6.7.第2信使的信号通路

神经递质……
1. AC
AC至少有9种哺乳类亚型（Ⅰ－Ⅸ）， 一种细胞可以有多种亚型，调节不同的生理功 能及不同的细胞内定位。 大多是膜结合型 1165个氨基酸 分区：M1,M2
胞内区域：C1,C2
可溶性（soluble AC，sAC）
sAC存在于胞质和细胞器中 激活物与质膜AC不同 下游底物与质膜AC也不同
4. PKG 主要靶分子
哺乳动物有三型PKG： I,I,Ⅱ PKG
PKG有三个结构域：N端、调节、催化 底物众多：是丝氨酸、苏氨酸激酶
共同结构域：RKXS/T, KRKKS/T
还在不断发现新的底物
Structure 18, 116–126, January 13, 2010
guanylate cyclase-activating proteins (GCAPs) guanylate cyclase-inhibitory proteins (GCIPs)
一个上游分子可以激活许多下游分子， 每一级都使信号得以放大，形成瀑布效应。
如何判断一种激素是否通过cAMP第二信使发挥作用？ 1. 激素使细胞cAMP浓度↑
2.作用出现在cAMP浓度↑之后
3.外源性给予cAMP可模拟激素作用 4. 抑制PDE可加强激素的作用
5. 激素可激活PKA
三、cAMP信号通路调节的生理过程 (自学为主)
a. PKA有不同亚型，对cAMP的亲和力不同，其 作用底物时序不同； b. 不同细胞PKA底物蛋白不同
c. cAMP信号区域化：有浓度梯度，PKA有锚定 蛋白。
cAMP的底物
2. 环核苷门控阳离子通道 （CNG） 存在于嗅觉感受器和窦房结起搏细胞，直接与 cAMP结合，通道活性受其调控。
经典途径
对基因表达的调节
教科书图6－7有误
FK, forskolin（福斯克林） CRE, cAMP response element. CREB, CRE binding protein AP, alkaline phosphatase
FK激活AC，促进碱性磷酸酶的合成和释放； 抑制型G蛋白受体激动剂对抗FK的作用。
磷酸酶 PI3K
IP2
IP3
IP4
磷酸酶A2
DAG激酶
花生四烯酸
DAG
磷脂酸
三、IP3/Ca2＋和DAG/PKC信号转导通路
产生前合一，生成后独立
PIP2
PLC(-,-,-)
IP3 DAG
Ca2＋↑ PKC
PLC- 的活性被受体酪氨酸激酶调节， PLC- 的跨膜受体是激素和神经递质受体 PLC- 由激素通过增加PIP2的浓度而激活
第六章 cAMP、cGMP信号转导通路 第七章 肌醇三磷酸、二酰甘油与信号转导
（第二信使信号转导通路）
本教学幻灯引用了大量网上图片，在此对作者表示衷心的感谢。
No cell lives in isolation
细胞信号转导的基本过程及其受体的位置
重点：各种第二信使的发现、 产生、 靶分子、
信号通路、 生物学效应。
一、IP3和DAG 双信使途径
Signaling agonist
IP3：肌醇三磷酸 DAG：二酰基甘油
学习专业词汇！
二、IP3和DAG的产生和灭活 产生：PLC对PIP2的水解
PLC
磷脂酶C
PIP2
4，5-二磷酸磷脂酰肌醇
PLC delta 激活移位至胞膜ຫໍສະໝຸດ BaiduPH为结合区，Cat为催化区
IP3和DAG的灭活
AMP
＋
PDE-3
PDE有多种型 号，分别对 cAMP和cGMP 特异。
cAMP和cGMP通路的关系 二者在生理效应上有一定的拮抗关系
Diagram illustrating possible interactions between angiotensin II- and guanylyl cyclasedependent systems in the rat podocytes.
PDE的作用
PDE的基本结构
（四）cAMP信号转导通路 包括产生cAMP的上游组分和cAMP的作用底物。
胞外信号 表6－2
受体 上游组分 G蛋白 AC 刺激性受体 Rs 抑制性受体 Ri Gs Gi 催化ATP产生cAMP PKA CNG GEF
作用底物及其效应 下游组分 PDE 分解灭活
cAMP信号转导通路的放大效应 （其它信号通路遵循相同的原则）
IP3激活Ca2＋信号途径
IP3与内质网的受体 （IP3R)结合，开放 通道释放钙离子 。
DAG激活PKC信号转导通路 DAG促使PKC与膜上的磷脂酰丝氨酸结合，降低 对钙离子的依赖性，并发生从胞质至胞膜的移位。
四、IP3/Ca2＋和DAG/PKC信号通路的相互作用
DG=DAG, i: inactive, a: active. Closed head arrow : an activating effect Closed circle : an inhibitory effect PA: 磷脂酸, PC: 磷酸卵磷脂
第二信使 ：cAMP cGMP IP3 DAG Ca2+
第六章 一、cAMP的发现和第二信使学说
Earl W. Sutherland, Jr. USA Vanderbilt University Nashville, TN, USA b. 1915, d. 1974 The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1971 "for his discoveries concerning the mechanisms of the action of hormones"
二、cAMP的信号转导通路
（一）cAMP的产生 －腺苷酸环化酶的作用 （adenylate cyclase， AC）
（或者：guanylyl cyclase）
腺苷酸环化酶系统 （adenylate cyclase， AC ） 胞外信号及受体 AC系统 G蛋白 AC催化亚单位 活化AC的协同因子
激素……
GTP：维持G蛋白活化
2. 活化AC的协同分子 NDPK（核苷二磷酸激酶）：
快速运输GTP到G蛋白
Mg2＋
NDPK的其它作用
（二）cAMP作用的靶分子：cAMP产生后做什么？ 1. 蛋白激酶A （protein kinase A，PKA） ： 被cAMP活化，使下游靶蛋白的丝氨酸 或苏氨酸残基磷酸化。 催化亚基C：灰色和黄褐色 磷酸化结合区：黄色 调节亚基R：蓝绿色 R亚基抑制区：红色 G螺旋：绿色
cAMP的底物
3. 鸟苷酸交换因子（GEF） 可直接与cAMP结合，调节Ras家族成员Rap1的 活性。
（三）cAMP信号的灭活
被特异的环核苷酸磷酸二酯酶（ phosphodiesterase， PDE）所分解。
PDE的主要结构部分：
保守的催化中心
决定其底物特异性的决定簇 起调节作用的特异决定簇
NPR-A - guanylyl cyclase-linked receptor for ANP, sGC - soluble guanylyl cyclase, pGC - particulate guanylyl cyclase, PDE phosphodiesterase(s)
第七章 IP3和DAG 与信号转导双信使途径
cAMP的底物
PKA的底物
酶 离子通道 调节和结构蛋白 转录因子
广泛，不断发现新的底物 底物磷酸化肽段的共有序列：RRXSY（精精？丝酪） PKA的非cAMP底物功能：PKA的催化亚 基C具有不依赖于cAMP的功能，调节亚基R也 有不同的独立功能。
cAMP的底物
问题：不同细胞、不同信号都通过cAMP引起 细胞效应，如何保持细胞效应的特异性？
请注意方法学的应用
AC在复杂研究中的意义及其生物信息学方法
四、cGMP信号转导通路 （二） cGMP的产生和灭活
鸟苷酸环化酶 （guanylate cyclase，GC）
Soluble (sGC) GC Membrane (mGC,rGC)
cGMP的分子结构和水解部位 （灭活）
2. cGMP的发生 －通过鸟苷酸环化酶（GC）的酶促反应
4. 进一步研究发现关键物质cAMP，并进而发现了腺苷酸环化酶。
Sutherland提出的第二信使学说：胞外化学物质 （第一信使）不能进入细胞内部，它作用于细胞 表面特异受体，导致胞内第二信使的产生，从而 激发一系列的生化反应，产生一定的细胞生理效 应，最后第二信使降解，其信号作用终止。
cAMP的 信号通路
嗅觉细胞上cAMP与离子通道的直接结合使通道开放
2004年度诺贝尔生理学或医学奖授予美国哥伦比亚大学霍 华· 休斯医学研究所(HHMI)的研究人员Richard Axel和任职于 弗雷德· 哈钦森癌症研究中心的HHMI研究人员Linda Buck。这 两位科学家因为阐明了整个嗅觉系统的工作原理而受到表彰。 每个气味受体首先激活一种成对存在的G蛋白，后者又转 而 刺 激 环 一 磷 酸 腺 苷 （ 又 称 环 腺 苷 酸 ， cAMP ） 的 形 成 。 cAMP是一种信使分子，可直接激活离子通道（CNG)，让其开 通，然后嗅觉细胞被激活。
重点：各种第二信使的发现、产生、靶分子、 信号通路和生理学效应。 与第二信使相关的蛋白激酶和钙离子通道 等已在或将在其它章节讲授。
（四）cGMP调节的生理功能
在视觉信号转导中的作用
NO-cGMPPKG 通路
开放钾离子通道 关闭钙离子通道 抑制内质网释放钙 PKG使MLC去磷酸化 血管平滑肌细胞舒张的典型过程
1998 Nobel Prize Winners in Physiology or Medicine :
State University of New York in Brooklyn
（三）cGMP作用的靶分子 1. PDE 通过激活或抑制PDE从而调节cAMP通路； 2. CNG 直接与离子通道蛋白结合，影响其开放； 3. GCAPs（cGMP激活蛋白，Guanylate cyclaseactivating proteins） 一种钙依赖性蛋白，影响视 觉功能；
BBRC 2004; 322 (1): 1123-1130 Guanylate cyclase-activating proteins: structure, function, and diversity.
1. 肾上腺素＋肝组织（肝糖原） 糖原磷酸化酶活性↑ 肾上腺素可以激活磷酸化酶 葡萄糖
2. 肾上腺素＋磷酸化酶原 后者活性不升高
肾上腺素的作用是间接的
3. 肝匀浆＋ATP,Mg2+＋肾上腺素，磷酸化酶活性↑ 匀浆上清＋ATP,Mg2+ ＋肾上腺素，磷酸化酶活性不↑
肾上腺素通过肝细胞颗粒部分（膜或细胞 器）里的一种物质使磷酸化酶活性↑
University of CaliforniaLos Angeles
University of Texas Medical School in Houston.
Nobel prize committee say Yes to NO!
cGMP及 其激酶在 心肌肥大 中的作用
Nature Reviews Drug Discovery 6, 617-635 (2007) ;关注某个疾病 发生发展时信号转导的变化。