RTK-Ras-MAPK信号转导通路
来源/作者:中国龙8手机网页版物质网  日期:2015-09-09

小分子量G蛋白家族成员之-Ras,是RTK介导的信号通路中的一种关键组分,参与细胞生长调控和增殖,还影响细胞分化、形态发生和凋亡。活化的受体酪氨酸激酶的信号跨膜传递到Ras蛋白,通过蛋白激酶的级联反应传送到细胞核。这条通路由促细胞分裂信号如生长激素类激活,所以被称为丝裂原活化蛋白激酶通路(mitogenic activated proteinkinase pathway, MAPK通路)。

受体型RTK-Ras-MAPK信号转导途径,是细胞外信号传递到细胞核内的重要通道,组成和转导过程可简单总结为:配体(例如生长因子)→受体型酪氨酸蛋白激酶RTK→含有SH2/SH3结构的接头蛋白(例如Grb2 )→鸟苷酸释放因子(例如SOS)→Ras蛋白→MAPK链→生物学效应。

受体型酪氨酸蛋白激酶的活化

受体型RTK大多属于细胞生长因子受体及某些癌基因编码的产物,例如胰岛素受体、表皮生长因子受体、血小板衍生生长因子受体等。当配体与受体胞外区结合后,引起相邻的受体发生二聚化,进而受体胞内区的TK被激活,彼此将对方的某些酪氨酸残基磷酸化,导致受体活化。

活化的受体识别含SH2结构域的接头蛋白

在受体型RTK-Ras-MAPK信号转导途径中,接头蛋白Grb2通过其SH2结构域识别并结合到活化RTK的磷酸化酪氨酸残基上,在RTK与下游信号蛋白之间架起一座桥梁。Grb2除含有一个SH2结构域外,同时还具有两个SH3结构域。SH3富含脯氨酸,由约60个氨基酸残基构成,它的功能是识别并结合下游的另一个信号蛋白分子——鸟苷酸交换因子,即SOS (son of sevenless ),识别部位是SOS中富含脯氨酸的区段。Grb2通过与SOS紧密结合,经核昔酸交换,将信号传递到Ras。在Grb2-SOS复合体中,Grb2的作用是偶联受体酪氨酸激酶和Ras蛋白。

在SOS的作用下激活Ras蛋白

(1)鸟苷酸交换因子SOS 在活化的RTK与Ras蛋白之间发生的信号传递由鸟苷酸交换因子SOS介导,SOS和接头蛋白Grb2结合形成的复合物构成了激活受体与Ras蛋白之间的连接结构。在细胞静息状态时,Grb2通过两个SH3结构域与SOS结合成复合物,存在于胞浆中。当RTK受体被激活时,通过Grb2 N端的SH2结构域将Grb2-SOS复合物与受体相连,并将其移至细胞膜上募集SOS,提高SOS在质膜上的局部浓度。SOS具有核昔酸转移酶的活性,在它的作用下激活下游靶蛋白Ras蛋白。Grb2-SOS复合物从胞浆重定位到胞膜可能是激活的受体与Ras蛋白结合的限速步骤,当两种蛋白都到达细胞膜时激活信号传递,Ras蛋白处于“开”的状态。

(2) Ras蛋白 Ras蛋白由一条多肽链构成.是一个分子质量为21kD的单体GTP酶。由原癌基因ras编码而得名,它是RTK信号转导通路中的主要成员。Ras蛋白是膜结合型蛋白,性质类似于G蛋白的Ga亚基,但其分子量小,由约170个氨基酸残基构成,故又称为小G蛋白。Ras蛋白上具有与GTP或GDP结合的部位,当其与GDP结合时为失活型,与GTP结合时为激活型。当SOS被募集到细胞膜,并与底物Ras蛋白靠近时,在SOS核苷酸转移酶的作用下,GDP脱落同时结合 GTP, Ras蛋白即被活化。

只有GTP结合型的Ras能够给下游传递信号,所以GTP结合型的持续时间非常重要,这是由GTP的水解速率决定的。单就Ras蛋白来讲,其GTP水解的固有速率很低,与GDP形成的复合体解离也十分缓慢。但在信号传递的过程中,Ras特异性的鸟昔酸交换蛋白(G-nucleotide exchange proteins, GEF)和GTP酶激活蛋白(GTPaseactivatingprotein, GAP)加速这两个过程,成为Ras蛋白转换开关的关键成分。

启动MAPK级联反应

在受体型RTK-Ras-MAPK信号转导途径中,激活的Ras蛋白的下游信号蛋白是丝氨酸/苏氨酸特异性蛋白激酶Raf。 Raf激酶是MAPK信号系统的组成部分,它的活化可引发蛋白质磷酸化级联反应。MAPK系统包括MAPK(丝裂原激活蛋白激酶)、MAPKK (MAPK激酶)、MAPKKK (MAPKK激酶)。这是一组酶兼底物的蛋白质分子,不同蛋白激酶在MAPK级联系统中的位置取决于其底物特异性。

(1) MAPKKK (Raf) MAPKKK具有丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活性,它可将MAPKK磷酸化而激活,是进入MAPK信号转导的起始点。Raf蛋白是代表性的酶,由GTP结合型Ras蛋白激活后,使下游MAP-KK蛋白的两个丝氨酸残基磷酸化。Raf是MAPK级联反应的第一个分子,由此启动MAPK的三级级联反应。Ras蛋白本身无蛋白激酶活性,如何使MAPKKK发生磷酸化这一点尚未获得明确证实,可能和蛋白激酶C (PKC)的参与有关。

(2) MAPKK (MEK) MAPKK是一种苏氨酸/酪氮酸蛋白激酶,属一类特殊的蛋白激酶,对蛋白底物磷酸化位点上的氨基酸残基具有双重特性,它可以使位于其下游MAPK的苏氨酸和酪氨酸残基磷酸化而激活。这些磷酸化的位点被称为MAPK的“TEY”特征顺序。在受体型RTK-Ras-MAPK信号转导途径中,属于MAPKK的蛋白是MEK.。Raf作用于MEK,使之磷酸化而活化。活化的MEK再作用于属于MAPK家族的ERK,使其磷酸化而活化。

(3) MAPK (ERK) MAPK是一种具有双重催化活性的蛋白激酶,既可催化丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化,又能催化酪氨酸残基磷酸化。因此它具有广泛的催化活性,介导许多重要的生物学效应。根据序列同源性、上一级MEK和输入信号不同,MAPK被分成不同亚型。在受体型RTK-Ras-MAPK信号转导途径中,属于MAPK的蛋白是ERK。ERK含有一个TXY序列,MEK将TXY磷酸化后使其激活。TXY模体是活化环的一部分,经MEK磷酸化后,通过解除结合底物的位阻和催化位点的重组,激活MAPK。

MAPK介导的生物学效应

活化的ERK可同时将信号传递到细胞核和细胞质底物。它具有广泛的催化活性,介导许多重要的生物学效应。

(1) 磷酸化胞质蛋白磷脂酶A2 (cPLA2)是ERK的细胞质底物。ERK磷酸化cPLA2的丝氨酸残基,激活磷脂酶使花生四烯酸和磷脂的释放增加,形成弥散性信号分子,或生成第二信使分子的前体。

ERK蛋白的一个重要细胞质底物是90kD核糖体S6激酶(RSK),又称MAPK-活化蛋白激酶1,其激活是通过活化环的磷酸化。RSK有许多细胞功能,包括磷酸化转录因子CREB和NF-kB,以及磷酸化核糖体蛋白S6刺激蛋白质生物合成。

(2)磷酸化核内转录因子,调节基因转录MEK介导的ERK磷酸化可激活ERK形成二聚体,进而转位进入细胞核,磷酸化和激活各种转录因子。转录因子Elk-1就是其细胞核底物之一,可被ERK通路正调节。Elk-1可与血清反应因子一起结合到血清反应元件,后者是高等真核细胞中多种基因的调节序列。另外,ERK刺激c-Fos、c-Jun转录因子形成转录因子AP1,该因子与c-myc基因旁的特异的DNA序列结合,从而启动转录。c-myc基因产物也是转录因子,它能激活其他基因。最终,这些信号集中起来诱导D型cyclin的表达和活性。D型cyclin与cyclin依赖性激酶(如CDK4和CDK6)形成复合体,该复合体的形成促使细胞从G1期进入S期。

【关键词】RTK-Ras-MAPK 信号 转导通路