NFKB信号通路综述doc.docx
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NFKB信号通路综述doc
文献综述
NF・kB信号通路
主要内容
★背景介绍
★IKK复合物的上游信号
★IkB激酶的结构和激活方式
★IkB蛋白的作用
★NF-kB的转录调节
一■背景介绍
1.NF-kB信号通路
2・NF-kB家族
3・IkB蛋白家族
4・IkB激酶复合物
5・NF-kB信号通路激活对肿瘤发生
发展的影响
背景［
最基本的NF-kB信号通路，包括受体和受体近端信号衔接蛋白，
IxB激酶复合物，IkB蛋白和
NF-kB二聚体。
当细胞受到各种胞内外刺激后，IkB激酶被激活，从而导致
IkB蛋白磷酸化，泛素化，然后
IkB蛋白被降解，NF・kB二聚体
得到释放。
然后NF-kB-聚体通过各种翻译后的修饰作用而被进一步激活，并转移到细胞核中。
在细胞核里，它与目的基因结合，以促进目的基因的转
录。
NF・kB经典和非经典通路
TLR
TNFR
0
LTPR
NF・kE的经典信号通路和非
经典信号通路的主要区别就在
IKK2
IKK1
于:
U
☆在NF・kB的经典信号通路中，IkB蛋白的降解使NF・kB二聚体得到释放。
☆而在NF・kB^经典信号通路中，则是通过P100到P52的加工处理，使信号通路激活。
f
（背景2
NF-kB家族
NF-kB家族由P50、P52、P65、c-Rel和RelB五个成员组成。
它们分别由NFKB1，NFKB2，RELA，REL和RELB基因进行编码。
它们都具有一个N端JU1同源结构域（RHD）,负责其与DNA结合以及二聚化。
另夕卜，在P65、c・Rel和RelB中，存在着转录激活区域——TAD,对基因表达起正向调节的作用。
P50和P52不存在转录激活区域，它们的同型二聚体可以抑制转录。
■
NF・kB二聚体的存在方式
一般，NF・kB是以二聚体的形式存在的，而它的二聚体又有两种存在方式。
「NF-kB二聚体与IkB蛋白结合
LNF-kB二聚体与DNA结合
NF-kB二聚体结构
★氨基末端为免疫球蛋白相似区域，对某一种形式的kB位点具有选
择性。
★C・末端疏水区域提供NF・kB各亚基之间的连接。
IkB蛋白家族
IkB蛋白家族包括七个成员:
IiIkB卩、IkB<、IkBe>
Bcl-3>plOO和pl05o
的钩状重复序列，每个重复序列含有33个氨基酸）o
背景4
IkB激酶复合物
IKKcomplex
IKKa/IKKl（CHUK）
JIKKp/IKK2（IKBKB）
调节亚基NEMO
©在特定的NF・kB信号通路中，IKKa和IKK卩是选择性需求的o
745
LZ
Kinasedomain
741
HLH
LZ
Kinasedomain
NBD
738・743
妙76
角8Q
W1絢285
M81
背景5NF・kB信号通路激活
对肿瘤发生发展的影响
1.NF-kB信号通路激活对肿瘤发生发展的促进作用。
※“八朋所致的GADD45a和丫（生长抑制DNA损伤基因）联合表达下调是很多肿瘤细胞逃逸凋亡机制的关键步骤。
※“尺-朋还可上调CyclinDl（CCNDI）等基因的表达，促进细胞生长。
f探NF・kB激活对肿瘤的转移具有明显的促进作用。
2.NF-kB信号通路激活对肿瘤发生发展的抑制作用。
探RelA（p65）亚基在p53■介导的凋亡过程中具有重要作用
二■IKK复合物的上游信号
很多胞外刺激信号都可以引起NF-kB信号通路的激活，如：
促炎症细胞因子TNF-a.白介素BL-1,细菌脂多糖（LPS）,T细胞及B细胞有丝分裂原，病毒双链RNA以及各种物理和化学压力等。
虽然这些胞外刺激所产生的胞内早期信号途径各不相同，但一般认为，大多数此类胞外刺激起始的信号传递反应将最终激活IKK复合物。
在这个传递过程中，衔接蛋白起着重要的作用。
在很多NF-kB＜号通路中，许多的信号中间物都是共有的，特别是IKK复合物的上游信号。
不同的信号通路可利用一些共有的信号元件激活和抑制通路。
rTRAFs——TNF受体相关因子
厂IKK复合物的上游信号衔接蛋白V
JIKK复合物的激酶
▲TNF受体相关因子TRAFs家族成员是一大类胞内接头蛋白，能直
接或间接与多种TNF和IL-1/Toll-like受体家族成员结合。
介导多种下游
信号通路的信号传导，其中包括NF・kB信号通路。
从而影响细胞的生存、增殖、分化和死亡，并参与多个生物学过程的调控。
▲在几乎所用的N信号通路中，TRAFs都是关键的信号中间物
O
☆TRAF蛋白家族：
TRAF蛋白家族一共有7个成员，分别是TRAF1.TRAF2、TRAF3、
TRAF4、TRAF5、TRAF6、TRAF7。
TRAF蛋白的结构
TRAF蛋白质在结构上具有很高的同源性，同源性一般大于30%,其特征性的结构是所有成员在竣基端都有一个C・末端TRAF结构域，即包括一个卷曲螺旋结构，介导同型和异型蛋白之间的相互作用。
TRAF1
TRAF2
TRAF3
TRAF4
t歸—omH
另外，TRAF2-7的N・末端存在一个RING指结构，其可以作为E3泛素连接酶起作用，即将泛素转移到目的蛋白上。
RING指结构后还
有5到7个锌指结构域
o
Ring-Finger
TRAF6
CeTRAF
0
N-TRAF-domain
Zri-FInfler
CETRAFdomain
TRAFS的功能
在Toll-like/IL・1信号通路中，TRAF6可与受体复合物发生作用,激活IKK。
但是，TRAF6的E3连接酶作用机制也是需要进一步证明的。
因此，在NF・kB信号通路中，TRAF2、TRAF5和
TRAF6在激活IKK复合物方面起着重要的作用。
另外，TRAF蛋白家族成员中，TRAF3也是较广泛的研究成员。
★TRAF3是既可以介导NF・kB经典信号通路，也可以介导非经典信号通路。
在经典信号通路中，其可以与受体直接作用激活IKK复合物。
而在非经典信号通路中，TRAF3通过NIK（NF-kBW导激酶）激活IKKa,从而激活信号通路。
★在一些情况下，TRAF3可以诱导NIK的泛素化和降解，抑制信号通路的激活。
但是这时候，其他TRAF家族成员可以介导TRAF3的降解，结果造成NIK的积累和活化，促进非经典信号通路正向激活。
\
因此，不管在经典还是非经典信号通路中，TRAF蛋白在诱导IKK激活方面发挥着很重要的作用。
☆RIPs是经典NF・kB信号途径中的关键的衔接蛋白。
☆RIPs既可以通过蛋白结合区域直接作用于信号通路的上游，也可以通过与NEMO结合激活IKK复合物。
并且，在大多数的TRAF依赖型信号通路中，RIPs都被牵涉其中。
☆RIP蛋白家族一共有7个成员,分别为RIPl-7o
☆RIP蛋白的结构特征是：
都具有保守的丝氨酸/苏氨酸激酶区域。
RIP1
☆RIP1具有一个死亡结构域，可以介导其他衔接蛋白和受体的死亡结构域之间的相互作用。
☆RIPl不仅可以招募IKK复合物，其更重要的作用是激活IKK复合物。
☆RIP1激酶区域对IKK的激活并不是必需的，一般的作用是集合一个信号i复合物元件，通过NEMO的寡聚化，和IKK的自磷酸化，诱导IKK复合物的激活。
）
☆RIP1只出现在NF・kB经典信号通路中，而对于CD40或L邛R介导的非经典信号通路中是不需要RIP1的。
RIP2
☆RIP2包括一个C・末端半胱天冬酶活性和招募区域（CARD）,可介导
受体和衔接蛋白之间的相互作用。
这个CARD区域，也使RIP2在一个特殊的N信号通路中起着重要的作用，即抗原受体信号通路。
在抗原受体信号通路中，有着显著的CARDS作用，由于，BCL10和CARD11属于CARD包含蛋白，在抗原受体信号通路中对于激活IKK有着决定性的作用。
这个信号通路是需要RIP2。
同样，细胞内结构识别受体NOD-LRR家族成员也属于CARD包含蛋白，也需要RIP2来激活IKK卩。
☆与RIP1相似，RIP2的激酶区域对IKK的激活也不是必需的，在NF・idB经典信号通路中，RIP2与TAK1和TRAFS作用，直接诱导NEMO的泛素化，和下游信号通路激活。
RIP3
在N信号通路中，RIP3由于和RIP1具有同型作用基序
（RHIM）,所以与RIP1具有同等功能。
但是在信号通路中，RIP3的重
要性远远比不上RIP1,因为当RIP3缺失时，大多数的NF・kB信号通路是
正常的。
在特殊情况下，通路的激活。
RIP3可能影响和阻碍RIP1诱导的NF・kB信号
RIP蛋白总结：
1RIP1（作为一个死亡结构域和NEMO的衔接蛋白）与RIP2（作为一个CARD到NEMO的衔接蛋白），在一些经典信号通路中扮演着类似的角色。
2通过与NEMO结合，RIP蛋白招募IKK复合物。
通过NEMO的寡聚化或泛素化依赖机制直接介导IKK复合物的激活。
1/NIK
TGF卜激活性激酶1/NF-kB诱导激酶
TAK1和NIK作为IKK激酶出现在NF・kB信号通路中。
其中，在经典信号通路中，TAK1被涉及。
而在非经典信号通路中，NIK有诱导IKKa激活和P100磷酸化的作用。
TAK1
TAK1—般在RIP蛋白激活IKK的信号通路中（例如：
抗原受体和NOD-LRR信号通路），都要被涉及。
但是其作用机制并不明确。
主要/表现在：
\
1在不同的经典信号通路中，TAK1的基因被敲除，NF・kB信号通路的激
活会出现不同程度的缺陷。
（
2TAK1是否作为一个IKK・K直接或通过一个媒介激酶（如：
MEKK3）介
导IKK的激活，这是不清楚的。
\
③通过许多相同的信号中间物，LT®R介导的IKK的激活是不需要TAK1的。
因此，对于TAK1的作用机制我们还需要更深入的研究。
NIK
☆在RIP蛋白缺失的情况下，NIK主要负责激活NF・kB的非经典信号通路。
NIK可直接磷酸化，激活IKKa。
☆NIK受到结合的TRAF蛋白，CIAP1和CIAP2（E3连接酶）的调节，当TRAF蛋白，CIAP1和CIAP2发生降解时，可导致NIK的积累和IKKx的
激活。
小结
1在NF・kB非经典信号通路中,TRAF和NIK可以不通过NEMO,充分激活IKKa,从而使信号通路激活。
2在NF-kB经典信号通路中，TRAF和RIP蛋白，和TAK1都是必需的。
三・IkB激酶的结构和激活方式
111
对于NF-kB信号通路的激活，IKK是非常重要的。
因此，了解IKK活性的调节已经成为掌握NF・kB信号通路激活的核心。
★1.IKK复合物
★2.IKK的激活
★3.IKK的酶作用底物
1.IKK复合物
IKK复合物的组成:
诱导激B（NIK）及调节蛋白IKAP等，但是需要进一步的证明。
IKK复合物各组分的作用
IKKa：
在经典的NF-kB＜号途径中，IKKa并不是必需的。
它在NF・kB受体活化因子（receptoractivatorofNF-kB,RANK）引起NF・kB活化转导途径及NF・xB活化变更途径中是必需的。
IKKa的缺失可导致许多发育上的缺陷。
IKKP：
IKK卩是促炎症反应因子刺激诱导NF.KB的激活的主要激酶。
IKK卩缺陷的细胞对TNFa和IL・1等刺激不会弓I^NF-kB的活化。
IKK卩的活化是避免因局部缺血或充血引起严重炎症反应而导致多组织功能丧失所必需的。
NEMO：
在经典的NF・kB信号通路中，NEMO是必需的。
NEMO可能通过与IKK卩和IKKa的直接作用而介导IKK复合物的组装，并且还能促进IxB蛋白与IKK激酶复合物的相互作用。
IKK复合物的组装
IKKa、IKK卩和NEMO共同组成了
IKK复合物
IKKa/p
（NEMO2IKKa1IKKp1）2o
LZ
IKKa和IKK卩可通过亮氨酸拉链区
域形成二聚体，即IKKa：
IKK卩异型二聚体。
其实IKK（x和IKK卩也具有其同型二聚体，但是在正常情况下很难存在。
通过IKKC・末端的NBD区域，IKK（x
和IKK卩可与NEMO结合，结合的部位是第一个卷曲螺旋结构的47・80残基。
domain
其中，IKK卩与NEMO结合的亲和力要高于IKKa。
虽然，IKK复合物的核心构成只包括IKKa/IKK卩/NEMO,但是
其中还有两个很重要的特征需要我们注意:
①激酶伴侣蛋白HSP-90/Cdc37o研究证明，伴侣蛋白HSP-90是与IKK复；合物结合的，同时伴侣蛋白HSP-90的抑制物会抑制IKK复合物的激活，因此，可以说IKK复合物的激活是需要HSP-90的。
由于HSP-90还与NF・kB信号通路中的其他激酶结合，Cdc37已经渐渐取代了HSP・90在IKK复
合物的激活中发挥作用。
②ELKS（转录激活因子ETS样蛋白）。
其作为一个IKK复合物的调节成分。
但是其对IKK复合物的重要性还需要进一步证明。
2IKK的激活
IKK激活需要的条件
★IKK复合物的激活首先是需要IKK3E基的T环丝氨酸的磷酸化。
但是目前
这种磷酸化的机制并不明确。
其中，IKK卩的磷酸化位点是丝氨酸177和181,IKKa的磷酸化位点是丝氨酸176和180。
另外，激活的T环丝氨酸如果突变成谷氨酸则会产生IKK激活，而突变成丙氨酸则会取消信号应答。
★IKK复合物的激活中一个普遍的元素是：
对TRAF家族成员的需要和诱导TRAF的寡聚化从而向下传递信号。
这说明信号复合物的集合对于IKK的激活的重要性。
★NEMO的C・末端区域介导IKK的激活。
被RIP1介导的NEMO的可诱导的寡聚化被认为可以激活IKK,并且这一点已经得到了证明。
但是，根据以上的发现，我们并不能得到EKK激活的具体机制。
活性也很高，但是其活性不会随着NEMO的共表达发生变化。
研究发现，反式自磷酸化作为NEMO和IKK的一种本能的高次结构构成结果而发生，其展开的分子量近似激活的IKKo
化，可以抑制IKK的活性，和阻止通过与NEMO的共表达而发挥作用的
说明:
IKK的激酶活性被NEMO所提高，是通过IKK的T环磷酸化促进而发生的。
说明：
反式自磷酸化可能是IKK激活的主要机制。
因此，我们可以知道在IKK激活中，反式自磷酸化是主要的作用机制。
IKK激活的反馈调节
IKK激活途径可能是一个反馈调节的重要机制。
接受刺激后，NEMO与IKK的结合区域被磷酸化，磷酸化位点为丝氨酸68。
这个磷酸化可诱导NEMO二聚体的分离，和阻碍IKK与NEMO之间的相互作用，从而终止信号通路。
这种构象的变化可被伴侣分子HSP-90或IKK复合物的磷酸化酶所识别，通过HSP-90或者NEMO在丝氨酸68的脱磷酸化的作用，可以使IKK复合物恢复活性。
根据以上的研究发现，IKK的激活模型被提出。
（见下页）
Nem°^_IKKo/B
PP2AfCdc37
andIand
PP2CpIHSP-90
RIP/Ubbinding
、andNEMOOligomerization
IKK的激活模型
☆1•在静息状态下，（NEMOzIKKaiIKKPi）复合物中，IKKs通过与NEMO相互作用而被抑制。
Kin39e
☆2•在有刺激物的情况下，NEMO结合一彳RIP蛋白（NEMO泛素化）,使IKK的蛋白激酶区域暴露，诱导T环丝氨酸残基的反式自磷酸化或者由IKK-K磷酸化T环丝氨酸残基。
小结
①在NF・xB信号通路中，寡聚化的出现是一个共有的主题。
☆TRAF蛋白的寡聚化使其可以顺利向N信号通路下游传递信号。
☆RIP蛋白的寡聚化在NF・kB经典信号通路中是必需的。
其与NEMO相互作用诱导IKK复合物的积聚。
☆NEMO的寡聚化/泛素化在激活NF・kB信号通路中也是很重要的。
同时，NEMO的泛素化在DNA损伤反应中也很重要。
p）一个复杂的NF-kB信号通路中，对于IKK的激活，是需要上游信号元I件的寡聚化和泛素化。
但是，在非经典信号通路中，RIP介导的NEMO的寡聚化不会发生，IKKa是通过NIKS直接介导T环磷酸化所激活的。
IKKa对于NEMO的低亲和力也促使NIK进入IKKa的T环发挥作用，而不是IKK卩。
③IKK的激活是一个短暂事件，其从属于反馈调节机制。
☆多数的反馈调节机制作用于上游信号元件，其中作用最显著的是脱泛素化酶A20和CYLD。
☆IKK的C•末端NBD的磷酸化也是一种重要的反馈调节环的元件。
☆蛋白磷酸酶2A（PP2A）,也可以通过转移T环磷酸化来阻碍IKK的激活。
3-IKK的酶作用底物
★自由的IkB家族成员:
1IKKa、［KK卩可磷酸化IkBx丝氨酸32、36和IkB卩的丝氨酸19、23。
其中，作为IKK的酶作用底物，IkBol要优于IkB卩。
大多数情况下，IkB卩降解速度比IidBa慢。
2IKKa可以磷酸化P100的丝氨酸672。
★与NF・kB结合的IkBw
是一种更好的IKK的酶作用底物。
四.IkB蛋白的作用
IkB蛋白的主要作用是掩盖NF・kB的核定位信号，阻止其入核，及其与DNA的结合，使N旳kB以非活化形式存在于细胞的胞质中。
因此，对于祢究NF-kB蓿号通腐乗说，IkB蛋白的研究很重要。
|
★典型的IkB蛋白——IkB（x，IkBw和IkBP
★前体IkB蛋白——plOO和pl05
★非典型的IkB蛋白——IkB＜和Bcl-3
確諭功能特征。
另外，在应激反应引起的经典NF・kB信号通路中，这型的ikb蛋白都是必需盼—
在三种经典的IxB蛋白中,IkB«是N活化过程中最强的负反馈
因子，保证NF・kB活化的迅速发生和关闭;而IkB卩和Ik氐则能缓冲系统活化的波动趋势从而使NF・kB保持一个相对较长的响应时间。
IkBol、IkB卩专一性抑制含有RdA和c・Re啲二聚体。
IkB蛋白家族最广泛的研究成员:
IkB（x
★IkB（i是IkB蛋白家族最经典的成员。
★在NF・kB信号通路中，IkB（x可以与最普遍的NF-kBZI聚体P65：
P50结合，防止其入核及与DNA结合。
因此，在IkB（i缺失的情况下，已激活的NF-kB信号通路的终止是显著推迟的。
★IkBoc与P65:
P50异源二聚体结合后，只掩饰P65的核定位序列（NLS）,而P50的NLS则暴露。
P50的NLS与IkDx的核导出序列（NES）结合，使IxBa与NF・kB二聚体的复合物在细胞质和细胞核之间穿梭运动。
★当经典信号通路激活的时候，IxB（x迅速降解，释放出多个NF-kB二聚体。
★在非经典信号通路中，IxBd—般不是必需的。
IkBe和［咖
☆IkBe的表达最初是在造血细胞中发现的，与IxBa相比，其降解和再合成
具有明显的延迟现象。
它的降解依赖于IKK复合物，它的表达受到NF・kB的调节。
☆IkB卩的功能目前还没有确定，它的缺失并不能显著影响NF・kB信号通路。
最近的研究表明，IxB卩可能在细胞核中起调节NF・kB二聚体与kB位点结合的作用。
但是这一结果需要进一步验证。
2.前体IkB蛋白——plOO和pl05
p!
05
☆pl05作为一个IkB蛋白，可以被已激活的IKK复合物诱导降解。
☆pl05通过20s蛋白酶体加工处理后形成p50,在此过程中，发生在翻译阶段。
不需要SCF卩-TRCP。
☆另外，pl05基因3,端也可以编码一个独立的调节因子IkB*
SCF复合物（Skpl、Cdc53/Cullin和匸x蛋白质）是泛素•蛋白酶系E3中的组成之一。
P-TRCP（p-transducinrepeat-containingprotein,导重复相容蛋白）作为F盒蛋白的一员，卡酸化的IkB和卩・catenim介导后
I酶复合体途径降解。
—
'—■
plOO
☆plOO主要出现在非经典通路中，在其加工过程中需要IKKa和
SCFP-trcp,最后被降解成p52。
因此，plOO加工处理成p52的过程是一个包括磷酸化和泛素化的受调控的过程。
☆plOO是RelB的唯一调节因子，因为包含RelB的N二聚体只结合
plOOo
☆P100也可以作为传统的IxB蛋白，调节p65包含的IKKa下游复合物的活性。
同时，其也可以限制p65的NF・kB活性，起反馈调节的作用。
因此，plOO可以对的活性有正向和反向的调节。
因此，pioo对于NF・kB信号通路的调节是很重要的。
1P100具有选择性调节特殊的NF.kB复合物的功能。
2plOO作为IkB蛋白，在特殊的NF・kB信号通路的下游区域发挥作用。
3plOO具有特殊NF-kB-聚体的基础活性的调节功能。
P100加工处理成p52的过程导致P100
的泛素化
影成P52：
RelB异源二
聚体，从而激活NF・kB信号通路。
Bcl-3
☆Bcl-3伴随着p50和p52构成的同型和异型二聚体在细胞核中被发现的。
☆p50同型二聚体可以与目标DNA的kB位点结合，从而抑制NF・kB信号通路。
Bd・3有两种作用方式：
①可以通过从kB位点转移p50同型二聚体的方式，介导转录抑制物的释放，kB位点暴露，从而激活NF-kB信号通路。
②也可以稳定p50同型二聚体，和阻止p65、p50或者其它含有TAD的二聚体进入kB位点的方式，抑制信号通路。
☆CyclinD1是一种Bcl-3调节基因。
☆去泛素化酶CYLD,可以通过阻止Bcl・3在细胞核积累，及其与p50,p52同型二聚体的共激活作用，来反向调节Bd・3功能。
☆Bd・3也可以通过在正常或者癌细胞中增强Hdm2基因的表达，来调节p53。
—
IkB；
☆Ik珥与Bd・3较为相似，与其他的IkB蛋白只有较弱的同源性。
☆IkB＜在IL・1和TLR4诱导的NF・kB反应中表达上调，并且其表达主要集中在细胞核中。
☆NF・kB激活的通路中，Ik氏可以被诱导表达。
其一旦表达，会直接和P50同型二聚体结合。
可以说，Ik或是作为p50同型二聚体的一个共激活因子起作用的。
☆Ik氏也可以反向调节包含p65的NF・kB复合物。
UJ
因此，可以说，IkB（也可以选择性的抑制和激活NF・kB信号通路。
小结
通过对IxB蛋白的深入讨论，我们感觉，仅仅把IkB蛋白作为NF・kB信号通路的抑制因子已经不太恰当了，因为IkB蛋白也可以作为NF・kB信号通路的辅助因素，选择性的与各种NF・kB二聚体发生作用。
尤其是非典型的IkB蛋白，这种作用更加明显。
所以说，对于经典的1朋蛋白的作用主要是与NF・kB二聚体结合，阻止其入核，与DNA结合，从而抑制NF-kB信号通路。
而对于非典型的IkB蛋白来说，其可以选择性的激活或者抑制NF・kB信号通路。
五・NF・kB的转录调节作用
随着NF-kB信号通路的深入研究，人们渐渐将重点转移
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