科控性蛋白降解与信号转导

更新时间:2023-12-23 04:28:01 阅读量: 教育文库 文档下载

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可控性蛋白降解与信号转导

可控性蛋白水解相关的信号途径主要有Wnt、Hedgehog、Notch、NF-κB等信号途径,这些信号途径往往影响相邻细胞的分化,称为侧向信号发放(lateral signaling)。 一、Wnt信号途径

通过自分泌或旁分泌发挥作用。在小鼠中,肿瘤病毒整合在WntWnt是一类分泌型糖蛋白,之后而导致乳腺癌,命名为Int1,它与果蝇的无翅基因(Wingless,wg)有高度同源性。Wnt

信号途径能引起胞内β-连锁蛋白(β-catenin)积累。(在果蝇中叫做犰狳蛋白Armadillo)β-catenin是一种多功能的蛋白质,在细胞连接处它与钙粘素相互作用,参与形成粘合带,而游离的

β-catenin可进入细胞核,调节基因表达。Wnt信号在动物发育中起重要作用,其异常表达或激活能引起肿瘤。

Wnt的受体是卷曲蛋白(frizzled,Frz),为7次跨膜蛋白,结构类似于G蛋白偶联型受体,Frz胞外N端具有富含半胱氨酸的结构域(cysteine rich domain,CRD),能与Wnt结合。Frz作用于胞质内的蓬乱蛋白(Dishevelled,Dsh或Dvl),Dsh能切断β-catenin的降解途径,从而使β-catenin在细胞质中积累,并进入细胞核,与T细胞因子(T cell factor / lymphoid enhancer factor,TCF/LEF)相互作用,调节靶基因的表达,TCF/ LEF是一类具有双向调节功能的转录因子,它与Groucho结合抑制基因转录,而与结合β-catenin则促进基因转录。Wnt还需要另外一个受体(co-receptor),即LRP5/6,属于低密度脂蛋白受体相关蛋白

(LDL-receptor-related protein,LRP),但至今还不清楚它如何与Frz一起活化Dsh。 Wnt信号途径可概括为:Wnt→Frz→Dsh→β-catenin的降解复合体解散→β-catenin积累,进入细胞核→TCF/LEF→基因转录(如c-myc、cyclinD1)。

β-catenin的降解复合体:主要由APC、Axin、GSK-3β、CK1等构成。

GSK-3β:是一种蛋白激酶,在没有Wnt信号时,GSK-3β能将磷酸基团加到β-catenin氨基端的丝氨酸/苏氨酸残基上,磷酸化的β-catenin再结合到β-TRCP蛋白上[7],受泛素[8]的共价修饰,被蛋白酶体(proteasome)降解。β-catenin中被GSK3磷酸化的氨基酸序列称为破坏盒(destruction box),此序列发生变异可能引起某些癌症。

CK1:酪蛋白激酶(casein kinase 1),能将β-catenin的Ser45磷酸化,随后GSK-3β将β-catenin的Thr41、Ser37、Ser33磷酸化。

是一种抑癌基因,其突变引起良性肿瘤——结肠腺瘤样息肉(adenomatous polyposis APC:

coli),但随着时间的推移,可能发生恶变。APC蛋白的作用是增强降解复合体与β-catenin的亲和力。

是一种支架蛋白,具有多个与其它蛋白作用的位点,能将APC、Axin:GSK-3β、β-catenin、

CK1结合在一起。此外它还能与Dishevelled、PP2A(protein phosphatase 2A)等成分结合,其中Dsh与Axin结合能使降解复合体解体。而使降解复合体解PP2A可能引起Axin去磷酸化,

体,因此属于Wnt途径的正调控因子,但PP2A至少由催化亚基和调节亚基两部分构成,其调节亚基仍算作是抑癌基因。

Wnt信号途径的其它成分:

GBP:GSK-3β结合蛋白(Frat基因的产物),对Wnt信号途径起正调控作用,GBP/Frat抑制GSK3-β的活性。

(DKK1):是一种分泌蛋白,其与Wnt受体LRP5/6及另一类穿膜蛋白Kremen1/2Dickkopf1

结合,形成三聚体,诱导快速的细胞内吞,减少细胞膜上的LRP5/6,由此阻断了Wnt信号向胞内的传递。

sFRP:分泌型Frz相关蛋白(secreted frizzled-related proteins),含有一个CRD结构域,但缺少七次跨膜域,它可能与Frz竞争结合Wnt蛋白。其他的抑制蛋白还有Sizzled、WIF-1和Cerberus,它们也直接与Wnt蛋白结合,从而拮抗Wnt信号。

二、Notch信号途径

Notch基因最早发现于果蝇,部分功能缺失导致翅缘缺刻(notches,图8-36)。在胚胎发育中,当上皮组织的前体细胞中分化出神经元细胞后,其细胞表面Notch配体Delta与相邻细胞膜上的Notch结合,启动信号途径,防止其它细胞发生同样的分化,这种现象叫作侧向抑制

(lateral inhibition)。Notch突变的半合子[9]或纯合子在胚胎期死亡,其胚胎中神经组织取代了上皮组织从而使神经组织异常丰富。

Notch信号途径由Notch、Notch配体(DSL蛋白)和CSL(一类DNA结合蛋白)等组成。Notch及其配体均为单次跨膜蛋白,当配体(如Delta)和相邻细胞的Notch结合后,Notch被蛋白酶体切割,释放出具有核定位信号的胞质区ICN(intracellular domain of Notch),进入细胞核与CLS结合,调节基因表达。可概括为(图8-37):Delta→Notch→酶切→ICN→进入细胞核→CLS-ICN复合体→基因转录。

Notch:为分子量约300KD的蛋白质,果蝇只有1个Notch基因,人类4个(Notch1-4)。Notch的胞外区是结合配体的区域,具有不同数量的EGF样重复序列(EGF-R)和3个LNR(Lin/Notch repeats)。胞内区由RAM(RBP-J kappa associated molecular)结构域、6个锚蛋白(cdc10/ankyrin,ANK)重复序列、2个核定位信号[10](NLS)和PEST结构域。RAM结构域是与CSL结合的区域,PEST结构域与Notch的降解有关。Notch蛋白要经过三次切割,第一次在高尔基体内被furin切割为2个片断,转运到细胞膜形成异二聚体。当配体结合到胞外区,Notch蛋白又发生两次断裂,先是被肿瘤坏死因子-α-转化酶(TNF-α-converting enzyme,TACE)切割,然后被γ-促分泌酶(γ-secretase)切割,后者需要早老蛋白(presenilin,PS)参与。酶切以后释放Notch胞内区ICN,进入细胞核发挥生物学作用。

在果蝇中Notch个配体为Delta和Serrate,线虫为Lag-2,取首写字母,Notch配体:Notch

的配体又被称为DSL蛋白(在哺乳动物中叫做Jagged),都是单次跨膜糖蛋白,其胞外区含有数量不等的EGF样重复区,N端有一个结合Notch体必需的DSL基序。

CSL:为转录因子,在哺乳动物中叫做CBF1,在果蝇中叫做Suppressor of Hairless,在线虫中叫做Lag-1,故名。CSL能识别并结合特定的DNA序列(GTGGGAA),这个序列位于Notch诱导基因的启动子上。ICN不存在时,CSL为转录抑制因子。当结合ICN时,CSL能诱导相关基因的表达。Notch信号的靶基因多为碱性螺旋-环-螺旋类转录因子(basic

helix-loop-helix,bHLH),它们又调节其它与细胞分化直接相关的基因的转录。如哺乳动 IκB家族成员有IκBα,IκBβ,IκBγ,IκBδ,IκBε,Bcl-3等,都具有与Rel蛋白相互作用的锚蛋白重复序列和与降解有关的C端PEST序列。

胞外信号如:肿瘤坏死因子α(tumor IKK(IκB kinases)是NF-κB信号传导通路的关键性激酶。

necrosis factor,TNF)、白介素1(interleukin-1,IL-1)等可以激活IKK,使IκB磷酸化,随后被泛素化途径降解。

物中的HES(hairy/ enhancer of split)、果蝇中的E(spl) (enhancer of split)及非洲爪蟾中的XHey-1等。 三、Hedgehog信号途径

Hedgehog是一种共价结合胆固醇的分泌性蛋白,在动物发育中起重要作用。果蝇的该基因突变导致幼虫体表出现许多刺突,形似刺猬,故名Hedgehog。脊椎动物中至少有3个基因编码Hedgehog蛋白,即:Shh(Sonic hedgehog)、Ihh(Indian hedgehog)和Dhh(desert hedgehog),其中Shh是根据电子游戏中的角色命名的,后两者是用刺猬的两个种命名的。

两个跨膜蛋白Patched(Ptc)和Smoothened(Smo)介导Hedgehog信号向胞内传递。

能与Hedgehog结合;与G蛋白偶联型受体同源。Ptc是12次跨膜蛋白,Smo为7次跨膜蛋白,在无Hedgehog的情况下,Ptc抑制Smo。当Hedgehog与Ptc结合时,则解除了Ptc对Smo

的抑制作用,引发下游事件(图8-38)。

Hedgehog信号途径的转录因子是Ci(Cubitus interruptus,在脊椎动物中为Gli),具有锌指结构,分子量155KD。在胞质中Ci与其它蛋白形成复合体,这些蛋白包括:Fu(Fused,一种丝氨酸/苏氨酸激酶)、(Costal,一种能将复合体锚定在微管上的蛋白)和Su(suppressor Cosof Fused,适配蛋白)。在没有Hedgehog信号时,Ci被水解为75KD的片段,进入细胞核,抑制Hedgehog信号响应基因。当Hedgehog与Ptc结合时,Ci的降解被抑制,从复合体中释放出来,全长的Ci进入细胞核中,启动相关基因表达,这些基因包括Wnt和Ptc。Ptc的表达,又会抑制Smo,从而抑制Hedgehog信号,是一种反馈调节。

四、NF-κB信号途径

NF-κB是属于Rel家族的转录因子,参与调节与机体免疫、炎症反应、细胞分化有关的基因转录。哺乳动物细胞中有五种NF-κB/Rel:RelA(P65),RelB,C-Rel,NF-κB1(P50)、NF-κB2(P52),都具有Rel同源区(Rel homology domain,RHD),能形成同或异二聚体,启动不同的基因转录。静息状态下,NF-κB二聚体与抑制蛋白IκB结合成三聚体而被隐蔽于细胞质,胞外刺激可激活IκB的泛素化降解途径,而使NF–κB二聚体进入胞核,调节基因转录。

以上是我读相关文献看到的,希望能对我的细胞生物学学习有所帮助。

本文来源:https://www.bwwdw.com/article/0ag5.html

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