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第五章 细胞通讯. SH 结构域 (SH domain) SH 结构域是“ Src 同源结构域” (Src homology domain) 的缩写 ( Src 是一种癌基因 , 最初在 Rous sarcoma virus 中发现 ) 。这种结构域是能够与受体酪氨酸激酶磷酸化残基紧紧结合 , 形成多蛋白的复合物进行信号转导。 SH2 大约由 100 个氨基酸组成。 SH2 结构域能够与生长因子受体 ( 如 PDGF 和 EGF) 自我磷酸化的位点结合。
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第五章 细胞通讯 • SH结构域(SH domain) • SH结构域是“Src同源结构域”(Src homology domain)的缩写(Src是一种癌基因,最初在Rous sarcoma virus 中发现)。这种结构域是能够与受体酪氨酸激酶磷酸化残基紧紧结合,形成多蛋白的复合物进行信号转导。 • SH2大约由100个氨基酸组成。SH2结构域能够与生长因子受体(如PDGF和EGF)自我磷酸化的位点结合。 • 含有SH2结构域的蛋白也常常含有SH3结构域。SH3结构域最初也是在Src中鉴定到的由50个氨基酸组成的组件,后来在其他一些蛋白质中也发现了SH3结构域。SH3能够识别富含脯氨酸和疏水残基的特异序列的蛋白质并与之结合,从而介导蛋白与蛋白相互作用。 • 神经递质 (neurotransmitters) 神经递质是从神经细胞的特殊部位突触(synapses)中释放出来的信号分子，在它们作用于靶细胞之前，突触必须同靶细胞挨得很近很近，这是因为神经递质扩散的距离有限。另外，为了引起邻近靶细胞的反应，还必须产生一种电信号,所以神经递质仅作用于与之相连的靶细胞。神经递质释放后, 作用速度快, 部位精确, 维持时间短, 与受体的亲和力低。由于神经递质是神经细胞分泌的,所以这种信号又称为神经信号(neuronal signaling)。
GTP结合蛋白(GTP binding protein, G蛋白) • 与GTP或GDP结合的蛋白质,又叫鸟苷酸结合调节蛋白(guanine nucleotide-binding regulatory protein)。从组成上看,有单体G蛋白(一条多肽链)和多亚基G蛋白(多条多肽链组成)。G蛋白参与细胞的多种生命活动,如细胞通讯、核糖体与内质网的结合、小泡运输、蛋白质合成等。 • G蛋白偶联系统中的G蛋白是由三个不同亚基组成的异源三体,三个亚基分别是α、β、γ, 总相对分子质量在100kDa左右, β亚基为36 kDa左右, γ亚基为8-11kDa左右。β、γ两亚基通常紧密结合在一起, 只有在蛋白变性时才分开,鸟苷结合位点位于α亚基上。此外,α亚基还具有GTPase的活性结构域和ADP核糖化位点。G蛋白属外周蛋白, 它们在膜的细胞质面通过脂肪酸链锚定在质膜上。G蛋白是一个大家族, 目前研究得较多的是Gs (转导激素对腺苷酸环化酶的活化过程)、Gi (转导激素对腺苷酸环化酶的抑制作用), 另外还有其他的一些三体G蛋白。G蛋白有多种调节功能, 包括Gs和Gi对腺苷酸环化酶的激活和抑制、对cGMP磷酸二酯酶的活性调节、对磷脂酶C的调节、对细胞内Ca2+浓度的调节等。 另外还参与门控离子通道的调节。
Ras蛋白(Ras protein) • Ras是大鼠肉瘤(rat sarcoma,Ras)的英文缩写。Ras蛋白是原癌基因 c—ras的表达产物，相对分子质量为21kDa，属单体 GTP结合蛋白，具有弱的 GTP酶活性。Ras蛋白的活性状态对细胞的生长、分化、细胞骨架、蛋白质运输和分泌等都具有影响，其活性则是通过与GTP或GDP的结合进行调节。 • Ras的活性受两个蛋白的控制,一个是鸟苷交换因子(guanine nucleotide exchange factor, GEF),它的作用是促使GDP从Ras蛋白上释放出来,取而代之的是GTP,从而将Ras激活,GEF的活性受生长因子及其受体的影响。另一个控制Ras蛋白活性的是GTP酶激活蛋白(GTPase activating protein, GAP),存在于正常细胞中,主要作用是激活Ras蛋白的GTP酶，将结合在Ras蛋白上的 GTP水解成GDP，成为失活型的 Ras蛋白—GDP。所以在正常情况下，Ras蛋白基本上都与 GDP结合在一起，定位在细胞质膜内表面上。
EGF是怎样通过Ras进行信号级联放大的? • EGF与相应的受体结合导致受体二聚化，并引起细胞质结构域的酪氨酸自我磷酸化。磷酸酪氨酸作为Grb2蛋白的SH2结构域的结合位点同Grb2蛋白结合。Grb2通过两个SH3结构域与Sos蛋白结合并将Sos激活。激活的Sos同结合在质膜中的非活性状态的 Ras作用，促使Ras蛋白结合的GDP释放，结合上GTP。在此过程中， Grb2蛋白起连接蛋白的作用，将激活的受体与Ras连接起来。Ras蛋白激活后能够与Raf蛋白结合。Raf蛋白是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，又称为MAPKKK(MAP kinase kinase kinase)。Raf能够磷酸化MEK蛋白激酶(MEK又称为MAPKK)，MEK则磷酸化MAPK(促分裂原活化蛋白激酶)。激活后的 MAPK进入细胞核内使一些转录因子磷酸化，如Fos、Jun、Myc等。磷酸化的转录因子与DNA结合的亲和力大大增加，增强了特异基因的转录。 • Ras蛋白处于活化状态的时间很短，大约30分钟，其内在的GTP酶活性很快使其恢复到非活性状态。Ras信号转导的解除主要是通过特异磷酸酶将被磷酸化激活的激酶中的磷酸基团除去。 • Ras信号转导途径与细胞的生长分裂有相当大的关系，并且与细胞的癌变密切相关。已经发现参与Ras信号转导的许多蛋白或酶与癌的发生有关，有些参与癌基因的诱导表达。在Ras途径中，只要是与癌基因诱导表达有关的蛋白的突变，都会导致癌变。如Ras蛋白发生了变异，其构象随之改变，造成GAP不能识别和激活Ras蛋白的GTP酶活性，因此癌细胞中Ras蛋白既可与GTP结合，也可与GDP结合，这在总体上改变了细胞生长状况，使之异常增殖。
什么是G蛋白循环(G protein cycle)? 与哪些蛋白相关? • G蛋白能够以两种不同的状态结合在细胞质膜上。一种是静息状态,即三体状态,此时的α亚基上结合的是GDP。另一种是活性状态,此时的α亚基上结合的是GTP,并且α亚基已与Gβγ亚基分开,而同某一特异蛋白结合在一起,引起信号转导。如果GTP被水解成GDP, 则G蛋白又恢复成三体的静息状态,因为此时在α亚基上结合的是GDP而非GTP。G蛋白由非活性状态转变成活性状态,尔后又恢复到非活性状态的过程称为G蛋白循环。G蛋白的这种活性转变与三种蛋白相关联: • ①GTPase激活蛋白(GTPase-activating protein,GAPs) 大多数G蛋白具有催化所结合的GTP水解的能力,但是这种能力在与GAPs相互作用时会大大提高,由于GAPs的作用加速了GTP的水解, 因而GAPs能够缩短G蛋白介导应答的时间。 • ②鸟苷交换因子(guanine nucleotide-exchange factors,GEFs) 与失活G蛋白结合的GDP被GTP替换后,G蛋白就会转变成活性状态。GEFs是促进GDP从G蛋白上解离的蛋白因子,一旦GDP被释放,G蛋白很快就会与GTP结合,因为细胞中的GTP的浓度很高，所以GEFs能够激活G蛋白。 • ③鸟苷解离抑制蛋白(guanine nucleotide-dissociation inhibitors,GDIs) GDIs的作用是抑制结合的GDP从G蛋白释放出来, 所以GDIs可保持G蛋白处于非活性状态。
