RTK-Ras-MAPK信號轉導通路
來源/作者:中國標準物質網  日期:2015-09-09

小分子量G蛋白家族成員之-Ras,是RTK介導的信號通路中的一種關鍵組分,參與細胞生長調控和增殖,還影響細胞分化、形態發生和凋亡;罨氖荏w酪氨酸激酶的信號跨膜傳遞到Ras蛋白,通過蛋白激酶的級聯反應傳送到細胞核。這條通路由促細胞分裂信號如生長激素類激活,所以被稱為絲裂原活化蛋白激酶通路(mitogenic activated proteinkinase pathway, MAPK通路)。

受體型RTK-Ras-MAPK信號轉導途徑,是細胞外信號傳遞到細胞核內的重要通道,組成和轉導過程可簡單總結為:配體(例如生長因子)→受體型酪氨酸蛋白激酶RTK→含有SH2/SH3結構的接頭蛋白(例如Grb2 )→鳥苷酸釋放因子(例如SOS)→Ras蛋白→MAPK鏈→生物學效應。

受體型酪氨酸蛋白激酶的活化

受體型RTK大多屬于細胞生長因子受體及某些癌基因編碼的產物,例如胰島素受體、表皮生長因子受體、血小板衍生生長因子受體等。當配體與受體胞外區結合后,引起相鄰的受體發生二聚化,進而受體胞內區的TK被激活,彼此將對方的某些酪氨酸殘基磷酸化,導致受體活化。

活化的受體識別含SH2結構域的接頭蛋白

在受體型RTK-Ras-MAPK信號轉導途徑中,接頭蛋白Grb2通過其SH2結構域識別并結合到活化RTK的磷酸化酪氨酸殘基上,在RTK與下游信號蛋白之間架起一座橋梁。Grb2除含有一個SH2結構域外,同時還具有兩個SH3結構域。SH3富含脯氨酸,由約60個氨基酸殘基構成,它的功能是識別并結合下游的另一個信號蛋白分子——鳥苷酸交換因子,即SOS (son of sevenless ),識別部位是SOS中富含脯氨酸的區段。Grb2通過與SOS緊密結合,經核昔酸交換,將信號傳遞到Ras。在Grb2-SOS復合體中,Grb2的作用是偶聯受體酪氨酸激酶和Ras蛋白。

在SOS的作用下激活Ras蛋白

(1)鳥苷酸交換因子SOS 在活化的RTK與Ras蛋白之間發生的信號傳遞由鳥苷酸交換因子SOS介導,SOS和接頭蛋白Grb2結合形成的復合物構成了激活受體與Ras蛋白之間的連接結構。在細胞靜息狀態時,Grb2通過兩個SH3結構域與SOS結合成復合物,存在于胞漿中。當RTK受體被激活時,通過Grb2 N端的SH2結構域將Grb2-SOS復合物與受體相連,并將其移至細胞膜上募集SOS,提高SOS在質膜上的局部濃度。SOS具有核昔酸轉移酶的活性,在它的作用下激活下游靶蛋白Ras蛋白。Grb2-SOS復合物從胞漿重定位到胞膜可能是激活的受體與Ras蛋白結合的限速步驟,當兩種蛋白都到達細胞膜時激活信號傳遞,Ras蛋白處于“開”的狀態。

(2) Ras蛋白 Ras蛋白由一條多肽鏈構成.是一個分子質量為21kD的單體GTP酶。由原癌基因ras編碼而得名,它是RTK信號轉導通路中的主要成員。Ras蛋白是膜結合型蛋白,性質類似于G蛋白的Ga亞基,但其分子量小,由約170個氨基酸殘基構成,故又稱為小G蛋白。Ras蛋白上具有與GTP或GDP結合的部位,當其與GDP結合時為失活型,與GTP結合時為激活型。當SOS被募集到細胞膜,并與底物Ras蛋白靠近時,在SOS核苷酸轉移酶的作用下,GDP脫落同時結合 GTP, Ras蛋白即被活化。

只有GTP結合型的Ras能夠給下游傳遞信號,所以GTP結合型的持續時間非常重要,這是由GTP的水解速率決定的。單就Ras蛋白來講,其GTP水解的固有速率很低,與GDP形成的復合體解離也十分緩慢。但在信號傳遞的過程中,Ras特異性的鳥昔酸交換蛋白(G-nucleotide exchange proteins, GEF)和GTP酶激活蛋白(GTPaseactivatingprotein, GAP)加速這兩個過程,成為Ras蛋白轉換開關的關鍵成分。

啟動MAPK級聯反應

在受體型RTK-Ras-MAPK信號轉導途徑中,激活的Ras蛋白的下游信號蛋白是絲氨酸/蘇氨酸特異性蛋白激酶Raf。 Raf激酶是MAPK信號系統的組成部分,它的活化可引發蛋白質磷酸化級聯反應。MAPK系統包括MAPK(絲裂原激活蛋白激酶)、MAPKK (MAPK激酶)、MAPKKK (MAPKK激酶)。這是一組酶兼底物的蛋白質分子,不同蛋白激酶在MAPK級聯系統中的位置取決于其底物特異性。

(1) MAPKKK (Raf) MAPKKK具有絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶活性,它可將MAPKK磷酸化而激活,是進入MAPK信號轉導的起始點。Raf蛋白是代表性的酶,由GTP結合型Ras蛋白激活后,使下游MAP-KK蛋白的兩個絲氨酸殘基磷酸化。Raf是MAPK級聯反應的第一個分子,由此啟動MAPK的三級級聯反應。Ras蛋白本身無蛋白激酶活性,如何使MAPKKK發生磷酸化這一點尚未獲得明確證實,可能和蛋白激酶C (PKC)的參與有關。

(2) MAPKK (MEK) MAPKK是一種蘇氨酸/酪氮酸蛋白激酶,屬一類特殊的蛋白激酶,對蛋白底物磷酸化位點上的氨基酸殘基具有雙重特性,它可以使位于其下游MAPK的蘇氨酸和酪氨酸殘基磷酸化而激活。這些磷酸化的位點被稱為MAPK的“TEY”特征順序。在受體型RTK-Ras-MAPK信號轉導途徑中,屬于MAPKK的蛋白是MEK.。Raf作用于MEK,使之磷酸化而活化;罨腗EK再作用于屬于MAPK家族的ERK,使其磷酸化而活化。

(3) MAPK (ERK) MAPK是一種具有雙重催化活性的蛋白激酶,既可催化絲氨酸/蘇氨酸殘基磷酸化,又能催化酪氨酸殘基磷酸化。因此它具有廣泛的催化活性,介導許多重要的生物學效應。根據序列同源性、上一級MEK和輸入信號不同,MAPK被分成不同亞型。在受體型RTK-Ras-MAPK信號轉導途徑中,屬于MAPK的蛋白是ERK。ERK含有一個TXY序列,MEK將TXY磷酸化后使其激活。TXY模體是活化環的一部分,經MEK磷酸化后,通過解除結合底物的位阻和催化位點的重組,激活MAPK。

MAPK介導的生物學效應

活化的ERK可同時將信號傳遞到細胞核和細胞質底物。它具有廣泛的催化活性,介導許多重要的生物學效應。

(1) 磷酸化胞質蛋白磷脂酶A2 (cPLA2)是ERK的細胞質底物。ERK磷酸化cPLA2的絲氨酸殘基,激活磷脂酶使花生四烯酸和磷脂的釋放增加,形成彌散性信號分子,或生成第二信使分子的前體。

ERK蛋白的一個重要細胞質底物是90kD核糖體S6激酶(RSK),又稱MAPK-活化蛋白激酶1,其激活是通過活化環的磷酸化。RSK有許多細胞功能,包括磷酸化轉錄因子CREB和NF-kB,以及磷酸化核糖體蛋白S6刺激蛋白質生物合成。

(2)磷酸化核內轉錄因子,調節基因轉錄MEK介導的ERK磷酸化可激活ERK形成二聚體,進而轉位進入細胞核,磷酸化和激活各種轉錄因子。轉錄因子Elk-1就是其細胞核底物之一,可被ERK通路正調節。Elk-1可與血清反應因子一起結合到血清反應元件,后者是高等真核細胞中多種基因的調節序列。另外,ERK刺激c-Fos、c-Jun轉錄因子形成轉錄因子AP1,該因子與c-myc基因旁的特異的DNA序列結合,從而啟動轉錄。c-myc基因產物也是轉錄因子,它能激活其他基因。最終,這些信號集中起來誘導D型cyclin的表達和活性。D型cyclin與cyclin依賴性激酶(如CDK4和CDK6)形成復合體,該復合體的形成促使細胞從G1期進入S期。

【關鍵詞】RTK-Ras-MAPK 信號 轉導通路
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