第十章 wnt 与 notch 信号转导
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第十章 Wnt 与 Notch 信号转导. adaptor protein • 无酶活性 • 无转录活性 • 含有 SH2 、 SH3 域等保守性结构域 以及 PTB 、 WW 、 PH 、 PDZ 域等 • 含有 Pro 和 Tyr 模体,分别与互补蛋白分子中 SH3 和 SH2 域结合 • 介导蛋白质 - 蛋白质间的相互作用. SH 2 结构域 能与酪氨酸残基磷酸化的多肽链结合 。 SH 3 结构域 能与富含脯氨酸的肽段结合。 PH 结构域 (pleckstrin homology domain) - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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第十章Wnt 与 Notch
信号转导
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adaptor protein
• 无酶活性 • 无转录活性 • 含有 SH2 、 SH3 域等保守性结构域 以及 PTB 、 WW 、 PH 、 PDZ 域等 • 含有 Pro 和 Tyr 模体,分别与互补蛋
白分子中 SH3 和 SH2 域结合 • 介导蛋白质 - 蛋白质间的相互作用
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SH2 结构域
能与酪氨酸残基磷酸化的多肽链结合 。SH3 结构域
能与富含脯氨酸的肽段结合。PH 结构域 (pleckstrin homology domain)
能与 G 蛋白的 βγ 复合物结合 , 还能与肌醇磷脂结合 。
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一、 Wnt 信号通路Wnt 信号转导途径 • 由 Wnt 基因调控的信号转导系统 • 进化保守 • 主要来自果蝇、爪蟾、线虫和哺乳动
物的研究 • 在胚胎发育、器官形成中起作用 • 参与肿瘤的形成
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( 一 ) Wnt 信号通路组成及信号转导途径
Wnt : 1982 年发现, MMTV 插入 (insertio
n)
该基因时,诱发小鼠乳腺癌。
(int-1 癌基因 )
1991 年发现,相当于果蝇的 Wingless
(Wg) 基因
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Wnt 信号通路的主要成员 • Wnt 蛋白 ( 配体 )
• Wnt 受体 • Dsh/Dvl 蛋白 • 多蛋白复合体 — β- 连环蛋白 — GSK-3β
— 轴蛋白 — APC
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Wnt 蛋白:
• 属于原癌基因家族编码的产物
• 分泌性糖蛋白的大家族
• 是信号转导分子的主要家族之一
• 人类细胞含有 19 种 wnt 基因
• 尽管结构相似,但功能不同
• 具有不同的生物学活性
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Wnt 受体: — Frizzled 家族蛋白 — 低密度脂蛋白受体相关蛋白Frizzled 家族蛋白: • 7 跨膜蛋白 • 胞外 Cys 富集域和跨膜域高度保守 • 人类有 10 个成员 • 功能和配体特异性不同
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低密度脂蛋白受体相关蛋白: ( Low density lipoprotein receptor
related protein , LRP )
• 单跨膜蛋白 • 胞外域直接结合 Wnt 蛋白 • Wnt 辅受体 • 胞内部分结合轴蛋白 • 哺乳动物的两个同源体 — LRP5 、 LRP6
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Dsh/Dvl 蛋白:
• 胞质蛋白 • Wnt 信号转导的正性调节物 • 受体复合体的下游 • β- 连环蛋白的上游 • 哺乳动物的 3 个同源体 — DVI 1~3 • 含有 CK1 、 CK2 和轴蛋白结合部位
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PDZ 域: 其名称来自于含有同样重复序列的 3 种蛋白 • PSD 95
• 果蝇盘状巨大肿瘤抑制蛋白 Dlg
• 哺乳动物闭锁小带蛋白 ZO-1
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多蛋白复合体: β- 连环蛋白 (β- catenin : • 首先作为与 E- 钙依粘连蛋白的胞质域
相互作用的人类蛋白被提出 • 与果蝇的 Arm 和爪蟾的 β- 连环蛋白同
源 • Wnt 信号转导的重要中介物 • N 端 — 调节其稳定性 C 端 — 转录激活作用
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轴蛋白 (Axin:
• 起支架蛋白的作用 • Wnt 信号转导的负性调节物 • 小鼠的同源物称为 Conductin
• 哺乳动物有 2 个同源体
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GSK-3β ( glycogen syntase kinase -3β :
• Ser/Thr 蛋白激酶 • 组成性激酶活性 • Wnt 信号转导途径中的关键酶 • 人类的同源物
— GSK-3α 、 GSK-3β
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APC ( Adenomatous polyposis coli :
• 抑癌基因编码产物 • 含有几个不同保守结构域的大分子蛋白 • 具有许多重要的生物学功能 • 在 Wnt 信号转导途径中起重要作用
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Tcf/Lcf : • 是一类具有相关的 HMG 盒的转录因子 • 已鉴定出 4 个人类同源物 • 识别同一 DNA 序列 • 表达具有组织特异性 • 以复合体形式发挥作用 • 没有 Wnt 信号时,与辅阻遏物结合,
抑制靶基因的转录
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Wnt 通路的胞内信号至少可分为 4 个分支:
• 典型 Wnt/ β- 连环蛋白信号通路
• 平面细胞极性通路
• Wnt/Ca2+ 通路
• 调节纺锤体的方向和非对称细胞分裂的胞内通路
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1. 典型 Wnt/ β- 连环蛋白信号通路 (canonical Wnt/ β-catenin pathway
Wnt 配体↓
Frizzled, LRP↓
Dsh/Dvl↓
多蛋白复合体↓
β- 连环蛋白
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说明:• β- 连环蛋白的稳定性与其磷酸化状态有
关 • Dsh/Dvl 蛋白可抑制 GSK-3β 活性• CKⅠε 是调节 β- 连环蛋白稳定的一个关
键正性调控分子• 核内的 β- 连环蛋白与 Tcf/Lef 家族的转
录因子相互作用,激活 Wnt 靶基因转录• 已知的 Wnt 靶基因有 50 多个
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2. 平面细胞极性通路 (the planar cell polarity pathway
• 激活 JNK 并指导非对称细胞骨架形成及细胞形态的协同极化
• 不依赖于 β- 连环蛋白• 涉及 GTP 酶 Rho 和 JNK 相关级联分子• Nkd 蛋白是 Wnt 信号的拮抗分子 但能激活 JNK
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Wnt
DIX PDZ DEP Dsh
Zw3APCAxin
Arm
Fz/dFz2
TCF
Rho,Rac
基因转录
细胞骨架 JNK级联
细胞平面极性
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3. Wnt/Ca2+ 通路 • 最初证据来源于斑马鱼和爪蟾的研究 • Wnt-5A 能刺激细胞内 Ca2+ 的释放 • 有 Frizzled-2(Rfz-2) 参与 • Ca2+ 激活 CaMKⅡ和 PKC
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Wnt
FrizzledPKCPLC
DAG
PI3
[Ca2+]i
CaMKⅡ
细胞反应
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4. 调节纺锤体的方向和非对称细胞分裂 的胞内通路
• 有 GSK-3β 和 APC 参与 • 神经上皮细胞沿平面轴进行对称分裂,
通过非对称细胞分裂产生神经母细胞。 • 神经上皮黏附连接的完整性与平面极
化有关,且需要 APC 和 EB1 的参与 • Frizzled 是有丝分裂纺锤体转动的其始
因子
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(二 ) Wnt 信号与胚胎体轴和中胚层模式 的建立
体轴的形成需要 β- 连环蛋白以及 W
nt/ β- 连环蛋白通路的其他信号分子参与。 • 背前侧 β- 连环蛋白的聚集 — 最早标志
• β- 连环蛋白的过表达,可诱导胚胎产生额外体轴。
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• β- 连环蛋白调节的典型 Wnt 信号参与前后轴的形成
• β- 连环蛋白敲除的胚胎, 可发生细胞的错误定位,从而不能形成中胚层。
• 抑制 Wnt 信号是脊椎动物体廓形成后期阶段的关键因素。
• Wnt拮抗分子能诱导头的形成。
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(三 ) Wnt 信号与器官发生 ※Wnt 信号参与大脑的形成
• Wnt3a敲除的小鼠胚胎,大脑海马回发育受损
• Lef 纯合子突变可导致小鼠胚胎缺少全部海马回
• Wnt/ Lef/tcf 基因协同作用,共同参与大脑海马回的发育。
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※ Wnt 信号参与生长锥的重建和多突触球状环 (苔状神经纤维与颗粒细胞相接触时 ) 的形成。
参与轴突形成的起始过程: • Wnt7a 能诱导苔状神经纤维中轴突和生长锥的重建
• Wnt7a 能诱导突触素Ⅰ的汇集
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※Wnt 信号参与脊椎动物的肢体起始和顶端外胚层脊的形成
• 三种 Wnt 信号分子 ( Wnt2b 、 Wnt3a 、Wnt8c) 是信号转导的关键诱导者。
• 依赖于与 FGF 信号通路的对话 • FGF 与 Wnt 信号的信息交流也与内耳
的形成有关。
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(四 ) Wnt 信号与细胞特化和干细胞分化 干细胞 • 存在于多种组织 • 分化为多种细胞类型的多潜能细胞 • 受刺激时,产生祖细胞 • 最终成为终末分化细胞 Wnt 信号 / β- 连环蛋白信号通路控
制了皮肤干细胞的分化。
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• 皮肤干细胞存在于毛囊膨突 — 毛囊角质细胞 — 毛囊间表皮 • β- 连环蛋白基因缺失,阻止毛囊细胞
系分化 • β- 连环蛋白与 LEF-1 和 TCF-3协同作
用调节皮肤干细胞向毛囊分化
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(五 ) Wnt 信号与肿瘤发生 • 早期证据 — 小鼠乳腺癌 • 乳腺癌 — Wnt 通路异常 • 结肠癌、黑色素瘤、原发性肝癌 — 信号通路中成分变化 即: APC 、轴蛋白、 β- 连环蛋白的突变或缺失
• Wnt 通路的激活突变是小肠早期恶性前病变的主要遗传改变。
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正常结肠上皮细胞 结肠癌细胞
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二、 Notch 信号通路 • Notch 基因编码高度保守的细胞表面受体 • Notch 信号影响细胞正常形态发生的多个过程
— 多能祖细胞的特化 — 细胞凋亡 — 细胞增殖 — 细胞边界形成
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( 一 ) Notch 信号通路成员
• Notch 配体 — DSL 家族 • Notch 受体 • 转录因子 CSL
• 调节因子 • 加工或调节因子 • Notch 信号靶分子
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Notch 配体: • Delta/Serrate/LAG-2 — DSL 家族 • 单次跨膜蛋白 • 起始 Notch 信号Notch 受体: • 以二聚体形式存在 • 两个亚基 — 胞外亚基 (ECN)
— 跨膜亚基 (NTM)
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胞外亚基含有: EGFR: 结合配体 LNR: 阻止受体异常激活跨膜亚基中的 ICN : RAM: 结合转录因子 CSL
ANK : 同源性最高 PEST 序列 : 差异性最为明显人 NCR: 具有调节功能活性 TAD: 转录激活作用
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转录因子 CSL : • CBF1/RBP-Jκ — 哺乳类 • Su (H) — 果蝇 • LAG1 — 线虫调节因子: • FNG — 胞外 • Dtx — 胞内 • Numb — 胞内
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加工或调节因子: 起始或调节受体的蛋白裂解 • 早老素 • 金属蛋白酶等 Notch 信号靶分子: • Hairy/En(spl) — 果蝇 • Hes1 和 Hes5 — 人类
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(二 ) 配体诱导的 Notch 信号通路
• 相邻细胞相互交流信息 • 参与许多发育过程 • Notch 的受体作用和转录因子相连
蛋白的功能
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