蛋白磷酸化和蛋白激酶专题培训课件

一、一、蛋白激蛋白激酶酶蛋白磷酸化是多种信号转导途径中蛋白磷酸化是多种信号转导途径中的重要环节，细胞内大部分重要的生命过的重要环节，细胞内大部分重要的生命过程都涉及蛋白磷酸化。程都涉及蛋白磷酸化。可逆的蛋白质磷酸化：可逆的蛋白质磷酸化：蛋白激酶蛋白激酶（protein kinase，PK）：）：是一类磷酸转移酶，其作用是将是一类磷酸转移酶，其作用是将 ATP 的的 -磷酸基转移到底物特定的氨基磷酸基转移到底物特定的氨基酸残基上，使蛋白质磷酸化，酸残基上，使蛋白质磷酸化，发挥其生发挥其生理生化功能。理生化功能。（一）蛋白激酶的结构（一）蛋白激酶的结构共同的结构特征：共同的结构特征：保守的催化结构域保守的催化结构域/亚基亚基调节结构域调节结构域/亚基亚基其他功能结构域其他功能结构域PKC1.催化结构域催化结构域/亚基亚基催化核心含有催化核心含有12个高度保守的亚区。个高度保守的亚区。功能：功能：与蛋白质或多肽底物结合；与蛋白质或多肽底物结合；与磷酸供体与磷酸供体ATP/GTP结合；结合；转移磷酸基到底物相应的氨基酸残基上。转移磷酸基到底物相应的氨基酸残基上。2.调节结构域调节结构域/亚基亚基同源性较低。同源性较低。作用：作用：调节酶的活性；调节酶的活性；靶向作用，与酶的亚细胞定位有关。靶向作用，与酶的亚细胞定位有关。（二）蛋白激酶的种类（二）蛋白激酶的种类真核细胞的蛋白激酶可分为五类：真核细胞的蛋白激酶可分为五类：丝氨酸丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶苏氨酸蛋白激酶 酪氨酸蛋白激酶酪氨酸蛋白激酶 组组/赖赖/精氨酸蛋白激酶精氨酸蛋白激酶 半胱氨酸蛋白激酶半胱氨酸蛋白激酶 天冬氨酸天冬氨酸/谷氨酸蛋白激酶谷氨酸蛋白激酶 1.丝氨酸丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶苏氨酸蛋白激酶丝氨酸丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（苏氨酸蛋白激酶（serine/serine/threonine protein kinasethreonine protein kinase，S/T-PKS/T-PK）催化催化丝氨酸丝氨酸/苏氨酸苏氨酸的羟基磷酸化。的羟基磷酸化。（1）蛋白激酶）蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）即即cAMP依赖性蛋白激酶。依赖性蛋白激酶。全酶存在胞浆，被全酶存在胞浆，被cAMP激活后，催化亚激活后，催化亚基可基可 调节代谢；调节代谢；调节离子通道；调节离子通道；调调节其他信号转导途径的蛋白；节其他信号转导途径的蛋白；进入细胞进入细胞核核调节基因表达调节基因表达。（2）蛋白激酶）蛋白激酶C即即Ca2和磷脂依赖的蛋白激酶，和磷脂依赖的蛋白激酶，受受 Ca2、DAG和和PS激活。激活。PKC有有11种亚型：种亚型：A组组典型典型PKC(classical PKC，cPKC)：、和和 活化需要活化需要Ca2、DAG和和PS。B组组新型新型PKC(new PKC，nPKC)：、(L)、和和 。活化不需要活化不需要Ca2。C组组非典型非典型PKC(atypical PKC，aPKC)：和和 /。活化不需要活化不需要Ca2和和DAG。各亚型均由一条肽链组成，分为四个保各亚型均由一条肽链组成，分为四个保守区守区C1C4和五个可变区和五个可变区V1V5。调节区：调节区：C1是膜结合区，与佛波酯、是膜结合区，与佛波酯、DAG和和PS结合结合有关。有关。C2是是Ca2结合位点。结合位点。催化区：催化区：C3是是ATP结合位点。结合位点。C4是是底物蛋白底物蛋白结合位点。结合位点。PSDAGCa2+ATPPKC底物：底物：参与信号转导的底物，如表皮生长因子参与信号转导的底物，如表皮生长因子受体、胰岛素受体、受体、胰岛素受体、T细胞受体（细胞受体（TCR）、）、Ras、GTP酶活化蛋白等；酶活化蛋白等；参与代谢调控的底物，如膜上的通道和参与代谢调控的底物，如膜上的通道和泵；泵；调节基因表达的底物，如转录因子、翻调节基因表达的底物，如转录因子、翻译因子、译因子、S6K、Raf激酶等。激酶等。PKC分布：分布：广泛分布于各组织的胞质，以广泛分布于各组织的胞质，以Ca2依赖依赖的形式从胞质中移位到细胞膜上，此过程的形式从胞质中移位到细胞膜上，此过程称之为转位。称之为转位。PKC转位是其活化的标志。转位是其活化的标志。佛波酯（佛波酯（TPA or PMA）是一种促癌剂，其）是一种促癌剂，其结构与结构与DAG相似，可持续活化相似，可持续活化PKC，促进，促进细胞增殖。细胞增殖。乙酸豆蔻佛波乙酸豆蔻佛波（3）钙）钙/钙调素依赖性蛋白激酶钙调素依赖性蛋白激酶（CaMK）包括肌球蛋白轻链激酶（包括肌球蛋白轻链激酶（myosin light chain kinase，MLCK）、磷酸化酶）、磷酸化酶激酶、激酶、CaMK等等。（4）CMGC组蛋白激酶组蛋白激酶脯氨酸依赖性激酶（脯氨酸依赖性激酶（proline depedent kinase，PDK）酪蛋白激酶酪蛋白激酶（casein kinase ，CK ）家族）家族PDK：细胞周期素依赖性蛋白激酶（细胞周期素依赖性蛋白激酶（cyclin depedent kinase，CDK）家族）家族丝裂原活化蛋白激酶（丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）家族）家族糖原合成酶激酶糖原合成酶激酶3（glycogen synthetase kinase 3，GSK3）CDK样激酶（样激酶（CDK-like kinase，CLK）家族）家族MAPK途径：途径：EGF途径途径（5）蛋白激酶）蛋白激酶G即即cGMP依赖性蛋白激酶（依赖性蛋白激酶（cGMP dependent protein kinase，PKG），以），以cGMP 为变构剂，在脑和平滑肌中含量较为变构剂，在脑和平滑肌中含量较丰富。丰富。（6）G蛋白偶联受体激酶蛋白偶联受体激酶有有 肾上腺素受体蛋白激酶（肾上腺素受体蛋白激酶（-adrenergic receptor kinase，-ARK）、）、-ARK相关激酶和视紫红质激相关激酶和视紫红质激酶等酶等。（7）核糖体）核糖体S6激酶（激酶（S6K）包括包括S6K和和S6K，能催化核糖体，能催化核糖体S6蛋白磷酸化。蛋白磷酸化。（8）整合素连接激酶）整合素连接激酶整合素连接激酶（整合素连接激酶（intergrin-linked kinase，ILK）可直接磷酸化）可直接磷酸化PKB/Akt，其活性依赖其活性依赖PI3K。（9）DNA依赖性蛋白激酶依赖性蛋白激酶DNA依赖性蛋白激酶（依赖性蛋白激酶（DNA-depen-dent protein kinaes，DNA-PK）可磷酸）可磷酸化许多核蛋白，包括核受体、转录因子、化许多核蛋白，包括核受体、转录因子、DNA拓扑异构酶和拓扑异构酶和RNA聚合酶聚合酶等。等。DNA-PK可发生自主磷酸化，其催化可发生自主磷酸化，其催化亚基和亚基和Ku蛋白都依赖于蛋白都依赖于DNA和和ATP而磷酸而磷酸化。化。2.酪氨酸蛋白激酶酪氨酸蛋白激酶（PTK）是一类催化是一类催化ATP上上 -磷酸基团转移到磷酸基团转移到蛋白酪氨酸残基酚羟基上的激酶，使多种底蛋白酪氨酸残基酚羟基上的激酶，使多种底物蛋白磷酸化，在细胞增殖、分化中起重要物蛋白磷酸化，在细胞增殖、分化中起重要作用。作用。分类：分类：（1）非受体酪氨酸蛋白激酶（）非受体酪氨酸蛋白激酶（NRTK）（2）受体酪氨酸蛋白激酶（）受体酪氨酸蛋白激酶（RTK）（3）核内酪氨酸蛋白激酶）核内酪氨酸蛋白激酶（1）非受体酪氨酸蛋白激酶（）非受体酪氨酸蛋白激酶（NRTK）1）非受体酪氨酸蛋白激酶的重要结构域）非受体酪氨酸蛋白激酶的重要结构域有有SH1（c-Src homology domain 1）、）、SH2、SH3、PH、PTB等。它们在激酶的催等。它们在激酶的催化反应、酶定位、活性调节以及与其他分化反应、酶定位、活性调节以及与其他分子相互作用中起重要作用。子相互作用中起重要作用。SH结构域是结构域是Src同源结构域的简称。同源结构域的简称。a）SH1结构域结构域非受体型的非受体型的PTK的催化区的催化区因与因与Src家家族催化结构域的一级结构高度同源，因此族催化结构域的一级结构高度同源，因此称为称为Src同源结构域同源结构域1（SH1）。）。大部分大部分SH1区有一个自主磷酸化位点。区有一个自主磷酸化位点。SH1有有PTK活性活性。b）SH2结构域结构域主要存在于多种胞质信号蛋白中。如主要存在于多种胞质信号蛋白中。如PIP2特异性特异性PLC、PI3K的调节亚基（的调节亚基（p85）、）、Ras-GTP酶激活蛋白（酶激活蛋白（GTPase activating protein，GAP）以及）以及crk、abl和和vav原癌基原癌基因产物等。因产物等。SH2能特异地识别磷酸化的酪氨酸残能特异地识别磷酸化的酪氨酸残基基以及磷酸化残基的羧基端氨基酸序列并以及磷酸化残基的羧基端氨基酸序列并与其相互结合。与其相互结合。SH2的主要功能是的主要功能是介导胞质内多种信介导胞质内多种信号蛋白的相互连接号蛋白的相互连接，形成蛋白异聚体复合，形成蛋白异聚体复合物，从而调节信号传递。物，从而调节信号传递。C-terminal PLC SH2 domain c）SH3结构域结构域可见于多种胞质信号蛋白及肌动蛋白可见于多种胞质信号蛋白及肌动蛋白结合蛋白中。结合蛋白中。SH3识别的部位是一些富含脯氨酸的识别的部位是一些富含脯氨酸的区域区域PXXP。功能：参与功能：参与PTK介导的蛋白质间的相介导的蛋白质间的相互作用，可能在互作用，可能在亚细胞定位和细胞骨架蛋亚细胞定位和细胞骨架蛋白相互作用白相互作用中起作用。中起作用。SH3 Domain d）PH结构域结构域最初于一种血小板内最初于一种血小板内PKC底物底物pleckstrin中发现的结构域，称为中发现的结构域，称为pleckstrin 同源同源(pleckstrin homology，PH)结构域。结构域。GAP、PLC等含有等含有PH结构域，后者可结构域，后者可同同G蛋白及磷脂类分子蛋白及磷脂类分子PIP2、PIP3、IP3等等结合结合。PLC-1的的PH domain与与IP3结合结合 血影蛋白的血影蛋白的PH domain与膜磷脂结合与膜磷脂结合 e）PTB结构域结构域 PTB结构也可识别一些含磷酸化酪氨结构也可识别一些含磷酸化酪氨酸的模体。酸的模体。Shc PTB Domain 非受体酪氨酸蛋白激酶重要结构域的特点：非受体酪氨酸蛋白激酶重要结构域的特点：一个信号分子可含有两种以上的结构域，一个信号分子可含有两种以上的结构域，因此可同时与两种以上的其他信号分子结因此可同时与两种以上的其他信号分子结合。合。同一类结构域可存在于多种不同的信号分同一类结构域可存在于多种不同的信号分子中。子中。本身均为非催化结构域。本身均为非催化结构域。2）非受体酪氨酸蛋白激酶的种类）非受体酪氨酸蛋白激酶的种类分为分为11个家族，至少有个家族，至少有30个成员。它个成员。它们介导多种生长因子受体、细胞因子受体、们介导多种生长因子受体、细胞因子受体、淋巴细胞抗原受体以及黏附分子整合素的淋巴细胞抗原受体以及黏附分子整合素的信号转导。信号转导。a）Src激酶家族激酶家族Src是原癌基因是原癌基因c-Src的产物，参与抗的产物，参与抗原受体、细胞因子受体和整合素介导的跨原受体、细胞因子受体和整合素介导的跨膜信号转导。膜信号转导。Src激酶家族是一组膜结合蛋白，与激酶家族是一组膜结合蛋白，与受体结合存在，当配体与受体结合后被激受体结合存在，当配体与受体结合后被激活。活。Src羧基端有一酪氨酸磷酸化位点羧基端有一酪氨酸磷酸化位点Tyr527，其磷酸化可与，其磷酸化可与Src 自身的自身的SH2结构域结构域结合。结合。Src 的的SH3结构域能与分子内调节区和结构域能与分子内调节区和激酶区交界部的脯氨酸残基结合。激酶区交界部的脯氨酸残基结合。这种结合可阻止底物与这种结合可阻止底物与Src的结合，起的结合，起自身抑制作用。其磷酸化位点是激酶的负调自身抑制作用。其磷酸化位点是激酶的负调节点。节点。b）JAK激酶家族激酶家族JAK(Janus kinase)家族成员有家族成员有JAK1、JAK2、JAK3和和TYK2。特征性结构是有两个激酶结构域：激特征性结构是有两个激酶结构域：激酶区（酶区（JH1）和激酶相关区（）和激酶相关区（JH2或假或假SH1区）。此外，还有区）。此外，还有5个同源结构域（个同源结构域（JH3 JH7）。）。JH1和和JH2都与都与Src具有同源性。具有同源性。JH1JH2JAK最主要的底物是信号转导子和转最主要的底物是信号转导子和转录激活子（录激活子（signal tranducers and activators of transcription，STAT）。）。STAT是一种是一种DNA结合蛋白家族，有结合蛋白家族，有7个成员。它与酪氨酸磷酸化信号偶联，发个成员。它与酪氨酸磷酸化信号偶联，发挥转录调控作用。挥转录调控作用。JAK家族介导细胞因子受体的跨膜信家族介导细胞因子受体的跨膜信号转导。号转导。JAK STAT pathwayc）Syk/ZAP-70家族家族包括包括Syk和和T细胞受体细胞受体 链连接蛋白链连接蛋白-70（zeta chain-associated protein-70，ZAP-70）。）。二者可介导淋巴细胞抗原受体和某些二者可介导淋巴细胞抗原受体和某些细胞因子受体的信号转导，在淋巴细胞的细胞因子受体的信号转导，在淋巴细胞的分化、发育和活化中具有重要作用。分化、发育和活化中具有重要作用。d）CSK家族家族CSK(C terminal Src-family kinase）家族中）家族中p50CSK含有含有SH1、SH2和和SH3结构域，能使结构域，能使Src的羧基端的羧基端Tyr527磷酸化，磷酸化，从而抑制从而抑制Src的活性。的活性。e）Tec家族家族包括包括Btk、Itk、Tec、Txk、Bmx等，等，其成员有不同的组织表达。其成员有不同的组织表达。f）黏附斑激酶）黏附斑激酶黏附斑激酶（黏附斑激酶（focal adhesion kinase，FAK）在黏附分子整合素介导的细胞与）在黏附分子整合素介导的细胞与细胞外基质的黏附和信号转导中具有起始细胞外基质的黏附和信号转导中具有起始作用。作用。整整合合素素结结构构模模型型Linear structure of FAK（2）受体酪氨酸蛋白激酶）受体酪氨酸蛋白激酶PDGF一类的跨膜受体，可磷酸化靶蛋一类的跨膜受体，可磷酸化靶蛋白的酪氨酸，因此称为受体酪氨酸蛋白激白的酪氨酸，因此称为受体酪氨酸蛋白激酶（酶（receptor tyrosine kinase，RTK）。）。1）受体酪氨酸激酶的自主磷酸化位点）受体酪氨酸激酶的自主磷酸化位点常位于受体的羧基末端胞质域的非催常位于受体的羧基末端胞质域的非催化区，或质膜与酪氨酸激酶结构域之间。化区，或质膜与酪氨酸激酶结构域之间。主要功能是与靶蛋白的主要功能是与靶蛋白的SH2结构域结合，结构域结合，激活靶蛋白。激活靶蛋白。靶蛋白与磷酸化位点的结合依赖于靶蛋白与磷酸化位点的结合依赖于pTyr附近的氨基酸组成及顺序。附近的氨基酸组成及顺序。2）受体酪氨酸激酶激活信号蛋白的机制）受体酪氨酸激酶激活信号蛋白的机制一是信号分子的膜转位；一是信号分子的膜转位；二是通过结构改变而被激活；二是通过结构改变而被激活；三是通过酪氨酸的磷酸化被激活。三是通过酪氨酸的磷酸化被激活。作为作为PTK底物的信号蛋白又分为具有酶底物的信号蛋白又分为具有酶活性和不具有酶活性的接头蛋白两类。活性和不具有酶活性的接头蛋白两类。3）受体酪氨酸激酶的分类）受体酪氨酸激酶的分类 a）表皮生长因子受体（）表皮生长因子受体（EGFR）家族）家族包括包括EGFR、erbB2/neu及及erbB3基因表基因表达产物。达产物。特点：胞膜外有两个富含特点：胞膜外有两个富含Cys的区域，的区域，胞质内含有一个酪氨酸激酶活性区。胞质内含有一个酪氨酸激酶活性区。b）胰岛素受体家族）胰岛素受体家族包括胰岛素受体（包括胰岛素受体（insulin receptor，IR）、胰岛素样生长因子）、胰岛素样生长因子-1受体（受体（insulin-like growth factor-1 receptor，IGF-1R）以及胰岛素相关受体（以及胰岛素相关受体（insulin related receptor，IRR）。）。c）PDGF/MCSF/SCF受体家族受体家族包括包括PDGF-R、PDGF-R、M-CSFR、SCFR。d）成纤维细胞生长因子受体家族）成纤维细胞生长因子受体家族成员有成员有FGFR1、FGFR2、FGFR3及及FGFR4。（3）核内酪氨酸蛋白激酶）核内酪氨酸蛋白激酶Abl即存在于胞核内，也存在于胞质即存在于胞核内，也存在于胞质中，参与转录过程和细胞周期的调节。中，参与转录过程和细胞周期的调节。Wee只存在于核内，可抑制只存在于核内，可抑制cyclin-2的磷酸化，调节其活性，对细胞进入有丝的磷酸化，调节其活性，对细胞进入有丝分裂期具有调节作用。分裂期具有调节作用。3.双重特异性蛋白激酶双重特异性蛋白激酶是既能使丝氨酸是既能使丝氨酸/苏氨酸磷酸化也能使苏氨酸磷酸化也能使酪氨酸磷酸化的蛋白激酶。酪氨酸磷酸化的蛋白激酶。MAPK上游激酶上游激酶MAPKK或或MEK（MAPK/ERK kinase）是一个）是一个双重双重特异性蛋白激酶特异性蛋白激酶，能使，能使MAPK分子中的分子中的Thr185和和Tyr187磷酸化而使该酶激活。磷酸化而使该酶激活。4.组氨酸蛋白激酶（组氨酸蛋白激酶（Histidine Protein Kinase，HPK）HPK是磷酸化底物蛋白分子中组氨酸是磷酸化底物蛋白分子中组氨酸咪唑氮的激酶。咪唑氮的激酶。（1）双组分）双组分组氨酸蛋白激酶组氨酸蛋白激酶存在：原核细胞，低等真核细胞（植物，存在：原核细胞，低等真核细胞（植物，酵母）。酵母）。作用：调节对环境刺激发生的反应作用：调节对环境刺激发生的反应在结构和作用方式上与酪氨酸激酶受体相在结构和作用方式上与酪氨酸激酶受体相似。似。双组分双组分组氨酸蛋白激酶的组成：组氨酸蛋白激酶的组成：HPK：使自身的：使自身的His磷酸化。磷酸化。反应调节蛋白（反应调节蛋白（RR）：多为转录因子，使）：多为转录因子，使His上的磷酸基团转移到自身调控区的上的磷酸基团转移到自身调控区的Asp上而被激活。参与调节酶的活性、细胞周上而被激活。参与调节酶的活性、细胞周期调控、抗生素抗性的表达、趋化性运动、期调控、抗生素抗性的表达、趋化性运动、果实成熟等各种生理过程。果实成熟等各种生理过程。双组分组氨酸蛋白激酶的磷酸转移反应双组分组氨酸蛋白激酶的磷酸转移反应 三个磷酸转移步骤三个磷酸转移步骤（2）双组分样哺乳动物）双组分样哺乳动物组氨酸蛋白激酶组氨酸蛋白激酶有支链有支链 -酮酸脱氢酶激酶酮酸脱氢酶激酶（BCKDHK）和丙酮酸脱氢酶激酶）和丙酮酸脱氢酶激酶（PDHK）。）。核苷二磷酸激酶（核苷二磷酸激酶（NDPK）也可自主磷）也可自主磷酸化酸化His，然后向其他蛋白的，然后向其他蛋白的His或或Ser/Thr上上转移（如转移（如ATP柠檬酸裂解酶的柠檬酸裂解酶的His）。）。（3）G蛋白蛋白组氨酸蛋白激酶组氨酸蛋白激酶先磷酸化先磷酸化G蛋白蛋白 亚基的亚基的His，再将磷，再将磷酸基向酸基向 亚基的亚基的GDP转移。转移。（4）其他系统的哺乳动物）其他系统的哺乳动物组氨酸蛋白激酶组氨酸蛋白激酶1）组蛋白）组蛋白H4组氨酸蛋白激酶组氨酸蛋白激酶磷酸化组蛋白磷酸化组蛋白H4的的H18或或H75的的His，形，形成成1-磷酸化或磷酸化或3-磷酸化磷酸化His。推测此酶与细胞增殖有关。推测此酶与细胞增殖有关。2）其他哺乳动物蛋白）其他哺乳动物蛋白组氨酸蛋白激酶组氨酸蛋白激酶突触膜蛋白的突触膜蛋白的Ser和和His残基的磷酸化，残基的磷酸化，在调节突触传递中发挥作用。在调节突触传递中发挥作用。血小板膜蛋白血小板膜蛋白P-选择素胞质部分磷酸选择素胞质部分磷酸化的氨基酸中有化的氨基酸中有His。羊气管上皮细胞膜联蛋白羊气管上皮细胞膜联蛋白I（annexin I）His磷酸化。磷酸化。蛋白质磷酸化的效应：蛋白质磷酸化的效应：酶活性增强或抑制。酶活性增强或抑制。提高激酶与辅因子结合的亲和力。提高激酶与辅因子结合的亲和力。利于底物的识别。利于底物的识别。增加底物蛋白稳定性。增加底物蛋白稳定性。不同的蛋白激酶磷酸化同一蛋白的意义：不同的蛋白激酶磷酸化同一蛋白的意义：不同的几个蛋白激酶可能对同一个不同的几个蛋白激酶可能对同一个蛋白质的功能进行调节。蛋白质的功能进行调节。不同的蛋白激酶对同一蛋白质的不同的蛋白激酶对同一蛋白质的不同部位的磷酸化可能产生同样的生物反不同部位的磷酸化可能产生同样的生物反应。应。不同的蛋白激酶对同一蛋白质的不同的蛋白激酶对同一蛋白质的不同部位的磷酸化也可能产生不同的生物不同部位的磷酸化也可能产生不同的生物反应。反应。蛋白激酶的多点磷酸化有利于其蛋白激酶的多点磷酸化有利于其对下一步蛋白激酶活性的调节。多点磷酸对下一步蛋白激酶活性的调节。多点磷酸化可能成为多种不同信息传递通路之间的化可能成为多种不同信息传递通路之间的交叉点，而这种交叉点对跨膜信息传递的交叉点，而这种交叉点对跨膜信息传递的交联和整合十分重要。交联和整合十分重要。（三）蛋白激酶在信号转导中的作用（三）蛋白激酶在信号转导中的作用以四种方式参与信号转导：以四种方式参与信号转导：1.具有激酶活性的受体具有激酶活性的受体多数生长因子受体本身就是激酶，与多数生长因子受体本身就是激酶，与配体结合后，能直接启动细胞的跨膜信号配体结合后，能直接启动细胞的跨膜信号转导。转导。生长因子受体的主要信号通路：生长因子受体的主要信号通路：Grb2/mSOS-Ras/MAPK途径途径 PI3K-Akt途径途径Rac/Cdc42途径途径PLC-CaMK和和PKC途径途径STAT途径途径 生长因子受体的主要信号通路生长因子受体的主要信号通路一些游离于胞质中的激酶如一些游离于胞质中的激酶如Src和和JAK家族，通过与受体胞内区、质膜或上游其家族，通过与受体胞内区、质膜或上游其他信号蛋白的结合，参与受体介导的跨膜他信号蛋白的结合，参与受体介导的跨膜信号转导。信号转导。2.近膜信号分子近膜信号分子一些蛋白激酶作为胞内信号分子的直接一些蛋白激酶作为胞内信号分子的直接或间接的底物，被胞内信使激活后，通过对或间接的底物，被胞内信使激活后，通过对下游蛋白的磷酸化反应，控制信号转导途径下游蛋白的磷酸化反应，控制信号转导途径中其他酶类或蛋白质的活性，介导信号的转中其他酶类或蛋白质的活性，介导信号的转导和放大，并最终引起细胞对胞外信号的反导和放大，并最终引起细胞对胞外信号的反应。应。如如MAPK家族。家族。3.细胞内信号分子细胞内信号分子整合素和生长因子受体可以形成复合整合素和生长因子受体可以形成复合物，使其在无配体结合情况下自主磷酸化，物，使其在无配体结合情况下自主磷酸化，导致信号转导。导致信号转导。4.多聚体形成多聚体形成（四）蛋白激酶间的相互调节（四）蛋白激酶间的相互调节通过磷酸化相互调节酶的活性。通过磷酸化相互调节酶的活性。1.同一信号途径中的酶促级联反应同一信号途径中的酶促级联反应不同信号途径间的交谈（不同信号途径间的交谈（cross-talk），），即一条信号通路中的激酶作为另一条信号即一条信号通路中的激酶作为另一条信号通路中激酶的底物。通路中激酶的底物。应激应激细胞因子细胞因子MKK4MKK7JNK2.信号途径间的交互作用信号途径间的交互作用蛋白激酶之间相互调节过程中，如何选蛋白激酶之间相互调节过程中，如何选择特异性底物是保证其功能的基础。择特异性底物是保证其功能的基础。支架支架蛋白蛋白与激酶形成的复合物是决定信号转导与激酶形成的复合物是决定信号转导特异性的关键。特异性的关键。3.蛋白激酶相互作用的特异性蛋白激酶相互作用的特异性二、蛋白磷酸二、蛋白磷酸酶酶蛋白磷酸酶蛋白磷酸酶（protein phospha-tase，PP）的作用是使磷酸化的蛋白质脱去磷）的作用是使磷酸化的蛋白质脱去磷酸。酸。在细胞信号转导中，磷酸化主要体现在细胞信号转导中，磷酸化主要体现在信号的启动、转导和放大上，而去磷酸在信号的启动、转导和放大上，而去磷酸化则主要与信号的终止和失活有关。化则主要与信号的终止和失活有关。蛋白磷酸酶的分类蛋白磷酸酶的分类：丝氨酸丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶（苏氨酸蛋白磷酸酶（protein serine/threonine phosphatase，PSTP）酪氨酸蛋白磷酸酶（酪氨酸蛋白磷酸酶（protein tyrosine phosphatase，PTP）双重特异性蛋白磷酸酶双重特异性蛋白磷酸酶（一）（一）PSTP的结构的结构由催化亚基和调节由催化亚基和调节/靶向亚基组成。靶向亚基组成。调节调节/靶向亚基不仅可引导蛋白磷酸酶定靶向亚基不仅可引导蛋白磷酸酶定位于靶位点，还可与催化亚基相互作用，位于靶位点，还可与催化亚基相互作用，调节催化亚基对靶蛋白的活性和选择特异调节催化亚基对靶蛋白的活性和选择特异性。性。（二）（二）PSTP的分类的分类 1.PPP家族家族（1）PP1催化亚基：催化亚基：PP1c调节调节/靶向亚基：靶向亚基：G亚基、亚基、M亚基、亚基、N亚基亚基由催化亚基（由催化亚基（C亚基）亚基）、调节亚基（、调节亚基（A亚基）和可变调节亚基（亚基）和可变调节亚基（B亚基）组成异三亚基）组成异三聚体。聚体。PP2A选择性地使选择性地使Ser或或Thr脱磷酸，对脱磷酸，对调节代谢的酶、信息传递中的蛋白激酶及转调节代谢的酶、信息传递中的蛋白激酶及转录调控因子等起调节作用，从而影响细胞周录调控因子等起调节作用，从而影响细胞周期和细胞转化等。期和细胞转化等。（2）PP2A Structure of PP2A PP2A and regulation of the G2/M transition又名钙调神经磷酸酶（又名钙调神经磷酸酶（calcineurin，Cn或或CaN）。）。由催化亚基（由催化亚基（A亚基，亚基，CnA）和调节亚）和调节亚基（基（B亚基，亚基，CnB）组成。）组成。PP2B在激活在激活T细胞的细胞的Ca2+信号转导通路信号转导通路中发挥关键性的作用。中发挥关键性的作用。（3）PP2BMultiple levels of regulation occur in the calcium-calcineurin-NFAT pathway.Calcineurin(Cn)is activated by the binding of calcineurin A(CnA)to calcineurin B(CnB)and calmodulin(CaM),displacing an auto-inhibitory domain.Dephosphorylation of NFAT(nuclear factor of activated T cells)promotes its nuclear import.包括包括SIT4、PP5、PPQ、PPV、PPX、PPY、PPZ等。等。（4）其他）其他PP2C是是PPM家族的典型成员。其最家族的典型成员。其最大活性需要大活性需要Mg2。PP2C 和和PP2C 都含有功能性的都含有功能性的核定位信号。核定位信号。2.PPM家族家族（三）（三）PSTP的生物学作用的生物学作用1.参与肌糖原合成与分解参与肌糖原合成与分解PP1能使能使cAMP反应元件结合蛋白反应元件结合蛋白（CREB）脱磷酸化，失去转录活性。）脱磷酸化，失去转录活性。2.转录调控转录调控PP1和和PP2B能使能使S6蛋白脱磷酸，而蛋白脱磷酸，而PP2A能使能使S6K脱磷酸并失活。脱磷酸并失活。S6S6-PS6K-PPP1/PP2BPP2AS6K3.翻译调控翻译调控 4.T细胞的信号转导细胞的信号转导抑制抑制PP1和和PP2A的脱磷酸能使细胞发的脱磷酸能使细胞发生转化。生转化。冈田酸冈田酸5.细胞的转化细胞的转化长时程抑制（长时程抑制（long-term depression，LTD）和长时程电位（）和长时程电位（long-term potential，LTP）在学习和记忆的信息储）在学习和记忆的信息储存中有重要作用。存中有重要作用。LTD中的起始磷酸酶是中的起始磷酸酶是钙激活的钙激活的PP2B。6.神经细胞特异性的活动神经细胞特异性的活动7.细胞周期的调控细胞周期的调控（四）（四）PTP的结构和分类的结构和分类 1.PTP的结构的结构分为受体和非受体样分为受体和非受体样PTP两类。两类。PTP的最适底物是含有磷酸化酪氨酸的的最适底物是含有磷酸化酪氨酸的多肽。部分有双重专一性。多肽。部分有双重专一性。受体型的受体型的PTP超家族有超家族有80多种，以多种，以SHP-1、SHP-2和和CD45为代表。为代表。结构：结构：催化域活性中心保守序列中催化域活性中心保守序列中Cys对酶对酶的活性至关重要。的活性至关重要。调节序列有调节序列有SH2区、配体结合区和定位区、配体结合区和定位信号序列。信号序列。非受体型非受体型PTP以以PTP1B为代表。为代表。结构：结构：催化结构域催化结构域调节序列调节序列转移活性序列。转移活性序列。2.PTP的分类的分类（1）受体型）受体型PTP（2）非受体型）非受体型PTP 非受体型非受体型PTP重要的区域：重要的区域：SH2功能域：增强催化区的活性。功能域：增强催化区的活性。膜结合域：定位作用。膜结合域：定位作用。功能蛋白结合域功能蛋白结合域PEST功能域功能域Ser和和Thr磷酸化区域磷酸化区域（五）（五）PTP在信号转导中的作用在信号转导中的作用1.调节细胞因子受体介导的信号转导调节细胞因子受体介导的信号转导过程过程2.调节抗原受体介导的信号转导过程调节抗原受体介导的信号转导过程3.参与黏附分子介导的信号转导参与黏附分子介导的信号转导多种多种PTP在氨基端具有与细胞黏附和在氨基端具有与细胞黏附和细胞骨架结合蛋白同源的结构域，可通过细胞骨架结合蛋白同源的结构域，可通过脱磷酸作用参与细胞黏附反应和黏附分子脱磷酸作用参与细胞黏附反应和黏附分子介导的信号转导。介导的信号转导。（六）双重特异性蛋白磷酸酶（六）双重特异性蛋白磷酸酶如如PP2A、CD45、Cdc25等，特异性等，特异性较低，也能选择性地水解较低，也能选择性地水解Thr或或Tyr上的上的磷酸基。磷酸基。（七）蛋白激酶及磷酸酶之间的平衡（七）蛋白激酶及磷酸酶之间的平衡蛋白激酶及磷酸酶之间的平衡在细胞的蛋白激酶及磷酸酶之间的平衡在细胞的信号转导中起关键作用。信号转导中起关键作用。为了保证为了保证PTK与与PTP之间的平衡，使信之间的平衡，使信号转导正常进行，号转导正常进行，PTP的作用受严格的控的作用受严格的控制，主要包括其亚细胞分布的调节和活性制，主要包括其亚细胞分布的调节和活性的修饰。的修饰。蛋白激酶及磷酸酶之间的相互调节：蛋白激酶及磷酸酶之间的相互调节：磷酸酶作为激酶的底物被磷酸化，从而改磷酸酶作为激酶的底物被磷酸化，从而改变磷酸酶的活性。变磷酸酶的活性。PTP被激酶磷酸化后产生被激酶磷酸化后产生SH2识别的位点，识别的位点，将将PTP引导到特异性底物上发挥作用。引导到特异性底物上发挥作用。PTP磷酸化后与其他含有磷酸化后与其他含有SH2的蛋白结合，的蛋白结合，激活信息传递的下游通路。激活信息传递的下游通路。PTP也能调节也能调节PTK。三、以蛋白激三、以蛋白激酶酶为为靶位的靶位的药药物治物治疗疗策略策略蛋白质磷酸化调控着细胞活动的大多数蛋白质磷酸化调控着细胞活动的大多数过程，因此，异常的蛋白磷酸化就成为疾过程，因此，异常的蛋白磷酸化就成为疾病发生的原因或后果。病发生的原因或后果。蛋白激酶就成为治疗相关疾病的药物靶蛋白激酶就成为治疗相关疾病的药物靶位。位。人类基因编码人类基因编码518种蛋白激酶，它们的种蛋白激酶，它们的催化结构域序列保守，而其调节序列显著催化结构域序列保守，而其调节序列显著不同。特别是不同。特别是ATP结合位点及其周围相对结合位点及其周围相对不保守，已经成为抑制剂设计的研究焦点。不保守，已经成为抑制剂设计的研究焦点。（一）蛋白激酶作为抑制剂设计的靶位（一）蛋白激酶作为抑制剂设计的靶位 1.受体酪氨酸蛋白激酶受体酪氨酸蛋白激酶 HerceptinEGFRIressaTarcevaBevacizumabVEGFRSU5416PTK787EGFR表皮生长因子受体本身具有酪氨酸激酶活性，一旦与表皮生长因子（EGF）组合可启动细胞核内的有关基因从而促进细胞分裂增殖。胃癌、乳腺癌、膀胱癌和头颈部鳞癌的EGFR表达增高。受体是一种可诱导血管生成的受体型酪氨酸激酶,临床研究发现该激酶在肿瘤组织中过度表达。2.非受体酪氨酸蛋白激酶非受体酪氨酸蛋白激酶3.磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇3-激酶激酶GleevecAbl治疗治疗CMLWortmanninPI3K增强放疗效率增强放疗效率酪氨酸激酶酪氨酸激酶。4.信号转导丝氨酸信号转导丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶苏氨酸蛋白激酶BIRB796p38治疗类风湿治疗类风湿VX-702p38治疗急性冠治疗急性冠脉综合征脉综合征FasudilRho治疗脑血管痉挛治疗脑血管痉挛MLCK5.周期素依赖性蛋白激酶和其他细胞周周期素依赖性蛋白激酶和其他细胞周期调控激酶期调控激酶FlavopiridolCDK9/cyclin THIV-1繁殖繁殖NF-B蛋白表达蛋白表达糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶靛红靛红CDK2CDK5/p25治疗神经变治疗神经变性疾病性疾病（二）以结构为基础的先导化合物优化原理（二）以结构为基础的先导化合物优化原理根据三维结构形式和氨基酸组成，对不根据三维结构形式和氨基酸组成，对不同的蛋白激酶存在的药物靶点进行分类。同的蛋白激酶存在的药物靶点进行分类。1.针对蛋白激酶独特的无活性结构针对蛋白激酶独特的无活性结构蛋白激酶独特的无活性结构是选择性抑蛋白激酶独特的无活性结构是选择性抑制剂设计的靶点。制剂设计的靶点。如：如：Gleevec与与Abl激酶的无活性结构结激酶的无活性结构结合，抑制其活性。而不能与合，抑制其活性。而不能与Src结合，因为结合，因为Src缺少这种无活性结构。缺少这种无活性结构。2.针对针对ATP位点中所有残基位点中所有残基ATP结合位点的氨基酸残基共同形成结合位点的氨基酸残基共同形成一种独特的形态结构，是抑制剂选择性作一种独特的形态结构，是抑制剂选择性作用的结构基础。用的结构基础。如：如：Fasudil和和H-1152P都与都与PKA的的ATP结合位点结合。结合位点结合。3.针对较不保守的其他袋状结构针对较不保守的其他袋状结构多种多种CDK选择性抑制剂都与选择性抑制剂都与ATP结合结合位点下方的袋状结构结合。位点下方的袋状结构结合。如：如：deschloro-flavopiridol与无活性与无活性的的CDK2结合。结合。4.针对单个残基针对单个残基被被UCN-01强烈抑制的激酶都有一个强烈抑制的激酶都有一个侧链，可通过氢键直接与抑制剂的羟基相侧链，可通过氢键直接与抑制剂的羟基相连。连。5.针对非催化结构域针对非催化结构域（三）前景（三）前景了解了人类蛋白激酶组的特性后，基因了解了人类蛋白激酶组的特性后，基因组水平的结构分析将为使用上述原则进行组水平的结构分析将为使用上述原则进行抑制剂的靶位选择和特异性设计提供充分抑制剂的靶位选择和特异性设计提供充分的帮助，并有助于减轻药物毒性，还有可的帮助，并有助于减轻药物毒性，还有可能扩大抗激酶治疗的疾病范围。能扩大抗激酶治疗的疾病范围。