PECAM-1在机械信号 转导的作用
Pharmacy Information 药物资讯, 2018, 7(2), 21-26
Published Online March 2018 in Hans. https://www.360docs.net/doc/6d1722204.html,/journal/pi
https://https://www.360docs.net/doc/6d1722204.html,/10.12677/pi.2018.72005
The Function of Platelet Endothelial Cell
Adhesion Molecule-1 (PECAM-1)
in Mechanotransduction
Shengcun Li, Jichun Han, Jing Shang*
School of Traditional Chinese Medicine, China Pharmaceutical University, Nanjing Jiangsu
Received: Mar. 8th, 2018; accepted: Mar. 21st, 2018; published: Mar. 27th, 2018
Abstract
Atherosclerosis is a chronic, inflammatory disease form at specific regions of the arterial tree such as in the vicinity of branch points, the outer wall of bifurcations, and the inner wall of curvatures, where disturbed flow occurs. Local factors, such as hemodynamic forces, play a major role in the regional localization of atherosclerosis. Endothelial cell (EC) surfaces are equipped with numer-ous mechanoreceptors capable of detecting and responding to forces stimuli. After activation of mechanoreceptors, a complex network of several intracellular pathways is triggered. These pathways lead to phosphorylation of several transcription factors (TFs), which bind positive or negative shear stress responsive elements (SSREs) at promoters of mechanosensitive genes, ulti-mately, modulating cellular function and morphology. Here, we focus on the function of platelet endothelial cell adhesion molecule-1 (PECAM-1), one of the mechanoreceptors, in mechanotrans-duction.
Keywords
PECAM-1, Mechanoreceptors, Mechanotransduction
PECAM-1在机械信号
转导的作用
李胜存，韩吉春，尚靖*
中国药科大学中药学院，江苏南京
收稿日期：2018年3月8日；录用日期：2018年3月21日；发布日期：2018年3月27日
*通讯作者。
李胜存 等
摘
要
动脉粥样硬化(Atherosclerosis, As)是一种慢性炎症性疾病，好发于血管分支、分叉及弯曲内侧这些血流紊乱部位。局部因素如血流动力学在动脉粥样硬化好发局部位置过程中起重要作用。内皮细胞表面有很多可以感受力刺激的机械敏感受体，机械敏感受体一旦活化会激活细胞内数条信号通路，引起某些转运因子发生磷酸化，与机械敏感响应原件结合调控机械敏感基因的表达，调节细胞功能变化。本文就机械敏感受体PECAM-1在机械信号转导中的作用进行综述。
关键词
PECAM-1，机械敏感受体，机械信号转导
Copyright ? 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.360docs.net/doc/6d1722204.html,/licenses/by/4.0/
1. 引言
动脉粥样硬化(Atherosclerosis, As)是一种发生在大中型动脉的慢性、炎症性的纤维增厚性疾病。尽管整个血管暴露在致动脉粥样硬化的系统性危险因素中(如高脂血症，吸烟、高血压、糖尿病、慢性感染和遗传倾向)，但As 病变主要发生在血管分支点附件、分岔外壁、弯曲血管的内壁这些血流紊乱的区域。局部因素如血流动力学在As 发生局灶性中起主要作用[1]。
从动脉粥样硬化的病灶选择性入手，通过研究病灶性部位的血流动力学，人们发现动脉粥样硬化病变位置与动脉内血液的流动低速区、回流区相关，而这些区域所共有的血流动力学特点，就是低的壁面剪应力(LSS) (0~4 dyne/cm 2)或交变的壁面剪应力[2]。目前普遍认为，低剪应力和长的粒子(如血脂质)滞留时间才是动脉疾病最危险的血流动力学因素[3]。低剪切力可以诱导内皮细胞功能紊乱，致动脉粥样硬化因子分泌增多而抗动脉粥样硬化因子分泌减少，促进动脉粥样硬化发生和进展。
内皮细胞(EC)的表面存在着许多可以感受和响应内皮剪切力刺激了的机械敏感受体，如血小板内皮细胞粘附分子-1 (platelet endothelial cell adhesion molecule-1, PECAM-1)、整合素家族、受体酪氨酸激酶、G 蛋白及G 蛋白偶联受体、离子通道等[4] [5] [6]。机械敏感受体活化后会激活细胞内数条信号通路[4] [5]
[7] [8] [9] [10]。这些通路可同时被激活并进行信号转导，进而引发一系列生物学效应。本文重点阐述机械敏感受体PECAM-1在血流剪切力机械信号感受、传导及其调控的相关生物学功能。
2. PECAM-1
PECAM-1是细胞粘附分子中的免疫球蛋白超家族成员，分子量130 KD ，主要在人粒细胞，单核细胞，血小板和血管内皮细胞的表面上表达[11]，参与多种生物学功能如血小板活化，信号转导，白细向内皮细胞迁移及炎症反应。PECAM-1胞内区有两个免疫受体酪氨酸抑制基序(immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motif (ITIM))。PECAM-1第663位酪氨酸和第686位酪氨酸被磷酸化后，募集含Src 同源域蛋白(Src homology 2)与其结合，主要是含SH2酪氨酸磷酸酶(SH2 domain-containing protein tyrosine phos-phatase, SHP-2)。可与PECAM-1磷酸化ITIMs 相结合的含Src 同源域蛋白主要有Src 家族激酶(Src family Open Access
李胜存等
kinase, SFK)，SHP-1，磷脂酶Cγ (Phospholipase Cγ, PLCγ)等[6][12]。
3. PECAM-1参与血流剪切力信号感受
PECAM-1作为机械敏感受体，其活性受机械信号调节。内皮细胞在施加剪切力后PECAM-1会发生迅速磷酸化[13][14]，随即即可诱导酪氨酸磷酸酶SHP-2向内皮细胞间连接处聚集，引起下游信号通路的活化。研究发现PECAM-1、血管内皮细胞钙粘素(Vascular endothelialcell cadherin, VE-cadherin)和血管内皮生长因子受体2 (Vascular endothelial growth factor receptor 2, VEGFR2)参与形成机械敏感复合物，参与机械力的感受和传导。其中PECAM-1直接感受机械力刺激，VE-cadherin起衔接蛋白作用，VEGFR2起活化磷酸酰肌醇3-OH (Phosphatidylinositol-3-OH kinase, PI3K)作用[6]。
4. PECAM-1介导的血流剪切力信号转导
4.1. PECAM-1/SHP-2/Gab1
研究表明SHP2，Gab1，蛋白激酶A (Protein Kinase A, PKA)参与血流剪切了诱导的NO合酶的活化[15]，血流剪切力可以促进SHP2、Gab1酪氨酸磷酸化及Akt、eNOS活化。Gab1突变可抑制血流剪切力诱导的Akt的磷酸化，Gab1 Tyr627 (YF-Gab1)突变抑制Gab1与SHP2结合及血流剪切力诱导的eNOS的磷酸化。而siRNA沉默PECAM-1可抑制血流剪切力诱导的Gab1的酪氨酸磷酸化和膜转移以及Akt和eNOS的活化，同样在PECAM-1-/-小鼠中发现剪切力诱导的Gab1及eNOS磷酸化降低[16]。这些结果表明PECAM-1在血流诱导的Gab1磷酸化及信号转导起重要作用(图1)。
4.2. PECAM-1/SHP-2/ERK
细胞外信号调节激酶1/2 (extracellular signal-regulated kinase-1/2, ERK1/2)在剪切力诱导的内皮细胞功能紊乱中起重要作用。王志梅[17]研究发现低剪切力可以通过ERK/eNOS信号通路引起内皮细胞氧化应激，低剪切力促进ERK和eNOS Thr495位点磷酸化，给予ERK抑制剂PD98059可以抑制低剪切力诱导的eNOS Thr495的磷酸化，增加SOD活性。有研究表明血流剪切力诱导的内皮细胞ERK1/2及eNOS的活化需要PECAM-1的参与[18]，HUVECs或BAECs给予剪切力10分钟后ERK1/2、eNOS发生显著磷酸化，siRNA沉默PECAM-1可抑制血流剪切力诱导ERK1/2、eNOS的磷酸化。表明PECAM-1参与调节机械信号向ERK1/2的转导(图1)。
4.3. PECAM-1/PI3K/Akt
已在多种类型的细胞中发现Phosphatidylinositol-3-OH kinase (PI(3)K)参与整合素的活化[19]。在内皮细胞中，给予血流刺激15 s后就发现PI(3)K亚基p85发生磷酸化，并在后续时间持续增强。剪切力诱导的PI3K的活化需要PECAM-1、VE-cadherin及c-Src的参与，剪切力在数秒内即可活化c-Src [6]。研究表明在给予血流15 s时Src激活达到最大水平，略微快于PI(3)K的磷酸化，Src抑制剂PP2或SU6656可抑制血流诱导的PI(3)K p85亚基和整合素αvβ5的活化[7]。因此Src家族激酶是剪切力诱导的PI(3)K 依赖的整合素活化的上游。VE-cadherin-/-内皮细胞给予剪切力后PI(3)K磷酸化及AKT磷酸化并未增加，Src的活化虽然延迟并没有被抑制。然而PECAM-1-/-内皮细胞给予剪切力后PI(3)K、AKT及Src都未见活化[6]。因此Src的活化需要PECAM-1参与，而VE-cadherin参与PECAM-1信号向PI(3)K/Akt的传递(图1)。
4.4. PECAM-1/αvβ3/Ras
整合素家族粘附分子(integrins)整合素家族粘附分子是由α和β亚单位组成的二聚体糖蛋白，主要介
李胜存 等
Figure 1. The mechanotransduction of shear stress induced by PECAM-1
图1. PECAM-1介导的血流剪切力信号转导
导细胞与细胞外基质(extra celluar matrix, ECM)的相互作用，在细胞粘附、细胞迁移、细胞生长分化和炎症中发挥着重要作用[20]。整合素家族作为内皮细胞重要的机械敏感受体介导机械信号有细胞外向细胞内的转导[21]，例如αv β3是血管内皮细胞中重要的整合素分子，血流剪切力能引起它与接头分子(adaptor) Shc 的结合，进一步通过Shc-Grb2-Sos 激活Ras 蛋白，上调ERK 和JNK 的活性，而抗αv β3的特异性抗体能阻断血流剪切力对ERK 和JNK 的活化[22]。研究发现剪切力诱导的αv β3的活化受PECAM-1的调节[6]，PECAM-1-/-内皮细胞给予剪切力后整合素αv β3并未被激活，表明PECAM-1可能作为αv β3上游信号分子参与剪切力诱导的αv β3的活化(图1)。
5. PECAM-1介导的血流剪切力诱导的生物学效应
5.1. PECAM-1参与剪切力诱导的细胞骨架重排
机械力如血流剪切力直接作用于血管内皮细胞，调控血管内皮细胞的病理生理功能。在血管层流区域，血管内皮细胞延血流方向紧密排列，而在紊流及低剪切力区域(血管弯曲及分叉处)血管内皮细胞呈多边形或鹅卵石样排列[23] [24]。整合素在剪切力诱导的机械信号转导细胞骨架重排中起重要作用[7]，整合素的胞内域可与α-辅肌动蛋白(α-acttin)、纽蛋白(vinculin)、踝蛋白(talin)、张力蛋白(tensin)等细胞骨架蛋白连接，通过这些骨架蛋白最终连结到肌动蛋白(actin)上，引起细胞的形态变化。血流剪切了可以迅速活化αv β3，进而通过Rho 参与的细胞骨架重排。PECAM-1-/-内皮细胞给予剪切力后未见细胞骨架延剪切力方向重排，裸细胞重组PECAM-1给予剪切力后细胞骨架发生重排[6]。
5.2. PECAM-1参与剪切力诱导的内皮细胞炎症反应
炎症反应在动脉粥样硬化的发生发展中起重要作用，多种病理刺激都可以诱导内皮细胞细胞间粘附分子(ICAM)、血管细胞粘附分子(VCAM)及选择素(如P 选择素和E 选择素)表达增加，促进单核细胞向内皮细胞的粘附、浸润[25]。NF-κB 是炎症过程中的关键调控因子，NF-κB 被激活后向细胞核迁移进而促进炎症相关基因的表达，诱导炎症反应。体内研究表明[6]
，与层流剪切力处血管相比，野生型小鼠主动
李胜存等
脉分叉处NF-κB核转移明显增加，ICAM-1表达增多。而PECAM-1-/-小鼠血管分叉处并未发现NF-κB 的活化及ICAM-1的表达。体外研究发现[26]，低剪切力通过PECAM-1/PARP-1通路诱导内皮细胞炎症反应。低剪切力可以诱导HMGB1由细胞核向细胞质的转移及释放，增加PECMA-1和PARP-1的表达及TNF-α、IL-1β的分泌。抑制HMGB1可抑制低剪切力诱导的炎症反应，抑制PARP-1可以通过抑制TLR4的表达及HMGB1的迁移抑制炎症反应，PECAM-1沉默后降低低剪切力诱导的PARP-1、ICAM-1的表达及TNF-α和IL-1β的分泌。表明PECAM-1参与调节剪切力诱导的内皮细胞炎症反应。
6 总结和展望
当今动脉粥样硬化性心血管疾病仍是引起死亡的最主要原因，而临床上应用的抗动脉粥样硬化性心血管疾病的药物多为调脂药、抗炎氧化或抗血小板药物，但这些药物并不能从根本上逆转动脉粥样硬化斑块的存在。充分认知机械敏感受体在动脉粥样硬化斑块形成中的作用有助于人们在动脉粥样硬化斑块形成早期进行预防，对动脉粥样硬化性心血管疾病的防治中具有重要意义。
参考文献
[1]Chatzizisis, Y.S. Coskun, A.U.,et al. (2007) Role of Endothelial Shear Stress in the Natural History of Coronary
Atherosclerosis and Vascular Remodeling. Journal of the American College of Cardiology, 49, 2379-2393.
https://https://www.360docs.net/doc/6d1722204.html,/10.1016/j.jacc.2007.02.059
[2]Malek, A.M., Alper, S.L. and Izumo, S. (1999) Hemodynamic Shear Stress and Its Role in Atherosclerosis. JAMA, 282,
2035-2042. https://https://www.360docs.net/doc/6d1722204.html,/10.1001/jama.282.21.2035
[3]Taylor, C.A., Hughes, T.J.R. and Zarins, C.K. (1998) Finite Element Modeling of Bloodflow in Arteries. Computer
Methods in Applied Mechanics and Engineering, 158, 156-196.
[4]Traub, O. and Berk, B.C. (1998) Laminar Shear Stress: Mechanisms by Which Endothelial Cells Transduce an Athe-
roprotective Force. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology, 18, 677-685.
https://https://www.360docs.net/doc/6d1722204.html,/10.1161/01.ATV.18.5.677
[5]Lehoux, S., Castier, Y. and Tedgui, A. (2006) Molecular Mechanisms of the Vascular Responses to Haemodynamic
Forces. Journal of Internal Medicine, 259, 381-392. https://https://www.360docs.net/doc/6d1722204.html,/10.1111/j.1365-2796.2006.01624.x
[6]Tzima, E., Irani-Tehrani, M., Kiosses, W.B., et al. (2005) A Mechanosensory Complex That Mediates the Endothelial
Cell Response to Fluid Shears Tress. Nature, 437, 426-431. https://https://www.360docs.net/doc/6d1722204.html,/10.1038/nature03952
[7]Tzima, E., del Pozo, M.A., Shattil, S.J., Chien, S. and Schwartz, M.A. (2001) Activation of Integrins in Endothelial
Cells by Fluid Shear Stress Mediates Rho-Dependent Cytoskeletal Alignment. The EMBO Journal, 20, 4639-4647.
https://https://www.360docs.net/doc/6d1722204.html,/10.1093/emboj/20.17.4639
[8]Shyy, J.Y. and Chien, S. (2002) Role of Integrins in Endothelial Mechanosensing of Shear Stress.Circulation Re-
search, 91, 769-775. https://https://www.360docs.net/doc/6d1722204.html,/10.1161/01.RES.0000038487.19924.18
[9]Lehoux, S. and Tedgui, A. (1998) Signal Transduction of Mechanical Stresses in the Vascular Wall. Hypertension, 32,
338-345. https://https://www.360docs.net/doc/6d1722204.html,/10.1161/01.HYP.32.2.338
[10]Davies, P.F., Barbee, K.A., Volin, M.V.,et al. (1997) Spatial Relationships in Early Signaling Events of
Flow-Mediated Endothelial Mechanotransduction. Annual Review of Physiology, 59, 527-549.
https://https://www.360docs.net/doc/6d1722204.html,/10.1146/annurev.physiol.59.1.527
[11]Chistiakov, D.A., Orekhov, A.N. and Bobryshev, Y.V. (2016). Endothelial PECAM-1 and Its Function in Vascular
Physiology and Atherogenic Pathology. Experimental and Molecular Pathology, 100, 409-415.
https://https://www.360docs.net/doc/6d1722204.html,/10.1016/j.yexmp.2016.03.012
[12].Paddock, C., Lytle, B.L., Peterson, F.C., Holyst, T., Newman, P.J., Volkman, B.F. and Newman, D.K. (2011) Resi-
dues within a Lipid-Associated Segment of the PECAM-1 Cytoplasmicdomain Are Susceptible to Inducible, Sequen-tial Phosphorylation. Blood, 117, 6012-6023.https://https://www.360docs.net/doc/6d1722204.html,/10.1182/blood-2010-11-317867
[13]Harada, N., Masuda, M. and Fujiwara, K. (1995) Fluid Flow and Osmotic Stress Induce Tyrosine Phosphorylation of
an Endothelial Cell 128 k Da Surface Glycoprotein. Biochemical and Biophysical Research Communications, 214, 69-74.https://https://www.360docs.net/doc/6d1722204.html,/10.1006/bbrc.1995.2257
[14]Osawa, M., Masuda, M., Harada, N., Lopes, R.B. and Fujiwara, K. (1997) Tyrosine Phosphorylation of Platelet Endo-
thelial Cell Adhesionmolecule-1 (PECAM-1, CD31) in Mechanically Stimulated Vascularendothelial Cells. European
李胜存等
Journal of Cell Biology, 72, 229-237.
[15]Dixit, M., Loot, A.E., Mohamed, A., Fisslthaler, B., Boulanger, C.M., Ceacareanu, B., Hassid, A., Busse, R. and
Fleming, I. (2005) Gab1, SHP2, and Protein Kinase A Are Crucial for the Activation of the Endothelial NO Synthase
by Fluid Shear Stress. Circulation Research, 97, 1236-1244.https://https://www.360docs.net/doc/6d1722204.html,/10.1161/01.RES.0000195611.59811.ab
[16]Xu, S., Ha, C.H., Wang, W., Xu, X., Yin, M., Jin, F.Q., Mastrangelo, M., Koroleva, M., Fujiwara, K. and Jin, Z.G.
(2016) PECAM1 Regulates Flow-Mediated Gab1 Tyrosine Phosphorylation and Signaling. Cellular Signalling, 28,
117-124.https://https://www.360docs.net/doc/6d1722204.html,/10.1016/j.cellsig.2015.12.007
[17]Wang, Z.M., Zhang, J.X., Li, B., Gao, X.F., Liu, Y.R., Mao, W.X. and Chen, S.L. (2014) Resveratrol Ameliorates Low
Shear Stress Induced Oxidative Stress by Suppressing ERK/eNOS? Thr495 in Endothelial Cells. Molecular Medicine
Reports, 10, 1964-1972.https://https://www.360docs.net/doc/6d1722204.html,/10.3892/mmr.2014.2390
[18]Tai, L.K., Zheng, Q., Pan, S., Jin, Z.G. and Berk, B.C. (2005) Flow Activates ERK1/2 and Endothelial Nitric Oxide
Synthase via a Pathway Involving PECAM1, SHP2, and Tie2. The Journal of Biological Chemistry, 280,
29620-29624.
[19]Hughes, P.E. and Pfaff, M. (1998) Integrin Affinity Modulation. Trends in Cell Biology, 8, 359-364.
https://https://www.360docs.net/doc/6d1722204.html,/10.1016/S0962-8924(98)01339-7
[20]Miranti, C.K. and Brugge, J.S. (2002) Sensing the Environment: A Historical Perspective on Integrin Signal Transduc-
tion. Nature Cell Biology, 4, E83-E90.https://https://www.360docs.net/doc/6d1722204.html,/10.1038/ncb0402-e83
[21]Li, Y.S., Haga, J.H. and Chien, S. (2005) Molecular Basis of the Effects of Shear Stress on Vascular Endothelial Cells.
Journal of Biomechanics, 38, 1949-1971.https://https://www.360docs.net/doc/6d1722204.html,/10.1016/j.jbiomech.2004.09.030
[22]唐植辉, 汪南平, 钱煦. 血流剪切力在动脉粥样硬化形成中的作用[J]. 生理科学进展, 2007(1): 37-42.
[23]Chiu, J.J. and Chien, S. (2011) Effects of Disturbed Flow on Vascular Endothelium: Pathophysiological Basis and
Clinical Perspectives. Physiological Reviews, 91, 327-387.https://https://www.360docs.net/doc/6d1722204.html,/10.1152/physrev.00047.2009
[24]Davies, P.F., Civelek, M., Fang, Y. and Fleming, I. (2013) Theatherosusceptible Endothelium: Endothelial Phenotypes
in Complex Haemodynamic Shear Stress Regions in Vivo. Cardiovascular Research, 99, 315-327.
https://https://www.360docs.net/doc/6d1722204.html,/10.1093/cvr/cvt101
[25]Ross, R. (1999) Atherosclerosis—An Inflammatory Disease. The New England Journal of Medicine, 340, 115-126.
[26]Qin, W., Mi, S. and Li, C. (2015) Low Shear Stress Induced HMGB1 Translocation and Release via
PECAM-1/PARP-1 Pathway to Induce Inflammation Response. PLoS ONE, 10, e0120586.
https://https://www.360docs.net/doc/6d1722204.html,/10.1371/journal.pone.0120586
知网检索的两种方式：
1. 打开知网页面https://www.360docs.net/doc/6d1722204.html,/kns/brief/result.aspx?dbPrefix=WWJD
下拉列表框选择：[ISSN]，输入期刊ISSN：2160-441X，即可查询
2. 打开知网首页https://www.360docs.net/doc/6d1722204.html,/
左侧“国际文献总库”进入，输入文章标题，即可查询
投稿请点击：https://www.360docs.net/doc/6d1722204.html,/Submission.aspx
期刊邮箱：pi@https://www.360docs.net/doc/6d1722204.html,
生化 信号转导重点
名词解释 课后question 信号转导 1.是由其它细胞分泌至胞外或表达于细胞表面的、能够调节靶细胞生命活动的化学物质的统称，又称作第一信使。 2.蛋白质和肽类（如生长因子、细胞因子、胰岛素等） * 氨基酸及其衍生物(如甘氨酸、甲状腺素、肾上腺素等) * 类固醇激素（如糖皮质激素、性激素等） * 脂酸衍生物（如前列腺素） * 气体（如一氧化氮、一氧化碳）等 3.信息物质的种类据细胞产生信息的方式分 细胞表面分子通过“触角”直接接触而相互作用，称为膜表面分子的接触通讯，属细胞间直接通讯。 内分泌激素由特殊分化的内分泌细胞分泌； 通过血液循环到达靶细胞； 大多数作用时间较长。 局部化学介质又称旁分泌信号(paracrine signal由体内某些普通细胞分泌； 不进入血循环，通过扩散作用到达附近的靶细胞； 一般作用时间较短。 神经递质又称突触分泌信号(synaptic signal)由神经元细胞分泌； 通过突触间隙到达下一个神经细胞或效应细胞； 作用时间较短。 气体信号 4.细胞内信息物质 在细胞内传递信息的小分子活性物质，即第二信使(secondary messenger) 蛋白质分子（信号转导分子，signal transducer） 第三信使（DNA结合蛋白） 5.第二信使必须具备的特点：在细胞内传递信息的小分子活性物质，即第二信使(secondary messenger) ①在完整细胞中，该分子的浓度或分布在 外源信号的作用下发生迅速改变； ②该分子类似物可模拟外源信号的作用； ③阻断该分子的变化可阻断细胞对外源信 号的反应； ④在细胞内有确定的靶分子,可作为别位效应剂作用于靶分子； ⑤不应位于能量代谢途径的中心。 第二信使 环核苷酸：如cAMP、cGMP
信号转导
信号转导 061M5007H 学期：2015-2016学年秋| 课程属性：| 任课教师：谢旗等 教学目的、要求 本课程为细胞生物学专业研究生的专业基础课，同时也可作为相关专业研究生的选修课。细胞信号转导是细胞生物学学科进展最快的研究领域之一，信号转导的概念已经开始深入到生命科学的各个领域。本课程内容涵盖动植物受体、G蛋白、环核苷酸第二信使、质膜磷脂代谢产物胞内信使、酶活性受体、蛋白质可逆磷酸化、泛素蛋白化及其对基因表达的调控、信号转导途径的多样性、网络化和专一性等方面的研究现状和进展。 预修课程 生物化学、分子生物学 教材 生命科学学院 主要内容 第一章绪论（3学时，教师：谢旗）细胞信号转导的研究对象和研究意义，细胞信号的主要种类，细胞化学信号分子与信号传递途径的特征。真核生物的蛋白激酶，蛋白磷酸酶，蛋白质可逆磷酸化对信号转导的调节方式，蛋白质可逆磷酸化与基因表达调控，蛋白质可逆磷酸化在细胞信号中的意义。蛋白质稳定性与信号转导。第二章植物免疫的表观遗传调控（3学时，教师：郭惠珊）表观遗传调控包含RNA干扰、DNA修饰、组蛋白翻译后修饰和染色质重塑等各种过程互相交叠，共同调控基因组表观修饰的动态平衡；除了影响生长和发育，表观遗传调控的另一重要功能是抗病免疫作用。本讲将着重介绍植物表观遗传途径及其抗病免疫信号的调控作用。第三章MicroRNA介导的信号（3学时，教师：郭惠珊）microRNA 广泛存在于生物体内，是生物体保守机制RNA沉默过程产生并具有序列特异性调控功能的一类非编码小分子RNA。本课程主要讲授植物microRNA的产生、加工、特性及其调控作用的基本生物学过程；以及植物miRNAs和其他小分子RNA参与植物生长素信号途径和其他植物生理性状的调控作用。第四章钙离子通道及信号转导（3学时，教师：陈宇航）钙离子是生命活动的必需元素，基本分布和内稳，代谢平衡和疾病；钙离子发挥重要生物学功能，简述历史发现，作为第二信使的化学基础，功能调控的基本模式，以钙结合蛋白为例子展开介绍钙离子发挥功能调控的分子结构基础等；介绍钙离子信号转导系统的组成，
细胞信号通路大全
1 PPAR信号通路：过氧化物酶体增殖物激活受体( PPARs) 是与维甲酸、类固醇 和甲状腺激素受体相关的配体激活转录因子超家族核激素受体成员。它们作为脂 肪传感器调节脂肪代谢酶的转录。PPARs由PPARα、PPARβ和PPARγ 3种亚型组成。PPARα主要在脂肪酸代谢水平高的组织，如：肝、棕色脂肪、心、肾和骨骼肌表达。他通过调控靶基因的表达而调节机体许多生理功能包括能量代谢、生 长发育等。另外，他还通过调节脂质代谢的生物感受器而调节细胞生长、分化与 凋亡。PPARa同时也是一种磷酸化蛋白，他受多种磷酸化酶的调节包括丝裂原激活蛋白激酶( ERK-和p38．M APK) ，蛋白激酶A和C( PKA，PKC) ，AM PK和糖原合成酶一3( G SK3) 等调控。调控PPARa生长信号的酶报道有M APK、PKA和G SK3。PPARβ广泛表达于各种组织，而PPAR γ主要局限表达在血和棕色脂肪，其他组织如骨骼肌和心肌有少量表达。PPAR-γ在诸如炎症、动脉粥样硬化、胰岛素抵抗和糖代谢调节，以及肿瘤和肥胖等方面均有着举足轻重的作用， 而其众多生物学效应则是通过启动或参与的复杂信号通路予以实现。鉴于目前人 们对PPAR—γ信号通路尚不甚清，PPARs通常是通过与9-cis维甲酸受体( RXR)结合实现其转录活性的。 2 MAPK信号通路:mapk简介:丝裂原激活蛋白激酶（mitogen—activated protein kinase，MAPK）是广泛存在于动植物细胞中的一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。作用主要是将细胞外刺激信号转导至细胞及其核内，并引起细胞的生物化学反应（增殖、分化、凋亡、应激等）。 MAPKs家族的亚族 :ERKs（extracellular signal regulated kinase)：包括ERK1、ERK2。生长因子、细胞因子或激素激活此通路，介导细胞增殖、分化。 JNKs(c-Jun N-terminal kinase)包括JNK1、JNK2、JNK3。此亚族成员能使 Jun转录因子N末端的两个氨基酸磷酸化而失活，因此称为Jun N末端激酶(JNKs)。物理、化学的因素引起的细胞外环境变化以及致炎细胞因子调节此通路。P38 MAPKs：丝氨酸/络氨酸激酶，包括p38 α、p38β、p38γ、p38δ。p38 MAP K参与多种细胞内信息传递过程 ,能对多种细胞外刺激发生反应,可磷酸化其它细胞质蛋白,并能从胞浆移位至细胞核而调节转录因子的活性来改变基因的表达水平 ,从而介导细胞生长、发育、分化及死亡的全过程。 ERK5:是一种非典型的MAPK通路，也叫大MAPK通路，只有一个成员。它可被各种刺激因素激活。不仅可以通过磷酸化作用使底物活化，并且通过C端的物理性结合作用激活底物。 3 ERBB信号途径:ErbB 蛋白属于跨膜酪氨酸激酶的 EGF 受体家族成员。ErbB 的命名来源于在禽红白血病 B( v-Erb-B) 发现的 EGF 受体的突变体,因而 EGF 受体 亦称为“ ErbB1”。人源 ErbB2 称为HER2, 特指人的 EGF 受体。ErbB 家族的
信号通路9—MAPK Signaling
信号通路9—MAPK Signaling APExBIO 图▲ MAPK信号通路图 丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK， MAP kinase）是一种对丝氨酸，苏氨酸和酪氨酸特异的蛋白激酶（即丝氨酸/苏氨酸特异性蛋白激酶）。由于MAPK是培养细胞在受到生长因子等丝裂原刺激时被激活而被鉴定的，因而得名。MAPKs参与引导细胞反应至各类刺激物，如有丝分裂原，渗透压，热休克和促炎细胞因子。MAPKs调节多种细胞功能，包括增殖，基因表达，分化，有丝分裂，细胞存活和凋亡。 MAPKs仅在真核生物中发现。MAPKs属于CMGC（CDK / MAPK / GSK3 / CLK）激酶组。CDK相关程度最大。
MAPK链由3类蛋白激酶组成：上游激活蛋白→MAPK激酶激酶（MAPKKK）→MAPK激酶（MAPKK）→MAPK，通过依次磷酸化将上游信号传递至下游应答分子。 经典的MAPK通路激活开始于细胞膜，在这里，小GTP酶和各种蛋白激酶磷酸化并激活MAPKKK（MAP kinase kinase kinase，MAP3K或MKKK，MAPK激酶激酶）。随后，MAPKKK直接磷酸化MAPKK（MAP kinase kinase，MAP2K 或MKK，MAPK激酶），MAPKK一旦被激活就会磷酸化并激活MAPK。MAPK 的激活导致特异性MAPK激活蛋白激酶（MAPKAPK，MAPK-activated protein kinase）的磷酸化和活化，例如RSK，MSK或MNK家族成员和MK2/3/5。 MKKK的4个亚族已得到鉴定： A. Raf亚族。研究的最为透彻，包括B-Raf、A-Raf、Raf1。 B. MEKK亚族。由4种MEKK构成：MEKK1~MEKK4。
ERK信号通路的信号转导调控机制
第29卷第1期2009年2月 国际病理科学与临床杂志 htt p://www .gjbl .net I nternati onal Journal of Pathol ogy and ClinicalMedicine Vol .29 No .1 Feb . 2009 收稿日期:2008-11-05 修回日期:2008-12-22 作者简介:赵明哲,硕士研究生,主要从事磷酸化蛋白质组学和质谱技术的研究。通讯作者:姜勇,E 2mail:yjiang@fi m mu .com 基金项目:国家自然科学基金(30670828,30670829,30572151);国家自然科学基金委员会-广东省人民政府自然科学联合基金 (U0632004)。 Thiswork was supported byNati onalNatural Science Foundati on (30670828,30670829,30572151)and Joint Fund of NSFC with the Guangdong Pr ovincial Government (U0632004). ERK 信号通路的信号转导调控机制 赵明哲1,2,刘靖华2,李玉花1,姜勇2 (1.东北林业大学生命科学学院发育生物学实验室,哈尔滨150040;2.南方医科大学广东省蛋白质组学重点实验室,广州510515) [摘要] 胞外信号调控激酶(ERK )是发现的第1个丝裂原活化蛋白激酶(MAPK ),它调控多种重要的细胞生 物学过程,包括细胞增殖、分化和凋亡等。ERK 信号级联反应能够特异地介导广泛的生物学过程,其机制主要是通过信号的反馈调控,与支架蛋白的相互作用,亚细胞定位的改变,在级联反应的每一个环节存在不同功能的多种组分,细胞内非磷酸酶抑制物和G 蛋白等的调控实现的。 [关键词] 激酶; 亚细胞定位; 支架蛋白; 信号调控 [中图分类号] R392.4 [文献标识码] A [文章编号] 167322588(2009)0120015205 Regul a tory m echan is m s of ERK si gna l tran sducti on pa thway Z HAO M ingzhe 1,2 ,L IU J inghua 2,L I Yuhua 1,J I A NG Yong 2 (1.L aboratory of D evelop m ental B iology,School of L ife Science,N ortheast Forestry U niversity,Harbin 150040; 2.Guang D ong Provincial Key Laboratory of Functional P roteo m ics,Southern M edical U niversity,Guangzhou 510515,China ) [Abstract] Extracellular signal 2regulated kinase (ERK ),the first m it ogen 2activated p r otein ki 2nase (MAPK )t o be identified,contr ols many kinds of i m portant cell bi ol ogical p r ocesses,such as cell p r oliferati on,differentiati on,apop t osis and more .MAPK signal cascade s pecificully regulates vari ous bi o 2l ogical p r ocesses,the mechanis m s of which including regulati on by feedback l oop s,interacti on with s pe 2cific scaffold p r oteins,changes in subcellular l ocalizati on,p resence of multi p le components with distinct functi ons in each tier of the cascade,nonphos phatase inhibit ors of ERK signaling and G p r otein . [Key words] kinase; subcellular l ocalizati on; scaff old p r otein; signal regulati on [I nt J Pathol Clin Med,2009,29(1):0015205] 丝裂原活化蛋白激酶(m it ogen 2activated p r otein kinase,MAPK )是真核生物中广泛存在的一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。在哺乳动物中已经发现了4种不同的MAPK,它们分别是胞外信号调控激酶(extracellular signal 2regulated kinase,ERK )、c 2Jun N 末端激酶(c 2Jun N 2ter m inal kinase,JNK )、p38丝裂原活化蛋白激酶(p38m it ogen 2activated p r otein ki 2nase,p38)和胞外信号调控激酶5(extracellular sig 2nal 2regulated kinase 5,ERK5)。MAPK 级联反应一 般由3至5个环节组成:丝裂原活化蛋白4激酶(m it ogen 2activated p r otein 4kinase,MAP4K )、丝裂原活化蛋白3激酶(MAP3K )、丝裂原活化蛋白2激酶(MAP2K )、MAPK 和MAPK 活化蛋白激酶(MAPK 2activating p r otein kinase,MAPK APK ),其中MAP3K, MAP2K 和MAPK 是级联反应的中心(图1)[1] 。受 到刺激后MAP3K 磷酸化MAP2K 的Ser/Thr 残基并将其激活,双重特异性磷酸激酶MAP2K 磷酸化MAPK 的Thr/Tyr 残基并将其激活 [2] 。与其他 5 1
第七章 细胞信号转导异常与疾病-卢建
总字数：19,361 图：5 表：0 第七章细胞信号转导异常与疾病 第一节细胞信号转导系统概述 一、受体介导的细胞信号转导通路 二、细胞信号转导通路调节靶蛋白活性的主要方式 第二节信号转导异常发生的环节和机制 一、细胞外信号发放异常 二、受体或受体后信号转导异常 第三节与信号转导异常有关的疾病举例 一、胰岛素抵抗性糖尿病 二、肿瘤 三、心肌肥厚和心衰
第七章细胞信号转导异常与疾病 细胞信号转导系统(signal transduction system或cell signaling system)由能接收信号的特定受体、受体后的信号转导通路以及其作用的靶蛋白所组成。细胞信号转导系统具有调节细胞增殖、分化、代谢、适应、防御和凋亡等作用，它们的异常与疾病，如肿瘤、心血管病、糖尿病、某些神经精神性疾病以及多种遗传病的发生发展密切相关。受体和细胞信号转导分子异常既可以作为疾病的直接原因，引起特定疾病的发生；亦可在疾病的过程中发挥作用，促进疾病的发展。细胞信号转导异常可以局限于单一成分（如特定受体）或某一环节，亦可同时或先后累及多个环节甚至多条信号转导途径，造成调节信号转导的网络失衡。对信号转导系统与疾病关系的研究不仅有助于阐明疾病的发生发展机制，还能为新药设计和发展新的治疗方法提供思路和作用靶点。 第一节细胞信号转导系统概述 信号转导过程包括细胞对信号的接受，细胞内信号转导通路的激活和信号在细胞内的传递。激活的信号转导通路对其靶蛋白的表达或活性/功能的调节，如导致如离子通道的开闭、蛋白质可逆磷酸化反应以及基因表达改变等，导致一系列生物效应。 一、受体介导的细胞信号转导通路 细胞的信号包括化学信号和物理信号，物理信号包括射线、紫外线、光信号、电信号、机械信号(摩擦力、压力、牵张力以及血液在血管中流动所产生的切应力等)以及细胞的冷热刺激等。已证明物理信号能激活细胞内的信号转导通路，但是与化学信号相比，目前多数物理信号是如何被细胞接受和启动细胞内信号转导的尚不清楚。 化学信号又被称为配体(ligand)，它们包括：①可溶性的化学分子如激素、神经递质和神经肽、细胞生长因子和细胞因子、局部化学介质如前列腺素、细胞
干货 细胞信号通路图解之MAPK通路【值得珍藏】
干货细胞信号通路图解之MAPK通路【值得珍藏】 科研小助手原创，转载请注明来源。公众号内回复“Cell Signaling Pathway”获取全套信号通路图本文由百度贴吧nosce吧吧主黄杰投稿一、MAPK信号通路： （1）有丝分裂原激活的蛋白激酶(MAPK)是一族在真核生物中非常保守的丝/苏氨酸蛋白激酶，在许多细胞活动中起作用，如生长增殖，细胞分化，细胞运动或死亡。MAPK级联信号传导由3 个不同层次的分子所组成。MAPK被MAPK的激 酶( MAPKK)磷酸化后激活，MAPKK被MAPKK的激酶(MAPKKK )磷酸化而激活。而MAPKKK通过与小GTPase 和/或其他蛋白酶相互作用而被激活，从而将MAPK和细胞 表面的受体以及胞外的信号联系在一起。 （2）许多参与生长和分化的受体都能够激活MAPK/ERK信号通路，比如说受体酪氨酸激酶(RTK)，整合素，和离子通道。响应特定信号所涉及到的具体分子会相差很大，但通路的结构是一致的，那就是接头分子(adaptor，如Shc, GRB2, Crk等)将鸟苷酸交换因子(SOS, C3G 等)和受体连接在一起，然后把信号向小GTP 结合蛋白(Ras, Rap1)传递，后者又激活核心的级联反应，这是由一个MAPKKK( Raf) ，一个MAPKK( MEK1/2)和MAPK( Erk)所构成的。活化的ERK 二聚体能调节胞浆中的目标分子，也可以转移到细胞核中，然
后对一系列转录因子进行磷酸化以调节基因表达。SciRes（3）很多外部的刺激都能够激活G蛋白偶联受体(GPCR)。在受体活化以后，G 蛋白将GDP 转换成GTP ，然后结合了GTP的α和β/γ亚基从受体脱离开，启动信号向胞内的传导。与不同亚型的异质三聚体G 蛋白结合的受体可以采取不同 的手段激活小G 蛋白/MAPK级联反应，至少有三个不同家族的酪氨酸激酶参与其中。Src家族激酶响应活化的PI3Kγ，而后者被β/γ亚基激活。它们还能够响应受体的内化，受体酪氨酸激酶的交叉活化，以及有Pyk2 和/或FAK参与的整 合素途径信号。GPCRs同样可以通过PLCβ去激活PKC 和CaMKII ，对下游的MAPK通路可以有激活或抑制的影响。SciRes（4）压力激活的蛋白激酶(Stress-activated protein kinase, SAPK)或称Jun氨基端激酶(Jun amino-terminal kinase, JNK) 是MAPK的家族成员，能被一系列的环境压力，炎症细胞因子，生长因子和GPCR激动剂所激活。压力信号通过Rho家族的小GTP 酶(small GTPase)向这条级联通路传导，这些小GTP酶包括(Rac, Rho, cdc42) 。和其他的MAPK情况一样，靠近膜的激酶是一个MAPKKK，一般 是MEKK1-4 ，或者是一个混合激酶去磷酸化并激活 MKK4(SEK)或MKK7，它们是SAPK/JNK的激酶。另外，MKK4/7也可以被生发中心激酶(germinal center kinase, GCK)以一种GTPase 依赖的方式激活。活化后的
(完整版)细胞信号转导研究方法
细胞信号转导途径研究方法 一、蛋白质表达水平和细胞内定位研究 1、信号蛋白分子表达水平及分子量检测: Western blot analysis. 蛋白质印迹法是将蛋白质混合样品经SDS-PAGE后,分离为不同条带，其中含有能与特异性抗体(或McAb)相应的待检测的蛋白质(抗原蛋白)，将PAGE胶上的蛋白条带转移到NC膜上此过程称为blotting，以利于随后的检测能够的进行，随后,将NC膜与抗血清一起孵育，使第一抗体与待检的抗原决定簇结合(特异大蛋白条带)，再与酶标的第二抗体反应,即检测样品的待测抗原并可对其定量。 基本流程： 检测示意图：
2、免疫荧光技术 Immunofluorescence （IF） 免疫荧光技术是根据抗原抗体反应的原理，先将已知的抗原或抗体标记上荧光素制成荧光标记物，再用这种荧光抗体（或抗原）作为分子探针检查细胞或组织内的相应抗原（或抗体）。在细胞或组织中形成的抗原抗体复合物上含有荧光素，利用荧光显微镜观察标本，荧光素受激发光的照射而发出明亮的荧光（黄绿色或桔红色），可以看见荧光所在的细胞或组织，从而确定抗原或抗体的性质、定位，以及利用定量技术测定含量。 采用流式细胞免疫荧光技术（FCM）可从单细胞水平检测不同细胞亚群中的蛋白质分子，用两种不同的荧光素分别标记抗不同蛋白质分子的抗体，可在同一细胞内同时检测两种不同的分子（Double IF），也可用多参数流式细胞术对胞内多种分子进行检测。 二、蛋白质与蛋白质相互作用的研究技术 1、免疫共沉淀（Co- Immunoprecipitation, Co-IP）
Co-IP是利用抗原蛋白质和抗体的特异性结合以及细菌蛋白质的“protein A”能特异性地结合到免疫球蛋白的FC片段的现象而开发出来的方法。目前多用精制的protein A预先结合固化在agarose的beads 上，使之与含有抗原的溶液及抗体反应后，beads上的prorein A就能吸附抗原抗体达到沉淀抗原的目的。 当细胞在非变性条件下被裂解时，完整细胞内存在的许多蛋白质－蛋白质间的相互作用被保留了下来。如果用蛋白质X的抗体免疫沉淀X，那么与X在体内结合的蛋白质Y也能沉淀下来。进一步进行Western Blot 和质谱分析。这种方法常用于测定两种目标蛋白质是否在体内结合，也可用于确定一种特定蛋白质的新的作用搭档。缺点：可能检测不到低亲和力和瞬间的蛋白质－蛋白质相互作用。 2、GST pull-down assay GST pull-down assay是将谷胱甘肽巯基转移酶（GST）融合蛋白（标记蛋白或者饵蛋白，GST, His6, Flag, biotin …）作为探针，与溶液中的特异性搭档蛋白(test protein或者prey被扑获蛋白)结合，然后根据谷胱甘肽琼脂糖球珠能够沉淀GST融合蛋白的能力来确定相互作用的蛋白。一般在发现抗体干扰蛋白质－蛋白质之间的相互作用时，可以启用GST沉降技术。该方法只是用于确定体外的相互作用。
植物激素信号转导途径简介
植物生长发育的各个阶段, 包括胚胎发生、种子萌发、营养生长、果实成熟、叶片衰老等都受到多种植物激素信号的控制。人们对植物激素的生物合成途径、生理作用已有大量阐述，在生产上的应用也已取得很大进展，但对其信号转导途径的认识并不是很全面。今天小编和大家聊一聊，9大类植物激素信号转导途径。 1.生长素 与生长素信号转导相关的三类蛋白组分是:生长素受体相关SCF复合体(SKP1, Cullin and F-box complex)、发挥御制功能的生长素蛋白(Aux/IAA)和生长素响应因子(ARF)。早期响应基因有Aux/IAA基因家族、GH1、GH3、GH2/4、SAUR基因家族、ACS、GST。生长素信号转导通路主要有4条: TIR1/AFBAux/IAA/TPL-ARFs途径、T MK1-IAA32/34-ARFs途径、TMK1/ABP1-ROP2/6-PINs或RICs 途径和SKP2AE2FC/DPB途径。 2.细胞分裂素
细胞分裂素信号转导途径是基于双元信号系统（TCS），通过磷酸基团在主要组分之间的连续传递而实现。双元信号系统主要包含3类蛋白成员及4次磷酸化事件: (ⅰ)位于内质网膜或细胞膜的组氨酸受体激酶(histidine kinases, HKs)感知细胞分裂素后发生组氨酸的自磷酸化；(ⅱ)将组氨酸残基的磷酸基团转移至自身接受区的天冬氨酸残基上；(ⅲ)受体天冬氨酸残基上的磷酸基团转移至细胞质的组氨酸磷酸化转移蛋白(His-containing phosphotransfer protein, HPs)的组氨酸残基上；(ⅳ)磷酸化的组氨酸转移蛋白进入细胞核并将磷酸基团转移至A类或B类响应调节因子(response regulators, ARR s)。在拟南芥中已知的细胞分裂素受体有AHK2、AHK3和AHK4 3个，AHP有6个(AHP1?6)，A类和B类ARR分別有10个和1 2个，它们是细胞分裂素信号转导通路的主要组成部分。
G蛋白在信号转导中的作用
G蛋白在信号转导中的作用 摘要：G蛋白是一种特殊的调节蛋白，它们都具有GTP结合位点，且活性受GTP的调节。G蛋白以其特定的方式偶联许多膜受体及其效应器，其中包括腺苷酸环化酶，cGMP磷酸二酯酶（PDE），离子通道以及磷脂肌醇特异的磷脂酶C（PLC）等，是跨膜信息传递机制中的一个关键因素。G蛋白也称GTP酶开关蛋白，属于GTP酶超大家族中的特殊亚型，可通过结合或水解GTP进行活性控制，是一类广泛分布在细胞中，并在许多生物学过程中执行重要功能的一类蛋白。G蛋白介导的信号转导系统是细胞中最常见的信号传递方式，G蛋白参与了G蛋白偶联受体所介导的信号转导途径和酶联受体信号传导途径，在信号转导中发挥的重要的作用。 关键词：G蛋白，信号转导，G蛋白偶联受体 G蛋白的种类和基本结构： G蛋白是一类能与鸟嘌呤核苷酸结合、具有GTP酶(GTPase)活性的蛋白。G蛋白位于质膜胞质侧，是一个超级家族，包括异源三聚体G蛋白(heterotrimeric G protein ) 或称大G蛋白和小G蛋白( Small G protein)。异源三聚G蛋白( heterotrmieric GTP binding protein )，由α，β，γ三个亚基组成。它变动于它的GDP形式(对环化酶无活性)及它的GTP 形式(有活性) 之间。根据不同的a亚基的功能特性可将大G蛋白分为四类：(1) Gs：其活性能被霍乱毒素抑制；(2) Gi：对腺苷酸环化酶有抑制效应；(3) Gq：百日咳毒素和霍乱毒素不能调节其活性；(4) G12：活化需通过血栓素和凝酶素的介导。目前已经确定了23种Gα，5种Gβ，10种Gγ，这样体内就有上千种G蛋白三聚体组合的可能性，这无疑增加了信号转导的可变性和灵活性。小分子G蛋白，它们的激活不是直接通过与激动型的G蛋白偶联受体相互作用而调节其活性，而是通过鸟嘌呤核苷交换因子（GEF）来控制这类小分子G蛋白的GTP交换，由GEF催化这类小分子单聚体G蛋白的无活性GDP结合状态向有活性的GTP结合状态转换。根据这类小分子G蛋白的蛋白质序列和功能的相似性，可分为Ras、Rho、Rab、Arf等亚家族。 Gα亚基为一多肽单链，含有一个GTP酶区( 结合和水解GTP ) 和一个α螺旋区( 该区将GTP埋藏在G蛋白的核心内) 。每种G蛋白的a亚基都有其独特的氨基酸序列和结构，但也都有一定的同源性，即5个关键功能区。它的N 端与βγ二聚体结合，C端参与和受体的相互作用，而与效应器结合的部位在他的功能区。Gβ亚基具有许多WD一40 (由β一片层结构组成的Trp - Asp结构域)和GH ( Gly - His )重复的保守序列形成的结构域，Gγ为伸展的单条链，与Gα和Gβ都紧密相连。在天然状态下，β和γ亚基以非共价键紧密结合在一起形成二聚体，只有在变性的条件下才能将其分离。 G蛋白作用过程中的分子机理，在受体未收到激素的作用之前，G蛋白与受体是各自分开的。作为基态，G蛋白以αβγ三聚体的形式存在，并有GDP结合在α亚基上。激素与受体的相互作用，导致激素·受体复合物与G蛋白结合，从而改变了G蛋白的构象，使α亚基上的鸟苷酸结合位点打开，GDP解离下来。在胞内GTP浓度较低时，由此可分离得到较为稳定的激素·受体·G蛋白高亲和态复合物，在胞内GTP浓度较高的情况下，GTP很容易结合到鸟苷酸结合位点上去。GTP结合导致G蛋白构象的进一步变化。
蛋白质组学方法在细胞内信号转导研究中的应用
生物技术通讯 ＬＥＴＴＥＲＳＩＮＢＩＯＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．１８Ｎｏ．２Ｍａｒ．，２００７ 综述 文章编号：１００９－０００２（２００７）０２－０３３６－０３ 蛋白质组学方法在细胞内信号转导研究中的应用 李敏，周慧，崔银秋 吉林大学生命科学学院生物大分子实验室，吉林长春１３００２１ ［摘要］蛋白质组学的新技术为我们研究细胞内的信号转导过程提供了更广泛和崭新的思路，它克服了传统技术的局限 性，实现了对蛋白的高通量分析。简要综述了蛋白质组学技术在信号转导过程中信号分子的确定、定量，磷酸化等翻译后修 饰的识别，以及蛋白质之间相互作用研究等方面的应用。 ［关键词］蛋白质组学；信号转导 ［中图分类号］Ｑ２５FＱ５０３［文献标识码］Ａ ＡｐｐｌｙｉｎｇＰｒｏｔｅｏｍｉｃＭｅｔｈｏｄｓｔｏＣｅｌｌｕｌａｒＳｉｇｎａｌＴｒａｎｓｄｕｃｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈ ＬＩＭｉｎ，ＺＨＯＵＨｕｉ，ＣＵＩＹｉｎ－ｑｉｕ ＢｉｏｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅＬａｂ，ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅ，ＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００２１，Ｃｈｉｎａ ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｉｍｐｒｏｖｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｔｈａｔｈａｖｅｅｍｅｒｇｅｄｉｎｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓｐｒｏｖｉｄｅｕｓｍｕｃｈｍｏｒｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅａｎｄｎｅｗｉｎ－ ｓｉｇｈｔｓｉｎｔｏｃｅｌｌｕｌａｒｓｉｇｎａｌｔｒａｎｓｄｕｃｔｉｏｎｒｅｓｅａｒｃｈ．Ｉｔｈａｓｏｖｅｒｃｏｍｅｔｈｅｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｒｅａｌｉｚｅｄｔｈｅ ｈｉｇｈ－ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔｐｒｏｔｅｉｎａｎａｌｙｓｉｓｍｏｄｅ．Ｉｎｔｈｉｓｌｅｔｔｅｒ，ｔｈｅａｐｐｌｙｉｎｇｏｆｐｒｏｔｅｏｍｉｃｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｉｎｄｅｆｉｎｉｎｇａｎｄｑｕａｎｔｉｔａｔｉｎｇ ｓｉｇｎａｌｉｎｇｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，ｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇｐｏｓｔ－ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎａｌｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｓｕｃｈａｓｐｈｏｓｐｈｏｒｙｌａｔｉｏｎ，ａｎｄｐｒｏｔｅｉｎ－ｐｒｏｔｅｉｎｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓｒｅ－ ｓｅａｒｃｈｄｕｒｉｎｇｃｅｌｌｕｌａｒｓｉｇｎａｌｔｒａｎｓｄｕｃｔｉｏｎｗｅｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ． ［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓFｓｉｇｎａｌｔｒａｎｓｄｕｃｔｉｏｎ ２０世纪９０年代以来，对细胞内信号转导途径的研究逐渐成为国内外生物学界广泛关注的热点。由于信号的传递在细胞的增殖、分化和生存等过程中都起着十分关键的作用，因而逐渐成为解决许多重要理论及实践问题的基本思路和有力武器。近年来有关细胞信号转导研究的方法层出不穷。传统地，人们主要利用ＲＮＡ干扰技术、抗体免疫沉淀、３２Ｐ标记结合蛋白质印迹法（Ｗｅｓｔｅｒｎｂｌｏｔｔｉｎｇ）、ＳＤＳ－聚丙烯酰胺凝胶电泳（ＳＤＳ－ＰＡＧＥ）等方法来检测和鉴定信号传递过程中差异表达的信号分子及关键蛋白的磷酸化。这些方法和技术能够做小量的分析，但无法进行大规模的研究。随着双向电泳（ｔｗｏｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ，２－ＤＥ）和质谱技术的不断完善与发展，蛋白质组学方法越来越多地被用于研究胞内信号转导过程。它弥补了传统方法的不足之处，实现了高通量大规模的研究模式。近年来，蛋白质组学方法应用于信号转导的研究，主要在对蛋白表达谱的检测和定量、翻译后修饰的识别，以及蛋白质之间相互作用图谱的绘制等方面。蛋白质组学方法为我们完整地绘制细胞内信号转导网络图提供了更为可靠的依据。以下就近年来该领域的一些新技术及应用做一简要综述。 １信号蛋白的寻找和确定 细胞受到外界的刺激后，首先吸引许多锚定蛋白、衔接蛋白的结合，引起蛋白的相互作用，并随之引发胞内的一系列信号蛋白的改变（如级联磷酸化事件的发生），最终信号传递到核基因，表达或阻抑表达一些特征蛋白，或者作用于某些特定的细胞器，引发其他生物学效应。由此可见，要了解一种信号途径的具体过程，首先要对该过程的特征信号分子及下游所表达的蛋白进行确定。目前，二维电泳结合质谱技术（ＭＡＬＤＩ－ＴＯＦ－ＭＳ或ＥＳＩ－ＭＳ）已经成为蛋白质组学的首选工具，来获得不同状态下的细胞全蛋白质组。许多研究通过选择性抑制或激活信号通路并筛选２－ＤＥ的效应分子成功地鉴定了信号转导过程中的靶标。本文作者所在研究室［１］利用２－ＤＥ结合ＭＡＬＤＩ－ＴＯＦ－ＭＳ，对处于不同生理条件下的ＮＩＨ３Ｔ３细胞的全细胞裂解液进行双向电泳分离及软件分析。在我们筛选的ａＦＧＦ拮抗剂小肽存在的条件下，鉴定出３种表达量下调、１种表达量上升的蛋白，其中鸟苷酸结合蛋白α－１１亚单位和１Ｃ型核因子分别参与胞内ａＦＧＦ信号传导以及转录调控。近来人们又开发出许多以２－ＤＥ为基础的改进方法，包括从样本制备、分离到染色等各方面，来对蛋白进行更好的分离分析，如亚细胞分离、差异凝胶电泳（ＤＩＧＥ）技术等［２］。 ２－ＤＥ的优势是能够更直观地提供信号蛋白的相对分子质量、等电点、相对表达丰度等信息，但它在分离一些ｐＩ过大或过小、疏水性强的低丰度蛋白时有很大的困难。最近研究较多的多维蛋白质鉴定技术（ｍｕｌｔｉｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｐｒｏｔｅｉｎｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈ－ｎｉｑｕｅ，ＭｕｄＰＩＴ）［３］弥补了上述缺陷。ＭｕｄＰＩＴ能够更有效地检测疏水蛋白，且在分析来自胞内细胞器的蛋白时具有更高的效率。最常用的是二维液相色谱（２Ｄ－ＬＣ），它首先对蛋白复合物进行酶 ［收稿日期］２００６－０８－３０ ［基金项目］吉林省科技发展计划项目（２００４０４１１－３） ［作者简介］李敏（１９８２－），女，硕士研究生 ［通讯作者］崔银秋，（Ｅ－ｍａｉｌ）ｃｕｉｙｑ＠ｊｌｕ．ｅｄｕ．ｃｎ ３３６
MAPK信号通路
MAPK 细胞最基本的生命活动是细胞的生长、分化与分裂。 细胞分裂周期可分为DNA 及蛋白质合成作准备的G1 期、DNA 合成的S 期、为有丝分裂作准备的G2 期与有丝分裂的M 期以及细胞呈相对稳定状态的G0 期。 生物信息通过一系列复杂的信号传递过程来诱导相关基因的表达、调控细胞分裂,决定细胞的转归。衰老细胞的细胞周期常阻滞于G1/ S 期或G2/M期,尤其是G1 末期的限制性调控点“R”点的阻滞。 促分裂素原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases,MAP激酶,MAPK)链是真核生物信号传递网络中的重要途径之一，在基因表达调控和细胞质功能活动中发挥关键作用。MAPK 链由3类蛋白激酶MAP3K-MAP2K-MAPK组成,通过依次磷酸化将上游信号传递至下游应答分子. MAPK信号通路包括：MAP激酶（MAPK）、MAPK激酶（MEK、MKK或MAPK 激酶）和MEK 激酶（MEKK、MKKK或MAPK激酶激酶）。在哺乳动物机体中，已经发现五种不同的MAPK 信号转导通路。其中ERK1/2信号转导通路调控细胞生长和分化，JNK和p38 MAPK信号转导通路在炎症与细胞凋亡等应激反应中发挥重要作用。使用这一芯片试剂盒检测RNA实验标本，操作者通过杂交反应技术，即可研究实验系统中与MAPK信号通路相关基因表达水平改变。 MAPK属于一种Ser/Thr蛋白激酶，可在多种不同的信号转导途径中充当一种共同的信号转导成份，且在细胞周期调控中发挥重要的作用。目前MAPK家族中至少有4个成员已被纯化和深入研究。如p42mapk，p44erk1，p54MAPK及p44mpk。 MAPK可促进血管内皮细胞增殖和新血管生成。新血管生成后可为肿瘤提供更多的营养，加速肿瘤的生长，促进癌细胞的扩散。 MAPK有4个主要亚族：ERK、JNK、p38MAPK和ERK5。
MAPK p38 信号通路总结
THE P38 SIGNALING PATHWAY p38 MAPK is phosphorylated and activated by either MKK3 or MKK6. Similar to the MAPKKs in the JNK andERK pathways, MKK3 and MKK6 phosphorylate the MAPK component, in this case p38, on both a tyrosine and threonine residue. MKK3 and MKK6 are directly downstream of a kinase known as MLK3 in this pathway. MLK3 is activated by the small G-proteins Rac1 and cdc42 (162). Both growth factor receptors and members of the TNF family of receptors are known to activate this pathway. The TNF family of receptors activate the p38 pathway via the activation of cdc42 (95), whereas growth factor receptors have been proposed to active this pathway via the sequential activation of RAS and Rac1 (63, 151). Thus, many of the initial proteins and activation events in the JNK pathway are also involved in the activation of the p38 pathway. ASK1 is also able to induce the activation of the p38 pathway. This activation is thought to occur via ASK1 phosphorylation of MKK3 and 6 (75). In some cases growth factor removal can result in the activation of the p38 pathway (9). Targets of p38 kinase activity include multiple transcription factors such as MEF2 (184), ATF-2 (106), Elk-1 (188), and indirectly CREB (138, 154). The p38 pathway is the only MAPK pathway that does not induce an antioxidant response via the phosphorylation of Nrf2. In fact, signaling via the p38 pathway may actually inhibit Nrf2 phosphorylation by other MAPK pathways (126, 190). This finding may explain the ability of this pathway to strongly promote apoptosis (182). The ability of RAS to activate Rho, and subsequently the p38 signaling pathway, may be the reason that transfection with RAS can lead to or augment apoptosis in some cases (54, 168, 173). Removal of IL-3 from cultures of the cytokine-dependent TF-1 hematopoietic cell line results in the induction of apoptosis, and activation of the JNK and p38 pathways (9). The p38 pathway under these conditions appeared to be important for the induction of apoptosis because inhibitors of p38 prevented IL-3-deprived TF-1 cells from undergoing apoptosis. To determine if the balance between the ERK and p38 signaling pathways determines the fate of the cell, Birkenkamp et al. incubated cells with IL-1 (9). IL-1 will induce the activation of the ERK, JNK, and p38 signaling pathways, whereas IL-3 removal only induced JNK and p38 expression. They found that IL-1, unlike cytokine withdrawal, did not induce apoptosis in these cells. These investigators then demonstrated that inhibition of the ERK signaling pathway with PD98059 allowed IL-1 to induce apoptosis in these cells. These data suggest that although the activation of the p38 pathway may be required for growth factor withdrawal-induced apoptosis, in the presence of high enough levels of ERK activation, p38 activation may not be sufficient in itself for apoptosis to occur. These data also demonstrate that the effects of the ERK signaling pathway can overcome the pro-apoptotic effects of the p38 signaling pathways, at least in certain experimental conditions (Fig. 3) ACTIVATION OF THE P38 PATHWAY BY OXIDATIVE STRESS Singlet oxygen (25, 91, 195), hydrogen peroxide (65), nitric oxide (98, 99), and peroxynitrite (143) all activate the p38MAPK pathway. The p38 MAPK pathway is known to be activated in a number of different cell types in response to reactive oxygen intermediates. These cell types include: Jurkat, 3T3, HeLa, fibroblasts, and endothelial cells (90). The mechanism by which this occurs is likely very similar to the mechanisms by which JNK activation occurs, as many of the same signals activate both pathways concurrently and in many of the same cell types. RAS activation and subsequent signaling via Rho can also activate this pathway as does ligation of the TNF receptor (75, 121, 162). Thus, the ability of oxygen radicals to induce receptor signaling by the TNF receptor in the absence of any receptor ligand binding could also have a potential role in activating the p38 pathway. The ability of nitric oxide to increase RAS activity indicates a potential mechanism by which reactive nitrogen intermediates can induce signaling via the p38 pathway (98). Similar to the JNK pathway, ASK1 has a role in oxidant-induced activation of the p38 pathway (112, 114) and is yet another mechanism by which oxygen radicals may induce p38 activation. Deletion of ASK1 protects against hydrogen peroxide-induced apoptosis in fibroblasts and also prevents prolonged p38 activation, suggesting an apoptotic role for p38 in response to oxidative stress (164). These data also suggest that the kinetics of p38 activation may also be important in determining the fate of the cell.