NFKB信号通路综述doc.docx

1、NFKB信号通路综述doc文献综述NFkB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2NF-kB家族3IkB蛋白家族4IkB激酶复合物5NF-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，NFkB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

2、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。NFkB经典和非经典通路TLRTNFR0LTPRNFkE的经典信号通路和非经典信号通路的主要区别就在IKK2IKK1于:U在NFkB的经典信号通路 中，IkB蛋白的降解使NFkB 二聚体得到释放。而在NFkB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2NF-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N FKB1，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

3、二聚化。另夕卜，在P65、cRel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。NFkB二聚体的存在方式一般，NFkB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L NF-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NFkB各亚基之间的连接。IkB蛋白家族IkB蛋白家族包括七个成员:Ii IkB卩、IkBBcl-3 plOO和pl05 o的钩状重复序列，每个重复序 列含有33个氨

4、基酸）o背景4IkB激酶复合物IKK complexIKKa/IKKl (CHUK)J IKKp/IKK2(IKBKB)调节亚基NEMO在特定的NFkB信号通路中， IKKa和IKK卩是选择性需求的o745LZKinase domain741HLHLZKinase domainNBD738743妙76角8QW1 絢285M81背景5 NFkB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，

5、促进细胞生长。f 探NFkB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

6、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。rTRAFsTNF受体相关因子厂IKK复合物的上游信号衔接蛋白VJ IKK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NFkB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、TR

7、AF3、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。TRAF1TRAF2TRAF3TRAF4t 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oRing-FingerTRAF6CeTRAF0N-TRAF-domainZri-FInflerCETRAF domainTRA

8、FS的功能在Toll-like / IL1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NFkB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NFkB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

9、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NFkB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

10、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NFkB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

11、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

12、性远远比不上RIP1,因为当RIP3缺失时，大多数的NFkB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N FkB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/NIKTGF卜激活性激酶1/ NF-kB诱导激酶TAK1和NIK作为IKK激酶出现在NFkB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

13、号通路中，NIK有诱导 IKKa激活和P100磷酸化的作用。TAK1TAK1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，NFkB信号通路的激活会出现不同程度的缺陷。 （2TAK1是否作为一个IKKK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。 通过许多相同的信号中间物，LTR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NFkB的非经

14、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NFkB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NFkB信号通路激活的核心。1.IKK复合物2. IKK的激活3. IKK的

15、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NFkB受体活化因子(receptoractivator of NF- kB ,RANK)引起NFkB活化转导途径及NFxB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IL1等刺激不会 弓INF-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

16、能丧失所必需的。NEMO：在经典的NFkB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)2oLZIKKa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4780残基。

17、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: 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HSP90在IKK复合物的激活中发挥作用。ELKS （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

18、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

19、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

20、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/BPP2A f Cdc37and I andPP2Cp I HSP-90RIP/Ub binding、and NEMO OligomerizationIKK的激活模型 1 在静息状态下，（NEM

21、OzIKKaiIKKPi） 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。小结在NFxB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NFkB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NFkB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。

22、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。IKK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

23、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NFkB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NFkB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

24、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NFkB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NFkB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NFkB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cRe啲二聚体。IkB蛋白家族最广泛的研究成员:IkB(xIkB(i是IkB蛋白家族最经典的成员。在NFkB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，

25、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NFkB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

26、显著影响NFkB信号通路。最近的研究表明，IxB卩可能在细胞核中起调节NFkB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pl05p!05pl05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-transducin repeat-containing protein

27、, 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NFkB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NFkB信号通路的调节是很重

28、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NFkB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NFkB 信号通路。Bd3有两种作用方式：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。

29、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。 Cy clin D1是一种Bcl-3调节基因。去泛素化酶CYLD,可以通过阻止Bcl3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Bd3功能。 Bd3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Bd3较为相似，与其他的IkB蛋白只有较弱的同源性。IkB在IL1和TLR4诱导的NFkB反应中表达上调，并且其表达主要集 中在细胞核中。NFkB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

30、。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NFkB复合物。UJ因此，可以说，IkB（也可以选择性的抑制和激 活NFkB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 NFkB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NFkB信号通路的辅助因素，选择性的与各种NFkB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NFkB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NFkB信号 通路。五NFkB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