1、第六章 cAMP、cGMP信号转导通路第七章 肌醇三磷酸、二酰甘油与信号转导（第二信使信号转导通路）,本教学幻灯引用了大量网上图片，在此对作者表示衷心的感谢。,细胞信号转导的基本过程及其受体的位置,No cell lives in isolation,重点：各种第二信使的发现、产生、靶分子、信号通路、生物学效应。,第二信使：cAMP cGMP IP3 DAG Ca2+,第六章 一、cAMP的发现和第二信使学说,The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1971 “for his discoveries concerning the mechanisms
2、 of the action of hormones“,Earl W. Sutherland, Jr. USA Vanderbilt University Nashville, TN, USA b. 1915, d. 1974,2. 肾上腺素磷酸化酶原后者活性不升高,肾上腺素的作用是间接的,肾上腺素通过肝细胞颗粒部分（膜或细胞器）里的一种物质使磷酸化酶活性,3. 肝匀浆ATP,Mg2+肾上腺素，磷酸化酶活性匀浆上清ATP,Mg2+ 肾上腺素，磷酸化酶活性不,4. 进一步研究发现关键物质cAMP，并进而发现了腺苷酸环化酶。,肾上腺素可以激活磷酸化酶,Sutherland提出的第二信使学说：胞外化
3、学物质（第一信使）不能进入细胞内部，它作用于细胞表面特异受体，导致胞内第二信使的产生，从而激发一系列的生化反应，产生一定的细胞生理效应，最后第二信使降解，其信号作用终止。,二、cAMP的信号转导通路,（一）cAMP的产生腺苷酸环化酶的作用 （adenylate cyclase， AC）,（或者：guanylyl cyclase）,AC系统,胞外信号及受体 G蛋白 AC催化亚单位 活化AC的协同因子,激素神经递质,腺苷酸环化酶系统 （adenylate cyclase， AC）,1. AC,大多是膜结合型 1165个氨基酸 分区：M1,M2 胞内区域：C1,C2,AC至少有9种哺乳类亚型（），一
4、种细胞可以有多种亚型，调节不同的生理功能及不同的细胞内定位。,可溶性（soluble AC，sAC）,sAC存在于胞质和细胞器中 激活物与质膜AC不同 下游底物与质膜AC也不同,NDPK的其它作用,（二）cAMP作用的靶分子：cAMP产生后做什么？,蛋白激酶A （protein kinase A，PKA）：被cAMP活化，使下游靶蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化。,催化亚基C：灰色和黄褐色 磷酸化结合区：黄色 调节亚基R：蓝绿色 R亚基抑制区：红色 G螺旋：绿色,广泛，不断发现新的底物,底物磷酸化肽段的共有序列：RRXSY（精精？丝酪）,PKA的非cAMP底物功能：PKA的催化亚基C具有不依赖于
5、cAMP的功能，调节亚基R也有不同的独立功能。,cAMP的底物,问题：不同细胞、不同信号都通过cAMP引起细胞效应，如何保持细胞效应的特异性？,PKA有不同亚型，对cAMP的亲和力不同，其作用底物时序不同； b. 不同细胞PKA底物蛋白不同 c. cAMP信号区域化：有浓度梯度，PKA有锚定蛋白。,cAMP的底物,2. 环核苷门控阳离子通道 （CNG）存在于嗅觉感受器和窦房结起搏细胞，直接与cAMP结合，通道活性受其调控。,嗅觉细胞上cAMP与离子通道的直接结合使通道开放,cAMP的底物,经典途径,2004年度诺贝尔生理学或医学奖授予美国哥伦比亚大学霍华休斯医学研究所(HHMI)的研究人员Ri
6、chard Axel和任职于弗雷德哈钦森癌症研究中心的HHMI研究人员Linda Buck。这两位科学家因为阐明了整个嗅觉系统的工作原理而受到表彰。每个气味受体首先激活一种成对存在的G蛋白，后者又转而刺激环一磷酸腺苷（又称环腺苷酸，cAMP）的形成。cAMP是一种信使分子，可直接激活离子通道（CNG)，让其开通，然后嗅觉细胞被激活。,3. 鸟苷酸交换因子（GEF）可直接与cAMP结合，调节Ras家族成员Rap1的活性。,cAMP的底物,（三）cAMP信号的灭活 被特异的环核苷酸磷酸二酯酶（ phosphodiesterase， PDE）所分解。,PDE的主要结构部分： 保守的催化中心 决定其底
7、物特异性的决定簇 起调节作用的特异决定簇,PDE的作用,PDE的基本结构,（四）cAMP信号转导通路 包括产生cAMP的上游组分和cAMP的作用底物。,cAMP信号转导通路的放大效应 （其它信号通路遵循相同的原则）,一个上游分子可以激活许多下游分子，每一级都使信号得以放大，形成瀑布效应。,如何判断一种激素是否通过cAMP第二信使发挥作用？,1. 激素使细胞cAMP浓度 2.作用出现在cAMP浓度之后 3.外源性给予cAMP可模拟激素作用 4. 抑制PDE可加强激素的作用 5. 激素可激活PKA,三、cAMP信号通路调节的生理过程 (自学为主),对基因表达的调节,FK, forskolin（福斯
8、克林） CRE, cAMP response element. CREB, CRE binding protein AP, alkaline phosphatase,教科书图67有误,FK激活AC，促进碱性磷酸酶的合成和释放； 抑制型G蛋白受体激动剂对抗FK的作用。,请注意方法学的应用,AC在复杂研究中的意义及其生物信息学方法,四、cGMP信号转导通路,cGMP的分子结构和水解部位（灭活）,（二） cGMP的产生和灭活,鸟苷酸环化酶 （guanylate cyclase，GC）,GC,Soluble (sGC) Membrane (mGC,rGC),2. cGMP的发生 通过鸟苷酸环化酶（GC
9、）的酶促反应,（三）cGMP作用的靶分子,1. PDE 通过激活或抑制PDE从而调节cAMP通路； 2. CNG 直接与离子通道蛋白结合，影响其开放； 3. GCAPs（cGMP激活蛋白，Guanylate cyclase-activating proteins） 一种钙依赖性蛋白，影响视觉功能；BBRC 2004; 322 (1): 1123-1130 Guanylate cyclase-activating proteins: structure, function, and diversity. 4. PKG 主要靶分子,Structure 18, 116126, January 13,
10、 2010,guanylate cyclase-activating proteins (GCAPs)guanylate cyclase-inhibitory proteins (GCIPs),（四）cGMP调节的生理功能,在视觉信号转导中的作用,NO-cGMP-PKG 通路,开放钾离子通道 关闭钙离子通道 抑制内质网释放钙,PKG使MLC去磷酸化,血管平滑肌细胞舒张的典型过程,University of California-Los Angeles,State University of New York in Brooklyn,University of Texas Medical Sch
11、ool in Houston.,1998 Nobel Prize Winners in Physiology or Medicine :,Nobel prize committee say Yes to NO!,cGMP及其激酶在心肌肥大中的作用,Nature Reviews Drug Discovery 6, 617-635 (2007) ;关注某个疾病发生发展时信号转导的变化。,cAMP和cGMP通路的关系 二者在生理效应上有一定的拮抗关系,PDE有多种型号，分别对cAMP和cGMP特异。,Diagram illustrating possible interactions between
12、 angiotensin II- and guanylyl cyclase-dependent systems in the rat podocytes. NPR-A - guanylyl cyclase-linked receptor for ANP, sGC - soluble guanylyl cyclase, pGC - particulate guanylyl cyclase, PDE - phosphodiesterase(s),第七章 IP3和DAG 与信号转导双信使途径,一、IP3和DAG 双信使途径,学习专业词汇！,IP3：肌醇三磷酸 DAG：二酰基甘油,二、IP3和DAG的
13、产生和灭活,产生：PLC对PIP2的水解,PLC delta 激活移位至胞膜，PH为结合区，Cat为催化区,IP3和DAG的灭活,IP2 IP3 IP4,PI3K,磷酸酶,花生四烯酸 DAG 磷脂酸,DAG激酶,磷酸酶A2,三、IP3/Ca2和DAG/PKC信号转导通路,产生前合一，生成后独立,PIP2,IP3,DAG,PKC,Ca2,PLC(-,-,-),PLC- 的活性被受体酪氨酸激酶调节， PLC- 的跨膜受体是激素和神经递质受体 PLC- 由激素通过增加PIP2的浓度而激活,IP3激活Ca2信号途径,IP3与内质网的受体（IP3R)结合，开放通道释放钙离子 。,DAG激活PKC信号转导通路,DAG促使PKC与膜上的磷脂酰丝氨酸结合，降低对钙离子的依赖性，并发生从胞质至胞膜的移位。,四、IP3/Ca2和DAG/PKC信号通路的相互作用,重点：各种第二信使的发现、产生、靶分子、 信号通路和生理学效应。与第二信使相关的蛋白激酶和钙离子通道等已在或将在其它章节讲授。,
