细胞信号转导进展-G蛋白.ppt

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1、细胞信号转导进展细胞信号转导进展E-mail: 内内 容容绪论绪论第一章第一章 细胞信号分子细胞信号分子第二章第二章 蛋白质的可逆磷酸化蛋白质的可逆磷酸化第三章第三章 离子通道离子通道第四章第四章 胞内受体的作用机制胞内受体的作用机制第五章第五章 G蛋白介导的信号转导蛋白介导的信号转导第六章第六章 第二信使第二信使cAMP与与cGMP 第七章第七章 第二信使第二信使IP3,DAG与与Ca2+第八章第八章 酪氨酸蛋白激酶途径酪氨酸蛋白激酶途径Ras-Raf-MAPK 信号途径信号途径PI3K/Akt 信号途径信号途径JAK/Stat 信号途径信号途径第九章第九章 TGF-/SMAD信号途径信号途

2、径第十章第十章 细胞凋亡信号途径细胞凋亡信号途径第十一章第十一章 Wnt信号途径信号途径第十二章第十二章 Hedgehog/Notch 途径途径G蛋白介导的信号转导蛋白介导的信号转导GPCRG蛋白介导的跨膜信号转导蛋白介导的跨膜信号转导小小G蛋白蛋白GPCR的分子结构的分子结构又称蛇型受体又称蛇型受体(serpentine receptor),只存在与真核生物中。只存在与真核生物中。通通常常由由单单一一的的多多肽肽链链或或均均一一的的亚亚基基组组成成：跨跨膜膜区区由由7个个 螺螺旋旋结结构构组组成成；每每个个疏疏水水跨跨膜膜区区段段由由20-25个个氨氨基基酸酸组组成成，多多肽肽链链的的N-端

3、端位位于于细细胞胞外外区区，而而C-端端位位于于细细胞胞内内区区；在在第第五五及及第第六六跨跨膜膜 螺螺旋旋结结构构之之间间的的细细胞胞内环部分（第三内环区），是与内环部分（第三内环区），是与G蛋白偶联的区域。蛋白偶联的区域。GPCR ArtmAchRA类类GPCRsBelongs to subfamily A18M1(CHRM1,ACM1)M2(CHRM2,ACM2)M3(CHRM3,ACM3)M4(CHRM4,ACM4)M5(CHRM5,ACM5)代谢型离子通道代谢型离子通道 mAchRs的组织分布和功能的组织分布和功能mAchRPrimary LocalizationExamples o

4、f Some Mediated EventsM1CNS&PNSMemory,modulates response to amphetaminesM2Brain,heart,stomach,etc.bradycardia(heart)心动过缓心动过缓M3Salivary glands,eye,bladderamylase secretion,pupil constriction,bladder contractionM4CNSregulate dopaminergic responses(e.g.,locomotor activity)M5CNS,arteries/arteriolesregul

5、ate dopamine release(modulate morphinereward/withdrawal,dilation of blood vessels5-HT受体受体A类类GPCRs Subfamily A175-HT2A(HTR2A,5H2A)5-HT2B(HTR2B,5H2B)5-HT2C(HTR2C,5H2C)5-HT6(HTR6,5H6)Subfamily A195-HT1A(HTR1A,5H1A)5-HT1B(HTR1B,5H1B)5-HT1D(HTR1D,5H1D)5-HT1E(HTR1E,5H1E)5-HT1F(HTR1F,5H1F)5-HT4(HTR4)5-HT5A

6、(HTR5A,5H5A)5-HT7(HTR7,5H7)5-HT3为离子通道型受体为离子通道型受体B类类GPCRsC类类GPCRsCalcium-sensing receptor-related(CaS)GABAB receptors Metabotropic glutamate receptors(mGluR),代谢型谷氨酸代谢型谷氨酸受体受体RAIG(Retinoic acid-inducible orphan G protein-coupled receptors)Taste receptors Orphan receptors:孤儿受体，配体未知孤儿受体，配体未知 C类类GPCRsCys

7、-richDomainHeptahelicalDomainAgonistsAntagonistsG-proteinC类类GPCRs 的一般结构的一般结构HDVFTCRDVenus FlytrapDomainAllosteric Modulator,AMmGlu1 VFT区的晶体结构区的晶体结构Kunishima et al.,Nature,2000OPEN without GluCLOSED with GluGABAB 受体受体异二聚体异二聚体代谢型代谢型GABA受体，由受体，由B1,B2两个亚单位组成。两个亚单位组成。B1与配体与配体GABA结合，结合，B2介导介导G蛋白的激活。蛋白的激活。

8、B2可单独转运至细胞膜，可单独转运至细胞膜，B1需与需与B2形成异二聚体才能转运至细胞膜。形成异二聚体才能转运至细胞膜。B1亚单位的亚单位的VFT与与GABA结合后，结合后，VFT关闭，引起跨膜部分的构象关闭，引起跨膜部分的构象改变，激活改变，激活G蛋白蛋白功能：神经递质释放的突触前抑制。功能：神经递质释放的突触前抑制。B1B2离子型离子型GABA受体受体mGluR 与离子通道型与离子通道型GluR(iGluR)不同，不同，mGluR不是离子通道。不是离子通道。位于突触前膜及突触位于突触前膜及突触后膜，与学习、记忆、后膜，与学习、记忆、焦虑及痛觉有关。焦虑及痛觉有关。功能：功能：修饰离子通道的

9、活修饰离子通道的活性性改变突触的兴奋性，改变突触的兴奋性，如神经递质传递的如神经递质传递的突触前抑制或诱导突触前抑制或诱导突触后应答突触后应答mGluR同源二聚体同源二聚体G蛋白介导的信号转导蛋白介导的信号转导GPCRG蛋白介导的跨膜信号转导蛋白介导的跨膜信号转导小小G蛋白蛋白参与参与G蛋白跨膜信号转导蛋白跨膜信号转导的信号分子的信号分子GPCRG蛋白（鸟苷酸结合蛋白）蛋白（鸟苷酸结合蛋白）G蛋白效应分子蛋白效应分子第二信使第二信使蛋白激酶等一系列的信号分子蛋白激酶等一系列的信号分子G蛋白蛋白鸟苷酸结合蛋白（鸟苷酸结合蛋白（guanylate binding protein）的简称）的简称包括

10、异源三聚体包括异源三聚体G蛋白和单体蛋白和单体G蛋白蛋白/小小G蛋白蛋白Alfred Martin Rodbell 1994年年10月月9日，在诺贝尔颁奖大会上，诺贝尔生理学奖授予给了日，在诺贝尔颁奖大会上，诺贝尔生理学奖授予给了Alfred 和和Martin Rodbell，以表彰他们的重大发现：，以表彰他们的重大发现：G-蛋白及其在蛋白及其在细胞内信号传导中所起的作用。细胞内信号传导中所起的作用。G蛋白的活性调节蛋白的活性调节现现已已发发现现，在在哺哺乳乳动动物物中中，G蛋蛋白白的的 亚亚基基有有21种，种，亚基有亚基有5种，种，亚基有亚基有12种。种。不不同同的的G蛋蛋白白能能特特异异地

11、地将将受受体体与与相相应应的的效效应应酶酶偶偶联起来，将特异的信息传递到细胞内。联起来，将特异的信息传递到细胞内。异源三聚体异源三聚体G蛋白的种类蛋白的种类蛋白蛋白 亚基亚基G protein-subunit subfamilyEffect of activationGsGsa,GolfaStimulation of adenylyl cyclaseGiGia1-3,Goa,GzaInhibition of adenylyl cyclaseGatActivation of cGMP phosphodiesterase(specific for retinal phototransduction

12、)GqGqa,G11a,G14a,G16aActivation of phospholipase Cb(PLCb)G12G12a,G13aActivation of RhoA signalling;activation of PLCeG s 与与 G i 的抑制剂的抑制剂霍乱毒素霍乱毒素(cholera toxin)能催化能催化ADP核糖基共价结合到核糖基共价结合到Gs的的亚基亚基上，抑制上，抑制亚基的亚基的GTPase活性，从活性，从而抑制了而抑制了GTP的水解，使的水解，使亚基持亚基持续活化，导致患者细胞内续活化，导致患者细胞内Na+和水和水持续外流，产生严重腹泻而脱水。持续外流，产生严重

13、腹泻而脱水。百日咳毒素百日咳毒素(pertussis toxin)使使Gi蛋蛋白白亚基亚基ADP核糖化，阻止核糖化，阻止亚基上的亚基上的GDP被被GTP取代，取代，使其失去对使其失去对AC的的抑制作用，抑制作用，使使cAMP的浓度增加的浓度增加,促促使大量的体液分泌进入肺，使大量的体液分泌进入肺，引起严重引起严重的咳嗽。的咳嗽。G蛋白的效应分子蛋白的效应分子某些离子通道某些离子通道,接受接受G蛋白的直接或间接调控。蛋白的直接或间接调控。酶类酶类:主要有腺苷酸环化酶主要有腺苷酸环化酶(AC)、磷脂酶、磷脂酶C(PLC)、磷脂酶、磷脂酶A2(PLA2)、鸟苷酸环化酶鸟苷酸环化酶(GC)和依赖于和依

14、赖于cGMP的磷酸二酯酶的磷酸二酯酶(PDE)。它们都能通过。它们都能通过生成生成(或分解或分解)第二信使，实现细胞外信号向细胞内的转导。第二信使，实现细胞外信号向细胞内的转导。G蛋白调节的离子通道蛋白调节的离子通道（a）神经递质乙酰胆碱与心肌）神经递质乙酰胆碱与心肌细胞的膜受体结合，使得细胞的膜受体结合，使得G蛋蛋白的白的亚基与亚基与、亚基分开；亚基分开；（b）激活的）激活的、亚基复合物亚基复合物同同K+离子通道结合并将离子通道结合并将K+离离子通道打开；子通道打开；（c）亚基中的亚基中的GTP水解，导水解，导致致亚基与亚基与、亚基重新结合，亚基重新结合，使使G蛋白处于非活性状态，使蛋白处于

15、非活性状态，使K离子通道关闭。离子通道关闭。GPCR能够激活心肌质膜的能够激活心肌质膜的K+离子通道打开离子通道打开,通过神经递质通过神经递质乙酰胆碱调节心肌收缩乙酰胆碱调节心肌收缩 GPCR介导的跨膜信号传递介导的跨膜信号传递磷脂酰肌醇信号通路磷脂酰肌醇信号通路cAMP 信号通路信号通路1化学感受器中的化学感受器中的G蛋白蛋白气味分子与受体结合，激活腺苷酸环化酶，产生气味分子与受体结合，激活腺苷酸环化酶，产生cNMP，开启，开启cNMP门控阳离子通道，引起钠离子内流，膜去门控阳离子通道，引起钠离子内流，膜去极化，产生神经冲动，形成嗅觉或味觉。极化，产生神经冲动，形成嗅觉或味觉。2004年年A

16、xel和和Buck因发现气味受体和化学感因发现气味受体和化学感受器系统的组成而获诺贝尔生理或医学奖。受器系统的组成而获诺贝尔生理或医学奖。其他其他G-蛋白蛋白Richard AxelLinda B.Buck其他其他G-蛋白蛋白2 2视觉感受器中的视觉感受器中的G蛋白蛋白视紫红质为视紫红质为7次跨膜蛋白，由视蛋白和视黄醛组成。其信号途径为：次跨膜蛋白，由视蛋白和视黄醛组成。其信号途径为：光信号光信号Rh激活激活Gt活化活化cGMP磷酸二酯酶激活磷酸二酯酶激活胞内胞内cGMP减减少少Na+离子通道关闭离子通道关闭离子浓度下降离子浓度下降膜超极化膜超极化神经递质释放神经递质释放减少减少视觉反应。视觉

17、反应。G蛋白介导的信号转导蛋白介导的信号转导GPCRG蛋白介导的跨膜信号转导蛋白介导的跨膜信号转导小小G蛋白蛋白小小G蛋白家族蛋白家族特点：分子量小，特点：分子量小，2128kD的小肽的小肽，为单体，为单体功能：与功能：与G类似，起分子开关的作用类似，起分子开关的作用与大与大G蛋白相同点：蛋白相同点：当结合当结合GTP时成为活化形式时成为活化形式当当GTP水解成为水解成为GDP时时(自身为自身为GTP酶酶),则回复到则回复到非活化状态非活化状态与大与大G蛋白不同点：蛋白不同点：主要受酪氨酸蛋白激酶的调节主要受酪氨酸蛋白激酶的调节需要中介蛋白需要中介蛋白RasRas:大鼠肉瘤大鼠肉瘤(rat s

18、arcoma,Ras)的英文缩写的英文缩写原癌基因原癌基因c-ras的表达产物的表达产物通过脂肪酸链通过脂肪酸链(异戊烯基异戊烯基)嵌入细嵌入细胞膜中。胞膜中。Ras.GDP:无活性形式无活性形式 Ras.GTP:活性形式活性形式Ras的分类的分类哺乳动物：哺乳动物：H-Ras,K-Ras(Ras4A,Ras4B),N-Ras1960s,Jennifer Harvey与与 Werner Kirsten发现大鼠肉瘤发现大鼠肉瘤中存在病毒，分别命名为中存在病毒，分别命名为HRAS、KRAS病毒。病毒。NIH的的Edward M.Scolnick 及其同事在及其同事在HRAS,KRAS病毒中发现具转

19、化、致癌活性的癌基因。病毒中发现具转化、致癌活性的癌基因。1982年年,哈佛的哈佛的Geoffrey M.Cooper，NIH的的Mariano Barbacid、Stuart A.Aaronson及及MIT的的 Robert Weinberg 在人癌细胞中发现具转化活性的在人癌细胞中发现具转化活性的ras 基因。基因。N-Ras:首先在人成神经细胞瘤首先在人成神经细胞瘤(neuroblastoma)中发现。中发现。Robert A.WeinbergFounding member of MIT Whitehead Institute for biomedical research.A pion

20、eer in cancer research mostly known for its discoveries of the first human oncogene the ras oncogene that causes normal cells to form tumors,and the isolation of the first known tumor suppressor gene-the Rb gene.1.The Biology of Cancer,by Robert A.Weinberg,June 2006,(Garland Science Textbooks),864pp

21、.2.One Renegade Cell(Science Masters)by Robert A.Weinberg,October 01,1999,170pp.3.Racing to the Beginning of the Road:The Search for the Origin of Cancer,by:Robert A.Weinberg,May 01,1996(Harmony Books)270pp.4.Genes and the Biology of Cancer(Scientific American Library)by:Harold Varmus,Robert A.Weinb

22、erg,October 01,1992,215pp.5.Oncogenes and the Molecular Origins of Cancer(Monograph Ser No.18),March 01,1990,Cold Spring Harbor(,Editor)270pp.Ras的一级序列的一级序列G-domain:166 aa,前前164 aa 高度同源高度同源绿色：相同残基绿色：相同残基淡紫色：保守替代残基淡紫色：保守替代残基黄色：高度可变残基黄色：高度可变残基红色：突变致癌残基红色：突变致癌残基C端：除端：除Cys186外，其他残基高度可变外，其他残基高度可变异戊烯化修饰位点异

23、戊烯化修饰位点166G-domainC端端G1G2G3G4G5鸟苷酸交换因子鸟苷酸交换因子Ras的的翻译后修饰翻译后修饰C端端CAAX box中的中的Cys在胞质中发生在胞质中发生异戊烯化修饰，插入异戊烯化修饰，插入ER膜膜在在ER膜上，膜上，-AAX被蛋白内切酶切除被蛋白内切酶切除新的新的C末端残基末端残基Cys发生甲基化修饰发生甲基化修饰甲基化的甲基化的Ras转运至质膜转运至质膜,进一步发生棕榈酰化修饰进一步发生棕榈酰化修饰 未经异戊烯化修饰的未经异戊烯化修饰的Ras位于胞质中，无活性位于胞质中，无活性Ras的活性调节的活性调节Ras与与GTP、GDP的结合受的结合受RasGEF(鸟苷酸交

24、换因子，鸟苷酸交换因子，guanine nucleotide exchange factors)与与RasGAP(GTPase activating protein，GTP酶激活蛋白酶激活蛋白)的调节。的调节。GEF分两类：分两类：活化型活化型GEF(Guanosine nucleotide dissociation stimulators,GDS)抑制型抑制型GEF(Guanosine nucleotide dissociation inhibitors,GDI）Ras的激活与失活的激活与失活Ras基因突变基因突变在人类肿瘤中，原癌基因在人类肿瘤中，原癌基因ras的突变较为常见，占肿瘤基因突

25、变的的突变较为常见，占肿瘤基因突变的20-30%。它们的产物能抑制细胞凋亡，加快癌细胞转移。它们的产物能抑制细胞凋亡，加快癌细胞转移。H-Ras变异蛋变异蛋白可见于膀胱癌和肾癌。而在几乎所白可见于膀胱癌和肾癌。而在几乎所 有的乳腺癌中都可看到变异的有的乳腺癌中都可看到变异的K-Ras。另外在肺癌，大肠癌和直肠癌中都可见其身影。另外在肺癌，大肠癌和直肠癌中都可见其身影。K-Ras的作用很的作用很可能是通过可能是通过Ras-Raf-MEK-ERK途径实途径实 现的现的,这条途径不但能促进血这条途径不但能促进血管生成，还会诱发癌细胞的浸润和转移。管生成，还会诱发癌细胞的浸润和转移。Constitut

26、ive active mutations:P-loop中的中的G12V突变使突变使Ras对对GAP不敏感，从而处于持续性激活不敏感，从而处于持续性激活状态。状态。参与催化的残基参与催化的残基Q61K突变，降低突变，降低Ras水解水解GTP的速度。的速度。Dominant negative mutations:S17ND119NRas 超家族超家族亚家族名称亚家族名称功能功能Ras细胞增殖细胞增殖(MAPK信号通路信号通路)Rho细胞骨架的动态调节、细胞形态细胞骨架的动态调节、细胞形态Rab囊泡运输囊泡运输Rap囊泡运输囊泡运输Arf囊泡运输囊泡运输Ran核转运核转运RhebmTOR信号通路信号

27、通路RadRitMiro线粒体运输线粒体运输Ras超家族成员超家族成员100种，根据氨基酸序列、结种，根据氨基酸序列、结构及功能分为构及功能分为10个亚家族：个亚家族：Rho-GTPases分类：分类：Rho:RhoA,RhoC,RhoG,RhoHRac:Rac1,Rac2,Rac3Cdc42:Cdc42,TC10,TLC(TC10-like),Chp,Wrch-1RhoD:RhoD,RifRhoH/TTF RhoBTB:RhoBTB1,RhoBTB2;Miro:Miro-1,Miro-2Rnd:Rnd1,Rnd2,Rnd3(RhoE),不能水解不能水解GTP,通常抑制通常抑制Rho-GTPa

28、se信号途径信号途径功能：功能：肌动蛋白细胞骨架的动态调节肌动蛋白细胞骨架的动态调节，包括细胞形态、极性、运动、囊，包括细胞形态、极性、运动、囊泡运输、伪足形成等泡运输、伪足形成等细胞生长、增殖、分化、细胞生长、增殖、分化、ROS(reactive oxygen species)的产生及的产生及存活存活由来自由来自GPCR,integrins及及 growth factor 受体的信号所激活受体的信号所激活细胞骨架细胞骨架(Cytoskeleton)ActinMicrotubuleIntermediate FilamentCell Motility肌动蛋白细胞骨架的动态调节肌动蛋白细胞骨架的动

29、态调节Rho:形成张力丝形成张力丝(stress fibers)Rac:membrance ruffling,lamellipodium(层层状伪足状伪足)CDC42:filopodia(丝状伪足丝状伪足)Focal AdhesionRed:stress fibersGreen:focal adhesionsFocal Adhesion ComplexIntegrin:整合素整合素介导细胞与细胞间的相互作用介导细胞与细胞间的相互作用及细胞与细胞外基质间及细胞与细胞外基质间(fibronectin,vitronectin,collagen,laminin中的中的RGD三三肽序列肽序列)的相互作用

30、的相互作用由由(120185kD)和和(90110kD)两个亚单位形成两个亚单位形成异二聚体异二聚体迄今已发现迄今已发现18种种亚单位和亚单位和9种种亚单位亚单位,它们按不同的组合构它们按不同的组合构成成25余种整合素余种整合素Talin,Paxillin,Vinculin:focal adhesion markersSrc:non-recpetor tyrosine kinaseFAK:focal adhesion kinase张力丝的形成张力丝的形成RhoFilopodiaMacrophageFibroblastsLamellipodiaFibroblastsEarly Spreading

31、Huveneers,S.et al.J Cell Sci 2009;122:1059-1069RhoGAPs and RhoGEFsRhoE在在1996年年被发现的被发现的RhoE饰演着饰演着抑制癌抑制癌症的角色。与其他游症的角色。与其他游移于激活移于激活/失活状态的失活状态的G蛋白不同，蛋白不同，RhoE持续与持续与GTP结合，结合，一直处于激活状态，所以其功能的上下调节靠的是其表达一直处于激活状态，所以其功能的上下调节靠的是其表达水平。水平。根据另一项研究，根据另一项研究，RhoE不不 仅在细胞增殖方面起到调节作仅在细胞增殖方面起到调节作用，则在细胞迁移方面发挥着其功能，甚至将某些癌细胞用

32、，则在细胞迁移方面发挥着其功能，甚至将某些癌细胞引向细胞凋亡。引向细胞凋亡。Ludwig Institute for Cancer Research的研的研究人员发现究人员发现,RhoE会在生长因子的刺激和会在生长因子的刺激和DNA损坏的情况损坏的情况下表达增高，因此有可能成为癌症的生物标记。下表达增高，因此有可能成为癌症的生物标记。RhoE能能阻阻止肌动蛋白的止肌动蛋白的 聚合和应力纤维的形成聚合和应力纤维的形成，因此，因此细胞迁移的能细胞迁移的能力减弱力减弱。RhoE成为癌症治疗的又一新目标。成为癌症治疗的又一新目标。Ras 超家族超家族亚家族名称亚家族名称功能功能Ras细胞增殖细胞增殖(

33、MAPK信号通路信号通路)Rho细胞骨架的动态调节、细胞形态细胞骨架的动态调节、细胞形态Rab囊泡转运囊泡转运Rap囊泡转运囊泡转运Arf囊泡转运囊泡转运Ran核转运核转运RhebmTOR信号通路信号通路RadRitMiro线粒体运输线粒体运输Ras超家族成员超家族成员100种，根据氨基酸序列、结种，根据氨基酸序列、结构及功能分为构及功能分为10个亚家族：个亚家族：Rab-GTPases 与与囊泡转运囊泡转运Rab-GTPasesRas-associated binding(Rab)proteins 从酵母到人高度保守从酵母到人高度保守人：人：60种种酵母酵母(S.cerevisiae)：11

34、线虫线虫(C.elegans)：29果蝇果蝇(D.melanogaster)：26功能：蛋白质与磷脂分子在不同膜结构功能：蛋白质与磷脂分子在不同膜结构之间的转运之间的转运囊泡转运囊泡转运(vesicle trafficking)，包括囊泡的形成、肌动蛋包括囊泡的形成、肌动蛋白白/微管依赖性的囊泡转运、与受体膜的微管依赖性的囊泡转运、与受体膜的融合以及囊泡之间的信号传递。融合以及囊泡之间的信号传递。NameYeast homologLocalizationExpressionFunctionRab1aYpt1pER/cis-GolgiUER-Golgi transportRab2aER/cis-

35、GolgiUGolgi-ER retrograde transportRab3aSVNeuronsRegulation of neurotransmitter releaseRab4aEEUEndocytic recyclingRab5aYpt51pEE,CCV,PMUBudding,motility and fusion in endocytosisRab6aYpt6pGolgiURetrograde Golgi trafficRab7Ypt7pLEULate endocytic trafficRab8aSec4pTGN,PMUTGN-PM trafficRab9aLEULE-TGN tra

36、fficRab11aYpt31pRE,TGNUEndocytic recycling via RE and TGNRab27aMelanosomesGranulesMelanocytesPlateletsLymphocytesMovement of lytic granules andmelanosomes towards PM Rab-GTPases 的亚细胞分布和功能的亚细胞分布和功能CCV,clathrin-coated vesicles;EE,early endosomes;ER,endoplasmic reticulum;LE,late endosome;PM,plasma memb

37、rane;RE,recycling endosome;SV,synaptic vesicle;TGN,trans-Golgi network;U,ubiquitous Rab-GTPases6个个 片层，片层，5个个 螺旋，螺旋，10个个loops(l l)红色：红色：Rab 特异性残基特异性残基(RabF1-5)；深紫色：；深紫色：Rab亚家亚家族特异性族特异性motif(RabSF1-4)；蓝色：高度保守的核苷酸结合蓝色：高度保守的核苷酸结合motif(G1-3);PM:phosphate/Mg2+结合结合motif C端同源性小，参与端同源性小，参与Rab-GTPases的亚细胞定位，而

38、鸟的亚细胞定位，而鸟苷酸结合位点高度保守苷酸结合位点高度保守Rab-GTPase CyclesRab 在内质网合成后，首先在内质网合成后，首先与与Rab escort protein(REP)结合形成稳定的复合体。结合形成稳定的复合体。Rab C末端的末端的Cys motif 在在Rab 香叶酰香叶基转移酶香叶酰香叶基转移酶(Rab geranylgeranyl transferase,RabGGT)的作的作用发生异戊烯化，用发生异戊烯化，RabGGT 由由,亚单位组成。亚单位组成。REP将将Rab转运至供体膜转运至供体膜(donor membrane)后，与后，与Rab解离，参与下一轮循环解

39、离，参与下一轮循环(蓝色箭头蓝色箭头)。Rab-GTPase Cycles(Contd)在供体膜上，无活性的在在供体膜上，无活性的在RabGEF作用下与作用下与GDP解离，同解离，同时与时与GTP结合，成为有活性的结合，成为有活性的,后者在后者在RabGAP的作用下回复到的作用下回复到无活性的形式。无活性的形式。被激活的被激活的Rab可与结构和功能各可与结构和功能各异的效应分子相结合，包括供体异的效应分子相结合，包括供体膜上的膜上的cargo sorting complexes、参与囊泡转运的动力蛋白参与囊泡转运的动力蛋白(motor protein)以及调节囊泡与受体膜融以及调节囊泡与受体膜

40、融合的合的tethering complexes。囊泡与受体膜融合，释放所转运囊泡与受体膜融合，释放所转运货物；在货物；在GDP解离抑制蛋白解离抑制蛋白(GDP dissociation inhibitor,GDI)的作用的作用下，从受体膜回到供体膜上，参下，从受体膜回到供体膜上，参与下一轮循环。与下一轮循环。囊泡转运囊泡转运在供体膜出芽部位，在供体膜出芽部位，Rab与与效应分子形成复合物；出芽效应分子形成复合物；出芽部位与供体膜分离，形成转部位与供体膜分离，形成转运囊泡。运囊泡。转运囊泡脱去包被蛋白，通转运囊泡脱去包被蛋白，通过动力蛋白中介分子过动力蛋白中介分子(motor adapter)

41、与与动力蛋白动力蛋白结合。结合。动力蛋白水解动力蛋白水解ATP提供能量，提供能量，使转运囊泡沿微管向受体膜使转运囊泡沿微管向受体膜方向运动。方向运动。供体膜上的供体膜上的v-SNARE与受体与受体膜上的膜上的t-SNARE相互识别，相互识别，形成形成tethering complex。v-SNARE插入受体膜中，供插入受体膜中，供体膜与受体膜融合，释放所体膜与受体膜融合，释放所转运物质。转运物质。GDF:GDI displacement factorSNARE:soluble N-ethylmaleimide-sensitive factor attachment protein recept

42、orSNAREs介导的膜融合介导的膜融合v-SNARE is comprised of two proteins:synaptobrevin&VAMP(Vesicle Associated Membrane Protein)t-SNARE is made up of the proteins:syntaxin and SNAP-25 Conformational changes occur in the v-SNARE-t-SNARE association A fusion protein complex is formed with SNAP25 which binds to syntax

43、in and VAMP The fusion protein complex disrupts the lipid bilayers leading to biomembrane fusion问问 题题异源三聚体异源三聚体G蛋白是否与小蛋白是否与小G蛋白相似，蛋白相似，其活性也受其活性也受GEF及及GAP的调节？的调节？RGS超家族超家族Regulator of G-protein signaling，1996年首次发现。年首次发现。RGS蛋白具有特征性的由蛋白具有特征性的由120个氨基酸组成的个氨基酸组成的“RGS-box”domain，与与G蛋白的蛋白的G 亚单位结合，大大增强亚单位结合，

44、大大增强G 亚单位的内在亚单位的内在GTPase 活性，活性，削弱削弱G蛋白介导的信号转导，因此被认为是蛋白介导的信号转导，因此被认为是G蛋白的蛋白的GAP。人基因组：人基因组：37个编码基因，分为个编码基因，分为10个亚家族。个亚家族。RGS亚家族结构示意图亚家族结构示意图RGS同同源源关关系系树树RGS的的GAP活性活性G蛋白的生物学意义蛋白的生物学意义G蛋白系统是许多信号传递途径的中心环节，因此也就蛋白系统是许多信号传递途径的中心环节，因此也就成了众多药物和毒素攻击的靶位点。市面上的很多药成了众多药物和毒素攻击的靶位点。市面上的很多药物，如物，如Claritin和和Prozac，以及大量

45、滥用的毒品：可卡，以及大量滥用的毒品：可卡因，海洛因，大麻等，通过与因，海洛因，大麻等，通过与G蛋白偶联进入细胞发挥蛋白偶联进入细胞发挥其药性。其药性。新药开发的有效靶点新药开发的有效靶点 目前世界药物市场上有目前世界药物市场上有1/3的小分子药物是的小分子药物是GPCR的激活剂或的激活剂或拮抗剂。世界上前拮抗剂。世界上前20位销售额最高的药物中，有位销售额最高的药物中，有12种药物的种药物的作用靶标是作用靶标是G蛋白受体相关药物，这些药物包括充血性心力蛋白受体相关药物，这些药物包括充血性心力衰竭药物衰竭药物Coreg、高血压药物、高血压药物Cozaar、乳腺癌药物、乳腺癌药物Zoladex、

46、焦虑药物焦虑药物Buspar、精神分裂药物、精神分裂药物Clozaril。目前，鉴定出的目前，鉴定出的G蛋白偶联受体的新药有几百种。例如，在蛋白偶联受体的新药有几百种。例如，在镇痛剂研制中发现，镇痛剂研制中发现，CGRP受体拮抗剂受体拮抗剂hCGRP(8-37)可辅助可辅助治疗疼痛和改善吗啡耐受。治疗疼痛和改善吗啡耐受。2006年年4月月21日，公布在日，公布在JBC的一的一项研究表明，抑制一种叫做血红素加氧项研究表明，抑制一种叫做血红素加氧 酶酶-1（一种与铁代谢（一种与铁代谢有关的酶）能够缓解有关的酶）能够缓解Kapos肉瘤的生长，肉瘤的生长，Kapos肉瘤病毒基因肉瘤病毒基因中含有能编码一种叫做病毒中含有能编码一种叫做病毒G蛋白偶联受体的序列，而该受蛋白偶联受体的序列，而该受体在肿瘤的发育中起关键作用。体在肿瘤的发育中起关键作用。小结小结GPCR结构、分类结构、分类G蛋白介导的跨膜信号转导蛋白介导的跨膜信号转导cAMP信号通路信号通路磷脂酰肌醇信号通路磷脂酰肌醇信号通路小小G蛋白：蛋白：Ras：Ras/Raf/MAPK信号通路信号通路Rho：细胞骨架的动态调节：细胞骨架的动态调节Rab：囊泡转运：囊泡转运RGS：G蛋白蛋白GAPThe End