2023年同济大学神经生物学复习教学文案.pdf
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1、神经营养因子1、神经营养因子NTF 是一类由神经所支配的组织(如肌肉)和星形胶质细胞产生的且为神经元生长与存活所必需的蛋白质分子。神经营养因子通常在神经末梢以受体介导式入胞的方式进入神经末梢,再经逆向轴浆运输抵达胞体,促进胞体合成有关的蛋白质,从而发挥其支持神经元生长、发育和功能完整性的作用。近年来,也发现有些NT 由神经元产生,经顺向轴浆运输到达神经末梢,对突触后神经元的形态和功能完整性起支持作用。2、分类一 神经营养素家族NTs:又称为NGF 家族,氨基酸序列的同源性大于50%。包括 nerve growth factor,NGF,Brain-derived neurotrophic fa
2、ctor,BDNF,NT-3、NT-4/5,NT-6 二 其它NTF:主要包括GDNF,是 TGF-超家族成员之一CNTF,属于成血细胞因子超家族神经营养素(neurotrophins)家族:NGF、BDNF、NT-3、NT-4/5 等;细胞因子家族:睫状神经营养因子(CNTF)、白细胞抑制因子(LIF)、白细胞介素6(interleukin-6);成纤维细胞生长因子家族:碱性成纤维细胞生长因子(bFGF);酸性成纤维生长因子(aFGF);胶质细胞源性神经营养因子(GDNF);细胞外基质分子,如N-CAM,L1。3、神经营养因子的生物学效应NT-3:是本体感觉神经元存活所必需BDNF:胆碱能、
3、多巴胺能神经元。AD与PD NGF:前脑基底节胆碱能神经元海马、皮质,构成胆碱能通路,与学习、记忆有关。与AD GDNF:多巴胺能、运动神经元强效营养作用。AD 与 PD。促进运动神经元的生长与分化,是目前已知的效应最强的胆碱能运动神经元营养因子。基因修饰嗅鞘细胞能促进损伤区神经纤维再生。神经营养因子作用:神经元存活阻止神经元死亡神经生长刺激轴突和树突的延长神经再生发芽刺激成人神经元轴突和树突发芽合成代谢作用增加神经元胞体大小分化 诱导神经元表型蛋白的合成调节传输增加神经递质、神经肽以及它们的合成酶的合成电性质改变离子通道的活性和水平掌握神经营养因子的生物学效应神经系统发育期(1)促进神经元存
4、活、生长、分化成熟(2)对神经递质的选择作用:神经元迁移中的环境影响(3)诱导神经纤维定向生长成年 1)神经元对NT 的依赖减少,只有部分神经元需一定水平的NT 维持其正常功能。2)维持神经元的可塑性(plasticity),在一定程度上保留有再生修复的能力。3)NTF 对神经元具有神经保护作用。4)NGF:前脑基底节胆碱能神经元海马、皮质,构成胆碱能通路,与学习、记忆有关。与AD 5)BDNF:胆碱能、多巴胺能神经元。6)GDNF:多巴胺能、运动神经元强效营养作用。7)NT-3:是本体感觉神经元存活所必需4.神经营养因子受体及其信号转导NT 通过与两种类型细胞表面受体,即Trk 酪氨酸激酶和
5、p75NR受体1 Trk Trk receptor:由原肌球蛋白和酪氨酸蛋白激酶(protein tyrosine kinase,PTK)融合产生,催化自身或底物tyr 磷酸化。为跨膜糖蛋白,胞外区富含亮氨酸(LRM,leucine rich motif),决定了与配体结合的特异,胞内区酪氨酸激酶区。(Trf 受体/配基)TrkA/NGF,TrkB/BDNF,TrkC/NT-3 经 Ras 诱导的信号转导Trk receptor:酪氨酸蛋白激酶(PTK),催化自身或底物tyr 磷酸化。为跨膜糖蛋白,胞外区富含亮氨酸,决定了与配体结合的特异,胞内区酪氨酸激酶区。TrkA/NGF,TrkB/BDN
6、F,TrkC/NT-3;经 Ras 诱导的信号转导TRK RasRaf1 MEK MAPK(轴突生长、突触可塑性)CREB BCL-2 促神经元存活?NTs/Trk 激活 Ras Raf-1(MAPKKK)MEK(MAPKK)MAPK .CREBBCL-2轴突的生长促进神经元的存活突触可塑性1 RAS-MEK/MAP Kinase 2 RAS-PI-3K/Akt(PKB)cell survival kinase PKB:丝氨酸/苏氨酸激酶(Ser/Thr),又名 Akt.使凋亡蛋白磷酸化,BAD、caspase-9、forkhead 蛋白磷酸化,抑制凋亡。转录因子CREB 磷酸化BCL-2 基
7、因的表达促存活3 RTK can also activate PLC.2、p75NTR 结构特点:跨膜受体(TNF),胞外含有4 个富含半胱氨酸的结构域,与配体的结合有关。胞内不含配体诱导的酶激活域,含有一个死亡结构域(death domain,DD).与 NT 结合无选择性。生物学效应:1 促存活与促凋亡二 p75NTR(75kDa neurotrophinreceptor)?结构特点:跨膜受体(TNF),胞外含有 4个富含半胱氨酸的结构域,与配体的结合有关。胞内不含配体诱导的酶激活域,含有一个死亡结构域(death domain,DD).与NT结合无选择性。?生物学效应:1 促存活与促凋亡
8、(1)NT/p75NTRNF-kBbcl-2,bcl-xl促细胞存活BCL-XS促凋亡(2)NT/p75NTR JNK-p53-BAX 凋亡(3)NT/p75NTR 神经营养因子受体相互作用因子(neurotrophin receptor interacting factor,NRIF)凋亡2 通过影响Trk,抑制神经元生长:(1)抑制 raf-MEK-MAPK这一通路;(2)神经酰胺增加 抑制 AKT和 Raf 活性,抑制神经元的存活与生长;(3)激活生长调节蛋白Rho 抑制神经元的生长。神经营养因子作用模式ppt 熟悉 NTF 与神经疾病的关系脊髓遭受机械外伤后瞬间引起局部一定范围内的出血
9、、水肿、坏死,直接导致损伤部位神经元死亡和神经纤维中断,局部脊髓功能丧失,称为原发性脊髓损伤。瞬间发生神经元死亡神经纤维中断原发性脊髓损伤后,由于一系列病理因素变化包括局部炎症反应及有害物质的蓄积,如钙离子超载、自由基和兴奋性氨基酸的蓄积等,导致脊髓组织进行性、自毁性破坏过程,包括损伤面积扩大、更多的神经元死亡,以及神经纤维变性、脱髓鞘等,统称为继发性脊髓损伤进行性损伤范围扩大传导深部感觉:薄束和楔束传导浅表感觉:脊髓丘脑束中枢神经可塑性是指在受到损伤或内、外环境发生变化的情况下,中枢具有使其结构和功能随之发生相应变化的能力。干细胞基础1、什么是神经干细胞?神经干细胞(neural stem
10、cells,NSCs)是指分布于神经系统的,具有自我更新能力和分化潜能的干细胞。主要位于海马齿状回颗粒下区(SGZ)和侧脑室管膜下区(SVZ)。2、如果进行自体细胞移植可能有几种途径:胚胎干细胞诱导多能干细胞:多能干细胞神经外胚层细胞神经前体细胞神经元和胶质细胞直接转分化:成纤维神经元、生殖干细胞神经元、神经干细胞进行神经系统细胞移植治疗的可能细胞来源?胚胎干细胞:?iPS 细胞:?生殖细胞来源的多能干细胞:?成年神经干细胞:?其他来源:例如直接转分化3、干细胞(stem cells,SC)是一类具有自我复制能力的多潜能细胞,在一定条件下,它可以分化成多种功能细胞。信号转导1、乙酰胆碱受体:A
11、chR?Ach:乙酰辅酶A 和胆碱在ChAT的催化下合成;VAChT;AChE?毒蕈碱受体M-AChR和烟碱受体N-AChR;M1/3/5-Gq;M2/4-Gi/o;外周N1/2;中枢-BGT 敏感和不敏感受体?突触前和突触后?基底前脑、交感副交感节前、脊髓前角运动神经元5-HT1R:Gi 偶联5-HT2R:Gq 偶联5-HT3R:离子通道5-HT4R、5-HT6R、5-HT7R:Gs 偶联5-HT3 受体:?由 5 个亚单位组成?2 个配体结合、慢?分布:脑干、孤束核、脊髓、节前节后纤维?Na+、K+,去极化?4 个跨膜螺旋+胞外 N+胞外 C?5-HT3A和 3B 最重要?功能:疼痛、情绪
12、精神活动、胃肠道等谷氨酸受体?Glu:谷氨酰胺循环:神经元和胶质细胞;谷氨酰胺酶和谷氨酰胺合成酶?促代谢型谷氨酸受体:mGluRs?Group 1(Gq):mGluR1和 5?Group 2(Gi):mGluR2和 3?Group 3(Gi):mGluR4、6、7、8?离子型谷氨酸受体:?NMDAR?AMPAR?KAR NMDAR4 个亚单位围绕通道TM1、2、3、4 NR1 是必需亚单位,NR2 起调节作用;一般式2 个 NR1 和 2 个 NR2 NMDA受体具有独特的电压依赖性,其受体通道被Mg2+堵塞,去极化将Mg2+逐出而打开NMDA受体通道。受配体和膜电位的双重调节。Na+、K+和
13、 Ca2+慢时程 EPSP 一般和 AMPAR共存在AMPAR和 KAR AMPAR:GluR1,2,3,4;KAR:GluR5,6,7&KA1,2 Na+、K+通透,Ca2+基本不通透对膜电位不敏感,受配体直接调制2、受体的分类及各类受体介导信号的特点G 蛋白偶联受体、受体酪氨酸激酶、离子通道受体、核受体GPCR(7-TM):Gs、Gi、Gq、G12/13;、;AC-cAMP、PLC-IP3&DAG;PKA、PKC、CaMK、小 G 蛋白、PDE;调控转录因子或关键酶或离子通道等。RTK(1-TM):酪氨酸磷酸化,提供SH2 蛋白结构域结合位点,形成蛋白复合物,传递信号,例如PI3K-AKT
14、、MAPK.通道:配体门控或电压门控;通道开放或关闭;Na+、K+、Ca2+、Cl-;EPSC或 IPSC。核受体:和配体结合调控靶基因的表达。3、G 蛋白偶联受体信号转导的基本通路比如乙酰胆碱五羟色胺谷氨酸,受体分为哪几类配体激活这些受体时信号传导的途径一 cAMP 信号途径(G 蛋白偶联受体信号转导途径)配体(H)+细胞膜上的受体(R)H-R复合体膜上的AC 被活化,催化ATP 产生 cAMP 活化蛋白激酶引起细胞生物学效应(在ATP 存在下)cAMP 信号途径分两类:刺激型信号途径:Rs-Gs-AC cAMP 途径刺激型信号作用刺激性受体(Rs)和刺激性 G蛋白(Gs),Gs 刺激 AC
15、 活化,使AC 分解 ATP,产生 cAMP 产生效应。抑制型信号途径:Ri-Gi-AC 途径cAMP 抑制型信号与细胞表面抑制型受体Ri结合,受体活化、构象改变、结合并活化抑制型G蛋白(Gi),Gi 激活以后的过程与刺激型过程正好相反,AC 被抑制,ATP 分解被抑制,cAMP 浓度下降,其生物学效应即受到抑制.结论:刺激型途径:刺激型配体+Rs+Gs AC 激活 cAMP 抑制型途径:抑制型配体+Ri+Gi AC 抑制 cAMP cAMP 信号转导的基本过程1、第一信使产生并与靶C靠近2、配体与受体结合,激活AC 系统3、在 Mg2+存在下,激活的AC 催化 ATP 生成 cAMP 4、c
16、AMP 浓度的变化可调节细胞所特有的代谢活动发生变化,并表现出各种生理效应。二、cGMP 信使体系1、环磷酸鸟苷(cGMP)是一种广泛存在于动物细胞中的胞内信使。2、cGMP 是由鸟苷酸环化酶(GC)催化并水解 GTP 后形成。3、GC 在细胞中有两种存在形式;即膜结合型GC和胞浆可溶型 GC。膜结合型 GC;主要结合于细胞膜上,也可以分布于核膜、内质网、高尔基复合体和线粒体等膜结构中;其主要存在于心血管组织细胞、小肠、精子及视网膜杆状细胞中。胞浆可溶型 GC:主要游离于细胞质中;其主要分布于脑、肺、肝等组织中。4、cGMP 形成后可通过激活cGMP 依赖蛋白激活酶 G(PKG),使相应的蛋白
17、质磷酸化,引起细胞效应。5、cGMP 在脊椎动物视杆细胞中对光信号的转导中起重要作用:cGMP 可直接作用于 Na+通道,在光信号存在下,使Na+通道关闭,引起细胞超极化,神经递质释放减少,产生视觉反应。6、cGMP 的浓度与作用与cAMP 相拮抗:如 cAMP 浓度升高,细胞内特异性蛋白质合成加快,细胞分化受到促进;而 cGMP 浓度升高则可加速细胞DNA 复制,促进细胞分裂。三、二酯酰甘油/磷脂酰肌醇信号体系细胞外信号分子+受体通过膜上G 蛋白激活磷脂酶C(PLC)催化脂质内层磷酯酰肌醇(PIP2、PI、PIP)水解产生 IP3和DAG 两种胞内信使。1、IP3/Ca2+信号途径:IP3(
18、水溶性)产生后从膜上扩散到细胞质中,与内质网膜上的受体结合,使膜上的Ca2+离子通道开放,Ca2+从内质网释放入胞浆,启动细胞Ca2+内信号系统,使细胞产生相应的反应。2、DAG 信号途径或 DAG/PKC途径:脂溶性的 DAG 生成后留存于细胞膜上,在有Ca2+、磷脂酰丝氨酸存在下,激活蛋白激酶C(PKC)。PKC 以磷酸化的方式对多种胞内蛋白质进行修饰,由此启动细胞的一系列生理和生化反应。DAG 激活 PKC PKC 催化底物 P化产生生物效应底物:胰岛素、-肾上腺素、糖原合成酶、转铁蛋白、Na+-K+ATP 酶、Na+-H+交换器、G蛋白等。3、IP3/Ca+和DAG/PKC的协调作用:
19、IP3使细胞内 Ca2+浓度DAG 激活 PKC 反馈抑制IP3受体,使细胞内 Ca2+启动后的 IP2分解,并激活磷酸转移酶,水解IP3,也使细胞内 Ca2+PKC 还刺激 Ca2+泵,使细胞内的 Ca2+泵入内质网或肌浆网膜上,降低了细胞内Ca2+浓度。cAMP 信号通路:细胞外信号与相应受体结合导致胞内第二信使cAMP 的水平变化而引起细胞反应的信号通路。这一通路的效应酶是腺苷酸环化酶,通过腺苷酸环化酶调节胞内的cAMP 的水平。cAMP 信号通路的主要效应是通过蛋白激酶A完成的;蛋白激酶 A由两个催化亚基和两个调节亚基组成,以钝化复合体形式存在;cAMP 与调节亚基结合,改变调节亚基构
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