哺乳动物三条mapk信号通路途经概述ppt课件.ppt

MAPK信号通路概述一、MAPK信号通路MAPK,丝裂原活化蛋白激酶〔mitogen-activated　protein　kinases，MAPKs〕是细胞内的一类丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶研讨证明，MAPKs信号转导通路存在于大多数细胞内，在将细胞外刺激信号转导至细胞及其核内，并引起细胞生物学反响〔如细胞增殖、分化、转化及凋亡等〕的过程中具有至关重要的作用研讨阐明，MAPKs信号转导通路在细胞内具有生物进化的高度保守性，在低等原核细胞和高等哺乳类细胞内，目前均已发现存在着多条并行的MAPKs信号通路，不同的细胞外刺激可运用不同的MAPKs信号通路，经过其相互调控而介导不同的细胞生物学反响二、并行MAPKs信号通路的组成及其活化特点在哺乳类细胞目前已发现存在着下述三条并行的MAPKs信号通路：1、 ERK〔extracellular　signal-regulated　kinase〕信号通路2、 JNK／SAPK通路3、 p38MAPK通路1、 ERK〔extracellular　signal-regulated　kinase〕信号通路1986年由Sturgill等人首先报告的MAPK。

最初其称号非常混乱，曾根据底物蛋白称之为MAP2K、ERK、MBPK、RSKK、ERTK等以后，由于发现其具有共同的构造和生化特征，而被命名为MAPK近年来，随着不同MAPK家族成员的发现，又重新改称为ERK在哺乳类动物细胞中，与ERK相关的细胞内信号转导途径被以为是经典MAPK信号转导途径，目前对其激活过程及生物学意义已有了较深化的认识研讨证明，受体酪氨酸激酶、G蛋白偶联的受体和部分细胞因子受体均可激活ERK信号转导途径如：生长因子与细胞膜上的特异受体结合，可使受体构成二聚体，二聚化的受体使其本身酪氨酸激酶被激活；受体上磷酸化的酪氨酸又与位于胞膜上的生长因子受体结合蛋白2〔Grb2〕的SH2构造域相结合，而Grb2的SH3构造域那么同时与鸟苷酸交换因子SOS〔Son　of　Sevenless〕结合，后者使小分子鸟苷酸结合蛋白Ras的GDP解离而结合GTP，从而激活Ras；激活的Ras进一步与丝／苏氨酸蛋白激酶Raf-1的氨基端结合，经过未知机制激活Raf-1；Raf-1可磷酸化MEK1／MEK2〔MAP　kinase／ERK　kinase〕上的二个调理性丝氨酸，从而激活MEKs；MEKs为双特异性激酶，可以使丝／苏氨酸和酪氨酸发生磷酸化，最终高度选择性地激活ERK1和ERK2〔即p44MAPK和p42MAPK〕。

ERKs为脯氨酸导向的丝／苏氨酸激酶，可以磷酸化与脯氨酸相邻的丝／苏氨酸在丝裂原刺激后，ERKs接受上游的级联反响信号，可以转位进入细胞核因此，ERKs不仅可以磷酸化胞浆蛋白，而且可以磷酸化一些核内的转录因子如c-fos、c-Jun、Elk-1、c-myc和ATF2等，从而参与细胞增殖与分化的调控另外，ERK还可以磷酸化ERKs通路的上游蛋白如NGF受体、SOS、Raf-1、MEK等，进而对该通路进展本身的负反响调理还有研讨发现，ERKs可磷酸化胞浆内的细胞骨架成份，如微管相关蛋白MAP-1、MAP-2和MAP-4，参与细胞形状的调理及细胞骨架的重分布最近，国外学者又新克隆出ERK5及其上游激酶MEK5，这条MAPKs信号通路可被H2O2及高渗刺激活，其底物为c-Myc经过分子生物学技术发现还有ERK3 Kinase／ERK3及ERK4两条通路存在，但目前对其激活信号、底物及生物学意义还不清楚2、JNK／SAPK通路c-Jun氨基末端激酶〔c-Jun　N-terminal　kinase，JNK〕又被称为应激活化蛋白激酶〔stress-activated　protein　kinase，SAPK〕，是哺乳类细胞中MAPK的另一亚类。

目前，从成熟人脑细胞中已克隆了10个JNK异构体，它们分别由JNK1、JNK2和JNK3基因编码，分子量46000的JNK1和分子量55000的JNK2在各种组织细胞中广泛表达，而JNK3选择性在脑细胞中表达JNK／SAPK信号通路可被应激刺激〔如紫外线、热休克、高渗刺激及蛋白合成抑制剂等〕、细胞因子〔TNFα，IL-1〕、生长因子〔EGF〕及某些G蛋白偶联的受体激活外界刺激可经过Ras依赖或非Ras依赖的两条途径激活JNK，小分子G蛋白Ras超家族的成员之一Rho能够也是JNK激活的上游信号，Rho蛋白Rac及cdc42的作用能够是与p21激活的丝／苏氨酸激酶PAK结合，使其本身磷酸化而被激活，而活化的PAK进一步使JNK激活已有研讨证明，双特异性激酶JNK　Kinase〔JNKK〕是JNK／SAPK的上游激活物，包括MKK4〔JNKK1〕、MKK7〔JNKK2〕，其中MKK7／JNKK2可特异性地激活JNK，而MKK4那么可同时激活JNK1和p38JNKK的上游激活物为MEKK，MEKK1在体外过表达时可激活MEK，但MEKK1在体内高度选择性地磷酸化MKK4，从而激活JNK。

MEKK2也可经过MKK4激活JNK和p38JNK／SAPK接受上游信号被激活后，可以进一步使核内的转录因子c-Jun氨基末端63及73位的丝氨酸残基磷酸化，进而激活c-Jun而加强其转录活性c-Jun氨基末端的磷酸化还可以促进c-Jun／c-Fos异二聚体及c-Jun同二聚体的构成，这些转录因子可以结合到许多基因启动子区AP-1位点，添加特定基因的转录活性此外，JNK／SAPK激活后还可以使转录因子Elk-1和ATF2发生磷酸化，并使其转录活性加强3、p38MAPK通路p38　MAPK是1993年由Brewster等人在研讨高渗环境对真菌的影响时发现的以后又发现它也存在于哺乳动物的细胞内，也是MAPKs的亚类之一，其性质与JNK类似，同属应激激活的蛋白激酶目前已发现p38MAPK有5个异构体，分别为p38α〔p38〕、p38β1、p38β2、p38γ、p38δ其分布具有组织特异性：p38α、p38β1、p38β2在各种组织细胞中广泛存在，p38γ仅在骨骼肌细胞中存在，而p38δ主要存在于腺体组织研讨证明，p38MAPK通路的激活剂与JNK通路类似一些可以激活JNK的促炎因子〔TNFα、IL-1〕、应激刺激〔UV、H2O2、热休克、高渗与蛋白合成抑制剂〕也可激活p38，此外，p38还可被脂多糖及G＋细菌细胞壁成分所激活。

p38信号通路也由三级激酶链组成，其上游激活物为MKK3、MKK4及MKK6，与MKK4不同，MKK3、MKK6仅特异性激活p38体外细胞转染实验阐明，MEKK2MEKK3可经过激活MKK4同时激活JNK和p38，而MEKK3经过激活MKK3特异性激活p38不同的p38异构体对同一刺激可有不同的反响，IL-1对p38的激活明显强于p38β，TNF1-α使p38活性到达顶峰的时间明显短于使p38β到达顶峰的时间不同的异构体对底物的作用也具有选择性，p38 β2对ATF2的磷酸化作用明显强于p38，p38γ可以磷酸化ATF2，但却不能激活MAPKAP-K2和MAPKAP-K3；不同的异构体与不同的上游激酶偶联，MKK6可以激活p38α、p38β2、p38γ，而MKK3仅能激活p38α、p38γ三、并行的MAPKs￿信号通路在细胞信号转导中的协调作用在真菌中，并行的MAPKs信号通路在细胞信号转导中并无相互作用，其每一条MAPKs通路都是相对独立的，通常不与其它通路发生交联可以维持这种相对独立的机制是由于存在着支架蛋白〔如STE5〕，它可将外界信号激活的细胞信号通路中的各个信号分子结合到一同，构成复合物，起到生理性隔室化的效应，从而防止这条通路与其它通路发生交联。

对真菌说来，不同的MAPKs通路调理不同的生理过程；对于同样的刺激，几条并行的通路并不同时被激活；其中一条通路假设出现突变，也不影响其它通路的信号传送研讨阐明，哺乳类细胞也可经过多种机制维持其每一条MAPKs信号通路信号转导的特异性一条通路中的各信号分子可以直接构成复合物，如MEK1与Ras、Raf-1可构成复合物，每一信号分子的空间构象通常是其相互识别的根底，如Raf-1、MEK仅识别它们的天然底物MEK及ERK，而变性的ERK那么不能被识别晚近，Schaeffer和Whitmarsh等人报告在哺乳类细胞中也存在着类似于真菌的支架蛋白，如MP1〔MEK　Partner　1〕可以特异性与MEK1和ERK1构成复合物并促进其活化，而JIP-1〔JNK　interacting　protein-1〕可以特异性与MKK7和JNK构成复合物并促进其活化但是，在哺乳类细胞中并行的MAPKs信号通路对细胞信号转导具有更为复杂的协调作用同一刺激，可同时激活几条MAPKs通路，如应激刺激可同时激活ERK、JNK和p38　MAPK三条通路，而EGF可同时激活JNK及ERK二条通路，并行的MAPKs通路之间经过复杂的机制既可相互区别、又能相互调理。

有研讨证明，在成纤维细胞中，激活SAPK的刺激可以诱导MKP-1基因的表达，但激活ERK的刺激并无此作用，由于MKP-1可使ERK去磷酸化活性降低，提示这二条通路之间具有相互调控，这一调理机制的存在可使细胞特异地对激活SAPK通路的刺激发生反响此外还有学者报告，JNK及ERK均可磷酸化转录因子Elk-1，促进TCF〔ternary　complex　factor〕的构成、添加SRE〔serum　response　element〕的转录活性，提示SRE是这二条通路的集合点，阐明细胞可对不同的细胞外刺激信号进展整合，最终产生协调的生物学反响由此可见，在哺乳类动物细胞中，并行的MAPKs通路相互区别、相互联络，确保了细胞反响的准确性和准确性四、MAPKs￿的灭活研讨体外培育的PC12细胞发现，ERK被细胞外刺激激活后，其活性增高继续时间的长短决议着细胞对刺激的反响方式：ERK的短暂激活可使细胞增殖，而ERK的继续激活可使细胞分化因此，MAPKs的灭活与其被激活同样重要，而且也是遭到严风格控的MAPKs调理位点的苏氨酸及酪氨酸残基被其上级双特异性激酶磷酸化激活，一组双特异性蛋白磷酸酶可使同样位点的苏氨酸及酪氨酸残基去磷酸化，从而灭活MAPKs。

目前知的双特异性磷酸酶有：MKP-1〔CL100〕、MKP-2、hvH3、hvH5、PAC-1、MKP-3、Pst-1、Pst-2在COS细胞或大鼠胚胎成纤维细胞中表达的MKP-1不仅可阻断血清或TPA对ERK的激活，而且可以阻断激活的Ras及Raf对ERK的激活，在血管平滑肌细胞，MKP-1的反义寡核苷酸可以延伸ERK的激活，但对激活的MEK1无影响，COS细胞及T淋巴细胞中，PAC-1的表达可阻断EGF、TPA及T细胞激活剂引起的ERK的激活当MKP-1，MKP-2及PAC-1分别在COS细胞、NIH3T3细胞及Hela细胞中表达后，MKP-1可灭活JNK、ERK及p38，MKP-2可灭活ERK及JNK，PAC-1可灭活ERK及p38，当这些蛋白质过度表达时，其对底物的选择性丧失MKP-1、PAC-1均存在于细胞核中，为早期即刻反响基因，可以被生长因子及细胞应激所诱导Pst-1、Pst-2是CL100样双特异性磷酸酶，在人皮肤成纤维细胞中为组成型表达，不为应激所诱导，在胞浆中高度选择性灭活ERK．MKP-3〔hvH6〕及M3／6是新发现的2个双特异性磷酸酶，MKP-3在胞浆中选择性灭活ERK，而M3／6高度选择性灭活JNK及p38。

有时，MAPKs的灭活并不依赖于双特异性磷酸酶在PC12细胞，蛋白磷酸酶2A〔PP2A〕是ERK灭活的限速酶，同时可下调MEK的活性由于PP2A主要位于胞浆中，因此，它主要灭活胞浆中的MAPKsMAPKs的灭活随其在细胞中的位置不同，由不同的磷酸酶灭活PP2A、Pst-1、Pst-2可迅速灭活胞浆中的MAPKs，继续的MAPKs的激活，常伴有MAPKs转位到核，此时核中的MAPKs由位于细胞核中的双特异性磷酸酶MKP-1、PAC-1等灭活此外，不同的MAPKs为不同的双特异性磷酸酶选择性灭活五、MAPK￿信号通路激活的生物学意义ERK信号通路在生长因子介导的细胞增殖过程中发扬重要作用曾经为人们所公认由于显性失活〔dominant-negative〕Ras、Raf-1突变体可以抑制细胞增殖，而继续激活的Raf-1可介导细胞增殖；同样，显性失活MEK突变体或继续激活的MEK分别抑制或促进NIH3T3细胞的增殖；突变的ERK或其反义cDNA可抑制细胞增殖此外，ERK通路也参予细胞分化JNK／SAPK及P38MAPK多在应激条件下激活，二者激活后的生物学意义，尚未完全廓清，但研讨阐明，这两条通路的激活能够与细胞凋亡及应激时的多种病理生理过程有关。

细胞凋亡在多细胞生物体的发育、稳态的维持及严重受损细胞的去除中发扬着重要的作用多项研讨阐明，JNK的激活与多种细胞的细胞凋亡调控有关神经生长因子〔NGF〕可使PC12细胞发生分化，当NGF从培育基中被去除后，JNK被激活，出现细胞凋亡；当PC12细胞被转染了JNK上游激酶MEKK1的显性失活突变体后，NGF撤除诱导的细胞凋亡可被阻断Jurkat细胞经γ射线处置后JNK可被激活，出现细胞凋亡，而当细胞被转染了显性失活JNK突变体后，γ射线诱导的凋亡可以被阻断，同样，激活的JNK过度表达可诱导细胞凋亡以上研讨均阐明，JNK的激活可诱导细胞发生凋亡但是，有些细胞仅有JNK激活缺乏以引起细胞凋亡，IL-1可剧烈地激活JNK，但在某些条件下也不引起凋亡，提示JNK激活作用能够具有细胞和刺激物的特异性此外，JNK激活方式的不同也可产生不同的生物学效应，γ射线照射Jurkat　T细胞后，JNK被继续激活，细胞发生凋亡；而CD28单抗加PMA处置后，JNK被迅速而短暂的激活，细胞并不出现凋亡，而是被活化和增殖在PC12细胞中，NGF撤除诱导的凋亡不仅伴有JNK的激活、同时还伴有ERK活性的降低；ERK的继续激活可以阻止细胞凋亡的发生。

T细胞的激活需求来自TCR及CD28的双重刺激，TCR与配体结合后可激活ERK，而CD28与配体结合后可激活JNK，仅有ERK的激活，T细胞将成为无反响性T细胞，只需ERK及JNK两条通路均被激活后，T细胞才被激活，可发生增殖，产生IL-2CD40为B细胞外表的跨膜糖蛋白，其交联在B细胞的激活、增殖、分化过程中发扬着重要的作用，研讨阐明CD40的交联选择性激活JNK，而不是ERK因此，B细胞JNK的激活可促进其增殖、分化，由此可见，JNK通路也可以为细胞增殖提供信号，JNK及ERK两条信号通路信号的整合与协调决议着细胞的最终反响。