信号转导部分资料.docx

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信号转导部分资料

第一部分：

囊泡运输通路

1、囊泡运输概念：

蛋白质被选择性地包装成运输小泡，定向转运到靶细胞器。

如内质网向高尔基体的物质运输、高尔基体分泌形成溶酶体、细胞摄入细胞外大分子颗粒物质等。

2、涉及细胞器：

内质网、高尔基体、胞内体（EE,LE,RE）、溶酶体（LRO）、线粒体、过氧化物酶体、细胞核

3、蛋白质分选概述：

图1

膜结合核糖体上合成的蛋白质，通过信号肽，在翻译的同时进入内质网，然后经过各种加工和修饰，使不同去向的蛋白质带上不同的标记，最后经过高尔基体反面网络进行分选，包装到不同类型的小泡，并运送到目的地（主要有三种去向：

分泌到胞外，构成膜蛋白，进入胞内体途径）。

4、囊泡运输构成（图1）：

货物（cargoes）：

配体/受体；

包被复合物（complexes）：

网格蛋白、COPⅠ、COPⅡ等；

马达蛋白（motors）——运输工具：

动力蛋白、驱动蛋白、肌球蛋白等；

运输轨道（track）：

复杂的网络骨架（微管、微丝、中间纤维等）。

5、囊泡运输机制：

1）膜的特定区域以出芽的方式，形成衣被小泡；

2）膜的表面识别特征使其准确运到靶细胞器；

3）衣被小泡在细胞内沿微管、微丝运输；

4）膜泡由马达蛋白负责运输；

5）利用SNAREs和Rab分子定向、膜融合。

第二部分：

囊泡运输的调节

1、囊泡运输调节器

SNAREcomplexes、Rabs、Phosphoinositides（磷脂酰肌醇类）、分子马达、Ca2+、G蛋白等

2、SNAREs调节机制

无衣膜泡与受膜的融合是SNAREs的作用实现的。

位于运输小泡上的叫作v-SNAREs，位于靶膜上的叫作t-SNAREs。

v-SNAREs和t-SNAREs都具有一个螺旋结构域，能相互缠绕形成跨SNAREs复合体，并通过这个结构将运输小泡的膜与靶膜拉在一起，实现运输小泡特异性停泊和融合。

在SNAREs接到新一轮的运输小泡停泊之前，SNAREs必须以分离的状态存在，NSF和SNAP催化SNAREs的分离，它是一种类似分子伴娘的ATP酶，能够利用ATP作为能量通过插入几个适配蛋白将SNAREs复合体的螺旋缠绕分开。

3、Rabs调节机制

Rabs，属于单体GTP酶。

供体膜上的鸟嘌呤核苷释放蛋白（GNRP）识别胞质溶胶中特异的Rab蛋白，诱导GDP的释放并和GTP结合，进而改变Rab蛋白的构型，改变了构型的Rab蛋白暴露出其脂基团，从而将Rab蛋白锚定到膜上。

运输小泡形成后，在V-SNARE的引导下，到达受体膜的T-SNARE部位，Rab帮助小泡与受体膜结合。

Rab蛋白上的GTP水解后从膜中释放出来，而小泡却锁定在受体膜上，释放出的Rab进入胞质溶胶进行再利用。

4、囊泡运输机理（图2）：

①供体膜上的鸟嘌呤核苷释放蛋白（GNRP）识别胞质溶胶中特异的Rab蛋白，诱导GDP的释放并和GTP结合，进而改变Rab蛋白的构型，改变了构型的Rab蛋白暴露出其脂基团，从而将Rab蛋白锚定到膜上；

②运输小泡通过小泡膜中的V-SNARE与靶膜T-SNARE复合物的细胞质结构域相互作用，形成螺旋结构，使运输小泡附着到受体膜，小泡膜中的Rab蛋白作为小泡寻靶和融合的定时器，ATP的水解形成预融合复合物；

③预融合开始之后立即进行融合；

④在融合过程中,相互作用的蛋白进行解离，如T-SNARE/V-SNARE相互分开，促进了进一步的融合；

⑤含有V-SNARE小泡的形成并回到原始膜中。

图2

第三部分：

囊泡运输&信号转导

1、信号转导的调节

1）信号分子的分泌（Wnt分泌为例）

2）信号分子的胞吞作用（Wnt/Notch胞吞为例）

3）信号分子的输入（胞内体信号）

4）信号分子的降解（EGFR降解为例）

第四部分：

 囊泡运输障碍（TrafficJams）&细胞器缺陷（OrganellarDefects）

1、囊泡运输障碍&疾病

在囊泡运输的过程中，任意一个环节出现运输受阻，都会导致蛋白堆积，引发一系列病理反应（细胞凋亡、吞噬）。

以小鼠为模型，发现了许多与不同疾病有关的基因，基因缺失或突变会导致疾病发生，不同环节，涉及不同基因，不同基因引起不同疾病（神经性病变类帕金森、眼皮肤白化病OCA，海普二氏综合征HPS等）。

2、溶酶体相关细胞器（LRO）

是一类包括溶酶体在内的具有组织特异性的细胞器，其发生过程相似，都与溶酶体运输相关，共同特征是腔内pH较低，含有溶酶体相关膜蛋白（LAMP）等。

功能上，LRO不仅与传统上认为的蛋白质等的降解有关，也与膜蛋白内吞、信号转导、自噬作用、吞噬作用、细胞分泌等重要细胞功能密切相关。

了解这些细胞器的发生机制有助于进一步阐明它们在不同组织中的生理功能，如信号转导、色素形成、神经递质释放、凝血、细胞免疫、病毒感染、细胞死亡、器官发生等。

3、海普二氏综合征（Hermansky-PudlakSyndrome，HPS）

1）孟德尔式的常染色体隐性遗传病；

2）在人类和小鼠中是一种遗传性异质性疾病；

3）具有三联体特征：

眼皮肤白化病、出血倾向、蜡样色素沉着；

4）发病机制：

溶酶体相关细胞器断裂生源说，例如黑色素、血小板致密颗粒。

5）随着高等牛物中十几个新的参与囊泡运输的Hermansky-Pudlak综合征蛋白质的发现，认为可能存在一类新的囊泡运输通路。

该通路主要由新近鉴定的3个被称为溶酶体相关细胞器生物发生复介体（BLOC）所组成，被分别命名为BLOC1、BLOC2和BLOC3。

越来越多的证据表明这些复合体与以前认识较清楚的AP3和HOPS复合体共同在胞内体运输中起重要作用。

这些复合体之间的相互作用构成了以胞内体和细胞骨架为连接纽带的参与蛋白质运输的复杂网络。

该网络中的每个节点的相互作用可区分为复合体内和复合体外相互作用两大类。

复合体之间的联系可以是来自不同复合体亚基间的直接相互作用，也可以以通过耦联的节点联结不同的复合体

解析这一复杂网络有助于进一步了解参与蛋白质和膜运输这一动态而精细网络的结构与功能。

一旦该网络结构得到破坏，则可能导致如HPS这类囊泡运输或细胞器发生障碍性疾病。

4、HPS基因主要通过两种途径调控：

调控溶酶体相关细胞器的成熟&调控溶酶体相关细胞器的囊泡运输

1）调控黑色素小体（Melanosomes）成熟以及主要组织相容性复合体（MHC）Ⅱ区室

在黑色素体成熟过程中的HPS基因（图3）

在黑色素细胞中，从高尔基体开始，黑色素体要经过四个阶段达到成熟，分泌到细胞外，被角皮细胞吸收。

如果其中任何一个阶段受阻（基因突变引起的细胞器合成相关酶类蛋白质等），则黑色素体不能成熟，引起疾病。

图3

MHCⅡ区室生源论（图4）

MHCⅡ分子在抗原提呈细胞参与外源性抗原提呈过程中，通过囊泡运输从高尔基体到早期溶酶体，结合抗原片段，再经过早期MHC、中期MHC、后期MHC三个过程达到成熟，分泌到细胞外，被CD4+T细胞识别，完成免疫应答过程。

图4

2）调控黑色素体以及免疫细胞中溶解颗粒的运动

黑色素体动力学调控（图5）

Rab靠两个脂基团尾巴锚定在黑色素体上，通过中间分子以及动力分子，与微管轨道锚定，通过囊泡将核周围的黑色素体运出细胞膜，被角皮细胞接收。

如果该过程中的相关基因（图5方框内是已发现基因）突变，黑色素体无法运输，将会引起相关病变。

图5

免疫细胞中溶解颗粒的调控（图6）

带有溶解性酶的溶解颗粒的囊泡运输过程，同样需要一系列基因（图6方框中标示）的调控，以响应免疫信号，杀伤靶细胞。

如果运输受阻，T细胞功能便不会发挥。

图6

5、神经元中的囊泡运输

神经递质释放之前，也包裹在囊泡中，与质膜融合后释放，如果合成或者运输过程（SNARE等缺陷）受阻，也会引起神经性疾病的发生。

6、植物中的囊泡运输（不做重点）

细胞凋亡信号转导途径及其调控的研究进展

1细胞凋亡概述

细胞凋亡（apoptosis）,是由于内外环境变化或死亡信号触发以及在基因调控下所引起的细胞主动死亡过程，这一过程对消除机体内老化和具有潜在性异常生长的细胞,以及保持机体处于稳态（homeostasis）起着重要的作用。

由于这种死亡是由基因调控引发的，因此也被称为程序性细胞死亡（programmedcelldeath,PCD）。

目前大多数人认为，肿瘤是一种细胞凋亡过少而增殖过多的疾，病若能抑制肿瘤细胞的增殖并诱导其凋亡，肿瘤细胞就有可能停止生长。

细胞凋亡时细胞质、细胞核和细胞膜会发生一系列生物化学和物理上的变化。

在细胞凋亡早期,细胞膨胀变圆,与邻近细胞的联系断绝并且脱离后皱缩。

在细胞质中,内质网肿胀积液形成液泡。

在细胞核内,染色质逐渐凝集成新月状,附在核膜周边，嗜碱性增强。

最终细胞核裂解为由核膜包裹的碎片。

在细胞膜上,细胞结点不再相连,细胞膜变得更活跃进而发生内陷。

这些变化都将导致细胞裂解为由细胞膜包裹细胞内容物的凋亡小体。

在生理条件下,细胞膜上发生特定的调节作用,这可以使吞噬细胞识别并吞噬凋亡小体。

在细胞发生凋亡的过程中不会伴有细胞内容物渗漏和炎症反应。

此外,与细胞凋亡相比,细胞坏死将导致细胞器的崩解、细胞膜破损，大量细胞内容物渗漏。

但在体外培养的细胞中,坏死的细胞能导致大量细胞凋亡,这为具有吞噬功能的细胞发挥吞噬功能创造了条件,这一机制被认为是对缺乏专业吞噬细胞的一种有力补充。

在体内,正在死亡的细

胞（dyingcell）是很难被观察到的,这是由于凋亡细胞被其邻近的细胞在无任何明显征兆的情况下吞噬和消化。

为了保持细胞内环境的稳定,细胞群落依靠凋亡机制在增殖与消减之间保持着严格的平衡。

2细胞凋亡的三条主要途径

细胞凋亡的三条主要通路分别是死亡受体介导的凋亡途径或外在途径（dea-

threceptor-mediatedpathway或extrinsicpathway）和线粒体凋亡途径或内在途径（mitochondrialpathway或intrinsicpathway）以及内质网途径（endoplasmicretucul-

umpathway）。

虽然三条凋亡通路的上游事件（up-streamactivation）不同，但是它们最终都要激活共同的凋亡效应物,即特异的胱冬酶（caspase）。

Caspase属白介素-1β转化酶家族，目前已发现的cspases有14种之多，分别记作Caspase1～14。

Caspases在胞质中以不活化的前体形式存在，大多通过蛋白裂解得化。

Caspase-8、caspase-9、caspase-3位于凋亡通路上的3个关键因素。

Caspase-8对来自细胞外的凋亡诱导因子的刺激作出应答，以启动细胞解体。

Caspase-9对各种药物和损伤引起的刺激作出应答,启动细胞色素C从线粒体中释放，并与dATP、凋亡蛋白酶活化因子1和细胞色素C一起形成复合物,以启动细胞解体。

Caspase-3能放大caspa-

se-8和caspase-9的信号，引起细胞全面自杀性解体。

Caspase-8、caspase-9都可以通过蛋白水解片断活化caspase-3，而caspase-3则反过来使细胞内许多重要的蛋白质（包括其余的caspase成分）水解而得以活化。

聚ADP核糖聚合酶是细胞凋亡中第1个被鉴定的由caspase3水解的DNA修复相关酶[4]。

DNA修复功能的丧失，使基因组的稳定不能维系，从而间接促使细胞凋亡。

2.1死亡受体信号途径

细胞凋亡的死亡受体（deathreceptor,DR）途径是一条主要的细胞凋亡途径。

细胞表面特定的死亡受体接受胞外的死亡信号而激活细胞内的凋亡机制，从而诱导细胞凋亡[5]。

死亡受体是一类跨膜蛋白，属肿瘤坏死因