第二信使的信号通路

第六章cAMP、cGMP信号转导通路第七章肌醇三磷酸、二酰甘油与信号转导（第二信使信号转导通路）本教学幻灯引用了大量网上图片，在此对作者表示衷心的感谢。细胞信号转导的基本过程及其受体的位置Nocelllivesinisolation重点：各种第二信使的发现、产生、靶分子、信号通路、生物学效应。第二信使：cAMPcGMPIP3DAGCa2+第六章一、cAMP的发现和第二信使学说TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1971forhisdiscoveriesconcerningthemechanismsoftheactionofhormonesEarlW.Sutherland,Jr.USAVanderbiltUniversityNashville,TN,USAb.1915,d.19742.肾上腺素＋磷酸化酶原后者活性不升高肾上腺素的作用是间接的肾上腺素通过肝细胞颗粒部分（膜或细胞器）里的一种物质使磷酸化酶活性↑3.肝匀浆＋ATP,Mg2+＋肾上腺素，磷酸化酶活性↑匀浆上清＋ATP,Mg2+＋肾上腺素，磷酸化酶活性不↑4.进一步研究发现关键物质cAMP，并进而发现了腺苷酸环化酶。1.肾上腺素＋肝组织（肝糖原）糖原磷酸化酶活性↑葡萄糖肾上腺素可以激活磷酸化酶Sutherland提出的第二信使学说：胞外化学物质（第一信使）不能进入细胞内部，它作用于细胞表面特异受体，导致胞内第二信使的产生，从而激发一系列的生化反应，产生一定的细胞生理效应，最后第二信使降解，其信号作用终止。cAMP的信号通路二、cAMP的信号转导通路（一）cAMP的产生－腺苷酸环化酶的作用（adenylatecyclase，AC）（或者：guanylylcyclase）AC系统胞外信号及受体G蛋白AC催化亚单位活化AC的协同因子激素……神经递质……腺苷酸环化酶系统（adenylatecyclase，AC）1.AC大多是膜结合型1165个氨基酸分区：M1,M2胞内区域：C1,C2AC至少有9种哺乳类亚型（Ⅰ－Ⅸ），一种细胞可以有多种亚型，调节不同的生理功能及不同的细胞内定位。可溶性（solubleAC，sAC）sAC存在于胞质和细胞器中激活物与质膜AC不同下游底物与质膜AC也不同2.活化AC的协同分子GTP：维持G蛋白活化NDPK（核苷二磷酸激酶）：快速运输GTP到G蛋白Mg2＋NDPK的其它作用（二）cAMP作用的靶分子：cAMP产生后做什么？1.蛋白激酶A（proteinkinaseA，PKA）：被cAMP活化，使下游靶蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化。催化亚基C：灰色和黄褐色磷酸化结合区：黄色调节亚基R：蓝绿色R亚基抑制区：红色G螺旋：绿色PKA的底物酶离子通道调节和结构蛋白转录因子广泛，不断发现新的底物底物磷酸化肽段的共有序列：RRXSY（精精？丝酪）PKA的非cAMP底物功能：PKA的催化亚基C具有不依赖于cAMP的功能，调节亚基R也有不同的独立功能。cAMP的底物问题：不同细胞、不同信号都通过cAMP引起细胞效应，如何保持细胞效应的特异性？a.PKA有不同亚型，对cAMP的亲和力不同，其作用底物时序不同；b.不同细胞PKA底物蛋白不同c.cAMP信号区域化：有浓度梯度，PKA有锚定蛋白。cAMP的底物2.环核苷门控阳离子通道（CNG）存在于嗅觉感受器和窦房结起搏细胞，直接与cAMP结合，通道活性受其调控。嗅觉细胞上cAMP与离子通道的直接结合使通道开放cAMP的底物经典途径2004年度诺贝尔生理学或医学奖授予美国哥伦比亚大学霍华·休斯医学研究所(HHMI)的研究人员RichardAxel和任职于弗雷德·哈钦森癌症研究中心的HHMI研究人员LindaBuck。这两位科学家因为阐明了整个嗅觉系统的工作原理而受到表彰。每个气味受体首先激活一种成对存在的G蛋白，后者又转而刺激环一磷酸腺苷（又称环腺苷酸，cAMP）的形成。cAMP是一种信使分子，可直接激活离子通道（CNG)，让其开通，然后嗅觉细胞被激活。3.鸟苷酸交换因子（GEF）可直接与cAMP结合，调节Ras家族成员Rap1的活性。cAMP的底物（三）cAMP信号的灭活被特异的环核苷酸磷酸二酯酶（phosphodiesterase，PDE）所分解。PDE的主要结构部分：保守的催化中心决定其底物特异性的决定簇起调节作用的特异决定簇PDE的作用PDE的基本结构（四）cAMP信号转导通路包括产生cAMP的上游组分和cAMP的作用底物。下游组分PKACNGGEFPDE分解灭活作用底物及其效应受体上游组分刺激性受体Rs抑制性受体RiG蛋白GsGiAC催化ATP产生cAMP胞外信号表6－2cAMP信号转导通路的放大效应（其它信号通路遵循相同的原则）一个上游分子可以激活许多下游分子，每一级都使信号得以放大，形成瀑布效应。如何判断一种激素是否通过cAMP第二信使发挥作用？1.激素使细胞cAMP浓度↑2.作用出现在cAMP浓度↑之后3.外源性给予cAMP可模拟激素作用4.抑制PDE可加强激素的作用5.激素可激活PKA三、cAMP信号通路调节的生理过程(自学为主)对基因表达的调节FK,forskolin（福斯克林）CRE,cAMPresponseelement.CREB,CREbindingproteinAP,alkalinephosphatase教科书图6－7有误FK激活AC，促进碱性磷酸酶的合成和释放；抑制型G蛋白受体激动剂对抗FK的作用。请注意方法学的应用AC在复杂研究中的意义及其生物信息学方法四、cGMP信号转导通路cGMP的分子结构和水解部位（灭活）（二）cGMP的产生和灭活鸟苷酸环化酶（guanylatecyclase，GC）GCSoluble(sGC)Membrane(mGC,rGC)2.cGMP的发生－通过鸟苷酸环化酶（GC）的酶促反应（三）cGMP作用的靶分子1.PDE通过激活或抑制PDE从而调节cAMP通路；2.CNG直接与离子通道蛋白结合，影响其开放；3.GCAPs（cGMP激活蛋白，Guanylatecyclase-activatingproteins）一种钙依赖性蛋白，影响视觉功能；BBRC2004;322(1):1123-1130Guanylatecyclase-activatingproteins:structure,function,anddiversity.4.PKG主要靶分子PKG哺乳动物有三型PKG：I,I,ⅡPKG有三个结构域：N端、调节、催化底物众多：是丝氨酸、苏氨酸激酶共同结构域：RKXS/T,KRKKS/T还在不断发现新的底物Structure18,116–126,January13,2010guanylatecyclase-activatingproteins(GCAPs)guanylatecyclase-inhibitoryproteins(GCIPs)（四）cGMP调节的生理功能在视觉信号转导中的作用NO-cGMP-PKG通路开放钾离子通道关闭钙离子通道抑制内质网释放钙PKG使MLC去磷酸化血管平滑肌细胞舒张的典型过程UniversityofCalifornia-LosAngelesStateUniversityofNewYorkinBrooklynUniversityofTexasMedicalSchoolinHouston.1998NobelPrizeWinnersinPhysiologyorMedicine:NobelprizecommitteesayYestoNO!cGMP及其激酶在心肌肥大中的作用NatureReviewsDrugDiscovery6,617-635(2007);关注某个疾病发生发展时信号转导的变化。cAMP和cGMP通路的关系二者在生理效应上有一定的拮抗关系＋PDE-3AMPPDE有多种型号，分别对cAMP和cGMP特异。DiagramillustratingpossibleinteractionsbetweenangiotensinII-andguanylylcyclase-dependentsystemsintheratpodocytes.NPR-A-guanylylcyclase-linkedreceptorforANP,sGC-solubleguanylylcyclase,pGC-particulateguanylylcyclase,PDE-phosphodiesterase(s)第七章IP3和DAG与信号转导双信使途径一、IP3和DAG双信使途径Signalingagonist学习专业词汇！IP3：肌醇三磷酸DAG：二酰基甘油二、IP3和DAG的产生和灭活产生：PLC对PIP2的水解PLCdelta激活移位至胞膜，PH为结合区，Cat为催化区4，5-二磷酸磷脂酰肌醇PIP2磷脂酶CPLCIP3和DAG的灭活IP2IP3IP4PI3K磷酸酶花生四烯酸DAG磷脂酸DAG激酶磷酸酶A2三、IP3/Ca2＋和DAG/PKC信号转导通路产生前合一，生成后独立PIP2IP3DAGPKCCa2＋↑PLC(-,-,-)PLC-的活性被受体酪氨酸激酶调节，PLC-的跨膜受体是激素和神经递质受体PLC-由激素通过增加PIP2的浓度而激活IP3激活Ca2＋信号途径IP3与内质网的受体（IP3R)结合，开放通道释放钙离子。DAG激活PKC信号转导通路DAG促使PKC与膜上的磷脂酰丝氨酸结合，降低对钙离子的依赖性，并发生从胞质至胞膜的移位。四、IP3/Ca2＋和DAG/PKC信号通路的相互作用DG=DAG,i:inactive,a:active.Closedheadarrow:anactivatingeffectClosedcircle:aninhibitoryeffectPA:磷脂酸,PC:磷酸卵磷脂重点：各种第二信使的发现、产生、靶分子、信号通路和生理学效应。与第二信使相关的蛋白激酶和钙离子通道等已在或将在其它章节讲授。介绍一篇有关激酶类药物开发的文献ThankYou！