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细胞信号转导异常与疾病. 病理生理教研室. 第一节 细胞信号转导系统概述. 细胞通讯 ( cell communication ): 指一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应反应的过程。 细胞通讯主要有三种方式: 1 细胞间隙连接 2 膜表面分子接触通讯 3 化学通讯. 膜表面分子接触通讯. 细胞间隙连接. 化学通讯. 化学通讯可分为 4 类:. 信号转导 ( signal transduction ): 指外界信号(如光、电、化学分子)与细胞细胞表面受体作用,通过影响细胞内信使的水平变化,进而引起细胞应答反应的一系列过程。

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slide1

细胞信号转导异常与疾病

病理生理教研室

slide2
第一节 细胞信号转导系统概述
  • 细胞通讯(cell communication):指一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应反应的过程。
  • 细胞通讯主要有三种方式:

1 细胞间隙连接

2 膜表面分子接触通讯

3 化学通讯

slide3

膜表面分子接触通讯

细胞间隙连接

化学通讯

slide5
信号转导(signal transduction):指外界信号(如光、电、化学分子)与细胞细胞表面受体作用,通过影响细胞内信使的水平变化,进而引起细胞应答反应的一系列过程。
  • 不同信号转导通路之间存在交差对话(cross talk)
slide6
一、细胞信号转导的基本过程和机制
  • ㈠信号的接受和转导
  • 细胞信号分子:

生物细胞所接受的信号既可以使物理信号(光、热、电流),也可以是化学信号,但是在有机体间和细胞间的通讯中最广泛的信号是化学信号。

从产生和作用方式来看可分为内分泌激素、神经递质、局部化学介导因子和气体分子等四类。

  • 受体:核受体

膜受体

slide7

控制信号转导蛋白活性的方式:

1.通过配体调节

2.通过G蛋白调节

G蛋白分子开关

3.通过可逆磷酸化调节

slide8

MAPK家族酶的激活

机制都通过磷酸化的

三级酶促级联反应

slide9

㈡信号对靶蛋白的调节

最重要的方式是可逆性的磷酸化调节

㈢膜受体介导的信号转导通路举例

以GPCR介导的信号转导通路为例

Gs 激活AC

Gi 抑制AC

Gq 激活PLCβ

G12 激活小G

蛋白RhoGEF

而激活小G

蛋白

slide10

1.通过Gs,激活AC,并引发cAMP-PKA途径

β肾上腺素能受体

胰高血糖素受体

激活Gs增加AC活性

使许多Pr特定Ser/Thr残基磷酸化从而调节物质代谢和基因表达

cAMP

PKA

进入核内PKA

激活靶基因转录

促进心肌钙转运

心肌收缩性增强

增加肝脏

糖原分解

slide11

2.通过Gi,抑制AC活性,导致cAMP水平降低,导致2.通过Gi,抑制AC活性,导致cAMP水平降低,导致

与Gs相反的效应

slide13

4.G蛋白-其他磷脂酶途径

5.激活MAPK家族成员的信号通路

6.PI-3K-PKB通路

7.离子通道途径

slide14
二、细胞信号转导系统的调节
  • 主要介绍受体调节

1.受体数量的调节

向下调节:受体数量减少

向上调节:受体数量增多

机制: 受体合成速度和/或分解速度变化

 膜受体介导的内吞与受体的再循环

 受体的位移或活性部位的暴露

配体与受体之间还存在异源性调节

slide15

Gs

Gs

P

P

P

P

Β抑制蛋白

Β抑制蛋白

2.受体亲和力调节

受体磷酸化与脱磷酸化

GRK

Gs

P

PKA

内吞

再循环

受体去磷酸化

低pH

降解

溶酶体

slide16

当体内某种激素/配体剧烈变化时,受体的改变可缓当体内某种激素/配体剧烈变化时,受体的改变可缓

冲激素/配体的变动,以减少有可能导致的代谢紊乱和对

细胞的损害。但过度或长时间刺激,使靶细胞对配体反

应性改变,可导致疾病的发生或促进疾病的发展;亦可

造成长期应用某一药物时出现药效减退。

 脱敏:受体接触激素/配体一定时间后其功能减退,

对特定配体的反应性减弱。

 高敏:受体接触激素/配体一定时间后其功能增强,

对特定配体的反应性增强。

slide17
第二节 信号转导异常的原因和机制
  • 一、信号转导异常的原因

㈠ 生物学因素

  • 通过Toll样受体介导

在病原体感染和炎症反应中起重要作用

  • 干扰细胞内信号转导通路

如霍乱弧菌引起的烈性肠道传染病

tlr toll like receptor

果蝇中与胚胎发育有关的编码蛋白

TLR4(1998),哺乳动物与宿主免疫有关的同源蛋白

TLR (Toll-like Receptor)

跨膜受体胞外部分:富含亮氨酸重复序列

胞内部分:与IL-1受体相似

c pg dna

真菌、酵母、细菌、螺旋体、支原体脂蛋白

LPS

病毒

dsRNA

TLR-1,6,10?

TLR-7,9

TLR-2

TLR-4

TLR-3

MyD88

MyD88

TIRAP

(TRIF?)

MyD88

TIRAP

TRIF

C pG-DNA

Cell

1

IRAK

TRAF6

IRF-3

MAPKK

IKK

IB/NFB

MAPK

(ERK, P38, JNK)

MyD88依赖性炎症基因转录

MyD88非依赖性诱导干扰素基因转录

IFN 

TNF

IL-1

IL-6

IFN

slide20

TNF

IL-1

IL-6

IFN  /

Cell

2

IL-1R

IL-6R

IFNR

TNFR1

(P55)

TNFR2

(P75)

IRAK

TRAF6

JAK1,2

TyK2

TRADD

TRAF2

TRAF1

JAK1

TyK2

FADD

RIP

TRAF2

IKK

MAPKK

STAT

1,3

STAT

1,2,4

TAK1

TAB1

Caspase

MAPK

NFB

APRF

ISGE STAT AAF

NFB

AP-1

JUN

?

INF

细胞

凋亡

炎症和

细胞激活

Ⅰ型急性期蛋白

Ⅱ型急性期蛋白

图4 TLR及其下游通路假设

slide21

霍乱弧菌产生分泌的外毒素(霍乱毒素),有选择性霍乱弧菌产生分泌的外毒素(霍乱毒素),有选择性

的催化Gsα亚基上的精氨酸201核糖化,使GTP酶活性丧

失,不能将GTP水解成GDP,从而使Gsα处于不可逆激活

状态,不断刺激AC生成cAMP,胞浆中的cAMP含量可增加至

正常的100倍以上,导致小肠上皮细胞膜蛋白构型改变,

大量氯离子和水分子持续转运入肠腔 ,引起严重腹泻

和脱水。

slide22
㈡ 理化因素
  • 体内某些信号转导成分是致癌物的作用靶点
  • 机械刺激
  • 电离辐射

㈢ 遗传因素

  • 染色体异常
  • 信号转导蛋白基因突变
  • 信号转导蛋白数量改变
  • 信号转导蛋白功能改变

失活性突变 如TSHR的失活性突变 TSH抵抗征

功能获得性突变 如TSHR的失活性突变 甲亢

slide23

显性负性作用(dominant negative effect):某些

信号转导蛋白突变后不仅自身无功能,

还能抑制或阻断野生型信号转导蛋白的

作用。这种作用被称为显性负性作用。

具有显性负性作用的突变体被称为显性

负性突变体(dominant negative mutant)。

组成型激活突变(constitutively activated mutation)

某些信号转导蛋白在突变后获得了自

发激活和持续性激活的能力。

slide24
㈣免疫学因素
  • 受体抗体产生的原因和机制

自身免疫性疾病:因体内产生抗受体的自身抗体而引起的疾病。

@ 重症肌无力

@ 自身免疫性甲状腺病

抗受体抗体的产生机制尚不清楚

  • 抗受体抗体的类型:

§ 刺激型抗体

§ 阻断型抗体

slide25

刺激型抗体:可模拟信号分子或配体的作用,激活特定的信号转导通路,使靶细胞功能亢进。刺激型抗体:可模拟信号分子或配体的作用,激活特定的信号转导通路,使靶细胞功能亢进。

如Graves病。

阻断型抗体:该抗体与受体结合后,可阻断受体与配体的结合,从而阻断受体介导的信号转导通路的效应,导致靶细胞功能低下。

如桥本病、重症肌无力。

㈤内环境因素

slide26
二、信号转导异常的发生环节
  • 无论是配体、受体或受体后信号转导通路的任何一个环节出现障碍都可能会影响到最终效应,使细胞增殖、分化、凋亡、代谢或功能失常,并导致疾病。

以尿崩症为例

ADHV2受体位于远端肾小管或集合管上皮细胞膜上,当ADH与受体结合时 激活Gs AC活性 PKA 使微丝微管磷酸化 促进位于胞浆内的水通道蛋白插入集合管上皮细胞管腔侧膜 管腔内水进入细胞 肾小管腔内的尿液浓缩 按逆流倍增机制 尿量减少

slide27

尿崩症的发生至少可由ADH作用的三个环节异常导致:尿崩症的发生至少可由ADH作用的三个环节异常导致:

  • ADH分泌减少 中枢性尿崩症
  • ADH-V2受体变异
  • 肾小管上皮细胞水通道蛋白(AQP2)异常

集合管上皮细胞对ADH的反应性降低

家族性尿崩症

不同受体介导的信号转导通路存在cross-talk

并非所有的信号转导蛋白异常都能导致疾病

slide28
第三节 细胞信号转导异常与疾病
  • 一、受体、信号转导障碍与疾病
  • 受体数量减少
  • 受体亲和力降低
  • 受体阻断型抗体的作用
  • 受体功能所需的协同因子或辅助因子缺陷
  • 受体功能缺陷
  • 受体后信号转导蛋白的缺陷

特定信号转导过程减弱或中断

激素抵抗征

slide29
㈠ 雄激素受体缺陷与雄激素抵抗征

原因和机制:

AR减少和失活性突变

AIS可分为:

男性假两性畸形

特发性无精症和少精症

延髓脊髓性肌萎缩

slide30
㈡胰岛素受体与胰岛素抵抗性糖尿病

1.遗传性胰岛素受体异常,包括

  • 受体合成减少
  • 受体与配体的亲和力降低,如受体精氨酸735突变为丝氨酸
  • 受体TPK活性降低,如甘氨酸1008 突变为缬氨酸,胞内区
  • TPK结构异常

2.自身免疫性胰岛素受体异常

血液中存在抗胰岛素受体的抗体

slide32
二、受体、信号转导过度激活与疾病

信号转导通

路过度激活

  • 某些信号转导蛋白过度表达
  • 某些信号转导蛋白组成型激活突变
  • 刺激型抗受体抗体

如肢端肥大症和巨人症

分泌生长激素(GH)过多的垂体腺瘤中,有30—40%是由于编

码Gsα的基因突变所致,其特征是Gsα的精氨酸201被半胱氨

酸或组氨酸取代;或谷氨酰胺227被精氨酸或亮氨酸取代,这些

突变抑制了GTP酶活性,使Gsα处于持续激活状态,cAMP含量增

多,垂体细胞生长和分泌功能活跃。

slide33
三、多个环节的信号转导异常与疾病
  • ㈠肿瘤

1.促细胞增殖的信号转导过强

⑴ 生长因子产生增多

多种肿瘤组织能分泌生长因子

⑵受体的改变

①某些生长因子受体表达异常增多

如多种肿瘤组织中发现有编码EGFR的原癌基因c-erb-B的扩增及EGFR的过度表达

②突变使受体组成型激活

如多种肿瘤组织中证实有RTK的组成型激活

slide34

⑶细胞内信号转导蛋白的改变

如小G蛋白Ras的基因突变 使Ras自身GTP酶活性下降 造成Ras-Raf-MEK-ERK通路的过度激活 导致细胞的过度增殖与肿瘤的发生。

2.抑制细胞增殖的信号转导过弱

生长抑制因子受体减少、丧失

受体后信号转导通路异常

细胞的生长负调控机制减弱或丧失

slide35

TGF-β途径

(TGF-β)2

Betalycn

Endoglin

细胞膜

GS

Smad2

SARA

Smad6,7

(—)

Smad2

-P

Smad4

胞浆

Smad2

-P

Smad4

P300

Fast2

P300

P15、P21

核膜

-P

Smad4

Smad2

Fast2

slide36

㈡高血压心肌肥厚

说明信号转导在疾病发展中的作用

  • 1.促心肌肥厚的信号:
  • 牵拉刺激 直接导致信号转导、基因表达改变
  • 促进分泌生长因子、细胞因子
  • 激素信号 CA、AngⅡ、ET-1↑ GPCR
  • 细胞增殖
  • 局部体液因子 TGF-β FGF

2.激活的信号转导通路

slide37

心肌细胞被拉长、

膜变形

PI-3K

Na+内流↑

JAK-STAT

细胞膜Na+/H+交换蛋白磷酸化

H+外流增加、

Na+内流增加

slide38

㈢炎症

㈣其他疾病