《细胞信号转导机制》课件

细转导胞信号机制细讯胞通的重要性协调细维组织胞功能持功能细胞通讯是多细胞生物体中细胞相互作用的基石，协调各种细胞活动，例如生长、发育、免疫和组织修复转导信号的基本概念1信号分子携带信息的分子，由发送细胞释放，与接收细胞上的受体结合2受体接收细胞膜或细胞内蛋白质，与信号分子结合并引发下游信号通路3信号通路一系列蛋白质和酶的级联反应，将信号从受体传递到效应分子应效分子细类胞外信号分子型肽类激素如胰岛素、生长激素，通过受体激活信号通路类脂激素如性激素、肾上腺皮质激素，通过细胞内受体发挥作用经递质神如乙酰胆碱、多巴胺，通过突触传递信号长生因子如表皮生长因子、血管内皮生长因子，促进细胞生长和增殖细胞表面受体概述结传递细应与信号分子合信号胞反位于细胞膜上的蛋白质，能够特异性地识别受体结合信号分子后，会发生构象变化，引信号通路最终导致细胞产生特定反应，例如和结合细胞外信号分子发下游信号通路改变基因表达、蛋白质合成或细胞行为联结G蛋白偶受体GPCRs构与功能结构跨膜1GPCRs是一类七次跨膜蛋白，包含七个α螺旋跨膜结构域结信号分子合2信号分子结合于GPCRs的细胞外结构域，引发构象变化G蛋白激活3构象变化导致GPCRs与G蛋白结合，激活G蛋白的α亚基信号通路激活4激活的G蛋白α亚基激活下游效应分子，如腺苷酸环化酶或磷脂酶C转导GPCRs信号通路cAMP通路GPCRs激活腺苷酸环化酶，生成cAMP，激活蛋白激酶A，调控基因表达酰磷脂肌醇通路GPCRs激活磷脂酶C，生成IP3和DAG，分别释放钙离子并激活蛋白激酶C酶联结构受体与功能结构结跨膜信号分子合1酶联受体通常由单次跨膜结构域组成，包信号分子结合于胞外配体结合域，引发受2含胞外配体结合域和胞内酶活性域体二聚化酶下游信号通路激活活性激活4激活的受体通过招募和激活下游信号分子，二聚化导致受体胞内酶活性域自磷酸化，3引发信号传递激活受体氨酶转导受体酪酸激RTKs信号结信号分子合1生长因子或其他配体与RTKs结合，引发受体二聚化自磷酸化2二聚化导致RTKs的胞内酪氨酸激酶域自磷酸化，激活受体信号蛋白招募3磷酸化的酪氨酸残基招募和激活下游信号蛋白，如Grb

2、SOS和PLCγ信号通路激活4激活的信号蛋白引发一系列下游信号通路，例如Ras/MAPK通路和PI3K/Akt通路RTKs下游信号分子激活Ras蛋白1被激活的RTKs通过Grb2和SOS激活Ras蛋白，启动Ras/MAPK通路PI3K2RTKs招募并激活PI3K，催化PIP2生成PIP3，启动PI3K/Akt通路PLCγ3RTKs激活PLCγ，生成IP3和DAG，引发钙离子释放和蛋白激酶C激活氨酶非受体酪酸激结构特征功能例子非受体酪氨酸激酶位于细胞质中，不与细它们磷酸化胞质蛋白或核蛋白，参与细胞Janus激酶JAK、Src家族激酶等胞膜结合，但可被细胞表面受体激活生长、发育、免疫和代谢等过程门离配体控子通道工作原理配体结合通道打开离子流通道关闭细胞内受体概述位置功能位于细胞质或细胞核中，与脂溶性信号分子结合通常作为转录因子，通过调节基因表达，影响细胞活动细胞内受体激素受体类固醇激素受体与性激素、肾上腺皮质激素等结合，调节基因表达甲状腺激素受体与甲状腺激素结合，影响代谢和生长发育细转导胞内受体信号通路进细激素入胞1脂溶性激素通过细胞膜进入细胞质结受体合2激素与细胞内受体结合，形成激素-受体复合物转核位3复合物进入细胞核，与DNA结合达调节基因表4复合物调控基因表达，产生特定蛋白质，改变细胞功能第二信使概述12样信号放大信号多性少量信号分子可以引发大量第二信使不同的第二信使可以激活不同的信号的产生，放大信号通路，实现信号的多样化3时间控制第二信使的产生和降解受严格控制，确保信号传递的及时性和精确性产cAMP生与作用产生作用由腺苷酸环化酶催化ATP生成，被GPCRs激活激活蛋白激酶A，磷酸化下游蛋白，调控基因表达和细胞功能产cGMP生与作用产生作用由鸟苷酸环化酶催化GTP生成，被某些GPCRs或NO激活激活蛋白激酶G，调节肌肉松弛、血管舒张和神经传递钙离转导IP3和子信号钙离IP3子由磷脂酶C催化PIP2生成，与内质网上作为第二信使，参与各种细胞活动，的IP3受体结合，释放钙离子例如肌肉收缩、神经传递和分泌转导DAG信号生成1由磷脂酶C催化PIP2生成，与细胞膜上的蛋白激酶C结合酶激活蛋白激C2DAG与钙离子协同作用，激活蛋白激酶C，磷酸化下游蛋白细应胞反3蛋白激酶C激活后，调控细胞生长、分化和凋亡等过程酰磷脂肌醇信号通路激活被GPCRs或RTKs激活，引发PIP2的磷酸化生成PIP3应效分子PIP3招募并激活下游效应分子，如PI3K和Akt功能参与细胞生长、生存、增殖和代谢等过程MAPK信号通路概述Ras激活信号分子1信号分子通过受体激活Ras蛋白，启动被生长因子、细胞因子或应激信号激活2MAPK通路细应级联应胞反反4ERK磷酸化下游蛋白，调控细胞增殖、分3Ras激活Raf、MEK和ERK等激酶，形成化和凋亡级联反应Ras蛋白在MAPK通路中的作用变功能突作为GTP酶，在活性状态下与下游信号分子结合，传递信号Ras基因突变会导致Ras蛋白持续处于活性状态，促进细胞增殖，与癌症发生相关酶Raf激MAPK通路中的关键激活被Ras激活，磷酸化MEK激酶，继续传递信号调节Raf激酶的活性受多种因素调节，例如蛋白质磷酸化、蛋白质结合和蛋白酶降解酶MEK激MAPK通路中的作用传递调节信号被Raf激酶磷酸化，进而磷酸化ERK激酶MEK激酶的活性受多种因素调节，例如蛋白质磷酸化和抑制剂结合酶ERK激MAPK通路中终执的最行者激活1被MEK激酶磷酸化，激活后进入细胞核达调基因表控2ERK磷酸化转录因子，调节基因表达，影响细胞增殖、分化和凋亡细应胞反3ERK的激活最终导致细胞产生特定反应，例如细胞生长、分化和凋亡MAPK通路生物学功能1细胞增殖MAPK通路激活促使细胞进入细胞周期，促进细胞增殖2细胞分化MAPK通路参与细胞分化，决定细胞的命运和功能3细胞凋亡MAPK通路可以诱导细胞凋亡，清除受损或多余的细胞4应激反应MAPK通路响应各种应激信号，例如氧化应激和DNA损伤PI3K/Akt信号通路概述PI3K激活1被RTKs或其他信号分子激活，催化PIP2生成PIP3Akt激活2PIP3招募并激活Akt激酶下游信号通路3Akt磷酸化下游蛋白，例如mTOR和GSK3β细应胞反4Akt的激活促进细胞生长、生存和代谢PI3K激活机制结受体合1信号分子与受体结合，引发受体二聚化招募PI3K2二聚化的受体招募PI3K，使其与受体结合磷酸化3受体磷酸化PI3K，使其激活催化PIP3生成4激活的PI3K催化PIP2生成PIP3，启动PI3K/Akt通路细Akt在胞生存中的作用进长调节谢抗凋亡促生代Akt抑制凋亡蛋白，如Bcl-2家族蛋白，促Akt激活mTOR通路，促进蛋白质合成，Akt参与葡萄糖代谢和脂类代谢的调节进细胞生存促进细胞生长mTOR信号通路概述mTORC1mTORC21响应营养信号和生长因子，促进蛋白质调节细胞骨架和细胞生存，并通过AKT2合成和细胞生长的磷酸化促进其活性mTORC1和mTORC2功能差异mTORC1mTORC2对氨基酸和生长因子敏感，促进蛋白质合成和细胞生长对生长因子和胰岛素敏感，调节细胞骨架和AKT的活性细胞凋亡信号通路概述外源性凋亡内源性凋亡由死亡受体激活，引发caspase级联由线粒体释放的细胞色素C激活反应，最终导致细胞凋亡caspase级联反应，导致细胞凋亡外源性凋亡通路死亡受体结配体合1死亡受体配体与死亡受体结合，引发受体三聚化头募集接蛋白2三聚化的受体募集接头蛋白，如FADD和TRADDcaspase-8激活3接头蛋白激活caspase-8，启动caspase级联反应细胞凋亡4caspase级联反应最终导致细胞凋亡线内源性凋亡通路粒体线变粒体膜通透性改细胞损伤或应激会导致线粒体膜通透性改变，释放细胞色素C凋亡体形成细胞色素C与Apaf-1和caspase-9结合，形成凋亡体caspase-9激活凋亡体激活caspase-9，启动caspase级联反应细胞凋亡caspase级联反应最终导致细胞凋亡级联应执caspase反凋亡行细caspase激活胞解体caspase是凋亡的关键执行者，通过级联反应被激活激活的caspase降解细胞蛋白，导致细胞解体和凋亡NF-κB信号通路概述NF-κB抑制信号分子激活1NF-κB通常与抑制蛋白IκB结合，处于失炎症因子或其他刺激激活IκB激酶2活状态NF-κB激活4IκB磷酸化IκB降解后，NF-κB被释放，进入细胞3激活的激酶磷酸化IκB，导致IκB降解核，激活炎症反应NF-κB激活机制TNFαIL-1LPS肿瘤坏死因子αTNFα结合其受体，激白细胞介素-1IL-1结合其受体，激活脂多糖LPS激活TLR4受体，激活NF-活NF-κB通路NF-κB通路κB通路应NF-κB在炎症反中的作用质达细组织复炎症介表免疫胞募集修NF-κB激活炎症介质的NF-κB促进炎症介质的NF-κB参与组织修复和基因表达，如TNFα、表达，招募免疫细胞到损伤的控制IL-1和IL-6炎症部位间扰信号通路之的串协应同效1不同的信号通路可以相互协同，增强细胞反应负馈调节反2一个信号通路可以抑制另一个信号通路，维持细胞稳态信号整合3多个信号通路可以整合，产生更复杂的细胞反应馈负馈调节正反与反馈正反一个信号通路放大自身信号，促进细胞反应负馈反一个信号通路抑制自身信号，防止过度反应转导信号异常与疾病12癌症糖尿病信号通路异常导致细胞不受控制地增胰岛素信号通路异常导致血糖升高，殖，形成肿瘤引起糖尿病3统免疫系疾病免疫信号通路异常导致免疫系统失调，引起自身免疫性疾病癌症中的信号通路异常长生因子信号通路凋亡信号通路如EGFR通路、Ras/MAPK通路，过度激活会导致细胞增殖失控如caspase级联反应，抑制会导致肿瘤细胞逃逸凋亡糖尿病中的信号通路异常胰岛素信号通路胰岛素抵抗导致胰岛素信号通路异常，导致血糖升高谢葡萄糖代通路葡萄糖代谢通路异常导致血糖无法正常利用统免疫系疾病中的信号通路异常自身免疫性疾病炎症性疾病免疫信号通路异常导致免疫系统攻击炎症信号通路异常导致炎症反应过度，自身组织，引起自身免疫性疾病引起慢性炎症性疾病药靶物点信号通路成分受体1阻断受体与信号分子结合，抑制信号传递酶激2抑制激酶活性，阻断信号通路转录因子3抑制转录因子的活性，阻断基因表达第二信使4抑制第二信使的生成或降解，调节信号强度针对药GPCRs的物动剂激与GPCRs结合，模拟信号分子的作用，激活受体剂拮抗与GPCRs结合，阻断信号分子的作用，抑制受体针对药RTKs的物单剂克隆抗体小分子抑制靶向受体，阻断信号分子结合或抑制受体活性抑制RTKs的酪氨酸激酶活性，阻断信号传递针对酶药激的物竞剂ATP争性抑制与激酶的ATP结合位点竞争，抑制激酶活性竞剂非ATP争性抑制与激酶的别构位点结合，抑制激酶活性转导信号研究方法概述123细胞培养与处理蛋白免疫印迹Western Blot免疫沉淀Immunoprecipitation用于研究细胞信号转导的体外模型，允许控制实验条件检测细胞内特定蛋白的表达量和磷酸化状态用于分离和富集特定蛋白质，进一步研究其相互作用和修饰456ELISA荧光显微镜流式细胞术检测细胞内特定蛋白或信号分子的浓度，评估信号通路活用于观察细胞内信号分子的定位和动态变化用于分析大量细胞内的信号分子表达和活性性7基因敲除/敲入技术研究特定基因的功能，揭示其在信号转导中的作用细养处胞培与理细养细处胞培胞理在体外培养细胞，提供可控的环境，用信号分子、药物或其他刺激处理细研究细胞信号转导胞，研究细胞反应蛋白免疫印迹Western Blot蛋白提取1从细胞或组织中提取总蛋白电离泳分2利用SDS-PAGE将蛋白按大小分离转蛋白移3将分离的蛋白转移到硝酸纤维素膜上抗体孵育4用特异性抗体与目标蛋白结合检测信号5用化学发光或荧光方法检测抗体结合的信号沉免疫淀Immunoprecipitation结抗体合用特异性抗体与细胞裂解液中的目标蛋白结合获蛋白捕利用Protein A/G磁珠捕获抗体-蛋白复合物涤洗洗涤磁珠，去除非特异性结合的蛋白离蛋白分从磁珠上洗脱目标蛋白，进一步分析应ELISA原理与用应原理用基于抗原-抗体反应，检测样本中特定蛋白的浓度检测信号分子、受体和下游信号分子的浓度，评估信号通路活性荧显镜细视光微胞信号可化荧针光探使用特异性荧光探针标记信号分子或受体，观察其在细胞内的定位实时动态观察可以观察信号分子在细胞内的动态变化，例如迁移和聚集细术细流式胞胞信号分析细选胞分数据分析根据细胞表面的信号分子表达量或细分析细胞群体内的信号分子表达水平胞内的信号通路活性，对细胞进行分和信号通路活性分布选术基因敲除/敲入技功能研究基因敲除1将特定基因从细胞或生物体内删除，研究该基因的功能基因敲入2将特定基因插入细胞或生物体内，研究该基因的功能信号通路研究3通过敲除或敲入信号通路中的关键基因，研究该通路的功能总结细转导胞信号的核心概念12信号识别信号传递细胞通过受体识别外界信号分子信号通过一系列蛋白质的级联反应传递到效应分子34细胞反应调节控制效应分子执行信号，导致细胞产生特定反应信号通路受到严格的调节控制，确保信号传递的精确性和有效性转导未来展望信号研究的新方向术复杂络疗新技网疾病治运用更先进的技术，例如单细胞测序、蛋研究多个信号通路之间的相互作用，揭示开发新的药物，靶向信号通路异常，治疗白质组学和代谢组学，深入研究信号转导信号转导网络的复杂机制各种疾病问环节答欢迎大家提问，我们一起探讨细胞信号转导的奥秘！。