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信号通路研究工具——MAP Kinase(促细胞分裂原活化蛋白激酶)

上一篇 / 下一篇  2011-11-24 18:01:06 / 个人分类:细胞实验台

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信号通路研究工具——MAP Kinase(促细胞分裂原活化蛋白激酶)


促细胞分裂原活化蛋白激酶(MAP kinase)是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,由于不同的细胞外刺激或介导细胞表面至细胞核的信号转导而被激活。 结合其它信号途径,它们能够改变转录因子的磷酸化状态。受控的MAPK级联反应系统参与细胞增殖和分化,但当其活力失控时会导致肿瘤。
据报道,三种主要的MAPK级联反应类型在哺乳动物细胞中与不同的上游信号协同反应。现今研究最广泛的级联反应系统是ERK1/ERK2 MAPK。一般激活的过程包括受体酪氨酸激酶被一些生长因子(例如EGF)激活,为应答蛋白Grb2提供结合位点,Grb2随即将Sos蛋白定位于质膜上。Sos通过GTP与GDP的交换激活Ras蛋白。Ras-GTP直接与Raf(一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶)相结合,形成一个短暂的膜锚定信号。 活化的Raf激酶磷酸化一个双重特异性激酶MEK的第218位丝氨酸和第222位丝氨酸。 MEK也可以被Mos以及MEKK1磷酸化,前者是一个在卵母细胞减数分裂成熟过程中表达的蛋白激酶。 一般认为MEK1结合ERK,磷酸化一个丝氨酸或者酪氨酸残基,然后二者解离。单磷酸化的ERK再结合一个激活的MEK1,二次磷酸化最终达到完全活化。 活化的MEK磷酸化ERK1/ERK2的Thr183和Tyr185(TEY Motif结构)。
ERKs活化后的主要靶蛋白是pp90核糖体S6激酶 (Rsk)和细胞质磷脂酶A2。 ERK也会转移到细胞核中磷酸化转录因子ELK-1(Ser383和Ser389)。近期另一个相关的细胞核蛋白激酶ERK3已被克隆。它和ERK1/ERK2的催化中心有50%的同源性, 但它不磷酸化任何特有的ERK底物。细胞中往往只有一种ERK1或ERK2的高度活化形式(双重磷酸化)存在,比非磷酸化ERK活性高出1000倍还多。任何时候细胞中都存在三种未完全活化的ERK,一种以未被磷酸化的酶形式存在,另两种是单磷酸化的酶,即只含有一个磷酸化的丝氨酸或酪氨酸残基。 
JNK/SAPK (c-Jun氨基末端激酶/应激激活性蛋白激酶)级联系统会由于紫外线照射、热休克或炎症刺激而被激活。这一类MAPK反应受Rac和Cdc42两类小G蛋白的调节。活化的Cdc42结合PAK65蛋白并激活它。14 活化的PAK65能够结合MEKK,然后磷酸化Ser219和Ser223 ,从而激活SEK/JNKK。活化的SEK/JNKK磷酸化JNK/SAPK(TPY Motif结构),依次结合到c-Jun的N末端并磷酸化Ser63和Ser73。ERK和JNK的磷酸化位点保守,然而,这些位点定位在不同的特异性双重磷酸化Motif (JNK在TPY Motif,ERK在TEY Motif)。分子克隆研究表明在JNK/SAPK和典型的MAPK之间约有40-45%的序列同源性。
p38蛋白激酶 (再活化激酶)是MAPK家族的最新成员。 它可因炎症刺激、内霉素和渗透压而激活。 它和ERKs有50%的同源性。 p38反应过程的上游步骤尚不清楚。但它被一个双重特异性激酶MKK3磷酸化后(TGY Motif)方开始下游反应步骤。p38活化后转移到细胞核内,磷酸化ATF-2。20 p38的另一个已知靶物是MAPKAPK2,它参与热激蛋白的磷酸化和激活作用。
虽然不同的MAPK级联反应系统有很大区别,功能独立,但在这些通路之间也有所交汇。例如,JNKK(JNK/SAPK激酶)据报道可以激活p38, 但MKK3只活化p38而不活化JNK/SAPK。MEKK1在JNK/SAPK级联系统中催化SEK/JNKK1,对催化p38只有微弱的作用。在上游信号中,Sos只催化ERK通路,对JNK或p38级联反应没有任何作用。另一个重要发现是当用促有丝分裂剂处理哺乳动物细胞时,ERKs活性显著增强而JNK/SAPK不受影响。相反,细胞受到胁迫时,只会活化JNK/SAPK通路而ERKs活性不受改变。在转录水平,ATF-2可以被三种MAP蛋白激酶磷酸化从而激活,而C-Jun和Elk-1只被ERKs和JNK/SAPK磷酸化。所有三种通路都针对某种特定外界压力对转录活性起作用。


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