细胞信号转导的分子机制

细胞粘附分子家族结构示意图
细胞中主要的粘附分子家族 _____________________________________________________________ 粘附分子家族 主要成员 Ca2+/Mg2+依赖性 相关细胞连接 粘附方式 _____________________________________________________________ 钙粘素家族 E,N,P钙粘素 + 粘合带 嗜同性 桥粒钙粘素 + 桥粒 选择素家族 P,L,E选择素 + 嗜异性 免疫球蛋白 NCAM 嗜同性 家族 ICAM 嗜异性 整合素家族 α5β1 等多种 + 粘合斑、半桥粒 嗜异性 _____________________________________________________________
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粘附分子的结构、分类
• 绝大多数粘附分子是存在于膜上的整合糖蛋白，由较长 的细胞外区、跨膜区和较短的细胞内区组成。 • 配体－（胞外区）粘附分子（胞内区）—ABP—细胞骨 架 根据编码基因及产物的结构功能特点通常分为5大家族: 钙粘素（cadherin）家族； 整合素(integrin)家族； 选择素(selectin)家族； 免疫球蛋白超家族； CD44家族。 另外还有一些尚未归类的粘附分子。
Homing of lymphocyte LM, COL Adhesion of leukocyte with EC
COL, LM FN, LM, COL FN, VCAM-1 FN LM LM
Activated Lymphocyte Leukocyte Epithelium Fibroblast Platelet
FN
β2 subgroup
Structure Name Ligands Distribution
α L β2
LFA-1 (CD11a/CD18)
ICAM-1, 2, 3
All Leukocytes
αMβ2
Mac-1 (CD11b/CD18)
IC3b, FB LPS, ICAM-1
Monocytes Neutrophil
B. 整合素的各亚族的功能
i）β1亚族：VLA（very late antigen)亚族：是淋
巴细胞受到丝裂原刺激2～4W后表达的新抗原。 主要介导细胞与细胞外基质成分的结合（细胞外 基质的受体）；参与细胞间的粘附，介导淋巴细 胞的归巢以及白细胞与活化内皮细胞的粘附反应。
ii）β2亚族也称白细胞粘附分子 (LEU-CAM) 由3种白细胞表面的粘附分子组成： • 淋巴细胞功能相关抗原-1(LFA-1)：参与白细胞 之间及白细胞与内皮细胞之间的粘附 • 巨噬细胞分化抗原-1(Mac-1)：主要存在于中性 粒细胞和单核细胞，有多种配体。现已发现它除 介导白细胞与内皮细胞、上皮细胞粘附外，还与 巨噬细胞与大肠杆菌等病原菌的结合有关 • 糖蛋白150/95(GP150/95)：主要存在于组织中 的巨噬细胞膜上，血中的单核细胞和某些激活的 淋巴细胞也可表达少GP150/95，GPl50/95可能 还参与细胞毒T细胞与靶细胞的粘附。
αⅡbβ3
GPⅡb/Ⅲa (CD41/CD61)
FB, FN, VN vWF, TSP Platelet
αvβ3
VNR (CD51/CD61)
VN, FB vWF, TSP
A.整合素的活化
生长因子、细胞因子等胞外信号启动的细胞 信号转导通路，能激活细胞内酪氨酸蛋白激酶， 使整合素胞内区的酪氨酸残基磷酸化，促进其与 细胞内骨架蛋白的连接，导致整合素的聚集，从 而提高整合素与配体结合的亲和力，增强其粘附 力，该过程被称之为整合素的活化。
1.1.2
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分子基础
本世纪初，wilson在利用海绵细胞作混合、分离实 验时，发现细胞有选择识别适当邻居的现象。之后证实 这种细胞间的识别和粘附受控于细胞表面的糖蛋白，即 细胞粘附分子（cell adhension molecule，CAM） 细胞粘附分子是一大类膜蛋白，介导细胞之间以及 细胞与细胞外基质以及某些血浆蛋白间的识别与结合， 并在细胞的增殖、分化、移行；细胞的信号转导；免疫 调节；炎症反应；血栓形成；损伤修复；病毒和原虫感 染；肿瘤转移等生理和病理生理过程中发挥重要作用 。
Adhesion
MDCK Strong, stable E-cadherin based
NIH3T3
Loose, transient N-cadherin based
Motility
Ca 2+
Extracellular Space
Wnt
Frz II
E-Cadherin b-catenin
P
A. 结构、分类
不同cadherin体内分布和抗原性不同，但 分子结构相似，胞外区有5个钙粘素重复序列 （CAD），其4个Ca2+ 结合部位均含有His （组）-Ala（丙）-Val（缬） 三肽序列 （HAV） ，胞内区通过连环蛋白与细胞骨架中 的肌动蛋白丝相连。 目前已发现四十多种cadherin，多以所在 组织的第一个字母命名：上皮-钙粘素（Ecadherin）；胎盘-钙粘素(P-cadherin)；神经钙粘素（N-cadherin）等。
细胞粘附分子的调节
粘附分子在胚胎发育期、免疫炎症反应以及肿瘤转 移过程中有严格的时相性表达，受到胞外信号， 包括激素、生长因子、细胞因子和炎症介质等因 素的调节。 这些胞外信号与细胞表面的受体结合后能激活多条 信号转导通路，在这些通路中激活的PTK等可使 粘附分子胞内区磷酸化进而激活多条胞内信号转 导途径，导致细胞骨架重组，造成细胞形态的变 化以及细胞的增殖、分化、凋亡等改变。
p120
a-catenin
APC Axin actin filaments
P
Dsh
Gsk3b
Tcf/Lef
B. 功能
i）表达同种钙粘素的细胞之间的特异性识别对胚胎 发育和维持组织结构的完整性和极性具有重要意 义。
将小鼠E-、N-、P-cadherin的cDNA分别转 染到不表达cadherin的细胞中去，然后混合培养， 则表达同种cadherin的细胞彼此粘附，而表达不 同种cadherin的细胞则不能形成集落。
重要粘附分子的结构与功能
（1）钙粘素家族（cadherin）：钙依赖的细 胞粘附分子家族
一类依赖Ca2+的跨膜单链糖蛋白，在Ca2+存 在条件下，通过同种亲和性结合介导同源细胞间 的粘附，参与构建细胞间的粘合连接 （adherence junction）。（桥粒、粘着带，配体 为它本身） 对胚胎发育中的细胞识别、迁移和组织分化 以及成体组织器官构成具有重要作用。不同细胞 及其发育的不同阶段，其表面的cadherin的种类 与数量均有所不同。
β1 subgroup
Structure Name
Adhsion of cells with matrix Ligand Distribution
α1β1
α2β1 α3β1 α4β1 α5β1 α6β1 α7β1 α8β1 αVβ1
VLA-1 (CD49a/CD29)
VLA-2 (GPⅠa/Ⅱa) (CD49b/CD29) VLA-3 (CD49c/CD29) VLA-4 (CD49d/CD29) VLA-5 (GPⅠc/Ⅱa ) (CD49e/CD29) VLA-6 (CD49f/CD29)
E-cadherin Loss/Downregulation
1. Mutation - Seen in gastric carcinoma(胃癌) and lobular breast cancer（小叶乳腺癌） 2. Post-transcriptional down-regulation Hakai, p120-dependency
Steps in Malignant Progression
正常上皮细胞
发育异常/腺瘤 原位癌
EMT：上皮间叶转化
Functional Definition of EMT
1. Complete EMT（Epithelium-to-mesenchyme transitions）
A process wherein static epithelial cells: 1. Loose cell-cell contacts 2. Acquire mesenchymal morphology 3. Manifest a migratory phenotype 4. Increases in extracellular proteolytic actiຫໍສະໝຸດ Baiduity 5. Proliferative
细胞粘附分子的配体
1）细胞外基质：ECM成分是一些粘附分子的重要 配体，如透明质酸是CD44家族的配体；胶原，纤 维结合素，纤连蛋白、层粘连蛋白等是整合素家 族的配体。 ECM分子中含有典型的三肽序列Arg （精）-Gly（谷）-Asp（门冬），简称RGD序列。 含有RGD序列的合成肽可抑制整合素与细胞外基 质的结合，从而阻断由整合素介导的血小板聚集、 感染、炎症、肿瘤转移等过程。 2）同种或者异种粘附分子的胞外区
sCAM
• 粘附分子还能以溶解或循环形式存在于血清和其 他体液中，被称为可溶性粘附分子（sCAM）。 他们是粘附分子细胞外区脱落形成，与炎症、肿 瘤转移等有关，由于他们易于检测，故有较大临 床价值。 • 能与膜型相应的粘附分子竞争结合配体，抑制由 膜型黏附分子介导的相应反应（如内皮细胞与白 细胞的粘附）
细胞信号转导
Cellular Signal Transduction
第一章
细胞间信号
1. 细胞间通讯的类型
• 细胞是机体结构和功能的基本单位。
• 机体行使的每一项功能都是多个细胞之间 甚至多种细胞之间协同作用的结果。 直接接触型 直接联系型 间接联系型
• 细胞间通讯的形式
A
信号细胞 靶细胞
B
信号细胞
靶细胞
一种细胞表面的膜蛋白可以被另一种细 胞膜上的受体识别；
小分子可能通过间隙连接直接转运
C
信号细胞
靶细胞
一种细胞释放的分子可以被 另一种细胞上的受体识别
1.1 直接接触型：识别与黏合
1.1.1 特点： 信号转导的细胞相互接触，通过质膜表 面分子直接相互识别、结合进行胞间联系。
可发生于同种同类(如低等生物细胞聚集)、 同种异类（如动植物性细胞授粉受精）、异种同 类（如输血与器官移植）、异种异类（如病原微 生物对寄主细胞的侵染）。
αxβ2
GP150/95 (CD11c/CD18)
iC3b, FB
Monocytes Neutrophil
β2 gene mutation : Leukocyte adhesion deficiency syndrome
β3 subgroup
Structure Name Ligands Distribution
ii）胞外区为CAD重复序列，胞内高度保守，通 过连接蛋白与细胞骨架成分相连，稳固细胞间 的粘附。 iii）钙粘素表达异常与肿瘤转移关系密切，钙粘 素为肿瘤抑制因子。（多种具有侵袭转移性的 上皮细胞癌中E-cadherin表达减少或者有结构 异常，基因转染实验也证实钙粘素可限制或者 逆转肿瘤的转移行为）
细胞粘附分子与细胞骨架的联系及信号 转导
• 已证明多种粘附分子的胞内区通过肌动蛋白结合 蛋白（actin binding protein，ABP）与肌动蛋 白组成的细肌丝相连。这种结合不仅加强了粘附 的力度，还参与细胞的信号转导。 • 已知多种信号转导蛋白，如酪氨酸蛋白激酶 （PTK）、酪氨酸蛋白磷酸酶（PTP）等通过对 粘附分子胞内区和与其结合的ABP可逆磷酸化反 应，调节肌动蛋白依赖的多种细胞功能（粘附、 变形和运动）
3）细胞表面的寡糖 4）血浆中的可溶性蛋白：纤维蛋白原表面有多个 RGD序列，可作为连接分子介导血小板之间的粘 附反应。另外细胞表面的CAM通过与一个可溶性 的多价分子结合介导细胞之间的粘附，是细胞间 粘附的又一方式。 5）细菌、病毒等：HIV（RGD）； 鼻病毒，疟原 虫（通过气道上皮和红细胞表面ICAM-1）。
3. Promoter methylation
4. Transcriptional Repression
E-cadherin Transcriptional Repression
Wnt BMP Notch
Bind E-box
（2）整合素（integrins）
Integrin 是由α和β亚基以非共价键结合形成的 异二聚体，与配基结合依赖二价阳离子，它们介 导细胞与细胞及细胞与ECM之间的粘附反应。 一种Integrin可以结合多种配体，而一种配体 也可以结合多种Integrin 。16种α亚基和8种β亚基， 相互结合组成20多种Integrins。 分三个主要的亚族，其中每个亚族为一共同的 β亚基和一组特定的α亚基组成。