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常见信号通路总结

2022.7.13

1. NF-κB signaling pathway

NF-κB 通路作用机制

当处于激活状态时,NF-κB 位于细胞质中且与抑制蛋白 IκBα 形成复合体。通过内在膜受体的介导,一些胞外信号物质可激活一种称为 IκB 激酶(IKK)的酶。IKK 转而磷酸化 IκBα 蛋白,这将导致后者的泛素化,使得 IκBα 从 NF-κB 上脱离下来,最终 IκBα 被蛋白酶体所降解。被激活的 NF-κB 接下来转移到细胞核内,在这里会结合到 DNA 上被称为反应元件(RE)的特异性序列上。

DNA/NF-κB 复合体接下来会招募其它蛋白,如辅激活物与 RNA 聚合酶,这些蛋白将下游的 DNA 转录为 mRNA 并转而被翻译为蛋白质,这些蛋白最终导致细胞功能发生改变。

NF-κB 的调控失常与癌症、炎症和自身免疫病、感染性休克、病毒感染以及免疫发育异常有关。

2. PI3K/Akt signaling pathway

PI3K/AKT 通路作用机制:

PI3K 的活化: PI3K 有很多种类别,不过只有第 I 类能够响应生长刺激而磷酸化脂质。I 类的 PI3K 是异源二聚体,其亚基为 p85(调控)与 p110(催化)。

磷脂酰肌醇的形成:活化的 PI3K 催化磷酸基团到磷酸肌醇的肌醇环上的 3『-OH 位置的加成反应,反应有三种脂质产物, PI (3) P, PI (3,4) P2 和 PI (3,4,5) P3,这些磷酸化的脂质被锚定在细胞膜上,并且可以直接结合细胞内包含 PH 或 FYVE 结构域的蛋白。

Akt 的活化:Akt 以非活化构象驻留在细胞质中,直到细胞被激活,Akt 易位到细胞膜上 Akt 的 PH 作用域对于第二信使 PI (3,4,5) P3 相比其他的磷脂酰肌醇具有更高的亲和力。

3. MAPK signaling pathway

MAPK 通路作用机制:

胞外信号→膜受体→RAS→MAP3K→MAP2K→MAPK 然后再进一步活化其他下游靶基因。

MAPK 主要由四个亚家族,分别是:

细胞外信号调节激酶 (extracellular-signalregulated protein kinase, ERK)

p38 丝裂原活化蛋白激酶 (p38 MAPK)

c-Jun 氨基末端激酶 (JNK)

细胞外信号调节激酶 5 (ERK5)

这几种 MAPK 亚家族参与的信号转导通路司职不同的功能,如 ERK 调控细胞生长和分化,JNK 和 p38 MAPK 信号通路在炎症和细胞凋亡等应激反应中发挥重要作用。

4. JAK/STAT signaling pathway

JAK/STAT 通路由三个主要组成部分:

接受信号的酪氨酸激酶相关受体

传递信号的酪氨酸激酶 JAK

产生效应通路的转录因子 STAT

JAK/STAT 通路调控机制:

来自干扰素、白细胞介素、生长因子或其它化学信使的信号可以激活此受体;

这激活了 JAK 的激酶功能,导致对其自身的磷酸化(磷酸基团作为蛋白质上的开关);

接下来 STAT 蛋白结合到被磷酸化的受体上,在此 STAT 被 JAK 磷酸化;

被磷酸化的 STAT 蛋白结合到另一个被磷酸化的 STAT 蛋白上(二聚化)并易位到细胞核中;

在细胞核中,它结合到 DNA 上并启动转录那些响应 STAT 的基因。

5. TGFβ/SMAD signaling pathway

TGFβ/SMAD 通路调控机制:

TGF-β 双聚体会结合到 type II 受体

type II 受体会吸引并磷酸化 type I 受体

磷酸化后的 type I 受体吸引并磷酸化 regulated SMAD(R-SMAD)

磷酸化后的 R-SMAD 会结合上 common SMAD(coSMAD、SMAD4)并形成异元二聚体(heterodimeric complex)

该异元二聚体会进入细胞核中作为多种基因表现的转译因子,包括利用 8 种途径活化促分裂蛋白质激酶(mitogen-activated protein kinase)的产生,进而引发细胞凋亡。

而 SMAD 途径本身被回馈作用所调控,SMAD6 与 SMAD7 可结合上 type I 受体,造成该受体无法与 R-SMAD 结合导致讯息中断。

6. Wnt/β-catenin signaling pathway

Wnt/β-catenin 通路调控机制:

当 Wnt 蛋白与细胞表面 Frizzled 受体家族结合后的一系列反应,包括 Dishevelled 受体家族蛋白质的激活及最终细胞核内 β-catenin 水平的变化。

Dishevelled (DSH) 是细胞膜相关 Wnt 受体复合物的关键成分,它与 Wnt 结合后被激活,并抑制下游蛋白质复合物,包括 axin、GSK- 3、与 APC 蛋白。axin/GSK- 3 /APC 复合体可促进细胞内信号分子 β-catenin 的降解。

当「β-catenin 降解复合物」被抑制后,胞浆内的 β-catenin 得以稳定存在,部分 β-catenin 进入细胞核与 TCF/LEF 转录因子家族作用并促进特定基因的表达。

7. Notch signaling pathway

Notch 通路调控机制:

Notch 蛋白横穿过细胞膜,部分在细胞内而部分在细胞外。配体蛋白结合到胞外域后诱导蛋白切断并释放胞内域,胞内域进而进入细胞膜并调控基因表达。

Notch 信号通路提升了神经增殖过程中的增殖信号,而其活性被 Numb 所抑制,以促进神经分化。他在胚胎发育中起到重要的调控作用。

8. Hedgehog signaling pathway

Hedgehog 通路调控机制:

Hh 信号传递受靶细胞膜上两种受体 Patched (Ptc) 和 Smoothened (Smo) 的控制。受体 Ptc 由肿瘤抑制基因 Patched 编码,是由 12 个跨膜区的单一肽链构成,能与配体直接结合,对 Hh 信号起负调控作用。

受体 Smo 由原癌基因 Smothened 编码,与 G 蛋白偶联受体同源,由 7 个跨膜区的单一肽链构成,N 端位于细胞外,C 端位于细胞内,跨膜区氨基酸序列高度保守,C 末端的丝氨酸与苏氨酸残基为磷酸化部位,蛋白激酶催化时结合磷酸基团。该蛋白家族成员只有当维持全长时才有转录启动子的功能,启动下游靶基因的转录。


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