信号传导与肿瘤.ppt

信号传导与肿瘤,Nobel prizes awarded for research in signal transduction,一、细胞信号传导 1.信号传导的基本组成 2.主要信号传导通路（pathway）3.信号传导的调控二、肿瘤信号传导 1.肿瘤信号传导异常 2.信号传导在肿瘤治疗中的应用三、问题与发展趋势,细胞信号传导,真核细胞生物 形成独特的细胞结构 保持与外环境适时、适当的应变关系？维持细胞之间精确、协调的相互关系？生物化学网络系统,信号传导系统,信号传导（signal transduction）细胞将来自细胞外的刺激信号通过一定的机制转换成细胞应答反应的过程。即细胞外因子通过与受体（膜受体或核受体）结合，所引发细胞内的一系列生物化学反应，直至细胞生理反应所需基因的转录表达开始的过程。,signal,cell,change,增殖分化代谢应激凋亡,cellular signal transduction,or or lostdisease,处理器,感应器,信 号,凋亡,增殖分化凋亡,基因复制、转录,基本主成,第一信使,受 体,效应器,细胞效应,信号转导途径,第一信使,ligand（配体)活动于细胞外的一些生物活性物质，能与受体特异性结合，在细胞间传递信息。神经递质、内分泌激素、免疫球蛋白、细胞因子类、生长因子类、粘附分子等,生长因子（以刺激细胞生长的多肽）：生长因子受体都具有酪氨酸激酶活性；多样性；刺激细胞生长；特异性；家族性；交叉性。细胞因子：包括白介素，血细胞刺激因子，干扰素等；最主要的特点是：他们的受体本身不具有激酶活性激素、神经递质等：包括生长激素、乙酰胆碱、肾上腺素等。共同特点是通过G蛋白联结受体传递信号,抗原：各种抗原可通过与淋巴细胞膜受体结合，刺激淋巴细胞活化，进一步引起免疫效应。肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor,TNF):引起细胞调亡,细胞粘附因子cell adhesion molecules（CAMs）,粘附因子：细胞与细胞、细胞与基质的相互粘附作用在胚胎发育、炎症、伤口愈合以及免疫反应等过程发挥重要作用，在细胞粘附的信号传导过程在肿瘤侵袭、转移中亦发挥重要作用。纤粘连蛋白，层粘连蛋白，胶原蛋白等；、Cadherins、Integrins、Ig超家族、Selectin等,提供了多细胞生物的细胞间通讯,位于细胞膜表面或细胞内具有特异识别和结合功能的蛋白成分，与药物、激素、神经递质或自身活性物质等相互作用，传导细胞间信号，进而触发细胞内相应生物学效应。,受 体,通道性受体 本身构成跨膜离子通道 膜受体 酶活性受体 本身具有酶活性或耦联蛋白激酶 G蛋白耦联受体 与G蛋白耦联 核受体 配体识别域和DNA结合域，形成“锌指”结构,按分子结构、位置和信号传导特点分为：,GTP,GDP,效应蛋白,核受体,E,DNA,G蛋白耦联受体,通道性受体,酶活性受体,1、通道性受体,“配体门控离子通道受体”介导可兴奋性信号的快速传递 神经递质受体：乙酰胆碱（nAChR）、甘氨酸、GABA受体等 第二信使受体：cGMP、cAMP、三磷酸肌醇（IP3）、Ca2+,通道的开放和关闭,离子通透的孔道配体结合的位点,2、酶活性受体,发动胞内耦联蛋白磷酸化反应，调节细胞内信号传导和基因转录,膜外区：结合配体跨膜区：疏水性膜内区：蛋白激酶活性区或耦联蛋白激酶区，ATP结合区,RTK(receptor tyrosine kinase)受体本身具有酪氨酸蛋白激酶（TPK）活性，可直接使靶细胞酪氨酸蛋白发生磷酸化反应。结合配体形成受体二聚体激活自身TPK活性 受体酪氨酸残基磷酸化 底物酪氨酸残基磷酸化 多种细胞生长因子受体：表皮生长因子、血小板源性生长因子、胰岛素受体,（1）酪 氨 酸 激 酶 受 体,受体本身不具有TPK活性，但含有TPK的结合位点。结合配体形成受体二聚体结合并激活 受体耦联的蛋白酪氨酸激酶*JAK家族：JAK-STAT信号传导通路*Src家族：淋巴细胞信号传递 细胞因子受体：白介素、干扰素、红细胞生成素、生长激素受体等,（2）酪氨酸蛋白激酶耦联受体,1、丝氨酸/苏氨酸激酶受体：TGF-受体 2、酪氨酸磷酸酯酶受体：CD45蛋白受体 3、鸟苷酸环化酶（GC）受体：ANF受体 4、蛋白酶耦联受体：TNF家族受体,（3）其 它 酶 或 酶 偶 联 受 体,3、G蛋白联接受体,1.作用缓慢而复杂，通过改变细胞内第二信使的浓度，赋予反应系统敏感性、灵活性和多样化2.大多数激素、神经递质、淋巴细胞活性因子、神经多肽的受体都是G蛋白联结受体。3.这一类受体与酪氨酸激酶受体构成传导细胞生长信号的最主要的两条通路,7次跨膜蛋白受体本身无激酶活性，与G蛋白耦联,特点：结合鸟核苷酸非活化状态受体结合后激活 传出促生长的信息GTPase活性水解 终止促生长的信息G蛋白对受体讯号具有分散和会聚作用，在受体和效应系统之间形成以G蛋白为中心的网络“分子开关作用”,G-GTP,G-GDP,G-GDP,G蛋白（鸟苷酸结合调节蛋白）,G-GTP,(1)大G蛋白三聚体：、三种亚基（80KD）.亚基：受体结合区、GTP结合位点、GTPase活性部位,(2)小G蛋白单体.2026KD.多为原癌基因表达产物Ras超家族：Ras家族介导促细胞增殖分化的信号传导 Rho家族调节细胞骨架活动 Rab家族参与细胞胞吞胞饮过程 Raf、Arf、Ran家族,联结蛋白（adaptor）,本身不具有任何催化活性；与信号传导密切相关的蛋白结合区域：SH2区、SH3区、pH及DD区SH2区生化效应：使酶定位到膜上，以靠近底物；使底物靠近它的催化酶并定位；直接调节酶的生物活性。SH3区生化效应：与脯氨酸结合后pH区DD(death domain)区：产生细胞调亡,5、核 受 体,位于胞浆或核内，活化配体/受体复合物转移入核内，调节核内信号传导和基因转录过程，但细胞效应很慢，需若干小时。类固醇激素、甲状腺激素、维甲酸受体,配体识别区：结合配体DNA结合区：结合基因特异DNA序列 转录活性区：调控基因转录表达活性,第二信使,存在于细胞内的具有生物活性小分子化合物或离子，在胞浆内传递信息。产生 1.G-蛋白耦联受体激活*AC（腺苷酸环化酶）cAMP PKA*GC cGMP PKG*PLC（磷脂酶C）DG（二酰甘油）PKC*PLCIP3（三磷酸肌醇）Ca2+CaM CaM-PK 2.酪氨酸激酶受体激活 DG，PI-3,胆碱，鞘胺醇、神经酰胺、NO功 能*激活下游的胞质激酶*调节Ras蛋白活性*将信号传导至核内，调节有关基因的转录和蛋白合成。,蛋白质磷酸化系统蛋白激酶去磷酸化底物 磷酸化底物蛋白磷酸酶,多种生物效应,肽类激素 神经递质,磷脂肌醇系统,甾体激素,cAMP,cGMP,激素 神经递质,Ca2+,激素 神经递质,药物、致癌病毒,生长因子,效应开关：蛋白质磷酸化/去磷酸化状态决定了下游信号分子的 结合或解离状态，成为信号传导过程的“开关”。,胞内激酶 胞内激酶调节数以万计的其他蛋白的功能-“生命开关”之称。胞浆内的激酶大多是丝氨酸/苏氨酸激酶。现在研究较多的是MAPK（mitogen-activated protein kinase pathway)。另外，还有环化苷酸（c-AMP,C-GMP等）激活的PKA，PKG，由生长因子受体激活的PI-3激酶等,特点：需被双功能酶通过双位点磷酸化激活 自身丝/苏氨酸和酪氨酸同时磷酸化才具有100%活性。MAPK激酶级联信号传递 MAPKKKMAPKK MAPK 多种底物 Raf MEK ERK MAPK是核内外的联络者,平时位于胞浆内，一旦激活，则进入胞核内，或直接激活转录因子，或激活另外蛋白激酶，或启动或关闭一些特定的基因转录。亚家族:Erk（p44/p42）细胞增殖 JNK/SAPK细胞应激、细胞凋亡 p38炎症反应,MAPK（有丝分裂原激活的蛋白激酶）,双位点磷酸化,磷酸化,MAPK传导通路的粗犷模式：生长因子受体-小G蛋白-启动MAPK链-MAPK-转录因子-生物效应 例EGF-EGFR-Ras-c-Raf-MEK-MAPK-TCF-细胞生长,第三信使,一类可与靶基因特异序列相结合的核蛋白，负责核内外信息传递，调节基因的转录水平，又可称为“DNA结合蛋白”，发挥着转录因子或转录调节因子的作用。即刻早期基因产物（c-myc、fos、jun），STAT，AP-1，CREB、NF-B,按受体类型分：1.通道受体通路离子通道 环核苷酸类信号传导系统 磷酸肌醇信号传导系统3.酪氨酸激酶相关受体通路 酪氨酸蛋白激酶信号传导系统4.核内受体通路,2.G蛋白耦联受体通路,细胞信号传导通路,多肽、儿茶酚胺类激素、神经递质等,G蛋白耦联受体,cAMP,cGMP,PKA,GC,AC,PLC,PKC,Ca2+,Ca2+-CaM,CaM-PK,IP3,DG,1.G蛋白耦联受体通路,靶基因转录,G蛋白,靶蛋白磷酸化,G-PK,细胞因子等,酪氨酸激酶受体,MAPK,MAPKKK,MAPKK,STAT,JAK,2.酪氨酸激酶相关受体通路,酪氨酸激酶偶联受体,靶基因转录,PI3K,PLC,DG,PKC,靶蛋白磷酸化,转录因子磷酸化,Ras,生长因子,EGFEGFRGrb-2SosRasRaf（MAPKKK）MEK（MAPKK）MAPKTCF 细胞生长*,Grb2,1.传导通路内的调节GTP-GDP交换蛋白质的可逆性磷酸化（PTK/PTP）2.各传导通路间的协同或拮抗 生长因子+R PLCIP3+DG PKC Ca2+,信号传导调控,磷酸化,1、Western 印迹法2、凝胶滞留法3、Kinase Assay 模拟体内条件进行激酶催化反应，直接检测激酶活性4、Two-hybrid方法（双杂交法）5、非放射性蛋白激酶活性分析 Phtopo-HPR Westen 化学发光法Kit 检测激酶活性6、蛋白质磷酸化特异性抗体7、生物芯片,信号传导检测方法,康成生物工程有限公司Signal Transduction Array(信号传导芯片)Human(人)GEArray Q Series Human G Protein-Coupled Receptor Gene Array I GEArray Q Series Human G-Proteins&signaling Molecules Gene Array GEArray Q Series Human Growth Factor Gene Array GEArray Q Series Human Wnt Signaling Pathway Gene Array GEArray Q Series Human JAK/STAT Signaling Pathway Gene Array GEArray Q Series Human EGF/PDGF Signaling Pathway Gene Array GEArray Q Series Human MAP Kinase Signaling Pathway Gene Array GEArray Q Series Human NFkB Signal Transduction Gene Array GEArray Q Series Human Signal Transduction PathwayFinder Gene Array GEArray Q Series Human Ca/NF-AT Signaling Pathway Gene Array GEArray Q Series Human TGFB/BMP Signaling Pathway Gene Array GEArray Q Series Human p53 Signaling Pathway Gene Array GEArray Q Series Human G-Protein Coupled Receptors Signaling Pathway Gene Array GEArray Q Series Human cAMP/Ca2+PathwayFinder Gene Array GEArray Q Series Human PI3K-AKT Signaling Pathway Gene Array,肿瘤信号传导,肿瘤发生与发展是一个多因素作用、多基因参与、经过多个阶段才最终形成的极其复杂的生物学现象。肿瘤细胞是正常细胞的信号通路出现了紊乱和异常。突变可能影响一条或几条细胞信号传导途径，一条信号传导途径涉及多个基因的突变，所以基因突变的直接结果是细胞内信号传导途径的失调控。多基因突变和多信号传导途径的网络交互作用是促进肿瘤发生与发展的主要分子机制。癌基因、抑癌基因突变的结果导致细胞周期的失控，使得细胞获得以增殖过多、凋亡过少为主要形式的失控性生长特征。,肿瘤细胞信号传导,signal,R,DNA,mRNA,protein,?,pathway,癌基因编码产物：生长因子样物质 sisPDGF，int-2成纤维细胞生长因子生长因子受体类 erb-B，neuEGFR蛋白激酶类 SrcTPK，mos、raf丝/苏氨酸蛋白激酶信号传导分子类 ras，rho核内蛋白质类 myc，fos，APL-RAR 癌基因编码产物的异常表达，能从各个环节来影响细胞信号传导过程，造成信号传导障碍，使细胞增殖信号传导增强或处于持续激活状态。,抑癌基因编码产物：细胞周期的重要调控因子 Rb，p53结合Mdm2、上调p21 NF1 Ras的负调节因子（GAP)PTEN 细胞周期阻滞、诱导凋亡 DDC 与神经细胞粘附因子同源肿瘤转移抑制基因（nm23）参与GTP/GDP转换，与肿瘤的侵袭和转移能力有关 抑癌基因的丢失或突变，可导致细胞生长失控。,一、与细胞生长、分裂和增殖有关的信号传导通路处于异常活化状态蛋白酪氨酸激酶受体路径MAPK信号传导途径WNT/catenin信号传导途径TGF/SMAD信号传导途径二、处于活化状态的凋亡通路传递信号受阻TNF信号传导通路三、肿瘤浸润转移信号传导途径细胞黏附分子信号传导途径,肿瘤相关的信号传导通路,由于突变或染色体易位导致受体组成型二聚体化，使受体不再受配体的介导而持续激活，这是肿瘤发生的重要机制之一。最常见：染色体易位形成融合蛋白，主要见于血液病。如BCR-ABL融合基因是t(9；21)易位的结果，见于慢性粒细胞白血病。,1、蛋白酪氨酸激酶受体通路,增殖,MAPK信号传导与肿瘤,增殖,MAPK信号传导系统（MAPKKK MAPKK MAPK）是介导细胞膜受体信号传导的最常见信号通路。RAS/ERK信号途径（RAS RafMEK ERK)途径功能之一是促进有丝分裂原诱导的细胞周期蛋白Cyclin的表达，在肿瘤形成中发挥重要作用，此途径的激活是细胞恶转所必需的。ras12、13、59、61位致瘤性点突变，导致Ras与GTP持续结合，使Ras通路处于持续开启状态，过度激活细胞内的许多通路，造成细胞正常生长调控的紊乱。,WNT:果蝇的wingless(wg)基因+小鼠的Int基因WNT/-catenin通路：G蛋白耦联受体通路 WNT+Frizzled（受体）G蛋白GSK3-catenin MYC、CyclinD1 细胞增殖-catenin+GSK3+APC等形成复合物稳定-catenin 该途径失调控可导致多种肿瘤形成：Wnt1小鼠乳腺癌 APC80%以上的大肠腺瘤和大肠癌 CTNNB1(编码-catenin)大肠腺瘤和大肠癌、肝细胞癌等,2、WNT-catenin信号传导通路,增殖,TGF+受体 SMAD（下游信号蛋白）进入细胞核行使转录因子功能 TGF信号由胞膜向核内传导的主要承担者TGF对不同的细胞有不同的效应，在多种原发性上皮性肿瘤中，起抑制生长的作用；对成纤维母细胞等类型细胞，起刺激细胞分裂的作用。,3、TGF/SMAD信号传导通路,增殖,1.TNF信号传导通路,凋亡,TNF+TNFR ASMase CM SAPK JNK Caspase 细胞凋亡细胞内外的许多信号刺激可以诱导细胞发生凋亡，如相应配体结合死亡受体（如Fas、TNFR等）、紫外线照射和电离辐射、抗癌药物、生长因子缺乏、激活某些癌基因和抑癌基因等。尽管这些信号以及随后的反应途径多种多样，但现已公认，细胞凋亡后期的共同途径是Caspases（半胱氨酸蛋白酶）的激活。,Caspases半胱氨酸蛋白酶,Caspases是细胞调亡的指挥中枢之一。通过切断与中卫细胞的联络、重组细胞骨架、关掉DNA复制和修复、破坏DNA和核结构、诱导细胞显示吞噬和整合为调亡小体的信号等，在细胞调亡过程中起着重要作用。,细胞黏附主要与细胞表面一系列相关受体和胞内骨架蛋白有关。细胞黏附的异常是肿瘤细胞运动、侵袭和去分化的原因和基础。细胞恶性转化以骨架蛋白组织的破坏、黏附减弱以及黏附依赖的反应丧失为标志，肿瘤细胞的“接触抑制消失”即为最显著的形态些特征。侵袭性肿瘤：恶性细胞侵入基底膜，向周围组织浸润。,细胞黏附分子信号传导通路,浸润转移,肿瘤易感性：一些家族性肿瘤与黏附信号传导通路上重要分子的基因突变有关。例：APC（结肠癌易感基因）通过与Cadherins竞争结合catenin而参与细胞黏附。基因组稳定性：维持基因组稳定性的任一信号传导通路的改变都可能使突变发生累积，启动肿瘤的发生和进展。非正常黏附态的细胞失去了正常细胞周期的调控点，使细胞损伤的DNA 被累积成稳定的基因突变，孤立的细胞对恶转更加敏感。例：细胞黏附的丧失降低了P53蛋白的含量和活性，进一步证实了细胞黏附与细胞周期调控的内在联系。,细胞黏附与肿瘤的发生,浸润转移,Cadherins家族是介导细胞间黏附、建立细胞极性 和正常细胞分化的一类重要分子。Cadherins通过catenin介导与细胞骨架蛋白的相互作用。在多种上皮组织肿瘤中，Cadherins的表达水平下调，下调程度与肿瘤细胞的恶性程度和存活率直接相关。在肿瘤细胞中catenin的缺失减弱了Cadherins的正常功能。catenin在将胞外信号向核内运输，与转录因子结合激活某些基因的表达过程中，充当信号转接中心的作用，成为一些信号传导通路的交叉点，如Cadherins介导的黏附信号、和WNT介导的信号传导等。,1.Cadherins/catenin信号传导途径,黏附,2.Integrin家族介导的肿瘤信号传导,转移,肿瘤细胞的迁移涉及到在肿瘤组织原位细胞黏附作用的丧失，浸润周围的血管壁，并在转移灶穿透血管壁。这些生物学行为的完成需要细胞与不同组织部位的细胞外基质之间建立或打破特异性黏附作用，本质上是在肿瘤细胞表面发生Integrin分布的质和量的改变。纤连蛋白+Integrin粘附斑激酶（FAK）+catenin 细胞骨架蛋白 Ras/MAPK途径 PI3K途径,肿瘤信号传导的显著特点：累积的突变基因在作用上不是相互分离的，而是相互依赖并在细胞内形成一个复杂的调控网络，其协同作用使细胞具有选择性优势而形成克隆性扩张。例：肿瘤抑制基因RB1作为细胞周期关卡作用的功能丧失，以及促进细胞进入持续无控制增殖状态的RAS信号传导系统的改变：*RB1细胞周期关卡功能缺失是细胞通向癌变过程中的第一步。*ras致瘤性点突变使Ras通路处于持续开启状态，过度激活细胞内的许多通路，造成细胞正常生长调控的紊乱。,肿瘤信号传导网络调控,MAPK,RAF,MEK,Ras,P16,CDK4/CDK6,增殖,凋亡,正常,MAPK,RAF,MEK,PI3K,BAD、Caspase,Ras,PKB,E2F,MDM2,凋亡,增殖,FOS,MYC,VEGF,浸润转移,PTEN,突变,RB1,P53,研究肿瘤信号传导机制，选择性阻断肿瘤细胞自分泌或旁分泌的信号传导通路，破坏其自控性生长调节机制，正在成为极具吸引力的研究热点。,信号传导在肿瘤治疗中的应用,细胞信号传导药物选择性地调变肿瘤细胞信号系统的不同组分：1.阻断生长促进因子或增强生长抑制因子的作用，使肿瘤细胞的生长减慢或停止；2.促进肿瘤细胞的分化，恢复其正常的生长调节 机制（如细胞凋亡，改变恶性表型）。具有选择性强、毒副作用小、不受细胞产生抗药性的影响等优点，尤其对晚期肿瘤或转移癌可能具有潜在的应用价值和意义。,靶标抗癌药物就是针对分子靶点的抗癌药物，这类药物的针对性强，效果显著，就好像击靶一样。靶向药物是肿瘤治疗中革命性的进步，与传统的化疗不同，不但可以提高疗效，还可以减少药物的毒副作用。目前针对分子靶点主要的研究热点集中在针对细胞表面靶标的单克隆抗体和信号传导抑制剂。肿瘤的发生、发展与细胞增殖、凋亡等信号传导通路中某一个环节异常密切相关，信号传导途径中最重要的一类分子是TPK，针对TPK开发靶标药物成为抗癌药物的研究热点之一。,凋亡,第二信使,效应开关,G蛋白,受 体,Ca2+通道,ras,PAKII,Integrin,cAMP,TPK,PKC,羧基酰氨三唑,FK506和环孢霉素,法尼基蛋白转移酶抑制剂（FTIS）,8-Cl-cAMP,他莫昔芬,维甲酸,EGFR,EGF,第一信使,抗EGF单抗,Herceptin(Transtuzumab)；IRRE-SA,Gleevec(格列维),CD20是B淋巴细胞表面跨膜蛋白，对Ca2+的跨膜传导、B淋巴细胞的增殖和分化具有调节作用。美罗华正是 针对这种抗原的单克隆抗体，它能准确识别此种抗原、与之结合，并通过人体的免疫细胞和免疫因子清除这些肿瘤细胞。2002年3月25日，罗氏的创新抗肿瘤药美罗华治疗恶性非何杰金氏淋巴瘤(NHL)在欧洲获批准。2004年8月10日，欧盟委员会批准rituximab(美罗华)与传统化疗药联合可用于一线治疗惰性NHL。,问题与发展趋势,点-线-面-体,？阐明细胞信号传导通路的机制,？精细分析通路中各种Domain的 作用、相互联系,？Cross-talking 整合网络,