图解NFB信号通路专题.ppt
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1、NF-B信号通路基本信息介绍专题,主要内容,背景介绍 IKK复合物的上游信号 IB激酶的结构和激活方式 IB蛋白的作用 NF-B的转录调节,一.背景介绍,1.NF-B信号通路2.NF-B家族3.IB蛋白家族4.IB激酶复合物 NF-B信号通路激活对肿瘤发生 发展的影响,背景1,NF-B信号通路,最基本的NF-B信号通路,包括受体和受体近端信号衔接蛋白,IB激酶复合物,IB蛋白和NF-B二聚体。当细胞受到各种胞内外刺激后,IB激酶被激活,从而导致IB蛋白磷酸化,泛素化,然后IB蛋白被降解,NF-B二聚体得到释放。然后NF-B二聚体通过各种翻译后的修饰作用而被进一步激活,并转移到细胞核中。在细胞核
2、里,它与目的基因结合,以促进目的基因的转录。,NF-B经典和非经典通路,NF-B的 经典信号通路和非经典信号通路的主要区别就在于:在NF-B的 经典信号通路中,IB蛋白的降解使NF-B二聚体得到释放。而在NF-B非经典信号通路中,则是通过P100到P52的加工处理,使信号通路激活。,NF-B家族,背景2,NF-B家族由P50、P52、P65、c-Rel和RelB五个成员组成。它们分别由NFKB1,NFKB2,RELA,REL和RELB基因进行编码。它们都具有一个N端Rel同源结构域(RHD),负责其与DNA结合以及二聚化。另外,在P65、c-Rel和RelB中,存在着转录激活区域TAD,对基因
3、表达起正向调节的作用。P50和P52不存在转录激活区域,它们的同型二聚体可以抑制转录。,NF-B二聚体的存在方式,NF-B二聚体与IB蛋白结合 NF-B二聚体与DNA结合 NF-B二聚体结构 氨基末端为免疫球蛋白相似区域,对某一种形式的B位点具有选择性。C-末端疏水区域提供NF-B各亚基之间的连接。,一般,NF-B是以二聚体的形式存在的,而它的二聚体又有两种存在方式。,背景3,IB蛋白家族,IB蛋白家族包括七个成员:IB、IB、IB、IB、Bcl-3、p100和p105。作用:在细胞质中与NF-B二聚体结合,并对信号应答具有重要作用。IB蛋白的结构特点:存在锚蛋白重复区域(即多个紧密相连的钩状
4、重复序列,每个重复序列含有33个氨基酸)。,背景4,IB激酶复合物,IKK/IKK1(CHUK)IKK/IKK2(IKBKB)调节亚基 NEMO 在特定的NF-B 信号通路中,IKK和IKK是选择性需求的。,背景5,NF-B信号通路激活 对肿瘤发生发展的影响,1.NF-B信号通路激活对肿瘤发生发展的促进作用。NF-B 所致的GADD45和(生长抑制DNA损伤基因)联合表达下调是很多肿瘤细胞逃逸凋亡机制的关键步骤。NF-B 还可上调CyclinD1(CCNDI)等基因的表达,促进细胞生长。NF-B 激活对肿瘤的转移具有明显的促进作用。2.NF-B信号通路激活对肿瘤发生发展的抑制作用。RelA(p
5、65)亚基在p53-介导的凋亡过程中具有重要作用,很多胞外刺激信号都可以引起NF-B 信号通路的激活,如:促炎症细胞因子TNF-、白介素IL-1,细菌脂多糖(LPS),T 细胞及B 细胞有丝分裂原,病毒双链RNA 以及各种物理和化学压力等。虽然这些胞外刺激所产生的胞内早期信号途径各不相同,但一般认为,大多数此类胞外刺激起始的信号传递反应将最终激活IKK复合物。在这个传递过程中,衔接蛋白起着重要的作用。,二.IKK复合物的上游信号,在很多NF-B信号通路中,许多的信号中间物都是共有的,特别是IKK复合物的上游信号。不同的信号通路可利用一些共有的信号元件激活和抑制通路。TRAFsTNF受体相关因子
6、 IKK复合物的上游信号衔接蛋白 RIPs受体作用蛋白 TAK1TGF-激活性激酶1 IKK复合物的激酶 NIKNF-B诱导激酶,1.TRAFsTNF受体相关因子,TNF受体相关因子TRAFs家族成员是一大类胞内接头蛋白,能直接或间接与多种TNF 和IL-1/Toll-like 受体家族成员结合。介导多种下游信号通路的信号传导,其中包括NF-B 信号通路。从而影响细胞的生存、增殖、分化和死亡,并参与多个生物学过程的调控。在几乎所用的NF-B信号通路中,TRAFs都是关键的信号中间 物。TRAF蛋白家族:TRAF蛋白家族一共有7个成员,分别是TRAF1、TRAF2、TRAF3、TRAF4、TRA
7、F5、TRAF6、TRAF7。,TRAF蛋白质在结构上具有很高的同源性,同源性一般大于30%,其特征性的结构是所有成员在羧基端都有一个C-末端TRAF结构域,即包括一个卷曲螺旋结构,介导同型和异型蛋白之间的相互作用。另外,TRAF2-7的N-末端存在一个RING指结构,其可以作为E3泛素连接酶起作用,即将泛素转移到目的蛋白上。RING 指结构后还有5 到7 个锌指结构域,TRAF蛋白的结构,TRAFS的功能,1,通过TRADD,TRAF2和 TNF-的受体TNFR1结合,向下传递信号,激活IKK。在此过程中,其RING指区域作为E3连接酶是必须的。但是其具体作用机制还需要深入研究。在TNFR1
8、信号通路中,单一的敲除TRAF2或TRAF5,NF-B信号通路的激活仍会出现。但是双敲除TRAF2和TRAF5,则会造成 NF-B信号通路中,IKK复合物的激活出现缺陷。因此,在TNFR1信号通路中,需要TRAF2和TRAF5的共同作用。,TRAFS的功能,1,通过TRADD,TRAF2和 TNF-的受体TNFR1结合,向下传递信号,激活IKK。在此过程中,其RING指区域作为E3连接酶是必须的。但是其具体作用机制还需要深入研究。在TNFR1信号通路中,单一的敲除TRAF2或TRAF5,NF-B信号通路的激活仍会出现。但是双敲除TRAF2和TRAF5,则会造成 NF-B信号通路中,IKK复合物
9、的激活出现缺陷。因此,在TNFR1信号通路中,需要TRAF2和TRAF5的共同作用。,TRAFS的功能,1,通过TRADD,TRAF2和 TNF-的受体TNFR1结合,向下传递信号,激活IKK。在此过程中,其RING指区域作为E3连接酶是必须的。但是其具体作用机制还需要深入研究。在TNFR1信号通路中,单一的敲除TRAF2或TRAF5,NF-B信号通路的激活仍会出现。但是双敲除TRAF2和TRAF5,则会造成 NF-B信号通路中,IKK复合物的激活出现缺陷。因此,在TNFR1信号通路中,需要TRAF2和TRAF5的共同作用。,在Toll-likeIL-1信号通路中,TRAF6可与受体复合物发生
10、作用,激活IKK。但是,TRAF6的E3连接酶作用机制也是需要进一步证明的。因此,在NF-B信号通路中,TRAF2、TRAF5和TRAF6在激活IKK复合物方面起着重要的作用。,2,另外,TRAF蛋白家族成员中,TRAF3也是较广泛的研究成员。TRAF3是既可以介导NF-B经典信号通路,也可以介导非经典信号通路。在经典信号通路中,其可以与受体直接作用激活IKK复合物。而在非经典信号通路中,TRAF3通过NIK(NF-B诱导激酶)激活IKK,从而激活信号通路。在一些情况下,TRAF3可以诱导NIK的泛素化和降解,抑制信号通路的激活。但是这时候,其他 TRAF家族成员可以介导TRAF3的降解,结果
11、造成NIK的积累和活化,促进非经典信号通路正向激活。因此,不管在经典还是非经典信号通路中,TRAF蛋白在诱导IKK激活方面发挥着很重要的作用。,2.RIPs受体作用蛋白,RIPs是经典NF-B信号途径中的关键的衔接蛋白。RIPs既可以通过蛋白结合区域直接作用于信号通路的上游,也可以通过与NEMO结合激活IKK复合物。并且,在大多数的TRAF依赖型信号通路中,RIPs都被牵涉其中。RIP蛋白家族一共有7个成员,分别为RIP1-7。RIP蛋白的结构特征是:都具有保守的丝氨酸/苏氨酸激酶区域。,RIP1,RIP1具有一个死亡结构域,可以介导其他衔接蛋白和受体的死亡结构域之间的相互作用。RIP1不仅可
12、以招募IKK复合物,其更重要的作用是激活IKK复合物。RIP1激酶区域对IKK的激活并不是必需的,一般的作用是集合一个信号复合物元件,通过NEMO的寡聚化,和IKK的自磷酸化,诱导IKK复合物的激活。RIP1只出现在NF-B经典信号通路中,而对于CD40或LTR介导的非经典信号通路中是不需要RIP1的。,RIP2,RIP2包括一个C-末端半胱天冬酶活性和招募区域(CARD),可介导受体和衔接蛋白之间的相互作用。这个CARD区域,也使RIP2在一个特殊的NF-B信号通路中起着重要的作用,即抗原受体信号通路。在抗原受体信号通路中,有着显著的CARDS作用,由于,BCL10和CARD11属于CARD
13、包含蛋白,在抗原受体信号通路中对于激活IKK有着决定性的作用。这个信号通路是需要RIP2。同样,细胞内结构识别受体NOD-LRR家族成员也属于CARD包含蛋白,也需要RIP2来激活IKK。与RIP1相似,RIP2的激酶区域对IKK的激活也不是必需的,在NF-B经典信号通路中,RIP2与TAK1和TRAFS作用,直接诱导NEMO的泛素化,和下游信号通路激活。,RIP3 在NF-B信号通路中,RIP3由于和RIP1具有同型作用基序(RHIM),所以与RIP1具有同等功能。但是在信号通路中,RIP3的重要性远远比不上RIP1,因为当RIP3缺失时,大多数的NF-B信号通路是正常的。在特殊情况下,RI
14、P3可能影响和阻碍RIP1诱导的NF-B信号通路的激活。RIP蛋白总结:RIP1(作为一个死亡结构域和NEMO的衔接蛋白)与RIP2(作为一个CARD到NEMO的衔接蛋白),在一些NF-B经典信号通路中扮演着类似的角色。通过与NEMO结合,RIP蛋白招募IKK复合物。通过NEMO的寡聚化或泛素化依赖机制直接介导IKK复合物的激活。,3.TAK1/NIKTGF-激活性激酶1/NF-B诱导激酶,TAK1和NIK作为IKK激酶出现在NF-B信号通路中。其中,在经典信号通路中,TAK1被涉及。而在非经典信号通路中,NIK有诱导IKK激活和P100磷酸化的作用。TAK1 TAK1一般在RIP蛋白激活IK
15、K的信号通路中(例如:抗原受体和NOD-LRR信号通路),都要被涉及。但是其作用机制并不明确。主要表现在:在不同的经典信号通路中,TAK1的基因被敲除,NF-B信号通路的激活会出现不同程度的缺陷。TAK1是否作为一个IKK-K直接或通过一个媒介激酶(如:MEKK3)介导IKK的激活,这是不清楚的。通过许多相同的信号中间物,LTR介导的IKK的激活是不需要TAK1的。因此,对于TAK1的作用机制我们还需要更深入的研究。,NIK,在RIP蛋白缺失的情况下,NIK主要负责激活NF-B的非经典信号通路。NIK可直接磷酸化,激活IKK。NIK受到结合的TRAF蛋白,CIAP1和CIAP2(E3连接酶)的
16、调节,当TRAF蛋白,CIAP1和CIAP2发生降解时,可导致NIK的积累和IKK的激活。小结在NF-B非经典信号通路中,TRAF和NIK可以不通过NEMO,充分激活IKK,从而使信号通路激活。在NF-B经典信号通路中,TRAF和RIP蛋白,和TAK1都是必需的。,对于NF-B信号通路的激活,IKK是非常重要的。因此,了解IKK活性的调节已经成为掌握NF-B信号通路激活的核心。1.IKK复合物 2.IKK的激活 3.IKK的酶作用底物,三.IB激酶的结构和激活方式,1.IKK复合物,IKK(又称IKK1),85kDIKK(又称IKK2),87kDNEMO(又称IKK),48kD,具有较高的序列
17、同源性和相似的结构。在N-末端均含有蛋白激酶区,靠近中间区域的亮氨酸拉链区(LZ)及螺旋-环-螺旋(HLH),包括大段的卷曲螺旋(coiled-coil)及靠近C-末端的亮氨酸拉链区,虽然一些实验证明在IKK复合物中,可能会含有一些其他成分,,如IKK关联蛋白1(IKKAP1)、促分裂原活化蛋白激酶1(MEKK1)、NF-B 诱导激酶(NIK)及调节蛋白IKAP 等,但是需要进一步的证明。,IKK复合物的组成:,IKK复合物各组分的作用,IKK:在经典的NF-B信号途径中,IKK并不是必需的。它在NF-B 受体活化因子(receptoractivator of NF-B,RANK)引起NF-B
18、 活化转导途径及NF-B 活化 变更途径中是必需的。IKK的缺失可导致许多发育 上的缺陷。IKK:IKK是促炎症反应因子刺激诱导NF-B 的激活的主 要激酶。IKK缺陷的细胞对TNF和IL-1 等刺激不会 引起NF-B 的活化。IKK的活化是避免因局部缺血或 充血引起严重炎症反应而导致多组织功能丧失所必需的。NEMO:在经典的NF-B信号通路中,NEMO是必需的。NEMO 可能通过与IKK和IKK的直接作用而介导IKK复合物的 组装,并且还能促进IB 蛋白与IKK激酶复合物的相互作 用。,IKK复合物的组装,IKK、IKK和 NEMO共同组成了IKK复合物(NEMO2IKK1IKK1)2。IK
19、K和 IKK可通过亮氨酸拉链区域形成二聚体,即IKK:IKK异型二聚体。其实IKK和 IKK也具有其同型二聚体,但是在正常情况下很难存在。通过IKKC-末端的NBD区域,IKK和 IKK可与NEMO结合,结合的部位是第一个卷曲螺旋结构的47-80残基。其中,IKK与NEMO结合的亲和力要高于IKK。,虽然,IKK复合物的核心构成只包括IKK/IKK/NEMO,但是其中还有两个很重要的特征需要我们注意:激酶伴侣蛋白HSP-90/Cdc37。研究证明,伴侣蛋白HSP-90是与IKK复合物结合的,同时伴侣蛋白HSP-90的抑制物会抑制IKK复合物的激活,因此,可以说IKK复合物的激活是需要HSP-9
20、0的。由于HSP-90还与NF-B信号通路中的其他激酶结合,Cdc37已经渐渐取代了HSP-90在IKK复合物的激活中发挥作用。ELKS(转录激活因子ETS样蛋白)。其作为一个IKK复合物的调节成分。但是其对IKK复合物的重要性还需要进一步证明。,2.IKK的激活,IKK复合物的激活首先是需要IKK亚基的T环丝氨酸的磷酸化。但是目前这种磷酸化的机制并不明确。其中,IKK的磷酸化位点是丝氨酸177和181,IKK的磷酸化位点是丝氨酸176和180。另外,激活的T环丝氨酸如果突变成谷氨酸则会产生IKK激活,而突变成丙氨酸则会取消信号应答。IKK复合物的激活中一个普遍的元素是:对TRAF家族成员的需
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