肿瘤细胞信号转导通路

肿瘤细胞信号转导通路
肿瘤细胞信号转导通路

肿瘤细胞的信号转导通路

信号传导通路是将胞外刺激由细胞表面传入细胞内,启动了胞浆中的信号转导通路,通过多种途径将信号传递到胞核内,促进或抑制特定靶基因的表达。

一、MAPK信号通路

MAPK信号通路介导细胞外信号到细胞内反应。

丝裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase,MAPK)主要位于细胞浆,很多生长因子所激活,活化后既可以磷酸化胞浆内的靶蛋白,也能进入细胞核作用于对应的转录因子,调节靶基因的表达。

调节着细胞的生长、分化、分裂、死亡各个阶段的生理活动以及细胞间功能同步化过程,并在细胞恶变和肿瘤侵袭转移过程中起重要作用,阻断MAPK途径是肿瘤侵袭转移的治疗新方向。

MAPK信号转导通路是需要经过多级激酶的级联反应,其中包括3个关键的激酶,即MAPK激酶激酶(MKKK)→MAPK激酶(MKK)→MAPK。

(一)MKKK:

包括Raf、Mos、Tpl、SPAK、MUK、MLK和MEKK等,其中Raf又分为A-Raf、B-Raf、Raf-1等亚型;

MKKK是一个Ser/Thr蛋白激酶,被MAPKKKK、小G蛋白家族成员Ras、Rho激活后可Ser/Thr磷酸化激活下游激酶MKK。MKK识别下游MAPK分子中的TXY序列(“Thr-X-Tyr”模序,为MAPK第Ⅷ区存在的三肽序列Thr-Glu-Tyr、Thr-Pro-Tyr或Thr-Gly-Tyr),将该序列中的Thr和Tyr分别磷酸化后激活MAPK。

注:TXY序列是MKK活化JNK的双磷酸化位点,MKK4和MKK7通过磷酸化TXY 序列的第183位苏氨酸残基(Thr183)和第185位酪氨酸残基(Tyr185)激活JNK1。

(二)MKK:包括MEK1-MEK7,主要是MEK1/2;

(三)MAPK:

MAPK是一类丝氨酸/苏氨酸激酶,是MAPK途径的核心,它至少由4种同功酶组成,包括:细胞外信号调节激酶(Extracellular signal Regulated Kinases,ERK1/2)、C-Jun 氨基末端激酶(JNK)/应激激活蛋白激酶(Stress-activated protein kinase,SAPK)、p38(p38MAPK)、ERK5/BMK1(big MAP kinase1)等MAPK亚族,并根据此将MAPK 信号传导通路分为4条途径。

1、MAPK /ERK通路:即Ras-to-MAPK(Ras/MAPK)通路。

细胞外信号调节激酶(extracellular signal regulated kinase,ERK)包括5个亚组,ERK3/4和ERK5。ERK1/2与细胞增殖最为密切,其上游激酶为MAPK激酶(MEK1/2),MEK1与细胞分化有关,而MEK2与细胞增殖有关。

ERK1/2是MAPK系统主要的、经典的通路,也是研究较多的一条通路,ERK1/2的活化是将细胞丝裂原信号从细胞膜表面受体转导至细胞核的关键,参与调节细胞周期及促进细胞增殖分化。

ERK1/2(ERK1/ERK2)包括两种异构体ERK1和ERK2,相对分子量分别为44kD和42kD,它们有将近90%的同源性。ERK1/2为脯氨酸导向的丝氨酸/苏氨酸激酶,可以使脯氨酸相邻的丝氨酸/苏氨酸磷酸化。

未激活的ERK1/2位于胞浆内,激活后迅速进入细胞核内,再激活与其偶联的转录因子(Elk-1、c-Myc、Jun、c-Fos、ATF2等),通过调节各自靶基因mRNA的转录及翻译过

程,引起特定蛋白的表达或活性改变,实现对细胞生长、增殖、分化、迁移以及抗凋亡的过程中起到了重要的调节作用。

活化后的ERK1/2主要磷酸化蛋白激酶p90核糖体S6激酶(RSK)、分裂素、应急活化蛋白(MSK)、MAPK相互作用激酶(MNK)、参与细胞附着和迁移的蛋白(桩蛋白、黏着斑激酶和钙蛋白酶)、Elk1、c-Fos、c-Myc和Ets等转录因子。参与细胞诸多的生理过程,如细胞运动、增殖、分化与凋亡等。

ERK信号转导通路至少通过3条途径调节细胞的生长:

通过磷酸化氨甲酰基磷酸合成酶Ⅱ激发DNA合成;

通过MAPK活化的蛋白激酶(MAPK activated protein kinase,MAPKAPK)促进细胞周期的进展;

通过增强转录因子AP-1的活性间接促进细胞的生长。

Ras蛋白是MAPK通路的重要调控因素:Ras蛋白是原癌基因c-ras的表达产物,相对分子质量为21kDa,故又名P21蛋白;由于具有弱的GTP酶活性,并且其分子量小于与七次跨膜受体偶联的G蛋白,故也被称作小G蛋白;其活性则是通过与GTP或GDP的结合进行调节。Ras蛋白是MAPK通路中的分子开关,MAPK系统的主要调控者,介导生长因子等多种胞外信号转导,其活性状态对细胞的生长、分化、细胞骨架、蛋白质运输和分泌等都具有影响。Ras基因的突变会使Ras蛋白处于持续性激活,导致大约30%的恶性肿瘤发生。

成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor,FGF)超家族共有23个成员,介导中胚层和神经外胚层细胞的有丝分裂、趋化和血管生成。其中FGF-2也称为碱性成纤维生长因子(bFGF)是潜在的血管生成因子,其受体成纤维生长因子受体(FGFR)属于受体酪氨酸蛋白激酶(Receptor tyrosine kinases,RTK)家族,与FGF-2结合后发生自身二聚化和磷酸化,最终激活多种信号通路,如Ras/MAPK、JAK/STAT、磷脂酶Cγ(PLCγ) 、

PI3K信号通路。

在早期的肠道肿瘤发生过程中,MAPK途径活化促进MMP-7的表达。在大肠癌中,活化Ras-to-MAPK通路在诱导VEGF的表达起重要的作用。

IL-22也可激活3条主要的MAPK通路:MEK-ERK、JNK/SAPK和p38激酶途径。

现在能看懂RasP/RafP/MEKP/MAPK信号传导途径是什么意思吗?

2、JNK / SAPK (c-Jun N-terminal kinase/Stress-activated protein kinase):

JNK/SAPK共有3个基因亚型,即JNK1/SAPKβ、JNK2/SAPKα和JNK3/SAPKγ,对应的表达蛋白有10余种异够体,分子量从46到55kDa,同源性高达85%以上。JNK1和JNK2在组织中广泛表达,而JNK3仅在脑、心和睾丸中表达。

JNK/SAPK可被外界刺激可通过Ras依赖或非Ras依赖的两条途径激活。

双特异性激酶(JNK Kinase,JNKK)是JNK/SAPK的上游激活物,其中MKK7/JNKK2可特异性地激活JNK,MKK4则可同时激活JNK1和p38。

JNK/SAPK通路可被细胞因子,如肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factorα,TNF α)、白介素1( interleukin 1,IL-1)、表皮生长因子(epidermal growth factor,EGF)、某些G蛋白偶联受体、应激(如电离辐射、渗透压、热休克和氧化损伤)、Fas及化疗药物等多种因素激活,参与细胞增殖与分化、细胞凋亡和细胞恶变等多种生物学反应。

JNK/SAPK信号通路功能失调可造成缺血再灌注损伤、慢性炎症、神经退行性变、糖尿病和肿瘤等多种疾病。

JNK/SAPK主要功能为激活c-Jun。

举例:

许多肿瘤中都观察到JNK活性增高,表明JNK能够促进肿瘤形成可能与其促进增殖有关。剔除c-Jun基因或JNK磷酸化的位点发生改变时,能使小鼠肠道肿瘤变小,肿瘤细胞减

少,并且延长小鼠的寿命。

在二乙基亚硝胺诱导的肝癌小鼠模型中,JNK1持久激活,而JNK1缺失大大降低二乙基亚硝胺诱发肝癌的易感性。JNK1-/-小鼠中细胞周期蛋白D和血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)表达下降,抑制肝细胞增殖,减少肿瘤新生血管。

相反,有些实验发现JNK与抑制肿瘤有关。致癌物质TPA能诱导皮肤癌形成,剔除JNK1的小鼠对TPA诱导的皮肤癌有显著敏感性。剔除JNK1的小鼠肿瘤发生率明显高于野生型小鼠,而且肿瘤的数目、直径明显增大,这表明JNK1在皮肤癌的发生中是一个重要的抑制物。

Winn通过体外非小细胞肺癌的研究中发现,JNK激活能抑制肿瘤形成、维持上皮分化和抑制变异细胞生长。

JNK具有抑制肿瘤的作用,可能是由于JNK通过调节CD8+T细胞来进行肿瘤的免疫监控,或是与JNK激活后的促凋亡机制有关。

3、p38MAPK(p38 mitogen activated protein kinase):

p38MAPK有4个异构体(α、β、γ和δ),家族中各亚型的功能并不完全一致,其中p38α主要参与炎症、增殖、分化和凋亡,而β、γ和δ生物学功能机制尚未能完全了解。

p38MAPK通路可被应激刺激(Uv、紫外线、DNA损伤剂、H2O2、热休克和缺氧等)、炎性因子(TNF-α、IL-1和FGF等)及LPS和革兰氏阳性细菌细胞壁成分而激活,主要诱导细胞凋亡。

p38MAPK途径通过磷酸化激活下游多种转录因子,控制其相应基因的表达活性,如

ATH-1/2、CHOP/GADD153、ELK-1、ETS-1、Max、MEF-2C、NFkB、HSF、SAP-1以及最新发现P18等。

p38MAPK可通过增强c-myc表达、磷酸化p53、参与Fas/FasL介导的凋亡、激活C-Jun 和c-fos、诱导bax转位等至少五种途径调控凋亡。

举例:

在乳腺癌中,TGF-β可刺激增殖侵袭和转移,这通过激活p38MAPK信号途径促进侵袭转移相关的基因的表达。

在卵巢癌细胞株中,TGF-β可通过激活MAPK通路上调u-PA的表达,增加肿瘤细胞的侵袭。

阻断MAPK信号通路,可抑制雌激素依赖性妇科肿瘤如子宫内膜癌、卵巢癌细胞的增殖。Hsiao通过体内和体外实验,MAPK抑制剂可使肿瘤细胞株的MMP-2和u—PA的表达下降,降低肿瘤细胞的侵袭性。

4、ERK5(extracellular regulated kinase 5):研究较少

是与前列腺癌转移有关的关键信号分子,依据是:

与良性前列腺组织相比,前列腺癌细胞中ERK5上游激酶MEK5在表达增加;MEK5的高表达与前列腺癌细胞骨转移相关;MEK5的转染实验可以诱导前列腺癌细胞增殖、增强癌细胞活性并促进癌细胞转移。

小结:

ERK通路的激活主要促使细胞增殖、存活、抑制细胞凋亡;

JNK和p38MAPK通路的激活则主要是促进细胞的凋亡。

如:JNK、p38MAPK通过磷酸化Bcl-2家族中Bax第167位苏氨酸,使Bax在线粒体内发生易位,进而诱导凋亡的发生;

p38MAPK还能诱导下游转录因子以及Caspase-3的表达引起凋亡。

但是,ERK1/2也可通过下游转录因子调节凋亡事件中的上游因子,诱导细胞色素C的释放,通过磷酸化促凋亡蛋白Bim等下调抗凋亡蛋白Bcl-2,上调促凋亡蛋白Bax,激活并上调凋亡基因Caspase-3、8、9的表达,进而诱导凋亡。

另外,MAPK各家族发挥凋亡信号的传递可能依据细胞的类型、细胞所处状态以及刺激信号的种类不同而呈现出不同的结果。

MAPK信号通路是信号转导刺激细胞增殖、生存、分化的交汇点或共同通路。??

MAPK信号转导的一般途径为:刺激信号→PTK→Ras→Raf-1→MEK→MAPK→c-Jun→c-Fos→转录→基因表达→生物效应。??

细胞外生长因子与膜受体结合,引起受体二聚化,将自身的酪氨酸残基磷酸化,继而使位于膜内侧的Ras活化,活化的Ras与Raf结合,将Raf锚定于细胞膜上,使它在膜上被其他激酶磷酸化而激活,活化的Raf有丝氨酸、苏氨酸激酶活性,活化MEK,将其下游MAPK的酪氨酸与丝氨酸残基磷酸化,MAPK活化后即可进入细胞核,作用于c-Jun、c-Fos等转录因子,最终导致细胞增殖或分化。

胞外多种信号分子,从神经递质、激素、生长因子、细胞因子到各种应激刺激如辐射伤害、渗透压变化等等,都可以激活这个级联反应。

但不同MAPK激活途径中的MAPK激酶激酶(MKKK)和MAPK激酶(MKK)则不相同。因此,就形成了不同激活途径,如Raf/MAPK途径、

二、PI3K/AKT信号通路诱导癌细胞凋亡

磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol 3一kinase,PI3K),是与细胞内信号传导有关的脂类第二信使。

P13K能被许多细胞因子受体活化,包括酪氨酸激酶受体、非酪氨酸激酶受体、胰岛素受体等胞外信号。酪氨酸激酶受体又叫受体酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinase,RTK)。

PI3K活化后,催化磷脂酞肌醇PI磷酸化,生成PIP2和PIP3,后二者是细胞内重要的第二信使,能激活下游蛋白激酶。

蛋白激酶包括:

蛋白激酶B (protein kinase B,PKB/Akt, Akt-PKB),

蛋白激酶C (Protein kinase C,PKC)

蛋白激酶A (Ptotein kinase A,PKA)

丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(Akt):与蛋白激酶A和蛋白激酶C在结构上相似,因此又被命名为蛋白激酶B(PKB)。

Akt有3种亚型:Akt1(PKBα)、Akt2(PKBβ)和Akt3(PKBγ),三者有80%以上的同源性,而且结构很相似。

Akt下游底物有mTOR、Bad、NF-κB、caspase-9、MMP-9、C0X-2、FOXO、GSK3β、PFK2、eNOS、p21WAF,p27Kip1和YB-1等。因此,PI3K/Akt通路可有多条作用途径,如PI3K/Akt/GSK3β信号通路。

当细胞外的细胞因子与相应的受体结合后,受体被激活或RTK自身磷酸化,PI3K被活化,从胞质转位至细胞膜,定位于磷酸肌醇依赖性激酶1 (phosphoinositide dependent kinase 1,PDK1)和PDK2附近。Akt的构象发生变化,暴露其磷酸化位点。随后,PDK1和PDK2分别磷酸化Akt的Thr308和Ser473,Akt活化进一步作用于其下游分子。

参与多种生理活动,包括细胞代谢、存活、凋亡、增殖、分化和细胞周期调节,在肿瘤发生、发展、转移及化疗耐药中扮演重要角色。包括:促进细胞的异常分化与增殖,抗肿瘤细胞的凋亡,促进肿瘤细胞的侵袭和转移,促进肿瘤新生血管形成。

Akt/PKB是P13K的主要效应分子,也以PI3K-Akt/PKB信号转导途径对凋亡的抑制作用尤其重要,并与人类多种肿瘤的发生发展密切相关。

PI3K-Akt信号通路抗细胞凋亡的机制主要有:

①直接调节作用:

BAD是Bcl-2家族成员之一,可与Bcl-2或Bcl-xl形成复合体而表现促凋亡活性。

Akt可使BAD的Ser136位点、磷酸化,阻断BAD诱导的细胞凋亡。

Akt也能使Bcl-2家族成员BAX的Ser184位点磷酸化,负调控促凋亡功能。

半胱天冬酶caspase-9是细胞凋亡的启动者和效应者,Akt可使

caspase-9Ser196位点磷酸化而失活,抑制其促凋亡作用。

Par-4是一种促凋亡蛋白,Akt能结合并磷酸化Par-4,灭活Par-4的促凋亡作用。

②影响转录因子家族调控细胞存活:

转录因子家族包括Forkhead、NF-κB、p53等,其中叉头转录因子

(Forkhead or FoxO)家族有4个亚型,即FKHR/FoxO1、FoxO2、FKHRL1/FoxO3和AFX/FoxO4。

Akt直接磷酸化FoxO家族的4个亚型,抑制促凋亡基因(FasL、TRAIL、TRADD、Bim、Bcl-6)的转录功能,负调节凋亡促进信号,促进细胞存活。

在肿瘤细胞中,NF-κB的典型功能是抗凋亡,其活性依赖于IκB激酶

(IκB Kinase,IKK),Akt通过调节IKK的活性,导致NF-κB的磷酸化、核转位、活化,NF-κB依赖的促进存活基因(Bc1-2家族成员Bcl-xl)和抗凋亡基因的转录。

P53介导DNA损伤而引起细胞凋亡,泛素连接酶MDM2是P53的一种负性调节蛋白,Akt能使MDM2的Ser166和Ser186位点磷酸化,上调MDM2活性,进而促进P53的失活或降解,阻断P53介导的促凋亡转录反应。

③通过调节细胞周期影响细胞增殖:

Akt可使下游的雷帕霉素(the mammaliantarget of rapamycin,mTOR)磷酸化激活,通过调控核糖体激酶p70s6k和4E-BP-1两条下游通路调节蛋白质的合成,影响细胞的增殖。

PI3K的抑制剂wortmannin和LY294002可以抑制mTOR的活性,阻断其下游的p70s6k与4E-BP-1的信号通路,阻滞细胞周期在G1期,导致细胞生长停滞。

④防止线粒体释放凋亡因子:

Akt可阻止线粒体释放细胞色素C及凋亡诱导因子,而抗细胞凋亡。

举例:

在卵巢癌、宫颈癌中,PI3K/AKT存活通路失调,高表达的P13K和AKT提示预后不良和化疗多药耐药。化疗药物激活ras癌基因、细胞蛋白酪氨酸激酶受体家族(包括EGF受体家族、PDGF受体家族、VEGF受体家族)和NF受体家族、IGF受体家族,活化P13K/Akt通路,使细胞产生放疗、化疗抗拒。

高危型人乳头瘤病毒HPV16的E5通过激活PI3K/Akt通路促进子宫颈癌的发生。

E—钙黏蛋白通过PI3K/Akt途径介导子宫颈鳞癌肿瘤标志鳞癌抗原(SCCA)的合成,使细胞粘附。

PI3K pl10基因(PIK3CA)是子宫颈癌的癌基因。因为以PIK3CA作为探针,通过荧光原位杂交和RT-PCR的方法都能检测到宫颈癌细胞株C-41、CaSki和ME-180中PIK3CA拷贝数显著增加。

P13K/Akt通路在子宫内膜癌对激素治疗的敏感性方面也有重要作用。与子宫内膜癌发生密切相关的雌激素可以非转录机制快速激活细胞内的PI3K/Akt激酶级联而调节内膜细胞的增殖与凋亡。Guzeloglu等以免疫印记、免疫组化、免疫细胞化学等多种手段通过体内、外试验研究雌二醇对子宫内膜细胞Akt磷酸化的影响,证明雌二醇刺激可使培养的内膜细胞的Akt快速激活。

选择性ER调节剂他莫希芬TAM 作为ER拮抗剂长期应用会增加患子宫内膜癌的风险。TAM 活性代谢产物4-TAM(OHT)通过激活P13K/Akt通路促进子宫内膜癌细胞系

Ishikawa细胞和HEC1A细胞的生长;P13K抑制剂可拮抗OHT对子宫内膜癌细胞的生长促进作用。

三、JAK-STAT通路

JAK-STAT(Janus kinase-signal transducer and activator of transcription) 细胞因子+受体结合→激活JAK→激活STAT→靶基因

JAK是酪氨酸蛋白激酶,STATs(STAT1- STAT7)是核转录因子,其中STAT3在多种肿瘤组织中异常表达和激活,并与多种肿瘤的增殖、分化、细胞凋亡、血管生成、侵袭、转移和免疫逃避密切相关。

STAT3表达高的肿瘤细胞,MMP2表达也较高,通过转染STAT3至侵袭性较差的肿瘤细胞,观察到STAT3可直接与MMP2启动子结合并刺激MMP2表达上调。认为STAT3通过刺激MMP2的表达增加了肿瘤的侵袭和转移。

乳腺癌的发展过程中激活的STAT3与MMP-9具有明显相关性。

在原位胰腺肿瘤动物模型中,阻断STAT3的活性可明显抑制VEGF的表达、血管生成和胰腺肿瘤的肝转移。

大鼠的黑色素瘤模型中,沉默STAT3的活性可明显减少MMP-2的表达,降低黑色素瘤的肺转移。增强STAT3的活性可以使黑色素瘤细胞MMP-2。VEGF表达升高增加肿瘤的侵袭和血管生成,从而使转移能力增强。激活的STAT3蛋白在人黑色素细胞瘤脑转移灶明显高于原发灶。

在大鼠乳腺癌模型中用RNA干扰技术降低STAT3的活性,可明显抑制肿瘤的侵袭和转移。体外实验证明G-四联体寡聚脱氧核苷酸可明显抑制非小细胞肺癌细胞STAT3的结合活性,降低其下游基因Bcl-x、Mcl-1、VEGF等表达。从而促进肿瘤细胞的凋亡和血管生成。

STAT3转染入肺癌细胞株,明显降低Mcl-1、Cyclin D1、Bcl-xl的表达,认为以STAT3

为靶点对于肺癌的治疗具有巨大的潜力。

四、Wnt通路

在正常成熟细胞中,Wnt通路处于关闭状态,胞浆中的β-catenin大部分与突出于细胞膜的E-cadherin结合。当Wnt通路处于激活状态时,β-catenin不被降解,而是逐渐积聚进入细胞核,与转录因子相互作用,启动转录过程,调控相应的基因表达。人类肿瘤乳腺癌、食管癌、结直肠癌、恶性黑色素瘤、白血病、前列腺癌、子宫内膜癌、原发性肝癌、甲状腺癌、胰腺癌等均存在Wnt通路异常。

Wnt信号通路的激活有三条途径是:Wnt/Ca2+途径、平面细胞极性途径和正规Wnt 途径。

举例:

Lowy通过实验证明Wnt信号活化可以上调MMP-3,促进胃癌细胞的侵袭和转移。

Brabletz认为Wnt信号通路的活化可促进结直肠癌细胞的局部侵袭。

Neth证明了正规Wnt途径与干细胞和肿瘤细胞的侵袭密切相关。

Lindvallml在乳腺和其他组织干细胞和祖细胞的分化过程中发现,Wnt信号通路起着重要的作用,异常活化的Wnt信号通路可诱导乳腺干细胞和祖细胞分化成癌细胞。

Wnt/β-catenin信号在不同组织肿瘤细胞的发生和进展过程起着重要的作用,抑制Wnt/β-catenin信号将是合理的肿瘤治疗靶点。

Kimm3通过体内和体外实验证明,Wnt通路抑制因子可以抑制肺癌细胞的生长。说明Wnt通路在肺癌的发展中起重要作用。

Schlange研究表明,干扰Wnt信号途径可以降低乳腺癌细胞株的增殖和存活。在配体受体水平干扰Wnt信号途径联合其他靶点可以提高乳腺癌的治疗效果。

五、Notch信号传导通路

Notch信号通路是细胞间信息交流的重要通路,在组织神经发生、血管生成方面有着重要的调节作用。哺乳动物中的Notch蛋白共有4种。

Notch信号在不同的组织和器官有着不同(促进或抑制肿瘤的分化和转移)的作用,这可能与细胞所在的微环境或Notch受体、配体等信号通路中相关分子的表达量不同有关。

举例:

Notch在胰腺癌中可激活NF-kB,并使转移相关基因MMP-9、COX-2、VEGF、survivin的表达下降。

激活Notch信号可增强乳腺癌上皮细胞和角质化细胞的侵袭能力。

通过调节β-catenin的活性增强原发性黑色素瘤的侵袭能力。

研究发现Notchl可以促进成骨细胞的分化,有利于前列腺癌细胞转移到骨。在骨转移前列腺癌细胞株中Notchl表达比非骨转移前列腺癌细胞株高4-5倍”“。

近期研究发现Notch信号通路有利于肿瘤干细胞与微环境的相互作用,进而增殖分化成肿瘤细胞。

目前阻断Notch信号通路策略分为两类:

选择性抑制:反义RNA,RNA干扰和单克隆抗体,在体外及动物实验中证实有抑瘤作用。

非选择性抑制:Notchl配体封闭剂、活化Notchl必需的水解酶的抑制剂等。

常见的信号通路

1JAK-STAT信号通路 1)JAK与STAT蛋白 JAK-STAT信号通路是近年来发现的一条由细胞因子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许多重要的生物学过程。与其它信号通路相比,这条信号通路的传递过程相对简单,它主要由三个成分组成,即酪氨酸激酶相关受体、酪氨酸激酶JAK和转录因子STAT。(1)酪氨酸激酶相关受体(tyrosinekinaseassociatedreceptor) 许多细胞因子和生长因子通过JAK-STAT信号通路来传导信号,这包括白介素2?7(IL-2?7)、GM-CSF(粒细胞/巨噬细胞集落刺激因子)、GH(生 长激素)、EGF(表皮生长因子)、PDGF(血小板衍生因子)以及IFN(干扰素)等等。这些细胞因子和生长因子在细胞膜上有相应的受体。这些受体的共同特点是受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。受体与配体结合后,通过与之相结合的JAK的活化,来磷酸化各种靶蛋白的酪氨酸残基以实现信号从胞外到胞内的转递。 (2)酪氨酸激酶JAK(Januskinase) 很多酪氨酸激酶都是细胞膜受体,它们统称为酪氨酸激酶受体(receptor tyrosinekinase,RTK),而JAK却是一类非跨膜型的酪氨酸激酶。JAK是英文Januskinase的缩写,Janus在罗马神话中是掌管开始和终结的两面神。之所以称为两面神激酶,是因为JAK既能磷酸化与其相结合的细胞因子受体,又能磷酸、JAK1个成员:4蛋白家族共包括JAK结构域的信号分子。SH2化多个含特定

JAK2、JAK3以及Tyk2,它们在结构上有7个JAK同源结构域(JAKhomologydomain,JH),其中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。 (3)转录因子STAT(signaltransducerandactivatoroftranscription)STAT被称为“信号转导子和转录激活子”。顾名思义,STAT在信号转导和转录激活上发挥了关键性的作用。目前已发现STAT家族的六个成员,即STAT1-STAT6。STAT蛋白在结构上可分为以下几个功能区段:N-端保守序列、DNA结合区、SH3结构域、SH2结构域及C-端的转录激活区。其中,序列上最保守和功能上最重要的区段是SH2结构域,它具有与酪氨酸激酶Src的SH2结构域完全相同的核心序列“GTFLLRFSS”。 2)JAK-STAT信号通路 与其它信号通路相比,JAK-STAT信号通路的传递过程相对简单。信号传 递过程如下: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。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”(dockingsite),同时含有SH2结构域的STAT蛋白被招募到这个“停泊位点”。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。值得一提的是,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 。STAT4却特异性激活

肿瘤常见信号通路

1 JAK-STAT 信号通路 1) JAK 与STAT 蛋白 JAK-STAT 信号通路是近年来发现的一条由细胞因子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许多重要的生物学过程。与其它信号通路相比,这条信号通路的传递过程相对简单,它主要由三个成分组成,即酪氨酸激酶相关受体、酪氨酸激酶JAK和转录因子STAT。 (1) 酪氨酸激酶相关受体( tyrosine kinase associated receptor ) 许多细胞因子和生长因子通过JAK-STAT 信号通路来传导信号,这包括白介素2?7 (IL-2?7 )、GM-CSF (粒细胞/巨噬细胞集落刺激因子)、GH (生长激素)、EGF (表皮生长因子)、PDGF (血小板衍生因子)以及IFN (干扰素)等等。这些细胞 因子和生长因子在细胞膜上有相应的受体。这些受体的共同特点是受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。受体与配体结合后,通过与之相结合的JAK 的活化,来磷酸化各种靶蛋白的酪氨酸残基以实现信号从胞外到胞内的转递。 (2) 酪氨酸激酶JAK ( Janus kinase ) 很多酪氨酸激酶都是细胞膜受体,它们统称为酪氨酸激酶受体( receptor tyrosine kinase, RTK ),而JAK 却是一类非跨膜型的酪氨酸激酶。JAK 是英文Janus kinase 的缩写,Janus 在罗马神话中是掌管开始和终结的两面神。之所以称为两面神激酶,是因为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(JAK homology domain, JH ),其中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。 (3) 转录因子STAT ( signal transducer and activator of transcription ) STAT 被称为“信号转导子和转录激活子”。顾名思义,STAT在信号转导和转录激活上发挥了关键性 的作用。目前已发现STAT家族的六个成员,即STAT1-STAT6。STAT蛋白在结构上可分为以下几个功能区段:N-端保守序列、DNA结合区、SH3结构域、SH2结构域及C-端的转录激活区。其中,序列上最保守和功能上最重要的区段是SH2结构域,它具 有与酪氨酸激酶Src的SH2结构域完全相同的核心序列“ GTFLLRFSS ”。 2) JAK-STAT 信号通路 与其它信号通路相比,JAK-STAT 信号通路的传递过程相对简单。信号传递过程如下: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。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

肿瘤细胞信号转导

摘要 细胞信号转导的存在及其过程是近年细胞生物学、分子生物学和医学领域的研究热点之一。细胞信号转导异常与肿瘤等多种疾病的发生、发展和预后直接相关。综述与肿瘤发生相关的几条主要信号通路, 阐明它们的作用机制对于探索肿瘤发病机制并最终攻克肿瘤具有重要的意义。 关键词:肿瘤;细胞信号转导

Abstract The existence and the process of cell signal transduction is one of the hot topics in cell biology, molecular biology and medicine. Cell signal transduction is directly related to the occurrence, development and prognosis of many diseases, such as cancer. Summary of several major signaling pathways associated with tumor development, to clarify their role in the pathogenesis of cancer and to explore the ultimate tumor has important significance. Key word: tumor cell signal transduction

前言 信号转导(signal transduction)是20世纪90年代以来生命科学研究领域的热点问题和前沿。信号转导的基本概念是细胞外因子通过与受体(膜受体或核受体)结合,所引发细胞内的一系列生物化学反应,直至细胞生理反应所需基因的转录表达开始的过程[1]。随着癌基因和抑癌基因的发现,细胞信号转导通路的阐明,极大地丰富了人们对细胞癌变机制的认识。通过对癌基因产物(癌蛋白,oncopro- tein)功能的分析,发现许多癌蛋白位于正常细胞信号转导通路的不同部位,对促进细胞分裂增殖起着重要的作用。在肿瘤发生发展的过程中,由于正常的基因调控紊乱,可导致细胞信号传递网络的异常。与正常细胞相比,往往一些通路处于异常活跃状态, 而有一些通路却传递受阻。 1与肿瘤发生相关的几条主要信号通路 1.1 Hedgehog信号通路:Hedgehog信通路是近年来备受关注的一个调控胚胎发育的信号转导途径,而且与人类肿瘤的发生与发展紧密相关。Hedgehog信号通路的异常激活可以导致多种肿瘤的形成, 如基底细胞癌、髓母细胞瘤、肺小细胞癌、胰腺癌、前列腺癌、胃肠道恶性肿瘤等[2]。Hedgehog信号通路主要由3部分组成:Hh信号肽(Shh、Ihh、Dhh)、跨膜受体(Ptch、Smo)和下游转录因子(Gli)。在正常状态下,Hh蛋白由其经过自我裂解产生的N末端裂解物(Hh-N)与胆固醇或脂酰基结合, 附着于细胞模表面。Hh信号通路的激活是通过配体Hh与跨膜蛋白Ptch结合, 进而解除Ptch对另一跨膜蛋白Smo的抑制作用,Smo再通过下游转录 因子Gli来调控基因转录。Hedgehog信号通路成员Shh、Ptch、Smo和Gli-1在结肠癌、胰腺癌及结肠腺瘤细胞中有不同程度的表达, 环靶明(Smo受体特异性小分子抑制剂)对Smo高表达细胞的生长有明显抑制作用,从而说明Hedgehog信号通 路可能在部分消化道肿瘤细胞中被活化[3]。在肝癌组织和肝癌细胞系中,Ihh、Ptch、Smo、Gli基因的转录和蛋白表达可检测到差异,环靶明可使Hedgehog信号转导通路各成员的表达出现不同程度的降低,从而说明原发性肝癌中Hedgehog 信号转导通路是活化的,并且环靶明有阻断Hedgehog信号转导通路的作用[4]。 1.2 Wnt信号通路:Wnt信号通路是一条在进化上保守的信号途径,在胚胎发育和中枢神经系统的形成中起关键作用,可调控细胞的生长、迁移和分化。目前研究表明,在乳腺癌、结直肠癌、胃癌、肝癌、黑色素瘤及子宫内膜癌、卵巢癌中都存在Wnt信号通路异常[5]。Wnt信号通路主要分为3种类型:(1)经典的Wnt 信号途径:通过β-连环蛋白(β-catenin)核易位。激活靶基因的转录活性。(2)细胞平面极性途径:此途径涉及RhoA蛋白和Jun激酶,主要控制胚胎的发育时间和空间。在细胞水平上,此途径通过重排细胞骨架来调控细胞极性。(3)Wnt/Ca2+途径:此途径可诱导细胞内Ca2+浓度增加并激活Ca2+敏感的信号转导组分,如信赖钙调蛋白的蛋白激酶Ⅱ、钙调蛋白敏感的蛋白磷酸酶和活化T细胞核因子NF-AT。在Wnt通路中任何一步发生障碍都可致癌。一是组成Wnt信号途径的蛋白、转录因子或基因被破坏或变异导致该途径关闭或局部途径异常活跃;二是过多的Wnt

肿瘤常见信通路

1 JAK-STAT信号通路 1) JAK与STAT蛋白 JAK-STAT信号通路是近年来发现的一条由细胞因子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许多重要的生物学过程。与其它信号通路相比,这条信号通路的传递过程相对简单,它主要由三个成分组成,即酪氨酸激酶相关受体、酪氨酸激酶JAK和转录因子STAT。 (1) 酪氨酸激酶相关受体(tyrosine kinase associated receptor) 许多细胞因子和生长因子通过JAK-STAT信号通路来传导信号,这包括白介素2?7(IL-2?7)、GM-CSF(粒细胞/巨噬细胞集落刺激因子)、GH(生长激素)、EGF (表皮生长因子)、PDGF (血小板衍生因子)以及IFN(干扰素)等等。这些细胞因子和生长因子在细胞膜上有相应的受体。这些受体的共同特点是受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。受体与配体结合后,通过与之相结合的JAK的活化,来磷酸化各种靶蛋白的酪氨酸残基以实现信号从胞外到胞内的转递。 (2) 酪氨酸激酶JAK(Janus kinase) 很多酪氨酸激酶都是细胞膜受体,它们统称为酪氨酸激酶受体(receptor tyrosine kinase, RTK),而JAK却是一类非跨膜型的酪氨酸激酶。JAK是英文Janus kinase的缩写,Janus在罗马神话中是掌管开始和终结的两面神。之所以称为两面神激酶,是因为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(JAK homology domain, JH),其中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。(3) 转录因子STAT(signal transducer and activator of transcription)STAT被称为“信号转导子和转录激活子”。顾名思义,STAT在信号转导和转录激活上发挥了关键性的作用。目前已发现STAT家族的六个成员,即STAT1-STAT6。STAT蛋白在结构上可分为以下几个功能区段:N-端保守序列、DNA结合区、SH3结构域、SH2结构域及C-端的转录激活区。其中,序列上最保守和功能上最重要的区段是SH2结构域,它具有与酪氨酸激酶Src的SH2结构域完全相同的核心序列“GTFLLRFSS”。 2) JAK-STAT信号通路 与其它信号通路相比,JAK-STAT信号通路的传递过程相对简单。信号传递过程如下: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

靶向ERK信号转导通路抗肿瘤的研究进展

第26卷第3期2006年6月国际病理科学与临床杂志 In ternati onal Journal ofPat h ol ogy and C li n i calM ed ici ne Vo.l 26 N o .3Jun . 2006 y 靶向ERK 信号转导通路抗肿瘤的研究进展 罗 威 综述 曹 亚 审校 (中南大学湘雅医学院肿瘤研究所分子生物室,长沙410078) [摘要] R as ,R af 基因突变及MA PK 的过度激活与人类肿瘤的发生密切相关,而且由于ERK 通路在细胞信 号转导中的枢纽地位,其作为抗肿瘤的分子靶受到基础研究与药物开发工作者的广泛关注,为肿瘤治疗提供了可 喜的前景。 [关键词] M APK; ERK; 蛋白激酶; 抑制剂; 肿瘤 [中图分类号] R 73 3 [文献标识码] A [文章编号] 1673 2588(2006)03 0200 04 Advance in anti cancer therapy targeted the ERK signal transducti on pathway LUO W e,i CAO Ya (Cancer R esearc h In stit u te ,C entra l Sou t h Un i versit y,Chang s ha 410078,China ) [Abstract] The m utati o n o fRas and Raf gene and the over activation ofMAP K are closely re lated w it h the occurrence o f hum an cancers i n recent years .B ecause of the pivota l status of ERK pathw ay i n cell signal transduction,m any basic sc i e ntific researchers and dr ug deve l o pers who regar d ERK pathw ay as anti cancer m o lecu lar targets pay m ore attention to it and present a pro m isi n g future . [Key w ords] MAPK; ERK; pr o te i n k i n ase ; i n h i b itor ; cancer [Int J Pathol C li n M ed,2006,26(3):0200 04] 丝裂原活化蛋白激酶通路(m itogen activated pro tein k i n ase pathw ay ,MAP K pathw ay )代表了一连串磷酸化级联事件,涉及3种关键激酶,即MAPK 激酶的激酶(MAPKKK ),MAPK 激酶(MAP KK ),MAPK 。真核细胞中,已确定出ERK (p42/p44MAPK),J NK /SAPK,p38MAPK 及ERK5四条MAPK 信号转导通路。J NK 和p38MAPK 两条通路主要与细胞的应激和凋亡有关,而在细胞信号转导网络中处于枢纽地位的ERK 通路主要与细胞的增殖和分化密切相关。MAP K 通路是一重要信号转导通路,近年来发现Ras ,Raf 基因突变及MAPK 的过度激活与肿瘤发生有关,以这些激酶作为肿瘤治疗的靶点 来阻断增殖信号的传递,显示出多效性[1,2] 。1 ERK 信号通路 上游激活蛋白R as 为21kD 的小G 蛋白;Raf/MAPKKK 是40~75kD 的Ser /Thr 蛋白激酶,有Raf 1/C Ra,f A R a,f B Raf 3种类型;ERK 激酶(M EK )/MAPKK 有分子量为44kD 和45kD 的M E K1和MEK2两种,属于少有的双重特异性蛋白激酶(dua l specificity pr o te i n kinase),既为Tyr 蛋白激酶,又为Ser /Thr 蛋白激酶;胞外信号调节激酶(ex tracell u lar si g na l regulated k i n ase ,ERK )/M AP K 是一种Ser /Thr 蛋白激酶,有ERK1和ERK2两个亚族。R as 被生长因子、细胞因子激活,由失活态Ras GDP 结合构象转变为活化态Ras GTP 结合构象,招募Ra f 激酶家族到胞膜并激活Ra,f 启动Ras 通路。Raf 通过其C 端的激酶功能域催化MEK1/2的丝氨酸残基磷酸化而激活,其中M E K1的两个丝氨酸活化位点是S217和S221;继而MEK1/2的激酶功能域催化ERK1/2亚功能区8中的酪氨酸和苏氨酸残基磷酸化而激活,ERK1的酪氨酸和苏氨酸活化位点分别是Y204和T202,以及ERK2的Y186和T184;ERK1/2由胞浆 200 y 收稿日期:2006 03 22 修回日期:2006 04 19 作者简介:罗威(1981 ),女,湖南湘潭人,硕士研究生,主要从事分子癌变机制的研究。

Hedghog信号通路与肿瘤发生.

Hedghog信号通路与肿瘤发生 【关键词】 Hedgehog Signaling Pathway Patched Smoothened Cubitus interruptus Gli 0 引言 Hh是由英文“刺 猬”(hedgehog)简写而来的。这类基因最早是在果蝇里发现,果蝇和其他动物一样身体分成多个节段,幼虫的每个节段内一部分有毛、一部分无毛,Hh基因突变使无毛部分变成有毛部分,所以被戏称为“刺猬”基因。果蝇Hh基因是美国霍普金斯大学毕淇实验室在90年代初克隆的,在果蝇只有一个Hh基因,以后多个实验室在高等动物发现有三个Hh基因。Hedgehog通路不仅在胚胎正常发育中起着重要作用,通路的异常还可引发畸形和肿瘤。本文就Hedgehog通路的构成、途径及在胚胎发育和肿瘤形成中的作用、肿瘤治疗的进展进行综 述。 1 Hedgehog通路的基本构成 1.1 Hedgehog蛋白家 族果蝇只有一个hedgehog基因,脊椎动物有3种hedgehog基因,包括:Desert hedgehog(Dhh), Indian hedgehog(Ihh), Sonic hedgehog(SHh)。Dhh与果蝇的Hedgehog基因的关系最近;Ihh和SHh之间的关系较 近。 Hedgehog蛋白是一种分泌蛋白,必须经过自身的修饰才能获得活性。 Hh蛋白包含一个N端信号结构域,和一个C端催化结构域。C端催化结构域可以共价结合胆固醇,并使其结合到N端信号结构域,再将N端信号结构域一个半胱氨酸棕榈酰化,这个过程需要Skinny hedgehog酰基转移酶。从鸡的sonic hedgehog (SHh)蛋白出发,用BLAST法找到其在人、小鼠、大鼠等脊椎动物的同源蛋白共16个,组成Hedgehog蛋白家族。 1.2 Patched(Ptch)蛋白 Ptch蛋白是细胞表面接受Hh信号蛋白的受体,具有二种功能,一是与Hh结合,二是抑制Smoothened(Smo)。在人类中Patched基因有两个同源基因, Ptch1、 Ptch2,分别编码Ptch1、 Ptch2蛋白。 Ptch2细胞内的氨基和羧基端结构域与Ptch1不同,包括在羧基端区域缺少150个氨基酸残基。 1.3 Smoothened(Smo)蛋白 Smo基因编码一个有1024个氨基酸组成的蛋白质,它的作用是Hh信号的转换器。Smo蛋白有7个疏水跨膜区,1个细胞外氨基端区域和1个细胞内的羧基端区域。Smo蛋白具有一些与G结合蛋白受体的相似性,与蜿蜒蛋白的Frizzled家族有同源性。当没有Hh 蛋白时,Ptch通过下游信号抑制Smo。当Hh蛋白结合到Ptch时,Smo可以上调下游基因表达[1]。 1.4 Patched和Smoothened之间的关 系关于Patched和Smoothened(Smo)之间关系有四种解释: (1) Ptch通过下游信号抑制Smo。Hh蛋白与Ptch结合通过构象改变减轻了对Smo的抑制,使之可以调整下游信号。(2) 假设是Hh通过引起Ptch/Smo复合体分裂来激活Smo。(3) Ptch通过一种可播散的媒介来抑制Smo,Hh结合到Ptch后改变了媒介的活性,使Smo激活。(4) Ptch通过一种小分子物质催化来抑制Smo,Hh结合Ptch后,Smo与Ptch和小分子物质分离从而被激活 [2]。 1.5 Cubitus interruptus(Ci)和Gli蛋白,Costal 2(Cos2)蛋白,Fused(Fu)激酶,Suppressor of Fused(Sufu)的复合体在果蝇中具有锌指结构的Cubitus interruptus(Ci)基因是脊椎动物中Gli基因家族的同源基因,它们所编码的蛋白在Hh通路中起着关键作用。 Ci是一种 155kDa有5个锌指结构的蛋白质。它有两种形式,一种是截去75kDa的抑制剂,另一种是全长155kDa的催化剂。结构上有Sufu结合区(SF),锌指DNA结合区(ZF),核定位信号(NLS),分裂点,核输出信号(NES),磷酸化点(P),

肿瘤细胞信号转导通路

肿瘤细胞的信号转导通路 信号传导通路是将胞外刺激由细胞表面传入细胞内,启动了胞浆中的信号转导通路,通过多种途径将信号传递到胞核内,促进或抑制特定靶基因的表达。 一、MAPK信号通路 MAPK信号通路介导细胞外信号到细胞内反应。 丝裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase,MAPK)主要位于细胞浆,很多生长因子所激活,活化后既可以磷酸化胞浆内的靶蛋白,也能进入细胞核作用于对应的转录因子,调节靶基因的表达。 调节着细胞的生长、分化、分裂、死亡各个阶段的生理活动以及细胞间功能同步化过程,并在细胞恶变和肿瘤侵袭转移过程中起重要作用,阻断MAPK途径是肿瘤侵袭转移的治疗新方向。 MAPK信号转导通路是需要经过多级激酶的级联反应,其中包括3个关键的激酶,即MAPK激酶激酶(MKKK)→MAPK激酶(MKK)→MAPK。 (一)MKKK: 包括Raf、Mos、Tpl、SPAK、MUK、MLK和MEKK等,其中Raf又分为A-Raf、B-Raf、Raf-1等亚型; MKKK是一个Ser/Thr蛋白激酶,被MAPKKKK、小G蛋白家族成员Ras、Rho激活后可Ser/Thr磷酸化激活下游激酶MKK。MKK识别下游MAPK分子中的TXY序列(“Thr-X-Tyr”模序,为MAPK第Ⅷ区存在的三肽序列Thr-Glu-Tyr、Thr-Pro-Tyr或Thr-Gly-Tyr),将该序列中的Thr和Tyr分别磷酸化后激活MAPK。

注:TXY序列是MKK活化JNK的双磷酸化位点,MKK4和MKK7通过磷酸化TXY 序列的第183位苏氨酸残基(Thr183)和第185位酪氨酸残基(Tyr185)激活JNK1。 (二)MKK:包括MEK1-MEK7,主要是MEK1/2; (三)MAPK: MAPK是一类丝氨酸/苏氨酸激酶,是MAPK途径的核心,它至少由4种同功酶组成,包括:细胞外信号调节激酶(Extracellular signal Regulated Kinases,ERK1/2)、C-Jun 氨基末端激酶(JNK)/应激激活蛋白激酶(Stress-activated protein kinase,SAPK)、p38(p38MAPK)、ERK5/BMK1(big MAP kinase1)等MAPK亚族,并根据此将MAPK 信号传导通路分为4条途径。 1、MAPK /ERK通路:即Ras-to-MAPK(Ras/MAPK)通路。 细胞外信号调节激酶(extracellular signal regulated kinase,ERK)包括5个亚组,ERK3/4和ERK5。ERK1/2与细胞增殖最为密切,其上游激酶为MAPK激酶(MEK1/2),MEK1与细胞分化有关,而MEK2与细胞增殖有关。 ERK1/2是MAPK系统主要的、经典的通路,也是研究较多的一条通路,ERK1/2的活化是将细胞丝裂原信号从细胞膜表面受体转导至细胞核的关键,参与调节细胞周期及促进细胞增殖分化。 ERK1/2(ERK1/ERK2)包括两种异构体ERK1和ERK2,相对分子量分别为44kD和42kD,它们有将近90%的同源性。ERK1/2为脯氨酸导向的丝氨酸/苏氨酸激酶,可以使脯氨酸相邻的丝氨酸/苏氨酸磷酸化。 未激活的ERK1/2位于胞浆内,激活后迅速进入细胞核内,再激活与其偶联的转录因子(Elk-1、c-Myc、Jun、c-Fos、ATF2等),通过调节各自靶基因mRNA的转录及翻译过

常见信号通路

常见的几种信号通路 1 JAK-STAT信号通路 1) JAK与STAT蛋白 JAK-STAT信号通路是近年来发现的一条由细胞因子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许多重要的生物学过程。与其它信号通路相比,这条信号通路的传递过程相对简单,它主要由三个成分组成,即酪氨酸激酶相关受体、酪氨酸激酶JAK 和转录因子STAT。 (1) 酪氨酸激酶相关受体(tyrosine kinase associated receptor) 许多细胞因子和生长因子通过JAK-STAT信号通路来传导信号,这包括白介素2?7(IL-2?7)、GM-CSF(粒细胞/巨噬细胞集落刺激因子)、GH(生长激素)、EGF(表皮生长因子)、PDGF (血小板衍生因子)以及IFN(干扰素)等等。这些细胞因子和生长因子在细胞膜上有相应的受体。这些受体的共同特点是受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。受体与配体结合后,通过与之相结合的JAK的活化,来磷酸化各种靶蛋白的酪氨酸残基以实现信号从胞外到胞内的转递。 (2) 酪氨酸激酶JAK(Janus kinase) 很多酪氨酸激酶都是细胞膜受体,它们统称为酪氨酸激酶受体(receptor tyrosine kinase, RTK),而JAK却是一类非跨膜型的酪氨酸激酶。JAK是英文Janus kinase 的缩写,Janus在罗马神话中是掌管开始和终结的两面神。之所以称为两面神激酶,是因为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(JAK homology domain, JH),其中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。 (3) 转录因子STAT(signal transducer and activator of transcription)STAT被称为“信号转导子和转录激活子”。顾名思义,STAT在信号转导和转录激活上发挥了关键性的作用。目前已发现STAT家族的六个成员,即STAT1-STAT6。STAT蛋白在结构上可分为以下几个功能区段:N-端保守序列、DNA结合区、SH3结构域、SH2结构域及C-端的转录激活区。其中,序列上最保守和功能上最重要的区段是SH2结构域,它具有与酪氨酸激酶Src 的SH2结构域完全相同的核心序列“GTFLLRFSS”。 2) JAK-STAT信号通路

肿瘤信号通路图

肿瘤信号转导基因芯片包含了与肿瘤形成15个信号转导通路特定标志物基因。这些信号通路包括:MAPK通路、WNT通路、Hedgehog通路、STAT通路、应激通路(DNA损伤通路、p53通路、缺氧通路、热激通路、及p38 / JNK通路)、炎症通路(Cox-2通路与NF-κB 通路)、survival通路(NF-κB通路与PI3K / AKT通路)、激素通路(雌激素与雄激素通路),以及抗细胞增殖通路(TGFβ通路)。肿瘤的特征取决于原发组织及遗传和环境因素。每种肿瘤都是特定的信号通路组合的激活或失活所致。对多重信号通路的分析可以快速了解决定肿瘤生成的可能路径。这张芯片不仅用于检测与特定肿瘤相关的信号通路,而且可用于检测肿瘤类型。使用这一芯片试剂盒检测RNA实验标本,操作者通过简便的杂交反应技术,即可同时检测上述和肿瘤形成相关的信号转导通路内标志物基因的表达水平变化。 Androgen Pathway: CDK2, CDKN1A (p21Waf1/p21Cip1), EGFR, FOLH1, KLK2 (hGK2), KLK3 (PSA), TMEPAI. Cox-2 Pathway: FOS, HSPA4 (hsp70), MCL1, PPARG, PTGS2 (Cox-2), TNFRSF10B (DR5). DNA Damage / p53 Pathways: BAX, BCL2, CDKN1A (p21Waf1/p21Cip1), GADD45A (gadd45), HIF1A, HSPA4 (hsp70), IGFBP3, MDM2, PIG3, TNFRSF6 (Fas), TNFRSF10B (TrailR/DR5), TRAF1, WIG1. Estrogen Pathway: BCL2, BRCA1, CTSD (cathepsin D), EGFR, PGR (PR), ZNF147 (Efp). Hedgehog Pathway: BMP2, BMP4, EN1 (engrailed), HHIP, FOXA2 (HNF3B), PTCH, PTCH2, WNT1, WNT2, WSB1. Hypoxia Pathway: ADRA1B, CDKN1A, EDN1, EPO, HK1, HMOX1 (HO-1), IGFBP3, NOS2A (iNOS), SLC2A1, TF, TFRC, VEGF. Inflammation / NF-κB Pathways: ICAM1, IL2, LTA (TNFb), NF-ΚB1 (NF-κB), NF-ΚBIA (IκBa), NOS2A (iNOS), PECAM1, TNF (TNFa), VCAM1. MAP Kinase Pathway: COL1A1 (Collagen I), EGR1 (egr-1), FOS (c-fos), JUN (c-jun). PI-3 Kinase / AKT Pathways: BCL2, CCND1 (cyclin D1), FN1 (fibronectin), HIF1A, JUN (c-jun), MMP7 (matrilysin), MYC (c-myc), TNFSF10 (TRAIL) STAT Pathway: A2M (a2macroglobulin), BCL2, BCL2L1 (Bcl-XL), CSN2 (b –casein), CXCL9 (MIG), IL4, IL4R, IRF1, MMP10 (stromelysin-2), NOS2A (iNOS). Stress / Heat Shock Pathways: HSF1 (tcf5), HSPA4 (hsp70), HSPB1 (hsp27), HSPB2, HSPCA (hsp90) Stress / p38 & JNK Pathways: ABCB1 (Mdr1), ATF2, COL1A1 (Collagen I), DUSP1 (MKP1), ENPP2 (Autotaxin), FOS, HSPA4 (hsp70), HSPA5 (Grp78), HSPB1 (hsp27), HSPB2, MYC, TP53.

2021年肿瘤常见信号通路

1 JAK-STAT信号通路 欧阳光明(2021.03.07) 1) JAK与STAT蛋白 JAK-STAT信号通路是近年来发现的一条由细胞因子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许多重要的生物学过程。与其它信号通路相比,这条信号通路的传递过程相对简单,它主要由三个成分组成,即酪氨酸激酶相关受体、酪氨酸激酶JAK和转录因子STAT。 (1) 酪氨酸激酶相关受体(tyrosine kinase associated receptor) 许多细胞因子和生长因子通过JAK-STAT信号通路来传导信号,这包括白介素2?7(IL-2?7)、GM-CSF(粒细胞/巨噬细胞集落刺激因子)、GH(生长激素)、EGF(表皮生长因子)、PDGF (血小板衍生因子)以及IFN(干扰素)等等。这些细胞因子和生长因子在细胞膜上有相应的受体。这些受体的共同特点是受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。受体与配体结合后,通过与之相结合的JAK的活化,来磷酸化各种靶蛋白的酪氨酸残基以实现信号从胞外到胞内的转递。 (2) 酪氨酸激酶JAK(Janus kinase) 很多酪氨酸激酶都是细胞膜受体,它们统称为酪氨酸激酶受体(receptor tyrosine kinase, RTK),而JAK却是一类非跨膜型的酪氨酸激酶。JAK是英文Janus kinase的缩写,Janus在罗马神话中是掌管开始和终结的两面神。之所以称为两面神激酶,是因为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(JAK homology domain, JH),其中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。 (3) 转录因子STAT(signal transducer and activator of transcription) STAT 被称为“信号转导子和转录激活子”。顾名思义,STAT在信号转导和转录激活上发挥了关键性的作用。目前已发现STAT家族的六个成员,即STAT1-STAT6。STAT蛋白在结构上可分为以下几个功能区段:N-端保守序列、DNA结合区、SH3结构域、SH2结构域及C-端的转录激活区。其中,序列上最保守和功能上最重要的区段是SH2结构域,它具有与酪氨酸激酶Src的SH2结构域完全相同的核心序列“GTFLLRFSS”。 2) JAK-STAT信号通路 与其它信号通路相比,JAK-STAT信号通路的传递过程相对简单。信号传递过程如下: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。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”。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。值得一提的是,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

细胞信号转导与肿瘤的研究

细胞信号转导与肿瘤的研究 摘要:细胞信号转导的存在及其过程是近年细胞生物学、分子生物学和医学领域的研究热点之一。细胞信号转导异常与肿瘤等多种疾病的发生、发展和预后直接相关。综述细胞信号转导和与肿瘤发生相关的几条主要信号通路,阐明它们的作用机制对于探索肿瘤发病机制并最终攻克肿瘤具有重要的意义。 关键词:细胞信号转导;肿瘤;信号通路 生物细胞每时每刻都在接受来自细胞内外的各种各样的信号,细胞信号转导(cellsignal transduction, CST)是生命活动的一种最基本最主要的方式。相同的信号作用于不同的细胞可以引发完全不同的生理反应;不同的信号作用于一种细胞可引发相同的生理反应。随着癌基因和抑癌基因的发现,细胞信号转导通路的阐明,极大地丰富了人们对细胞癌变机制的认识。通过对癌基因产物(癌蛋白,oncoprotein)功能的分析,发现许多癌蛋白位于正常细胞信号转导通路的不同部位,对促进细胞分裂增殖起着重要的作用。在肿瘤发生发展的过程中,由于正常的基因调控紊乱,可导致细胞信号传递网络的异常。与正常细胞相比,往往一些通路处于异常活跃状态,而有一些通路却传递受阻。了解CST的机制及与肿瘤相关的信号通路对于加深认识生命过程和揭示生命的本质具有重要意义。 1细胞信号转导的概念 细胞信号转导系统由能接受信号的特定受体( recep tor) 、受体后的信号转导通路以及其作用的终端所组成。细胞信号通过受体或类似于受体的物质激活细胞内的信号转导通路,触发离子通道的开放、蛋白质( p rotein) 可逆磷酸化反应以及基因( gene)表达改变等变化,进而导致一系列生物效应。不同的信号转导通路间具有相互的联系和作用,形成极其复杂的网络,主要包括物理信号、化学信号和生物信号[1]。 2细胞内信号分子 2.1 G蛋白G蛋白(Gprotein)是由一种分子量10万的可溶性膜蛋白,G蛋白分为典型G 蛋白和小分子量G蛋白。典型G蛋白是由γ、β、r三个亚单位共同构成异源性聚体,其中Gα是G蛋白的主要功能亚单位。Gα主要包括两个结构域:三磷酸乌苷( guanosine triphosphate, GTP)酶结构域和螺旋结构域。GTP酶结构域包括核苷酸结合口袋、受体、效应物以及Gβγ亚单位的结合位点。G蛋白在静息状态下处于GV - GDP /Gβγ的无活性三聚体状态。当刺激信号被GPCRs识别后,核苷酸结合口袋发生构象转变, GTP与GDP交换,G 、蛋白激活,Gα - GTP与Gαβγ分离,调节下游分子的生物活性。Gα亚单位含有的GTP酶水解GTP,Gα - GDP与Gβγ又重新结合成无活性的三聚体。小分子量G蛋白的分子量在2万左右,分子量亚基约为20~26 kDa。小分子量G蛋白由单条肽链(亚基)构成,可根据序列同源性以及生物学特性,将小分子量G蛋白分成不同的亚家族( subfamily)。小分子量G蛋白能与GDP或GTP结合,并具有GTP酶活性,但GTP酶活性比三聚体的G蛋白低。小分子量G蛋白参与了细胞的生长、分化、增殖、黏附、变形运动、细胞骨架调整、蛋白转运、膜泡运输,以及细胞的胞吞和胞吐等一系列重要的细胞生命活运过程。 2.2 联结蛋白联结蛋白( connexin, CX)在介导细胞内蛋白质与蛋白质的相互作用中起着非常重要的作用,CX本身不具有催化活性,含有一些特殊的结构,如蛋白结合结构域(p rotein binding domains, PBD) 。因此,具有使细胞内不同功能的蛋白相互结合,甚至形成多个蛋白组成的复合体的作用。 2.3 第二信使第二信使是指细胞外刺激信号,如生长因子等与受体结合后,在细胞内产生的具有生物活性的一些小分子化学物质,主要包括cAMP、环鸟苷酸( cyclic

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