生物化学与分子生物学/细胞信号转导的基本规律

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细胞信号转导的分子机制 - 细胞信号转导概述 - 细胞内信号转导分子 - 细胞受体介导的细胞内信号转导 - 细胞信号转导的基本规律 - 细胞信号转导异常与疾病
每一条信号转导途径都是由多种信号转导分子组成,不同分子间有序地依次进行相互作用,上游 分子引起下游分子的数量、分布或活性状态变化,从而使信号向下游传递。信号转导分子之间的相互作用构成了信号转导的基本机制。

信号的传递和终止涉及许多双向反应[编辑]

信号的传递和终止实际上就是信号转导分子的数量、分布、活性转换的双向反应。如 AC催化生成cAMP而传递信号,磷酸二酯酶则将cAMP迅速水解为5'-AMP而终止信号传递。以Ca2+为细胞内信使时,Ca2+可以从其贮存部位迅速释放,然后又通过细胞Ca2+泵作用迅速恢复初始状态。PLC催化PIP2分解成DAG和IP3而传递信号,DAG激酶和磷酸酶分别催化DAG和 IP3转化而重新合成PIP2。对于蛋白质信号转导分子,则是通过与上、下游分子的迅速结合与解离而传递信号或终止信号传递,或者通过磷酸化作用和去磷酸化作用在活性状态和无活性状态之间转换而传递信号或终止信号传递。

细胞信号在转导过程中被逐级放大[编辑]

细胞在对外源信号进行转换和传递时,大都具有信号逐级放大的效应。G蛋白偶联受体介导的信号转导过程和蛋白激酶偶联受体介导的 MAPK途径都是典型的级联反应过程。

细胞信号转导途径既有通用性又有专一性[编辑]

细胞内许多信号转导分子和信号转导途径常常被不同的受体共用,而不是每一个受体都有专用的分子和途径。换言之,细胞的信号转导系统对不同的受体具有通用性。信号转导途径的通用性使得细胞内有限的信号转导分子可以满足多种受体信号转导的需求。另一方面,不同的细胞具有不同的受体,而同样的受体在不同的细胞又可利用不同的信号转导途径,同一信号转导途径在不同细胞中 的最终效应蛋白又有所不同。因此,配体-受体-信号转导途径-效应蛋白可以有多种不同组合,而一种特定组合决定了一种细胞对特定的细胞外信号分子产生专一性应答。

细胞信号转导途径具有多样性[编辑]

配体-受体-信号转导分子效应蛋白并不是以一成不变的固定组合构成信号转导途径,细胞信号 转导是复杂的,且具有多样性。这种复杂性和多样性反映在以下几个方面。

一种细胞外信号分子可通过不同信号转导途径影响不同的细胞[编辑]

白介素1β(IL-1β)是在局部和全身炎症反应中起核心作用的细胞因子。然而,由于其受体分布广泛,IL-1β的作用并不仅限于炎症。IL-1β可以通过G蛋白偶联受体(涉及cAMP途径、cGMP途径、 PKC途径等)和蛋白激酶偶联受体介导的 MAPK途径传递信号。近年又发现IL-1β可通过其他几条重要途径介导信号转导,包括:IL-1受体相关激酶途径、PI-3K途径、JAK-STAT 途径、离子通道。IL-1β受体在多种细胞表面存在,受体可通过不同信号转导途径传递信号,它不仅可以作用于各种炎症相关细胞,还可以通过JA K-STAT 途径作用于胰岛B细胞,通过激活离子通道影响神经细胞、血管平滑肌 细胞、成纤维细胞、骨髓基质细胞等多种细胞的功能。

受体与信号转导途径有多样性组合[编辑]

一种受体并非只能激活一条信号转导途径。有些受体自身磷酸化后产生多个与其他蛋白相互作用的位点,可以激活几条信号转导途径。如血小板衍生生长因子(PDGF)的受体激活后,可激活 Src 激酶活性、结合 Grb2并激活Ras、激活 PI-3K、激活 PLCγ,因而同时激活多条信号转导途径而引起复杂的细胞应答反应。另一方面,一条信号转导途径也不是只能由一种受体激活,例如,有多种受体可以激活PI-3K途径。

一种信号转导分子不一定只参与一条途径的信号转导[编辑]

GPCRs主要是促进第二信使产生而调节代谢,因而GPCRs一般是在分化成熟的组织细胞参与信号转导。但GPCRs 在某些增殖细胞中也可表达,在这些细胞中,G蛋白的阶二聚体可激活Src激酶家族(如Src、Fyn、Lyn和Yes蛋白酪氨酸激酶),后者使Shc的酪氨酸残基磷酸化,形成SH2结合位点,从而与Grb2结合形成Shc-Grb2复合物,通过SOS、Ras蛋白激活MAPK途径,调控细胞增殖所需基因的转录。

一条信号转导途径中的功能分子可影响和调节其他途径[编辑]

细胞内的信号转导途径并不是各自独立存在,不同途径之间存在着多种交互的联系。当一条途径中的信号转导分子对另一条途径中的信号转导分子发挥调节作用时,可对该途径发挥调控作用。下面两个例子可使我们对此有一个初步了解。

  1. Ras/MAPK途径可调节Smad途径 Ras/ERK途径转导的信号可促进细胞增殖,而Smad途 径转导的信号则抑制细胞增殖。对于正常上皮细胞,作为维持细胞稳态的TGF-β占主导地位,并对抗由生长因子经Ras途径激活的增殖反应。然而,当大量的生长因子(如EGF、HGF)刺激细胞或RAS基因激活后,使Ras/ERK途径激活,活化的ERKl/2蛋白激酶将Smad 2/3等分子的特定位点磷酸化,使Smad 2/3向核内聚集的能力减弱,从而削弱了Smad传递信号的作用。此时增殖成为细胞的主要反应。
  2. 蛋白激酶C可调节蛋白质酪氨酸激酶系统 PKC是肌醇磷脂系统的重要酶,但它可对蛋白酪氨酸激酶系统产生调节作用。PKC通过磷酸化修饰EGF受体、Ras、Raf-1等,对Ras/MAPK途径产生调节作用。

不同信号转导途径可参与调控相同的生物学效应[编辑]

趋化因子是体内一类能够诱导特定细胞趋化运动的分子。趋化因子受体是一类表达于不同类型细胞上的GPCR。然而趋化因子可以通过不同的信号转导途径传递信号,如激活PKA途径、调节细胞内Ca2+浓度、G蛋白βγ亚单位和磷酸酪氨酰肽协同作用可激活PI-3K途径、MAPK途径,还可以激活JAK-STAT途径。这些信号途径不同,但都参与调控细胞趋化运动。