Cell Signaling
一,General Principles of Cell Signaling
二,Signaling Mediated by Intracellular
Receptors
三,Signaling Mediated by Cell-Surface
Receptors
Grey boxes,general components
of signaling pathways
White boxes,specific examples
Ligand
?
Receptors
?
Intracellular mediators
?
Nuclear events
Nature 411,759 (2001)
Cell Signaling
一,General Principles of Cell Signaling
二,Signaling Mediated by Intracellular
Receptors
三,Signaling Mediated by Cell-Surface
Receptors
1,Ion-Channel-Linked Receptors
A Model for the Structure of the Nicotinic(烟碱型 )
Acetylcholine Receptor
Five homologous subunits combine to form a transmembrane aqueous pore.
In its closed conformation,the pore is thought to be occluded by the
hydrophobic side chain of five leucine residues which form a gate near the
middle of the lipid bilayer.
Yellow,Leu residues
Blue,polar residues
Cell Signaling
一,General Principles of Cell Signaling
二,Signaling Mediated by Intracellular
Receptors
三,Signaling Mediated by Cell-Surface
Receptors
1,Ion-Channel-Linked Receptors
2,G-Protein-Linked Receptors or
G-Protein-Coupled Receptors (GPCR)
G蛋白偶联型受体及其信号转导
? G蛋白偶联型受体:七次跨膜受体
? 信号传递的基本过程:
配体+ 受体 G 蛋白 效应分子 小分子信使
( 第二信使)
靶分子 产生效应激活 或抑制激活
? G蛋白的种类, 激动型 G蛋白 (Gs)、抑
制型 G蛋白 (Gi),磷脂酶 C型 G蛋白 (Gp)
G蛋白的类型 α亚基 功能
Gs
Gi
Gp
Go
αs
αi
αo
激活腺苷酸环化酶
抑制腺苷酸环化酶
激活磷脂酰肌醇特异的磷脂酶 C
大脑中主要的 G蛋白、可能调节离子通道
? Gs在受体与环化酶之间,起信号传递者的作用。
?Gs上结合 GTP-GDP循环,在激活 -灭活环化酶中起
关键作用。
?GTP类似物 GMP-P(NH2)P,它可与 Gs结合,但不
能被水解
?使 α亚基始终结合于环化酶,将其“锁定”在活化
状态。
霍乱毒素是由霍乱杆菌产
生的肽,引起严重腹泻,
脱水死亡。
霍乱毒素有 ADP-核糖转移
酶活性。
α亚基被不可
逆修饰,丧失
GTP酶活
α亚基有一
个 ADP-核
糖基化的修
饰部位
G蛋白介导的 主要信号转导途径
? cAMP-蛋白激酶 A( PKA)途径
? Ca2+-依赖性蛋白激酶途径
– Ca2+-磷脂依赖性蛋白激酶途径
– Ca2+-钙调蛋白( CaM)依赖性蛋白激酶途径
? cGMP-蛋白激酶 G( PKG)途径
效应分子及细胞内信使
? 效应分子
– 腺苷酸环化酶 (adenylate cyclase,AC);磷脂酶
C(phospholipase C,PLC)
? 细胞内信使:
– 第二信使 (Second Messengers)
– cAMP,cGMP、甘油二酯 (DAG),IP3,Ca2+
细胞内信使作用的 靶分子
? 蛋白激酶 A( PKA),cAMP依赖性蛋白
激酶
? 蛋白激酶 G( PKG),cGMP依赖性蛋白
激酶
? 蛋白激酶 C( PKC),DAG,PIP3,Ca2+
作用的靶分子
? 钙调蛋白依赖性蛋白激酶,依赖于 Ca2+—
钙调蛋白复合物
cAMP response
element
CRE –binding
protein
Ca2+-依赖性蛋白激酶途径
? 1947年,Ca2+注射骨骼肌,引起肌细胞
收缩
? 特点
– 细胞质 Ca2+浓度能在瞬间改变,10-7mol/L
– 能紧密结合于蛋白质分子
– Ca2+结合蛋白质有高度选择性
?钙信号的
产生,质膜
和胞内钙库
钙通道 的开
放。
?钙信号的
终止,质膜
和内质网上
的 钙泵 将钙
排出胞外或
进入钙库。
Ca2+-磷脂依赖性蛋白激酶途径
? 第二信使,IP3和 DG
? IP3和 DG的生物合成和功能
- 促甲状腺素释放激素、去甲肾上腺素、
抗利尿激素
- 特异的 G蛋白 (Gp)激活 PLC生成 IP3和
DG
Several second messengers are
derived from PI
?信号分子的灭活
与 PI的再合成,
IP3和 DG的功能
? 质膜上的 DG+磷脂酰丝氨酸 +Ca2+ → 激
活 PKC
? IP3使钙库中的 Ca2+ 释放,升高胞浆中的
Ca2+, Ca2+与 PKC结合并聚集至质膜,
在 DG和膜磷脂共同的诱导下,PKC被激

Elevation of cytosolic
Ca2+
PKC的生理功能
? 对代谢的调节作用
– Ser/Thr残基磷酸化
– 靶蛋白:质膜受体、膜蛋白和多种酶
? 对基因表达的调节作用
– 早期反应:立早基因(多为原癌基因)
– 晚期反应:晚期反应基因
TRE,TPA response element
佛波酯( TPA)促癌机制
? 佛波酯( phorbol esters,12-O-tetradecanoyl
phorbol-13 atetate,TPA)
– 巴豆油中提取的多环醇衍生物
? 生物学效应类似于 DG,但它不能降解,使
PKC产生持久活性,引起细胞持续增生,诱导
癌变
Ca2+-钙调蛋白 依赖性蛋白激酶途径
( Ca2+-CaM激酶途径)
? 1967年,张槐耀,探讨细胞内 cAMP浓度的变化:
研究 PDE(磷酸二酯酶)对 cAMP浓度的调节。
? 两步法与一步法:
? PDE粗提液:两种方法所测活力一样。
? 提纯的 PDE:一步法比两步法活力高。
cAMP
PDE
5′-AMP
5′-AMP酶
蛇毒
腺苷 + Pi
? 解释:粗提液中存在 PDE的一种活化因子,在
提纯时丢掉了。
? 蛇毒不仅提供了 5′-AMP酶,还补偿了活化因
子,并提纯了该活化因子。
? 1973年,日本,恒内史朗,指出 PDE对 钙 的依
赖性。
? 汪学荆证实,钙与 PDE活化因子的结合 导致
PDE活化。
? 1978年,张槐耀建议命名为
calmodulin(calcium-modulated protein,CaM)
? CaM(calmodulin)为钙结合蛋白,是
钙的传感器,有 4个 Ca2+结合位点,
呈哑铃形
? Ca2+-CaM激酶的底物谱广泛
– Ser/Thr残基磷酸化
– 激活 AC、磷酸二脂酶
– 调节 PKA
钙调蛋白
( CaM)
cGMP-蛋白激酶 G途径
? 鸟苷酸环化酶( GC)
? GC的激活间接地依靠 Ca2+
? 使效应蛋白磷酸化
? NO作用机理:肌肉细胞中激活 GC→ PKG
– 硝酸甘油治疗心绞痛,NO使心肌血管舒张
? CO:激活 GC
H
R
GC
GTP
cGMP cGMP-依赖性蛋白激酶 G (一个 cGMP结合位点)
Cell Signaling
一,General Principles of Cell Signaling
二,Signaling Mediated by Intracellular
Receptors
三,Signaling Mediated by Cell-Surface
Receptors
1,Ion-Channel-Linked Receptors
2,G-Protein-Linked Receptors
3,Enzyme-Linked Receptors
Human receptor protein-tyrosine kinases
(RPTK)
? 与 RTK胞质结构域相结合的靶蛋白分两
大类:
– 接头蛋白 (adapter protein):如 GRB2,它本
身无信号作用,连接活化的 RTK与其他信号
蛋白。
– 参与信号传递的酶蛋白:如 GAP,PI3K、
PLC-γ,Src蛋白等。
SH2和 SH3结构域
? Src蛋白,src基因表达的膜蛋白,有 TK
活性。
– v-src,Rous肉瘤病毒 (sarcoma virus)携带的
癌基因。
– Src蛋白是 RTK的靶蛋白,它有 3个重要的结
构域
* SH1(Src homology region),TK结构域
* SH2:可识别和结合 RTK
* SH3:在信号转导途径中介导蛋白质之间的相互
作用。
Activation of Ras following
binding of a hormone (e.g.,
EFG) to a receptor tyrosine
kinase (RTK)
Sos,Son of sevenless
GRB2,Growth factor
receptor-bound protein
Scanning electron
micrograph of a
compound eye of
Drosophila
800 identical units
called ommatidia
The assembly of photoreceptor cells in
a developing Drosophila ommatidium
Each composed of 8 photoreceptor
cells(retinula,R1~R8) and 12 accessory cells.
R7 is required for the detection of UV,The
mutant fly called sevenless (sev) is easy to
select on the basis of their blindness to UV.
Early cell-signaling event
in R7 development
Boss,bride-of-sevenless
Sev,Sevenless
Drk,Down-stream of
receptor kinases
Kinase cascade that transmits signals
downstream from activated Ras protein
MAP kinase,mitogen-activated protein
kinase (also called extracellular-
signal-regulated kinase,ERK)
MEK,MAPK/ERK kinase
1,Activated Ras binds to the N-terminal
domain of Raf,a serine/threonine kinase.
2,Raf binds to and phosphorylates MEK,
a dual-specificity protein kinase that
phosphorylates both tyrosine and serine,
3,MEK phosphorylates and activates MAP
kinase,another serine/threonine kinase.
4,MAP kinase phosphorylates many
different proteins,including nuclear
transcription factor.
Activation of Ras following
binding of a hormone (e.g.,
EFG) to a receptor tyrosine
kinase (RTK)
Sos,Son of sevenless
GRB2,Growth factor
receptor-bound protein
Cell Signaling
一,General Principles of Cell Signaling
二,Signaling Mediated by Intracellular
Receptors
三,Signaling Mediated by Cell-Surface
Receptors
1,Ion-Channel-Linked Receptors
2,G-Protein-Linked Receptors
3,Enzyme-Linked Receptors
4,JAK-Stats Pathway
Tyrosin-kinase-associated receptors
(receptors for most of the cytokines)
These receptors lack intrinsic catalytic activity,but
ligand binding stimulates formation of a dimeric
receptor,which then interacts with and activates one or
more cytosolic protein-tyrosine kinases.
JAK,Janus kinase,four members JAK1,2,3,TYK2
Stats,Signal transducers and activators
of transcription
信号转导过程的基本规律
? 信号的发生和终止:非常迅速
? 级联放大效应:如 MAPK级联反应
? 通用性与特异性
? 交叉联系
细胞信号转导研究
在医学中的意义
? 细胞信号转导异常与疾病
– G蛋白介导的信号转导异常相关疾病
– 蛋白酪氨酸激酶介导的信号转导异常相关
疾病
? 信号转导药物