专题二 常见的细胞信号转导通路.ppt

专题二 常见的细胞信号通路,,,JAK-STAT,TNFR-NF-KB,Keap1-Nrf2,一、JAK-STAT信号通路,JAK-STAT信号通路主要介导细胞因子（ IFNα/β，IFNγ, IL-10, IL-6等）和生长因子（ EPO, GH, EGF, PDGF）刺激的信号转导通路，参与细胞的增殖、分化、凋亡以及免疫调节等多种生物学过程 主要由三个成分组成：酪氨酸激酶相关受体（tyrosine kinase associated receptor）、酪氨酸激酶JAK、转录因子STAT 能激活 JAK /STAT 途径的受体家族广泛分布于各种组织的细胞中，属于细胞因子受体超家族 G 蛋白也可以通过非受体型酪氨酸激酶激活 J AK/STAT,干扰素受体家族，白介素受体家族等 受体胞外部分为N端，胞内部分为C端、跨膜区 共同特点：是体本身不具有激酶活性，但胞内段具有酪氨酸激酶JAK的结合位点 受体之间无明显的同源性，只在胞浆近膜区有一段同源区，该区域是其与JAK激酶结合的功能区段 受体的同源区通常包括两个高度保守的结构，一个是富含脯氨酸的“box1”，另一个是在受体靠近细胞膜处的“box2”，它们是决定细胞因子受体与JAK激酶之间相互偶联的最重要结构。

JAK-STAT信号通路,酪氨酸激酶相关受体,受体的二聚化可以是同源的也可以是异源的在发生同源受体二聚化时，只有JAK2被激活；相反，由不同亚基组成的异源受体二聚化，却可以激活多种JAK一旦被激活，JAK便磷酸化受体的亚基以及其他底物JAK-STAT信号通路,JAK是一类细胞膜内的非受体型可溶性酪氨酸激酶，分子量120-130KD，只有催化结构域而没有SH2 JAK既能磷酸化与其相结合的细胞因子受体，又能磷酸化多个含特定SH2结构域的信号分子JAK-STAT信号通路,JAK蛋白家族共包括4个成员：JAK1、JAK2、JAK3以及Tyk2，它们在结构上有7个JAK同源结构域（JH）JH1结构域为激酶区、JH2结构域是“假”激酶区、JH6和JH7是受体结合区域,酪氨酸激酶JAK（Janus kinase）,信号转导子和转录激活子（signal transducer and activator of transcription） 自第一1991年个STAT蛋白Stat1被纯化出来以后，目前已发现STAT家族的七个成员，即STAT1, STAT2, STAT3, STAT4, STAT5a, STAT5b, STAT6，含有734 851个氨基酸不等，分子量约为84-113KD。

所有STAT蛋白分子由7个不同的功能结构域组成：N-端保守序列、螺旋结构域、DNA结合区、连接区域、SH3结构域、SH2结构域、C-端的转录激活区JAK-STAT信号通路,转录因子STAT,,1、N端结构域：位于1~125位氨基酸残基之间，是STAT蛋白家族中最高度保守性的结构域之一功能：N端结构域有助于STAT蛋白的二聚体形成四聚体或高度有序的多聚体，增强STAT蛋白和靶基因启动子的结合力２、螺旋结构域：位于135~315位氨基酸残基之间，由4个螺旋组成，主要负责STAT蛋白与其它蛋白的相互作用3、DNA结合结构域：位于320~490位氨基酸残基之间，含有几个β-折叠结构，与靶基因的启动子结合，启动靶基因的转录不同的STAT蛋白具有不同的DNA结合特异性JAK-STAT信号通路,,4、连接结构域：位于490~580位氨基酸之间，连接DNA结合结构域和SH2结构域，其序列高度保守，可能与转录调节有关5、SH2结构域：位于585~685位氨基酸残基之间，是STAT分子最保守的结构域，是最重要的功能区段 ★决定了STAT分子和其相应的受体相互作用的特异性； ★介导了STAT和活化的JAK之间的相互作用； ★介导了STAT分子的二聚化，一个STAT蛋白中的SH2结构域与另一个STAT蛋白中磷酸化的酪氨酸相互作用形成二聚体，从而导致STAT蛋白的入核。

JAK-STAT信号通路,,６、SH3结构域：位于500~600位氨基酸之间，序列保守性较SH2差，能结合富含脯氨酸的序列目前尚未发现SH3结构域内有何重要的氨基酸7、酪氨酸激活基序：这个酪氨酸和其C端的氨基酸序列不仅可以阻止与自身SH2结构域的结合，还决定了STAT分子和其相应的受体相互作用的特异性，以及STAT分子之间二聚化的特异性8、转录激活结构域（TAD）：有一个保守的丝氨酸残基，其磷酸化与否直接影响STAT蛋白的转录活性它很可能受到翻译后调节，如丝氨酸磷酸化JAK-STAT信号通路,二聚化受体激活JAK,JAK将STAT磷酸化,STAT形成二聚体，暴露出入核信号,STAT进入核内，调节基因表达,,,,,,,,,,配体与受体结合导致受体二聚化,JAK-STAT信号通路,JAK-STAT信号通路,JAK激活后催化受体上的酪氨酸残基发生磷酸化修饰，继而这些磷酸化的酪氨酸位点与周围的氨基酸序列形成“停泊位点”（docking site），同时含有SH2结构域的STAT蛋白被招募到这个“停泊位点”JAK-STAT信号通路,细胞因子与相应的受体结合后引起受体分子的二聚化，这使得与受体偶联的JAK激酶相互接近并通过交互的酪氨酸磷酸化作用而活化。

最后，激酶JAK催化结合在受体上的STAT蛋白发生磷酸化修饰，活化的STAT蛋白以二聚体的形式进入细胞核内与靶基因结合，调控基因的转录 一种JAK激酶可以参与多种细胞因子的信号转导过程，一种细胞因子的信号通路也可以激活多个JAK激酶，但细胞因子对激活的STAT分子却具有一定的选择性例如IL-4激活STAT6，而IL-12却特异性激活STAT4JAK-STAT信号通路,NF-κB信号通路包括受体、受体近端信号衔接蛋白、 IκB激酶复合物、 IκB蛋白（inhibitory protein of NF- κ B）、 NF-κB二聚体 通常情况下，细胞质中的NF- κ B与I κ B结合成三聚体复合物，处于失活状态 很多细胞外刺激信号都可以引起NF-κB信号通路的激活，如TNF-a、白介素IL-1、LPS，以及物理和化学因素如紫外线等这些细胞外的刺激所产生的胞内早期信号途各不相同，但都可以通过衔接蛋白的传递，最终激活IKK复合物二、NF-κB信号通路,NF-κB信号通路分为的经典信号通路和非经典信号通路 在NF-κB经典信号通路中， IκB蛋白的降解使NF-κB二聚体得到释放 在NF-κB非经典信号通路中，则是通过P100到P52的加工处理，是信号通路激活,NF-κB信号通路,包括七个成员： IκBα、IκBβ、IκBε、IκBζ、Bcl-3、p100、p105。

在细胞质中与NF-κB二聚体结合 IκB蛋白：存在锚蛋白重复区域（即多个紧密相连的钩状重复序列，每个重复序列含有33个氨基酸,IKKα IKKβ 调节亚基NEMO,NF-κB信号通路,IκB激酶复合物,IκB蛋白家族,1986年从B淋巴细胞的细胞核提取的转录因子，能与免疫球蛋白kappa轻链基因的增强子B序列GGGACTTTCC特异性结合，促进κ轻链基因表达 NF-κB属于转录因子Rel家族成员，广泛存在于各种细胞中目前发现5种：RelA(p65)、RelB、C-Rel、p50/NF-kB1(p50/RelA)和p52/NF-kB2 每个成员N端都有一个高度保守的Rel同源结构域（RHD），由约300个氨基酸组成，包含结合特异性DNA序列的基序；蛋白二聚化的基序；一个核定位基序 C末端疏水区域提供NF-κB亚基之间的连接NF-κB信号通路,核转录因子-κB（nuclear factor-kappa B, NF-κB）,在P65、c-Rel和RelB中，存在着转录激活区域-TAD，对基因表达起正向调节的作用P50、P52不存在转录激活区域，他们的同二聚体可以抑制转录 NF-κB以二聚体形式存在。

在胞浆二聚体NF-κB与IκB结合，在核内二聚体NF-κB与DNA结合,NF-κB信号通路,当TNF-a（或炎症因子、LPS、紫外线）等外界刺激时， IκB激酶被磷酸化而激活， 有活性IκB激酶催化IκB磷酸化 IκB 激酶被激活，IκB蛋白的α亚基的Ser32和Ser36残基和β亚基的Ser19和Ser23残基磷酸化，泛素化NF-κB信号通路,有活性IκB随即从p50/p65/IκB异源三聚体中解离出来，NF-κB二聚体构象发生变化，核定位序列（nuclear localization signals, NLS）暴露，并迅速从细胞质进入细胞核内，与核内DNA上的特异序列相结合，从而启动或增强相关基因的转录NF-κB信号通路,在很多NF-κB信号通路中，许多的信号中间物都是共有的，特别是IKK复合物的上游信号不同的信号通路可利用一些共有的信号元件激活和抑制通路NF-κB信号通路,IKK复合物上游衔接蛋白 TRAFs（TNF受体相关因子） RIPs（受体作用蛋白） IKK复合物的激酶 TAK1（TGFβ激活性激酶1）、 NIK（NF-κB诱导激酶）,NF-κB信号通路,TRAFs家族成员是一大类胞内接头蛋白，能直接或间接与多种TNFR和IL-1/TLR受体家族成员结合，连接到多种下游信号通路的信号因子，包括NF-κB的信号通路，从而影响细胞的生存、增殖、分化等，并参与多个生物学过程的调控。

在几乎所有NF-κB的信号通路中，都是关键的信号中间物 TRAF蛋白家族 TRAF蛋白家族一共有7个成员，分别是TRAF1、TRAF2、TRAF3、TRAF4、TRAF5、TRAF6、TRAF7TRAFs：TNF受体相关因子,TRAF蛋白质在结构上具有很高的同源性，同源性一般大于30%，其特征性的结构是所有成员在羧基端都有一个TRAF结构域，即包括一个卷曲螺旋结构，介导同型和异型蛋白之间的相互作用 另外，TRAF2-7的N-末端存在一个RING指结构，其可以作为E3泛素连接酶起作用，即将泛素转移到目的蛋白上RING 指结构后还有5 到7 个锌指结构域,TRAF蛋白的结构,NF-κB信号通路,TRAFs的功能,通过TRADD，TRAF2和 TNF-α的受体TNFR1结合，向下传递信号，激活IKK在此过程中，其RING指区域作为E3连接酶是必须的但是其具体作用机制还需要深入研究 在TNFR1信号通路中，单一的敲除TRAF2或TRAF5， NF-κB信号通路的激活仍会出现但是双敲除TRAF2和TRAF5，则会造成 NF-κB信号通路中，IKK复合物的激活出现缺陷因此，在TNFR1信号通路中，需要TRAF2和TRAF5的共同作用。

NF-κB信号通路,在Toll-like／IL-1信号通路中， TRAF6可与受体复合物发生作用，激活IKK但是， TRAF6的E3连接酶作用机制也是需要进一步证明的NF-κB信号通路,★ 另外，TRAF蛋白家族成员中，TRAF3也是较广泛 ★ TRAF3是既可以介导NF-κB经典信号通路，也可以介导非经典信号通路在经典信号通路中，其可以与受体直接作用激活IKK复合物而在非经典信号通路中，TRAF3通过NIK（NF-κB诱导激酶）激活IKKα，从而激活信号通路 ★ 因此，不管在经典还是非经典信号通路中， TRAF蛋白在诱导IKK激活方面发挥着很重要的作用NF-κB信号通路,RIPs——受体作用蛋白, RIPs是经典NF-κB信号途径中的关键的衔接蛋白 RIPs既可以通过蛋白结合区域直接作用于信号通路的上游，也可以通过与NEMO结合激活IKK复合物并且，在大多数的TRAF依赖型信号通路中， RIPs都被牵涉其中 RIP蛋白家族一共有7个成员，分别为RIP1-7 RIP蛋白的结构特征是：都具有保守的丝氨酸/苏氨酸激酶区域NF-κB信号通路,RIP1, RIP1具有一个死亡结构域，介导其他。