細(xì)胞外刺激和上游激酶第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路MKK4與MKK7在人和鼠組織中廣泛表達(dá),但在不同的組織起表達(dá)的豐度不同
MKK4與MKK7介導(dǎo)來自同一細(xì)胞外刺激的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),但它們被不同MAP3Ks所激活。同MEK1/2,用酸性氨基酸置換磷酸化位點(diǎn)的氨基酸,可增加其激酶活性。第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路MEKK(MAP3Ks)包括:
MEKK1~4、ASK1/MAPKKK5MAPKKK6、TAK1Tpl-2、MLK2/MSKMLK3/SPRK/PTK1MUK/DLK/ZPKLZK第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路▲MEKKs
(MAPK/ERKkinasekinases)?
因與酵母的STE11同源而被克隆
?首先鑒定出的激活JNK的MAP3K是MEKK1?目前已克隆的4種稱為MEKK1~4?在蛋白C-末端具有同源的激酶域,而它們的N-末端幾乎無同源性
第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路?
MEKK1和4與G蛋白Cdc42和Rac相互作用
?
MEKK1還可結(jié)合Ras?MEKKs也調(diào)節(jié)其他細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑
MEKK1~3激活ERK通路
MEKK3~4激活p38通路第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路▲TAK1
(TGF-β-activatedkinase)?
因其在芽殖酵母中具有回補(bǔ)STE11突變體缺失的功能而被克隆
?N-端具有激酶域
?C-末端與TAB1/2相互作用
?被TGF-β、IL-1、神經(jīng)酰胺、UV激活
?可直接激活I(lǐng)KK和NF-κB轉(zhuǎn)錄活性第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路▲ASK1/MAPKKK5ASK2/MAPKKK6
(Apoptosissignal-regulatingkinase1)?
應(yīng)用PCR技術(shù)而被鑒定出
?激酶域位于蛋白分子的中間
?ASK1→MKK4→JNKASK1→MKK3→p38?被TGF-α、FasL激活
?誘導(dǎo)凋亡第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路ASK2/MAPKKK6ASK1的相關(guān)激酶(鼠的同源物是ASK2)?應(yīng)用酵母雙雜交技術(shù)而被鑒定出
?整個(gè)分子與ASK1的同源性為45%
但激酶域的同源性高達(dá)82%?與MEKK1~4的同源性約為40%?僅能較弱地激活JNK,但并不能激活p38第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路▲Tpl-2/cot
(Tumorprogressionlocus2)?
最初作為原癌基因而被克隆
?與人的cot基因約有90%的相同性與其他的MAP3K約有30%的相同性
?Tpl-2→MEK1→ERKTpl-2→MKK4→JNK?參與NF-κB的激活第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路▲MLKs
(Mixedlineagekinase)
該家族激酶的特點(diǎn):
?
催化域具有Tyr和Ser/Thr兩種蛋白激酶的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
?N-端含有SH3模體
?C-端有Pro富集區(qū)
?C-端附近有亮氨酸拉鏈
第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路?MLK2/MST(mammalianSTE20-like)MLK2→MEK4→JNKMLK2→MKK7→JNK
對(duì)p38和ERK的作用較弱含有Cdc42和Rac的結(jié)合位點(diǎn)
?MLK3/SPRK/PTKMLK3→MKK4→JNKMLK3→MKK3/6→p38
對(duì)ERK無作用第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路?MUK/DLK/ZPK/LZK
(MAPK-upstreamkinase)(dualluecinezipper-bearingkinase)(luecinezipper-proteinkinase)(luecinezipper-bearingkinase)MUK→MEK7→JNKLZK激活JNK第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路MAP4Ks
—STE20相關(guān)激酶
?
N-端具有STE20樣的催化域
?中間至少有2個(gè)Pro富集域
?C-端有CNH域
?是JNK強(qiáng)的特異性激活劑▲GCK
(germinalcenterkinase)KHS
(kinasehomologoustoSTE20
)GCKR
(GCK-relatedkinase)GLK
(GCKlikekinase)第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路▲TAO1
(Thousandandoneaminoacidproteinkinase)?應(yīng)用PCR方法從大白鼠腦的cDNA文庫中鑒定出。
?主要在腦和睪丸中表達(dá)
?激酶域與其他STE20相關(guān)激酶的同源性約45%?主要激活MKK3第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路▲HPK1
(hematopoieticprogenitorkinase)?主要在造血細(xì)胞中表達(dá)
?含有4個(gè)Pro富集域
?與連接物蛋白相互作用
?受酪氨酸蛋白激酶調(diào)節(jié)
?主要激活JNK,不是ERK和p38?在TGF-β
誘導(dǎo)的JNK激活中是TAK的上游第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路支架蛋白:在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中了解有限▲JIP1(JNK-interactingprotein1)?應(yīng)用酵母雙雜交篩選出
?主要結(jié)合JNK,不是ERK和p38?抑制JNK的核轉(zhuǎn)位
?結(jié)合MKK7?與MLK家族、HPK1相互作用第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路(三)p38信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路
?p38最初作為L(zhǎng)PS刺激產(chǎn)生的酪氨酸磷酸蛋白而被鑒定出
?p38與酵母HOG1具有明顯的同源性
?p38是細(xì)胞抑制性抗炎藥的靶分子
?雙磷酸化三肽模體—Thr-Gly-Tyr
?不同亞型的表達(dá)、激活和特異性不同
?亞型之間有重疊的、不同的生理作用第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路p38的表達(dá):
p38α:白細(xì)胞、肝、脾、骨髓中等高表達(dá)
p38β
:腦和心中高表達(dá)
p38γ
:主要在骨骼肌中表達(dá)
p38δ
:肺、腎、腸及內(nèi)分泌器官中高表達(dá)注:p38α和p38β具有不同的剪接體例:Mxi—缺少80氨基酸殘基的p38α第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路p38的結(jié)構(gòu):
?N-末端、C-末端延伸短,與已知其他激酶無同源性
(p38家族成員和JNK亞型除外)?相似于ERK2,但活化環(huán)構(gòu)象差異明顯
?ATP結(jié)合位點(diǎn)相對(duì)開放
?磷酸化唇序列比ERK2短6個(gè)氨基酸殘基第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路1.p38信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的MKK和MKKKMEKs:
?MEK3和MEK6是細(xì)胞中p38激活的主要激酶。
?不同的MEK選擇性地激活不同的亞型
MEK6—共同的激活劑
MEK3—激活p38α,γ,δ第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路MEKKs:
?MEKK1~3參與p38激活
MEKK1→MEK4→p38(3T3細(xì)胞)
MEKK3→MEK3→p38(轉(zhuǎn)化細(xì)胞)?MLK家族的4個(gè)成員參與p38激活
?其他激酶
Tp12
ASKTAK第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路MLK家族成員含有3個(gè)結(jié)構(gòu)域:
—SH3域
—亮氨酸拉鏈
—小分子G蛋白結(jié)合域參與p38激活的4個(gè)成員是:
?MUK/ZPK/DLK
?MTK1/MEKK4
?MLK2/MST
?MLK3/PTK/SPRK第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路上游調(diào)節(jié)因子:
Rac、Cdc42、Rho家族的小分子GTPase是p38途徑的較強(qiáng)的調(diào)節(jié)因子。
Rac/Cdc42→PAK→p38第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路來自細(xì)胞表面的活化:
異三聚體G蛋白可激活p38途徑,但激活機(jī)制因細(xì)胞不同而異。
M1-乙酰膽堿受體-Gq/11M2-乙酰膽堿受體-Giβ-腎上腺素受體-Gs(HEK293細(xì)胞)α1A-腎上腺素受體-Gs(PC12細(xì)胞)β-腎上腺素受體-Gi(ARVM細(xì)胞)第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路激活p38途徑的物理、化學(xué)應(yīng)激:
?氧化應(yīng)激(巨噬細(xì)胞)
?低滲壓(HEK293細(xì)胞)
?
紫外線輻射(PC12細(xì)胞)
?低氧(牛肺動(dòng)脈成纖維細(xì)胞)
?
循環(huán)擴(kuò)張(腎小球膜細(xì)胞)第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路亞細(xì)胞定位:
細(xì)胞核、胞質(zhì)(免疫熒光顯微鏡)
應(yīng)激反應(yīng),如心肌缺血、低氧時(shí),胞質(zhì)→核p38的抑制劑:
吡啶咪唑—結(jié)合于ATP結(jié)合位點(diǎn)延伸袋
p38α,β—敏感
p38γ,δ—不敏感第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路2.p38蛋白激酶的作用底物和滅活作用底物:?細(xì)胞骨架
細(xì)胞應(yīng)激—微管相關(guān)蛋白(tau)stathmin(癌蛋白18)
?細(xì)胞質(zhì)蛋白
刺激血小板—cPLA2
血管緊張素Ⅱ—
Na+/H+交換體
第九章絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路?轉(zhuǎn)錄因子
ATF1/2(activationtranscriptionfactor1/2)
CHOP10(C/EBP-homologusprotein10)
MEF2C(myocyteenhancerfactor2C)Max(mycassociatedfactorX)MAPKAPK2/3
MNK1/2(MAPK-interactingkinase1/2)PRAK(p38-regulated/activated
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