丝裂原活化蛋白激酶

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1、第九章第九章丝裂原活化蛋白激酶信号转导通路 丝裂原活化蛋白激酶丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK) Ser/Thr蛋白激酶蛋白激酶 受细胞外刺激而激活受细胞外刺激而激活 在所有真核细胞中高度保守在所有真核细胞中高度保守 通路组成通路组成 三级激酶模式三级激酶模式 调调节节多多种种重重要要的的细细胞胞生生理理/ /病病理理过过程程本章主要内容：本章主要内容： MAPK 信号通路的成员信号通路的成员 MAPK的的蛋白结构蛋白结构 MAPK通路模式通路模式 MAPK的激活的激活 MAPK信号转导通路间的关信号转导通路间的关系系一、一、MAP

2、K 信号通路的成员信号通路的成员 MAPK是信号从是信号从细胞表面细胞表面核内核内的重的重要要转递者转递者。已鉴定的已鉴定的 (据据1999的统计的统计)： MAPK激酶激酶激酶激酶 (MKKK) 14种种 MAPK激酶激酶 (MKK) 7种种 MAPK 12种种MKKK(MAP Kinase Kinase Kinase) 亚族：亚族：MKK (MAP Kinase Kinase)亚族：亚族：MAPK (MAP Kinase)亚族：亚族：二、二、MAPK的蛋白结构的蛋白结构（一）（一）MAPK的一级结构的一级结构 苏氨酸磷酸化位点与其他蛋白激酶同苏氨酸磷酸化位点与其他蛋白激酶同源，酪氨酸磷酸化

3、位点是源，酪氨酸磷酸化位点是MAPK独特的。独特的。 磷酸化位点的三肽模体磷酸化位点的三肽模体 TXY ERK和和ERK5 TEY p38 TGY JNK TPY 三肽模体位于三肽模体位于L12 各亚族各亚族L12长度不同长度不同 活化唇活化唇 (activation lip) 各亚族都具有各亚族都具有12个保守亚区个保守亚区 真核细胞蛋白激酶超家族区分标志之一真核细胞蛋白激酶超家族区分标志之一 家族成员之间具有较高的同源性家族成员之间具有较高的同源性MAPK其他名称其他名称与与ERK2的的同源性同源性%同一亚族成员同一亚族成员序列相似性序列相似性%ERK1p44 MAPK88ERK2p42

4、MAPK100ERK3 p62 rat ERK343100ERK3 human ERK34274JNK1SAPK4087JNK2SAPK 41100JNK3SAPK 4088哺乳动物哺乳动物MAPK哺乳动物哺乳动物MAPKMAPK其他名称其他名称与与ERK2的的同源性同源性%同一亚族成员同一亚族成员序列相似性序列相似性%ERK2p42 MAPK100p38 p38 CSBP50100p38 p38 -24775p38 ERK6 SAPK34462p38 SAPK44264ERK5BMK151ERK741 （二）（二）MAPK的二级结构和超二级结构的二级结构和超二级结构 以以ERK2为例为例 N

5、端域端域 主要由主要由折叠和折叠和2个个螺旋组成螺旋组成 （1109和和320358位氨基酸残基）位氨基酸残基） C端域端域 螺旋，含螺旋，含磷酸化唇磷酸化唇和和MAPK插插 入，入，催化环催化环（Arg-147152) （110319位氨基酸残基）位氨基酸残基） 交界处的裂隙交界处的裂隙 ATP结合位点结合位点（三）三）MAPK的空间结构特征的空间结构特征大体结构：大体结构：非常相似非常相似底物结合口袋的结构特征：底物结合口袋的结构特征： 无活性时被阻断，有活性时暴露出。无活性时被阻断，有活性时暴露出。ATP结合位点的结构特征：结合位点的结构特征： 大小、形状、疏水性和电荷等不同大小、形状、

6、疏水性和电荷等不同磷酸基团结合位点：磷酸基团结合位点： 4个保守位点个保守位点 三、三、MAPK通路模式通路模式四、四、MAPK的激活的激活MAPK激活机制的发现激活机制的发现重要的实验观察：重要的实验观察： 20世纪世纪80年代，观察到当年代，观察到当GF刺激时，刺激时，Tyr被磷酸化的主要蛋白为被磷酸化的主要蛋白为42kDa 佛波酯醇刺激时，产生同样的蛋白佛波酯醇刺激时，产生同样的蛋白 胰岛素胰岛素RTK催化催化Ser/Thr蛋白激酶蛋白激酶 胰岛素刺激，产生胰岛素刺激，产生Thr和和Tyr双磷酸化双磷酸化的的42kDa蛋白蛋白MAPK的激活机制的激活机制 活性部位位于两个折叠域的界面活性

7、部位位于两个折叠域的界面 是通过是通过Thr和和Tyr的双位点同时磷酸化的双位点同时磷酸化而被激活而被激活 例：例：ERK2 Tyr-185 , Thr-183 pY185 解除解除L L12对底物结合的阻断对底物结合的阻断 MAPK是是Pro指导的蛋白激酶指导的蛋白激酶 对于对于ERK2来说，其底物的一般保守性来说，其底物的一般保守性序列为序列为 Pro-X-Ser/Thr-Pro 活化环中活化环中Tyr-185 和和Thr-183的磷酸化，的磷酸化， 引起该环重新折叠，与引起该环重新折叠，与Arg结合位点相结合位点相互作用互作用 酸性氨基酸替代，不导致组成性活化酸性氨基酸替代，不导致组成性

8、活化 MAPK的点突变不影响其活性的点突变不影响其活性 五、酵母五、酵母MAPK通路通路 酿酒酵母酿酒酵母 已鉴定出已鉴定出5条条 单倍体的交配途径单倍体的交配途径 浸润性生长通路浸润性生长通路 细胞壁重构通路细胞壁重构通路 双组分渗透压感受器通路双组分渗透压感受器通路 Sho1渗透压感受器通路渗透压感受器通路（一）酵母菌中一）酵母菌中MAPK模式的组成和作用模式的组成和作用 酿酒酵母酿酒酵母：4种种MKKK 4种种MKK 6种种MAPK 其中，其中，4种参加明确的种参加明确的5种种MAPK通路通路 2种种 (SMK1, YKL161C)参加未知参加未知的的MAPK通路通路 3个成员通过与支架

9、蛋白结合而联在一起个成员通过与支架蛋白结合而联在一起（二）单倍体酵母与交配有关的通路二）单倍体酵母与交配有关的通路 酿酒酵母的酿酒酵母的2种交配型种交配型(单倍体单倍体)： a a细胞型和细胞型和 细胞型细胞型 2种性信息素：种性信息素：a a因子和因子和 因子因子 7次跨膜受体：次跨膜受体：Ste3和和 Ste2 异三聚体异三聚体G蛋白：蛋白： Gpa1 亚基亚基 Ste4 亚基亚基 Ste18 亚基亚基 Ste2 receptor酿酿酒酒酵酵母母的的交交配配通通路路ste：不育基因不育基因 Ste5：支架蛋白支架蛋白Ste12： 转录因子转录因子支架蛋白支架蛋白 ( Scaffold pr

10、otein) 其主要功能是将其他蛋白质结合在一其主要功能是将其他蛋白质结合在一起，促进它们相互作用起，促进它们相互作用。 将细胞信号通路中的各种信号分子结将细胞信号通路中的各种信号分子结合在一起，形成复合物合在一起，形成复合物 起生理性隔室化的效应起生理性隔室化的效应,从而防止该通从而防止该通路与其他通路发生交联路与其他通路发生交联 含有许多蛋白结合域含有许多蛋白结合域（三（三）浸润通路浸润通路 缺乏氮源缺乏氮源 形态改变形态改变假菌丝：假菌丝： 缺乏氮源时，椭圆型的双倍酵母进行缺乏氮源时，椭圆型的双倍酵母进行不对称的细胞分裂以产生一个细而长的子不对称的细胞分裂以产生一个细而长的子细胞，后者又

11、不断产生长的子细胞。由于细胞，后者又不断产生长的子细胞。由于母细胞与子细胞仍然相连，因此这种单级母细胞与子细胞仍然相连，因此这种单级分裂方式的不断重复将产生由延长的细胞分裂方式的不断重复将产生由延长的细胞组成的丝状物组成的丝状物。KSS1： 丝状生长所需要丝状生长所需要(单倍体，双倍体单倍体，双倍体)注：注： 未被未被Ste7激活时，激活时，是浸润生长的抑制是浸润生长的抑制物，被物，被Ste7激活时，激活时，刺激浸润生长。刺激浸润生长。FUS3和和KSS1的的鉴别：鉴别： 刺激激活的条件不同刺激激活的条件不同 FUS3 信息素信息素 KSS1 缺乏氮源缺乏氮源 表达不同表达不同 FUS3 单倍

12、体细胞中单倍体细胞中 KSS1 单倍体细胞和双倍体细胞中单倍体细胞和双倍体细胞中 对浸润生长的调节作用对浸润生长的调节作用 FUS3 抑制抑制 KSS1 刺激刺激（四）细胞壁重构通路（四）细胞壁重构通路 酵母的酵母的生长依赖于生长依赖于有效的细胞壁重构有效的细胞壁重构 PKC1：MKKKK MKK1和和MKK2的的重叠作用意义不清重叠作用意义不清（五）渗透压感受器和应激通路（五）渗透压感受器和应激通路 酿酒酵母的酿酒酵母的2种渗透压感受器：种渗透压感受器： “双组分双组分”渗透压感受器渗透压感受器 低低渗透压条件下激活渗透压条件下激活 膜膜渗透压感受器渗透压感受器 高高渗透压条件下激活渗透压条

13、件下激活 2种渗透压感受器对种渗透压感受器对MAPK通路的调节通路的调节 作用不同作用不同1. “双组分双组分”渗透压感受器渗透压感受器 “双组分双组分”转导体系通常见于原核细转导体系通常见于原核细胞胞 “双组分双组分”转导体系的组成转导体系的组成 感受器分子感受器分子 胞外区胞外区 + + 胞质胞质His激酶激酶域域 + + 反应反应- -调节分子调节分子 接受接受域域 + DNA结合结合域域 是一种是一种His-Asp磷酸化体系磷酸化体系 “双组分双组分”转导体系在哺乳类尚未鉴转导体系在哺乳类尚未鉴定出定出 “双组分双组分”转导过程转导过程 感受器蛋白活化感受器蛋白活化 胞质胞质激酶域激酶

14、域的的His磷酸化磷酸化 反应反应- -调节分子接受调节分子接受域域 的的Asp磷酸化磷酸化 启动输出功能，即启动输出功能，即转录激活作用转录激活作用酵母酵母 “双组分双组分”渗透压感受器：渗透压感受器： 由由3种蛋白组成种蛋白组成 Sln1 + Ypd1 +Ssk1 两个相连的两个相连的“双组分双组分”体系体系 第一个第一个 Sln1(His激酶域激酶域和和接受域接受域) 第二个第二个 Ypd1 (His激酶域激酶域) + Ssk1 (接受域接受域) 在在低渗透压低渗透压条件下条件下 Sln1 是有活性的是有活性的 Ssk1是无活性的是无活性的 HOG1也无活性也无活性在在高渗透压高渗透压条

15、件下条件下 Sln1 是无活性的是无活性的 Ssk1是有活性的是有活性的 HOG1也有活性也有活性2. Sho1依赖的依赖的渗透压感受器渗透压感受器 Sho1：跨膜蛋白跨膜蛋白渗透压感受器渗透压感受器 结构结构 ：4个跨膜个跨膜区区 + + C-末端胞质区末端胞质区 ( 含含SH3域域)在在高渗透压高渗透压条件下条件下 Sho1 感受高渗透感受高渗透 Sho1激活激活Ste11 Pbs2发挥支架蛋白发挥支架蛋白的作用的作用 Pbs2含有多聚脯氨含有多聚脯氨酸富集区酸富集区3. 裂殖酵母菌中的裂殖酵母菌中的渗透压感受通路和渗透压感受通路和 应激通路应激通路 环境应激时激活环境应激时激活2个相关的

16、个相关的MAPK通路通路 WIK/WIS/SPC1通路通路 WIN1/WIS/SPC1通路通路 (在在渗透压应激时渗透压应激时起主要作用起主要作用) 上游调节因子上游调节因子Mcs4是是Ssk1蛋白的同源物蛋白的同源物 ATF1是是SPC1的主要核内底物的主要核内底物 SPC1只只 有有 经经 磷磷酸酸化化后后才才能能入入核核 热休克和氧热休克和氧应激应激时时SPC1磷酸化磷酸化激活，但不需要激活，但不需要WIS的的作用。作用。 Pyp1使使SPC1脱脱磷酸化磷酸化（六）芽孢形成通路（六）芽孢形成通路芽孢形成：芽孢形成：是指将单倍体核包装入芽孢的过程是指将单倍体核包装入芽孢的过程 包括减数分裂

17、。包括减数分裂。 仅发生在双仅发生在双倍体倍体 由饥饿诱发由饥饿诱发 芽孢形成过程：芽孢形成过程： 减数分裂减数分裂 双层膜的原孢子壁包裹单层核膜的双层膜的原孢子壁包裹单层核膜的4 4个单倍体个单倍体 从原孢子壁的双层间隙沉积孢子壁。从原孢子壁的双层间隙沉积孢子壁。孢子壁的组成：孢子壁的组成：共共4 4层：层： 第一、二层：同植物细胞壁第一、二层：同植物细胞壁 第三层：孢子特异性的结构第三层：孢子特异性的结构 聚乙酰氨基葡糖聚乙酰氨基葡糖 + + 聚氨基葡萄糖聚氨基葡萄糖 第四层：电子密集层第四层：电子密集层 双酪氨酸包被双酪氨酸包被 从以上酵母从以上酵母MAPK通路的研究中看到通路的研究中看

18、到: : MAPK通路是一个连续的蛋白激酶通路是一个连续的蛋白激酶激活的途径激活的途径 MAPK的主要底物为转录因子的主要底物为转录因子 MAPK通路受不同的上游因子调节通路受不同的上游因子调节 信号转导是高度特异的信号转导是高度特异的 某一种蛋白成员存在于数种通路时某一种蛋白成员存在于数种通路时, ,支架蛋白起着隔室化的作用支架蛋白起着隔室化的作用 六、哺乳动物六、哺乳动物MAPK通路通路 哺乳动物哺乳动物MAPK通路不同于酵母通路不同于酵母: : 多种多种MAPK通路可被一种受体型所激通路可被一种受体型所激活活 MAPK的主要底物包括转录因子、的主要底物包括转录因子、 胞胞 质蛋白质质蛋白

19、质 、细胞骨架、蛋白激酶和磷、细胞骨架、蛋白激酶和磷脂酶脂酶 已鉴定出已鉴定出4 4条条MAPK通路通路 MAPK有有多种亚族和多种不同的剪接多种亚族和多种不同的剪接体体（一）（一）ERK通路通路 研究得最为透彻研究得最为透彻 ERK的的MAPK有有5种种 (15) 它们分属于不同的亚族它们分属于不同的亚族 ERK1和和ERK2(ERK1/2)研究得最为透研究得最为透彻彻 为细胞内主要的为细胞内主要的MAPK ERK3存在于细胞核存在于细胞核 ERK4通过通过Ras依赖性通路而被激活依赖性通路而被激活1. ERK1/2通路中通路中MKKK 许多受体通过活化许多受体通过活化Ras激活激活ERK1

20、/2通路通路Raf: 是该是该通路中的重要的通路中的重要的MKKK 亚型亚型: : 有有3种种 A- -Raf 、 B-Raf 、 Raf1 组成组成: 含含3个结构域个结构域 C- -末端的激酶域末端的激酶域 富含富含Cys的调节的调节域域 含含Ras结合位点结合位点的的调节域调节域 表达表达: Raf1在体内广泛表达在体内广泛表达 而而A-Raf 和和B-Raf表达方式严格表达方式严格 如如B-Raf 主要在神经组织中表达主要在神经组织中表达 激活激活: 酶水平的调节较复杂酶水平的调节较复杂 主要包括主要包括2个过程个过程: 一是结合于一是结合于GTP- Ras 二是二是 磷酸化磷酸化 (

21、 一簇一簇 Ser338, Ser339, Tyr340, Tyr341) Raf1对于对于H-、K-和和N- Ras显示应答显示应答 B-Raf 可被可被Rap1a活化活化 TC21能够与能够与Raf1和和B-Raf相互作用，相互作用，激活它们。激活它们。 上游激酶的调节上游激酶的调节: 已知磷酸化已知磷酸化Raf1的的激酶有激酶有Src 、PAK、PKC及其他蛋白激酶及其他蛋白激酶 其他的磷酸化位点其他的磷酸化位点 Ser259和和Ser621 调节调节Raf1与与14-3-3蛋白结合，稳定其活蛋白结合，稳定其活性。不过，性。不过， 14-3-3蛋白也可能抑制蛋白也可能抑制Raf活性。抑制

22、性的磷酸化位点是由活性。抑制性的磷酸化位点是由Akt (Ser259)和和PKA催化的。催化的。 抑制抑制：RKIP可干扰可干扰Raf-MEK的的结合，结合，抑制后者磷酸化和活化。抑制后者磷酸化和活化。2. ERK1/2通路中通路中MKK (MEK) MEK1和和MEK2是该通路主要的是该通路主要的MEK 为双特异性蛋白激酶为双特异性蛋白激酶 通过两个残基的磷酸化而被激活通过两个残基的磷酸化而被激活 ( Ser或或Thr) (同同MAPK) 突变可引起其活性增加突变可引起其活性增加(不同于不同于MAPK) 酸性氨基酸替代，明显增加其活性酸性氨基酸替代，明显增加其活性 特异性较高，仅磷酸化少数底

23、物特异性较高，仅磷酸化少数底物 MEK4可可磷酸化非磷酸化非MAPK MEK1和和MEK2含含3个非酶个非酶活性结构域活性结构域 ERK1/2结合位点结合位点 ( D域域 ) 富含富含Pro结构域结构域 核输出序列核输出序列 ( NES ) MEK1富含富含Pro域域NESD域域激酶域激酶域 MEK1和和MEK2的的上游调节因子上游调节因子 Raf、RTK、非、非RTK、GPCR在转化细胞：在转化细胞： Ras Raf1 MEK1 ERK1/2在心肌细胞在心肌细胞 A-Raf MEK1 ERK1/2在在PC细胞细胞 B-Raf MEK1 ERK1/23. ERK1/2蛋白激酶的作用底物及灭活蛋

24、白激酶的作用底物及灭活 底物的保守性磷酸化位点模体为底物的保守性磷酸化位点模体为 Pro-Lue-Ser/Thr-Pro 底物蛋白底物蛋白 胞质蛋白胞质蛋白: p90S6K 、cPLA2 、EGF 受体受体 细胞骨架细胞骨架: MAP1、2 、4 、Tau 转录因子：转录因子：Elk-1, Ets-1, Sap1a, c-Myc等等 灭活灭活: MKP-1, -3, -44. ERK1/2通路的生物学功能通路的生物学功能 刺激细胞增殖刺激细胞增殖 抑制细胞生长、分化抑制细胞生长、分化 细胞周期调控细胞周期调控 调控调控MTOC 纺锤体的组装纺锤体的组装 促进细胞存活促进细胞存活 某些情况下，与

25、细胞死亡有关某些情况下，与细胞死亡有关 （二）（二）JNK信号转导信号转导通路通路 1991年鉴定出的新的年鉴定出的新的MAPK 与与ERK有两点不同：有两点不同： 被紫外线辐射等细胞应激所激活被紫外线辐射等细胞应激所激活 磷酸化磷酸化c-Jun的氨基活化位点的氨基活化位点 故称之为故称之为c-Jun N-terminal kinase (JNK) 鼠的鼠的同源物则被命名为同源物则被命名为Stress activated protein kinase (SAPK)。 之所以称为之所以称为SAPK是是因为在应答各种刺因为在应答各种刺激时，它们的活性增加。这些应激包括：激时，它们的活性增加。这些应

26、激包括： 细胞因子细胞因子 生长因子撤离生长因子撤离 干扰干扰DNA和蛋白合成的试剂和蛋白合成的试剂 UV辐射辐射 热休克热休克 反应活性氧反应活性氧 (ROS) 高渗透压高渗透压JNK信号转导信号转导通路通路 是已知的应答最多样刺激的细胞信号是已知的应答最多样刺激的细胞信号转导途径之一转导途径之一 JNK通过通过Thr-Pro-Tyr模体的磷酸化被模体的磷酸化被激活激活 由由JNK、 MAP2Ks、 MAP3Ks 和和MAP4Ks组成组成 细胞外配体应答的细胞外配体应答的JNK通路照比细胞通路照比细胞应激应答研究得较为清楚应激应答研究得较为清楚JNK： 人的人的JNK由由3个基因个基因 (

27、jnk1, jnk 2和和 jnk3)编码编码 3个基因转录产物的不同剪接产生个基因转录产物的不同剪接产生10个个JNK亚型亚型 (46kDa, 55kDa) JNK家族成员间的激酶催化核心的同源家族成员间的激酶催化核心的同源性为性为87% 同一基因编码的同一基因编码的46kDa和和55kDa亚型无亚型无明显的功能差异明显的功能差异 JNK1和和JNK2广泛地在多种组织表达广泛地在多种组织表达 JNK3 主要在神经组织表达主要在神经组织表达 JNK1和和JNK2 在激酶域的不同剪接体在激酶域的不同剪接体可改变可改变JNK与它们底物的相互作用与它们底物的相互作用 不同的亚型受不同的调节不同的亚型

28、受不同的调节 JNK底物包括：底物包括： 转录因子转录因子 c-Jun, Jun-D, ATF-2, ATF, Elk-1 Sap-1a, GABP, GABP 肿瘤抑制蛋白肿瘤抑制蛋白p53JNK生理功能：生理功能： JNK1和和JNK2有有重叠功能，在免疫应重叠功能，在免疫应答和胚胎发育中具有重要的调节作用。答和胚胎发育中具有重要的调节作用。 JNK3在在神经组织中有特异功能神经组织中有特异功能1. JNK信号信号通路通路MKK和和MKKK MKK (MAP2Ks) MKK4 4 ( SEK1/MEK4/JNKK1/SKK1 ) 主要激活主要激活JNK，但对但对p38也有活化作用也有活化作

29、用 可能是个抑癌基因可能是个抑癌基因 胚胎发育所必需胚胎发育所必需 使使细胞免于凋亡细胞免于凋亡 不是惟一的激活剂不是惟一的激活剂 MKK7 (MEK7/JNKK2/SKK4 ) 特异地激活特异地激活JNK，而不激活而不激活p38或或ERK 与与MKK4相关，属于哺乳动物细胞相关，属于哺乳动物细胞MAPKK超家族超家族 与果蝇的与果蝇的HEP(DJNK的激活剂的激活剂)密切相密切相关关 MKK7基因编码基因编码6个蛋白亚型个蛋白亚型 不同亚型应答不同的细胞外刺激和上游不同亚型应答不同的细胞外刺激和上游激酶激酶 MKK4与与MKK7在人和鼠组织中广泛在人和鼠组织中广泛表达，但在不同的组织起表达的

30、丰度不同表达，但在不同的组织起表达的丰度不同 MKK4与与MKK7介导来自同一细胞外介导来自同一细胞外刺激的信号转导，但它们被不同刺激的信号转导，但它们被不同MAP3Ks所激活。所激活。 同同MEK1/2，用酸性氨基酸置换磷酸用酸性氨基酸置换磷酸化位点的氨基酸，可增加其激酶活性。化位点的氨基酸，可增加其激酶活性。MEKK (MAP3Ks)包括：包括： MEKK14、 ASK1/MAPKKK5 MAPKKK6、 TAK1 Tpl-2 、 MLK2/MSK MLK3/SPRK/PTK1 MUK/DLK/ZPK LZK MEKKs ( MAPK/ERK kinase kinases ) 因与酵母的因

31、与酵母的STE11同源而被克隆同源而被克隆 首先鉴定出的激活首先鉴定出的激活JNK的的MAP3K是是MEKK1 目前已克隆的目前已克隆的4种称为种称为MEKK14 在蛋白在蛋白C-末端具有同源的激酶域，而末端具有同源的激酶域，而它们的它们的N-末端几乎无同源性末端几乎无同源性 MEKK1和和4与与G蛋白蛋白Cdc42和和Rac相互相互作用作用 MEKK1还可结合还可结合Ras MEKKs 也也调节其他细胞信号转导途径调节其他细胞信号转导途径 MEKK13激活激活ERK通路通路 MEKK34激活激活p38通路通路 TAK1 ( TGF-activated kinase) 因其在芽殖酵母中具有回补

32、因其在芽殖酵母中具有回补STE11突突变体缺失的功能而被克隆变体缺失的功能而被克隆 N-端具有激酶域端具有激酶域 C-末端与末端与TAB1/2相互作用相互作用 被被TGF- 、IL-1、神经酰胺神经酰胺、UV激活激活 可直接激活可直接激活IKK和和NF-B转录活性转录活性 ASK1/MAPKKK5 ASK2/MAPKKK6 ( Apoptosis signal-regulating kinase1) 应用应用PCR技术而被鉴定出技术而被鉴定出 激酶域位于蛋白分子的中间激酶域位于蛋白分子的中间 ASK1 MKK4 JNK ASK1 MKK3 p38 被被TGF- 、FasL激活激活 诱导凋亡诱导

33、凋亡ASK2/MAPKKK6 ASK1的的相关激酶相关激酶 (鼠的鼠的同源物是同源物是ASK2) 应用酵母双杂交技术而被鉴定出应用酵母双杂交技术而被鉴定出 整个分子与整个分子与ASK1的同源性为的同源性为45% 但激酶域的同源性高达但激酶域的同源性高达82% 与与MEKK14的的同源性约为同源性约为40% 仅能较弱地激活仅能较弱地激活JNK，但并不能但并不能 激活激活p38 Tpl-2/cot ( Tumor progression locus 2) 最初作为原癌基因而被克隆最初作为原癌基因而被克隆 与人的与人的cot基因基因约有约有90%的相同性的相同性 与其他的与其他的MAP3K约有约有3

34、0%的相同性的相同性 Tpl-2 MEK1 ERK Tpl-2 MKK4 JNK 参与参与NF-B的激活的激活 MLKs ( Mixed lineage kinase) 该家族激酶的特点：该家族激酶的特点： 催化域具有催化域具有Tyr和和Ser/Thr两种蛋白激两种蛋白激酶的结构特点酶的结构特点 N-端含有端含有SH3模体模体 C-端有端有Pro富集区富集区 C-端附近有亮氨酸拉链端附近有亮氨酸拉链 MLK2/MST ( mammalian STE 20-like) MLK2 MEK4 JNK MLK2 MKK7 JNK 对对p38和和ERK的作用较弱的作用较弱 含有含有Cdc42和和Rac的

35、结合位点的结合位点 MLK3/SPRK/PTK MLK3 MKK4 JNK MLK3 MKK3/6 p38 对对ERK无作用无作用 MUK/DLK/ZPK/LZK ( MAPK- upstream kinase) ( dual luecine zipper- bearing kinase) (luecine zipper- protein kinase) (luecine zipper- bearing kinase) MUK MEK7 JNK LZK激活激活JNKMAP4Ks STE20相关激酶相关激酶 N-端具有端具有STE20样的催化域样的催化域 中间至少有中间至少有2个个Pro富集域富

36、集域 C-端有端有CNH域域 是是JNK强的强的特异性激活剂特异性激活剂 GCK ( germinal center kinase) KHS (kinase homologous to STE20 ) GCKR (GCK- related kinase) GLK (GCK like kinase) TAO1 ( Thousand and one amino acid protein kinase) 应用应用PCR方法从大白鼠脑的方法从大白鼠脑的cDNA文文库中鉴定出。库中鉴定出。 主要在脑和睾丸中表达主要在脑和睾丸中表达 激酶域与其他激酶域与其他STE20相关激酶的同源相关激酶的同源性约性约4

37、5% 主要激活主要激活MKK3 HPK1 ( hematopoietic progenitor kinase ) 主要在造血细胞中表达主要在造血细胞中表达 含有含有4个个Pro富集域富集域 与连接物蛋白相互作用与连接物蛋白相互作用 受受酪氨酸蛋白激酶调节酪氨酸蛋白激酶调节 主要激活主要激活JNK，不是不是ERK和和p38 在在TGF- 诱导的诱导的JNK激活中是激活中是TAK的的上游上游支架蛋白：支架蛋白： 在哺乳动物细胞中了解有限在哺乳动物细胞中了解有限 JIP1 ( JNK-interacting protein 1 ) 应用酵母双杂交筛选出应用酵母双杂交筛选出 主要结合主要结合JNK，不

38、是不是ERK和和p38 抑制抑制JNK的核转位的核转位 结合结合MKK7 与与MLK家族、家族、HPK1相互作用相互作用（三）三）p38信号转导通路信号转导通路 p38最初作为最初作为LPS刺激产生的酪氨酸磷刺激产生的酪氨酸磷酸蛋白而被鉴定出酸蛋白而被鉴定出 p38与与酵母酵母HOG1具有明显的同源性具有明显的同源性 p38是是细胞抑制性抗炎药的靶分子细胞抑制性抗炎药的靶分子 双磷酸化三肽模体双磷酸化三肽模体 Thr-Gly-Tyr 不同亚型的表达、激活和特异性不同不同亚型的表达、激活和特异性不同 亚型之间有重叠的、不同的生理作用亚型之间有重叠的、不同的生理作用p38的表达：的表达： p38

39、：白细胞、肝、脾、骨髓中等高表达白细胞、肝、脾、骨髓中等高表达 p38 ：脑和心中高表达脑和心中高表达 p38 ：主要在骨骼肌中表达主要在骨骼肌中表达 p38 ：肺、肾、肠及内分泌器官中高表达肺、肾、肠及内分泌器官中高表达注：注： p38 和和 p38 具有不同的剪接体具有不同的剪接体 例：例：Mxi 缺少缺少80氨基酸残基的氨基酸残基的p38 p38的结构：的结构： N-末端、末端、C-末端延伸短，与已知其他激末端延伸短，与已知其他激酶无同源性酶无同源性 (p38家族成员和家族成员和JNK亚型除外亚型除外) 相似于相似于ERK2，但活化环构象差异明显但活化环构象差异明显 ATP结合位点相对开

40、放结合位点相对开放 磷酸化唇序列磷酸化唇序列比比ERK2短短6个氨基酸残个氨基酸残基基 1. p38 信号转导通路的信号转导通路的MKK和和MKKKMEKs: MEK3和和MEK6是细胞中是细胞中p38激活的主激活的主要激酶。要激酶。 不同的不同的MEK选择性地激活不同的亚型选择性地激活不同的亚型 MEK6 共同的激活剂共同的激活剂 MEK3 激活激活 p38 , , MEKKs: MEKK13参与参与p38激活激活 MEKK1MEK4 p38 (3T3细胞细胞) MEKK3MEK3 p38 (转化细胞转化细胞) MLK家族的家族的4个成员参与个成员参与p38激活激活 其他激酶其他激酶 Tp1

41、2 ASK TAKMLK家族成员含有家族成员含有3个结构域：个结构域： SH3域域 亮氨酸拉链亮氨酸拉链 小分子小分子G蛋白结合域蛋白结合域参与参与p38激活的激活的4个成员是：个成员是： MUK/ZPK/DLK MTK1/MEKK4 MLK2/MST MLK3/PTK/SPRK上游调节因子：上游调节因子： Rac、Cdc42、Rho家族家族的小分子的小分子GTPase是是p38途径的较强的调节因子。途径的较强的调节因子。 Rac/Cdc42 PAK p38来自细胞表面的活化：来自细胞表面的活化： 异三聚体异三聚体G蛋白可激活蛋白可激活p38途径，但激途径，但激活机制因细胞不同而异。活机制因细

42、胞不同而异。 M1-乙酰胆碱受体乙酰胆碱受体-Gq/11 M2-乙酰胆碱受体乙酰胆碱受体-Gi -肾上腺素受体肾上腺素受体-Gs (HEK293细胞细胞) 1A-肾上腺素受体肾上腺素受体-Gs (PC12细胞细胞) -肾上腺素受体肾上腺素受体-Gi (ARVM细胞细胞)激活激活p38途径的物理、化学应激：途径的物理、化学应激： 氧化应激氧化应激 (巨噬细胞巨噬细胞 ) 低渗压低渗压 (HEK293细胞细胞 ) 紫外线辐射紫外线辐射 (PC12细胞细胞 ) 低氧低氧 (牛肺动脉成纤维细胞牛肺动脉成纤维细胞 ) 循环扩张循环扩张 (肾小球膜细胞肾小球膜细胞 )亚亚细胞定位：细胞定位： 细胞核、胞质

43、细胞核、胞质 (免疫荧光显微镜免疫荧光显微镜) 应激反应，如心肌缺血、低氧时，应激反应，如心肌缺血、低氧时， 胞质胞质 核核p38的的抑制剂：抑制剂： 吡啶咪唑吡啶咪唑 结合于结合于ATP结合位点延伸袋结合位点延伸袋 p38 , 敏感敏感 p38 , 不敏感不敏感2. p38蛋白激酶的作用底物和灭活蛋白激酶的作用底物和灭活作用底物作用底物: 细胞骨架细胞骨架 细胞应激细胞应激 微管相关蛋白微管相关蛋白(tau) stathmin ( 癌蛋白癌蛋白18） 细胞质蛋白细胞质蛋白 刺激血小板刺激血小板 cPLA2 血管紧张素血管紧张素 Na+/H+交换体交换体 转录因子转录因子 ATF1/2 (ac

44、tivation transcription factor 1/2) CHOP10 (C/EBP-homologus protein 10 ) MEF2C (myocyte enhancer factor 2C) Max (myc associated factor X ) MAPKAPK 2/3 MNK1/2 (MAPK-interacting kinase 1/2 ) PRAK (p38-regulated/activated kinase)p38蛋白激酶灭活：蛋白激酶灭活： 蛋白激酶磷酸酶蛋白激酶磷酸酶M3/M63. p38 信号转导通路的功能信号转导通路的功能 主要参与应激反应，此外主

45、要参与应激反应，此外 血细胞细胞因子的生成血细胞细胞因子的生成 (单核细胞：单核细胞：IL-1，TNF-) 细胞凋亡细胞凋亡 免疫反应调控免疫反应调控p38亚型的作用：亚型的作用： p38 ：特异地参与特异地参与LPS介导的细胞反应介导的细胞反应 如黏附、如黏附、NF-B活化、活化、TNF-合成合成 诱导凋亡诱导凋亡 p38 ：促进细胞存活促进细胞存活 总之，总之， p38在在细胞增殖、分化和生存过细胞增殖、分化和生存过程中起作用。程中起作用。（四）四）MKK5/ERK5通路通路ERK5 (BMK, big mitogen- activated kinase)： MAPK家族中分子量最大的成员

46、家族中分子量最大的成员 故有故有BMK之称之称 与与ERK2有有52%的同源性的同源性 双磷酸化三肽模体为双磷酸化三肽模体为TEYMEK： MEK5 (, 两种亚型两种亚型)活化和上游调节因子活化和上游调节因子 生长因子生长因子 应激应激 (如氧化应激、高渗透压如氧化应激、高渗透压 ) 血清血清 Src和和Ras是是ERK5信号转导途径的调节信号转导途径的调节因子因子 GPCR (Gq和和G12/13)也调节也调节ERK5活性活性 MKKK MEKK3、Tpl-2 ERK5的的作用底物：作用底物： MEF2家族家族 (A, C, D) Ets样样转录因子转录因子Sap1a ( serum re

47、sponse factor acessory protein 1a)抑制剂：抑制剂： 无特异性的抑制剂无特异性的抑制剂 MKP1/3 使使MEK5脱磷酸脱磷酸 高浓度高浓度PD98059和和U0126抑制抑制MEK5活性活性（五）孤儿（五）孤儿MAPK1. ERK3亚型亚型 研究最少研究最少 分为分为 ERK3 和和 ERK3 (74%同源性同源性) 单一磷酸化位点单一磷酸化位点 (Ser) 组成性定位于核组成性定位于核2. ERK7亚型亚型 催化区与催化区与ERK2有有40%的同源性的同源性 双磷酸化三肽模体双磷酸化三肽模体 Thr-Glu-Tyr 具有自我调节功能具有自我调节功能 氯通道相

48、关蛋白可与非催化区结合氯通道相关蛋白可与非催化区结合 ( chloride intracellular channel protein 3 CLIC3)2. NLK ( Nemo-like kinase) 催化区与催化区与ERK2有超过有超过45%的同源性的同源性 缺少缺少Tyr磷酸化位点磷酸化位点 Lit-1 (线虫的同源体线虫的同源体) 是是Mom-4 (蠕虫蠕虫TAK1的同源体的同源体) 的下游的下游 下调下调Wnt信号信号 2. MOK ( MAPK/MAK/MRK overllaping kinase) 与与ERK2有有30%的同源性的同源性 双磷酸化位点双磷酸化位点 佛波酯醇和佛波酯醇和OA增加其活性增加其活性 相关激酶相关激酶 MAK ( male germ cell associated kinase) MRK ( MAK-related kinase)