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1、激素作用分子机理的最新进展,概念的延伸和扩展,经典激素：特定组织(腺体)化学活性物质血循环靶器官或组织生物学作用付激素：局部作用，分布极其广泛内分泌旁分泌自分泌激素新定义：化学的、非营养性的，微量(umol)细胞间信使物质,激素的新定义,非营养型的nmol或更低浓度就能起作用的细胞间化学信使包括内分泌激素、生长因子、细胞因子神经递质可以通过内分泌、旁分泌、自分泌形式起作用,亲水性和嫌水性激素的比较,特点 嫌水性(Hgdrophobic)亲水性(Hgdrophilic)举例 类固醇和甲状腺激素 肽类或儿茶酚胺合成后贮存 通常 不常，除小肽 半寿期 长(hs or days)短(min)受体 细胞
2、质或核 质膜 作用机制 直接 间接(第二信使),膜受体按结构分类及其相应配体,单跨膜片段膜受体：生长因子、细胞因子、少数肽类激素受体、受体具有内在酶活性或酶偶联四跨膜片段膜受体：神经递质类、配件门控离子通道七跨膜片段膜受体：肽类激素、神经递质等G蛋白偶联受体,单跨膜片段受体的信号转导,分类：酪氨酸激酶型受体酪氨酸激酶偶联受体丝/苏氨酸激酶型受体鸟苷酸环化酶型受体不同类受体其信号转导机制亦各异,具酪氨酸激酶活性的：,最简单，单一穿膜螺旋结构 激素结合位点氨基端-细胞外区 糖基化位点 含酪氨酸激酶活性羧基端-细胞内区 磷酸化位点,I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII,IX,九类酪氨酸
3、激酶型受体结构,EGFR2/neu/c-erbB-2RER3/c-erbB-3,InsulinRInsulin relatedRIGF-1R,PDGFRPDGFRMCSF-1Rc-kit,Cys富集区,酪氨酸激酶区,激酶间隔区,FGFR1FGFR2FGFR3FGFR4,Flt 1/VEGFRFlk/KDR,Met/HGFR,TrkATrkBTrkC,EphElkEckEekErkCek4/Mek4/HEKCek5,Axl,跨膜域,纤连蛋白III型区,IgG样区,酪氨酸激酶型受体的信号转导,如生长因子类受体基本途径：H-R结合受体形成二聚体(活化)受体自身磷酸化磷酸化受体或其底物的Tyr-P与某
4、些胞内信号分子的SH2(Src homology2)区相互作用，调控这些分子功能，活化受体，激活Ras信号转导途径：,(ras原癌基因，编码蛋白P21(21K)，能与GTP结合，具GTP酶活性，属G蛋白)活化受体GDP-RAS(无活性)GTP-RAS 激活Raf(二聚体)使MAPK/ERK(MEK)磷酸化(激活)使一系列转录因子(P90rsk C.myc和EIK等磷酸化)调节基因转录,GTP,血小板源生长因子受体(PDGFR)表皮生长因子受体(EGFR),Ras,Raf,MEK,ERK 1/2,GDP,P,Sos,SH3Grb2 SH2SH3,Shc SH2,P,质膜,酪氨酸激酶型受体信号转导
5、中的Ras通路,质膜,RasGTP,Raf,MAPKKK,Mek,MAPKK,MAPK,胞质,核,细胞质底物的磷酸化,ERK,P,转录因子,转录,酪氨酸激酶型受体信号转导中Ras-Raf-MEK-ERK途径,酪氨酸激酶偶联型受体的信号转导途径：,如某些细胞因子和肽类激素(如GH、PRC)JAK-STAT信号途径：H-Rc与JAK(Janus Kinase相偶联)结合使JAK分子磷酸化使受体活化，活化受体通过其Tyr-P与STAT分子的SH2域相互作用形成二聚体与靶基因上游的反向重复序列TTCCNGGAA结合特定基因表达,配体,酪氨酸激酶偶联型受体的JAK-STSTs信号转导途径,胞质,受体,其
6、它信号途径,JAK,JAK,P,P,STATx STATy,STATx,STATy,核,S1,S2,G,转录,四跨膜受体的结构四跨膜片段受体信号转导示意图 R-T-E三位一体(trune receptor concept),效应,信号,激素神经递质致味剂光,可形成离子通道的受体：,钠离子通道：肌肉、神经的烟酸乙酰胆碱受体氯离子通道：-氨基丁酸和甘氨酸的受体结构复杂，45亚基组成,G蛋白的分类：,大G蛋白()Gs：激活AcGi：抑制AcGq：激活PLCG12小G蛋白：EF-Tu：延长因子Ras：信号转导Ran：核转运Rac/Rho细胞骨架装配和有丝分裂Rab：囊泡运输,效应器,受体,效应器,膜受
7、体,效应器,受体,1、未受刺激时,GDP,2、配体活化受体,3、受体活化G蛋白,Agonisd,GTP GDP,4、G蛋白-效应器相互作用,5、GTP水解GTP,Agonisd,G蛋白循环,质膜,刺激型受体,抑制型受体,Rs,s,刺激型配体,抑制型配体,35 AMP(cAMP),5AMP,GTP,Gs,+,ATP,i,Gi,GTP,磷脂酶,Ri,无活性,cAMP,磷酸化蛋白,ADP,ATP,Mg+,cAMP,cAMP,cAMP,活性PKA,蛋白质,生物学效应,PKA的活化,腺苷酸环化酶,150 KDa膜蛋白活性受G蛋白调节Ca+钙调素(Calmodulin)的影响,影响腺苷酸环化酶活性C-AM
8、P水平的激素,刺激促激素(LH、HCG、FSH、ACTH、TSH、下丘脑释放激素)MSH-肾上腺素能协同剂glucagonVasopressin(肾中)PTHCalcitonin，某些前列腺素(例如PGE1),抑制2-肾上腺素能协同剂Inslulin蝇覃碱乙酰胆碱协同剂某些阿片肽某些前列腺素(如PGE2),C-AMP通路的各种信号输出过程,H8R8 G8H8R8 G8,C 磷酸化C-AMP-R基因和酶激活,8 Ac C-AMP PKA Ac：引起PLA2：打开K+通道i Ac,(+),(+),(+),(-),(-),蛋白激酶分类和转化,组成：异四聚体R2C2：两个催化亚单位(C)两个调节亚单位
9、(R)活性形式：PKA-C,蛋白激酶,C-AMP依赖的(PKA)：不同亚基形成的四聚体(R2C2)C-GMP依赖的(PKG)：两个相同的亚基(76 K)两者都需Mg+，和ATP作磷酸供者，类似的基质特异性(丝、缬为底物)PKA1 参与急性反应如分泌或酶的激活PKA PKA2 启动基因转录等 R2C2+4C-AMP(R2,C-AMP2)2+2C(无活性)(活化),PKA-C的生物效应,调节糖原的合成和分解多种离子通道的磷化(开或闭)对GPCR磷酸化，起负调节作用调节基因表达,酶的激活酶的失活水和离子的通透性细胞外吐(分泌)突能传递肌收缩类固醇合成膜电位糖原分解脂肪分解钙代谢基因转录,核转录因子,
10、cAMP,肾上腺素能受体,离子通道受体,结构蛋白,微管蛋白等,PKA,酶,糖原磷酸化激酶,其他,细胞外吐作用,PKA的多种生物学作用,PKA,PKA,PKA对糖代谢的调节,ADP,ATP,phosphatase inhibitor-P,Protein dephosphorvlation-phosphatase cascade,protein phosphatase,glycogen,-decreased dephosphorylation is stimulatory,glycogen phosphorylase-P,glycogen-1-P,-increased dephosphorylat
11、ion is stimulatory,glycogensynthase-P,UDP-glycose,phosphorylase kinase-P,ADP,ATP,ADP,ATP,ADP,ATP,-increased phosphorylation is stimulatory,-increased phosphorylation is stimulatory,Protein dephosphorvlation-kinase cascade,细胞内,PKA对CFTR的调节,CFTR(囊性纤维变性跨膜电导调节因子)为一种氯离子通道，其胞内域有一R区PKA，可使其磷酸化,右侧R区未磷酸化，通道关闭；
12、左侧PKA使R区磷酸化，通道开放DBD为核苷酸激活域，也能调节CFTR的功能,细胞外,H2N,质膜,细胞内,细胞外,ATP,NBD1,Cl-,R区,Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Reglator,NBD2,COOH,ATP,plasma membrane,关闭,开放,R区,PKA,Cl-,ATP,ATP,Cl-,NBD2,Rdomain,G1,GTP,LPAR2AAR,血小板源生长因子受体(PDGFR)表皮生长因子受体(EGFR),P13Kp85/p110p110,Src,?,Ras,Raf,MEK,ERK 1/2,GDP,P,Sos,SH
13、3Grb2 SH2SH3,Shc SH2,抑制性G蛋白的(Gi)的亚单位通过激活ScrGi的亚单位对Ras通路的激活：激活Src，后者激活Shr或酪氨酸激酶型受体，进而激活Ras通路,调控效应器的三种模式1、调节同一种效应器，二者之间无相互作用2、调节同一效应器，二者之间有相互作用3、三聚体共同调节效应器,Leucines,ActivationDomain,ZipperRegion,DNA-BindingRegion,NH2,NH2,COOH,COOH,DNA,CREB-CRE 结合机理cAMP反应元件结合蛋白二聚体及其如反应元件的相互作用,PKA对2受体活性的调节PKA使2受体胞内域磷酸化，
14、使其与G蛋白解偶联,脂类第二信使及其转导途径：进展迅速,第二信使：三磷酸肌醇(IP3)二脂酰甘油(DAG)其它：P胆碱磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸(PtdIns(3,4,5)P3)花生四烯酸神经酰胺磷酸鞘氨鞘氨醇磷酸胆碱等,途 径：,P3+DAG,激素与其膜受体结合,使其偶联的G蛋白(Gq)活化,激活磷酯酶C-(PLC-),使磷脂酰肌醇(4,5)二磷酸,水解,1、经磷脂酶C(PLC)催化一磷脂酰肌醇4,5-二磷酸水解产生1,4,5三磷酸肌醇(1,4,5,IP3)和二酯酰甘油(DAG),P,PI(4,5)P2,4,5-二磷酸磷脂酰肌醇,H2O,OPO3-,OPO3-,I-1,4,5-P3,1,
15、4,5-三磷酸肌醇 2M,1,2-DAG,1,2-二酰茎甘油 2M,磷脂酶C(PLC),水解,OPO3-,+,部分脂类第二信使的产生和化学结构,P,O,O,O,O,PCH,磷脂酰胆碱,PhosphocholinePC2 M磷酸胆碱,1,2-DAG,H2O,水解,PC-PLC,+,2、经胆碱磷脂酶(PC-PLC)催化磷脂酰胆碱(PCh)水解为磷酸胆碱和DAG,CH2,CH2,N+,(CH3)3,OPO3-,CH2,CH2,N+,(CH3)3,部分脂类第二信使的产生和化学结构,P,O,O,O,O,PC,磷脂胆碱2 M,choline胆碱,PLdA磷脂酸,H2O,水解,PLD,+,3、经磷脂酶D(P
16、LD)催化磷脂酰胆碱水解为胆碱和磷脂酸,CH2,CH2,N+,(CH3)3,OH,CH2,CH2,N+,(CH3)3,部分脂类第二信使的产生和化学结构,IP3-IP与内质网膜上IP3受体(即Ca+通道结合、使Ca+通道开放)进入胞浆而 钙调素(CaM)一系列生物效应：多种酶性细胞骨架成分分泌依赖Ca+CaM蛋白激酶活性DAG激活蛋白激酶C(PKC或C激酶),PKC有多种亚型(Subtype)和异形体(isoform),寻常PKC(C-PKC)1、II对Ca+和DAG依赖新PKC(n-PKC)对DAG依赖不依赖于Ca+非典型PKC(aPKC)：和，对Ca+和DAG均不依赖,PKC活化后的生物效应
17、,细胞骨架成分磷酸化，功能改变Raf磷酸化激活Raf-MapKK-MAPK信号传递途径调节多功能转录因子NFKB活性使转录因子fos/jun表达而又磷酸化影响基因的转录,M1AChR1BAR,Gq,PTK PKC Ca+Calmodulin,M1AChR1BAR,PLC,PKC,IP3+DAG,PIP2,亲脂性激素作用的分子机理,核受体的结构核受体超家族：1988，Evans成员：类固醇激素(糖皮质激素、雌孕激素、雄激素等)、甲状腺激素、维生素D3和维甲酸受体，已逾150个(75%属孤儿受体orphan receptor)有相应配体者：该配体调节的基因转录因子无相应配体者：一种组成性(cons
18、titutive)转录激活/阻遏因子,核受体超家族：类固醇受体家族：GR、MR、AR、ER、PR甲状腺激素/维甲酸/维生素D受体家族核受体：配体依赖性核受体孤儿受体：有配体但未发现无配体：组成性转录因子,亚型(subtype)：不同基因编码同一种受体，如RAR、RAR、RAR等异形体(isoform)：同一种基因由于选择性启动子和/或mRNA选择性剪接而产生不同产物如RAR1、RAR2,孤儿受体,主要核受体的结构,核受体的进化,源于同一祖基因，此基因含有两个功能域，分别结合DNA和配体由结合DNA的基因和结合配体的基因融合而成,类固醇受体的激活和转形(Activation-Transforma
19、tion),激活机制温度离子浓度或/和PH 脱磷酸化稀释或凝胶过滤,多聚体解体DNA结合区与DNA正电荷暴露亲和力抑制因素被去除(hsp 90),核受体转化(transformation),类固醇核受体与配体结合后，构象发生变化，受体与RAPs解离，解离的受体DBD暴露出来，能与DNA高亲和力结合，这一过程称为受体的活化或称转化转化受体比未转化受体小，4SVS，8-9S转化受体无RAPs转化受体可结合DNAGR的转化受体核定位序列暴露，可转位入核内非类固醇不与RAPs结合，故无转化现象,核受体功能分区,A/B区：位于N端，保守性低，转录激活F区：位于C端，保守性低，功能未明D区：绞链区、连接L
20、BD和DBDC区：结合DNA，DBD，最保守E区：结合配体，LBD，保守,A/B,C,D,E,F,结合DNA,结合配体,二聚化,二聚化,结合热休克蛋白,反式结合,沉默作用,核定位,核定位,结合TFIIB,结合TFIIB,核受体功能分区,C区与DBD的异同,C区：不同核受体序列比较而得从Cys到Cys羧基侧第5个氨基酸残基共66aaDBD：与DNA结合的部分除C区外还包括T盒和A盒从Cys到Cys9羧基侧约20个aa,C区(DBD)序列图,保守性高9个半守的Cys两个锌指两个区域：锌指螺旋延伸区P盒位于螺旋1内，X-Y-半胱-赖-Z，X、Y、Z决定受体DNA相互作用的特异性D盒位于第二锌指起始部
21、位，决定半位间隔A盒、T盒：参与DNA结合的非锌指残基,hGR 440 C L V C S D E A S G C H Y G V L T C G S C K V F F A R A V 5 G G H N Y LhER 185 C A V C N D Y A S G Y H Y G V W S C E G C K A F F C R O I O G H N D Y HhRXR 102 C V V C G D K A T G Y H Y R C I T C E G C K G F F F P T I Q K R L H P S Y ShRXR 135 C A I C G D R S S G K
22、 H Y G V Y S C E G C K G F F O R T I R K D L T Y SNGF1b 266 C A V C G D N A S C O H Y G V R T C E G C K G F F L R T V O K S A K Y I,p盒,螺旋 1,hGR C A G R N D C L L D K L R R K R C P A C R Y R R C L O A G M N L E A R K T K K K I K G I G O A T AhER C P A T N O C T I D K N R R K S C O A C R L R X C Y E V
23、 G M M K G G I R K O R R G G R H L K H K RhTR C K Y E G K C V I D K V T R N G C O E C R F K K C I Y V G M A T D L V L D D S K R L A K R K L I EhTR C R D R K D C T V D K R O R N R C O Y C R Y O K C L A T G M K R E A V Q E E R Q R G K D K D G DGNGFLb C L A N K D C R V D K R R R N R C O F C R F O K C L
24、 A V G M V K E V V R T O S L K G R R G R L R S,D盒,螺旋 2,几种核受体DBD氨基酸序列,G/E19,S/G20,Cl,K22,V/A/G23,K26,K27,第一锌指域,第二锌指域,T盒,A盒,C37,-85,E区,约250 aa，富含螺旋(65)多种功能：配体结合、转录激活、二聚化、核定位hsp相互作用、沉默作用、IFIIB相互作用配体结合袋(疏水)AF2或Tc区七体重复(heptad repeat)与二聚化有关,亚细胞定位,核受体：非类固醇核受体：无论是否结合配体均位于核内并与染色质结合类固醇受体：GR：未结合配体时主要位于胞液内，结合配体
25、后转位入核内ER、AR、MR、PR：位于核内但只有在结合配体后始与染色质结合,配体依赖性核受体作用机理模式图L：配体 Rc：受体,核受体结合蛋白(RAPs),新合成的核受体并没有活性，只有在一些分子伴侣的帮助下经折叠、解折叠、卷曲等交杂过程始能形成对配体具高亲和力的构象非类固醇核受体活性构象一经获得可长久维持且不需分子伴侣继续作用类固醇核受体只有与某些分子伴侣持续作用始可维持对配体高亲和力的构象，故受体常与这些分子伴侣结合在一起形成载受体复合物，这些分子伴侣也称受体结合蛋白(RAPs)，重要的RAPs有hsp 90、hsp 70、hsp 56、P 23、P60、Dnaj等,激素核受体作用原理示
26、意图,反应元件：与核受体结合的DNA序列位于受调节启动子上游，属顺式作用元件常由两个66 bp的单元组成，每个定位称为半位两半位排列方式有：反向重复(回文结构)，同向重复和翻转重复(反向回文结构)类固醇核受体均呈反向重复，且间隔3 bpGR、MR、PR、AR：AGAACAnnnTGTTCTER：AGGTCAnnnTGACCGT,受体二聚体,多数受体与DNA相互作用时须形成二聚体同二聚体异二聚体：多与RXR组成两步二聚化：先由LBD内的二聚化区形成初级二聚体遂后DBD内的二聚化区发挥作用、形成稳定的二聚体DBD有挠性，根据半位特性和间隔旋转非类固醇核受体半位与ER相同，惟常呈同向重复且间隔多样某
27、些孤儿核受体如NGFIb以单体与DNA结合，故其反应元件只相当于一个半位,GR,GR,RXR,RAR,NGFI-B,类固醇受体,GR 糖皮质激素受体MR 盐皮质激素受体PR 孕酮受体受体AR 雄激素受体ER 雌激素受体,RXR(usp)9-cis RACOUP/ARP?HNF-4?,异二聚体,TR thyroid hormonaRAR all-trans RAVDR 1.25-(OH)2-VD3PPAR eicosinoidsEcR ocdysone,?,NGFI-B(CEB-1)?ELP/SF-1(Ftz-F1)?,核受体与DNA上反应元件结合的四中模式,类固醇受体与同二聚体与反向重复反应元
28、件结合,孤儿受体单体,同二聚体与同向重复结合,TR等同RXR形成异二聚体如同向反应元件结合,单体与反应元件结合,COOH,P,Zn,NH2,Zn,N,D,+,+,+,D,N,+,+,+,NH2,COOH,P,34 A,两个核受体的二聚体DBD通过D盒形成对称的头-头形式的二聚体,螺旋2,螺旋1,D盒,P盒,N,C,T/A盒,第一锌指,A,B,C,A G G T C A N N N T G A C C T,C,N,C,N,A G G T C A N N N N A G G T C A,核受体DBD与反应元件结合示意图 A:未二聚化的DBD结构 B：二聚体(头-头)同反向重复序列结合 C：二聚体(
29、头-尾)同同向重复序列结合,GR DBD与GRE的结合示意图,雌激素受体基因结构及其DBD结构示意图第一锌指和第二锌指欧不同的外显子编码,激素对基因表达的调控机理,转录水平上的调节基因转录速率初次和再次效应再次效应：快、幅度大、特异性差多因素联合作用m-RNA稳定性改变特异性m-RNA的半寿期RNA多聚酶活性激活早期或快速相反应基因表达长期或持续作用聚合酶I：核仁内，使r-RNA转录聚合酶II：核质中，产生m-RNA前体物,DNA模板活性,DNA模板结构 激素作用 凝聚状(condensed)DNA 松散状(圆筒形、螺旋状、紧紧缠绕)(转录活性低)(转录活性高)DNA的甲基化：胞苷的甲基化抑制
30、基因表达(增加DNA弯度和某些抑制蛋白质的结合)激素作用促使靶基因5-区某高灵敏度的位点种胞苷去甲基化激活基因转录,核受体与DNA的相互作用,激素反应成分(Hormone Respense elements)HREHRE基因表达的调节片段常位于-200 bp以下，靠近促动子(Promotor)5区常有5-6个核苷，重复，反向对称顺序()二个受体结合位,类固醇受体作用机理HR与HRE结合改变染色体结构(形成撑)增强了(Enhencer)或抑制了(Silenser或dehenser)(-)直接作用：如E2，糖皮质 激素PRL表达肽类激素对基因转录作用机理类似类固醇激素的作用机理：5区增强子样调节成
31、分(PRL)与某些中介物(第二信使如EGF、干扰素、TPA、C-AMP)结合启动基因的转录甲状腺激素的基因调控机理大鼠GH基因中：T3R可与188173 bp之间T3R结合位(具增强子样作用，含有一个56 bp的重复性结构，可结合2个T3R)结合启动基因转录,小 结,HS,特异性m-RNA活性,m-RNA半寿期RNA聚合酶磷酸化或RNA聚合酶生物合成DNA模板活性,转录后调控机理,RNA加工过程某些类固醇激素可直接影响转录产物-RNA的前体物的裂解，剪接，甲基化和加尾等过程m-RNA转运蛋白翻译：尤在激素促进大量蛋白质合成的组织中如乳腺蛋白的修饰：磷酸化N-连接的糖基化尤末端糖基化小结：主要在
32、转录水平上表现型由多种激素在多个水平上联合作用的结果,非基因组机制,基因组机制转录调节mRNA蛋白质效应：需时长、核受体非基因组机制：快速，不通过转录，膜受体非基因组机制类例：醛固酮对Na+-H+转运的激活1,25(OH)2D3对骨细胞Ca2+的促进作用类固醇激素对神经细胞快速超极化作用及对囊泡运输的调节,Diagrammatic representation of cytochemical events in the pen ose-shunt.G6PD=glucose 6-phosphate dehydrogenase.NADP=nicotinamide adenine di ncleotide phosphate,基础转录因子,CREs,CREB,CREB,PO4,PO4,TFIID,TATA,GTF,A,CREs,CREB,CREB,PO4,PO4,TFIID,TATA,GTF,B,Adaptor,
