第十章 Wnt 与 Notch 信号转导

1. 第十章 Wnt与Notch 信号转导

2. adaptor protein •无酶活性 •无转录活性 •含有SH2、SH3域等保守性结构域 以及PTB、WW、PH、PDZ 域等 •含有Pro和Tyr模体，分别与互补蛋白分子中SH3和SH2域结合 •介导蛋白质-蛋白质间的相互作用

3. SH2结构域 能与酪氨酸残基磷酸化的多肽链结合 。 SH3结构域 能与富含脯氨酸的肽段结合。 PH结构域(pleckstrin homology domain) 能与G蛋白的βγ复合物结合 ,还能与肌醇磷脂结合 。

4. 一、Wnt信号通路 Wnt 信号转导途径 •由Wnt基因调控的信号转导系统 •进化保守 •主要来自果蝇、爪蟾、线虫和哺乳动物的研究 •在胚胎发育、器官形成中起作用 •参与肿瘤的形成

5. (一) Wnt信号通路组成及信号转导途径 Wnt：1982年发现，MMTV插入(insertion) 该基因时，诱发小鼠乳腺癌。 (int-1癌基因) 1991年发现，相当于果蝇的Wingless (Wg)基因

6. Wnt信号通路的主要成员 •Wnt蛋白(配体) •Wnt受体 •Dsh/Dvl蛋白 •多蛋白复合体 — β-连环蛋白 — GSK-3β — 轴蛋白 — APC

8. Wnt蛋白： •属于原癌基因家族编码的产物 •分泌性糖蛋白的大家族 •是信号转导分子的主要家族之一 •人类细胞含有19种wnt基因 •尽管结构相似，但功能不同 •具有不同的生物学活性

9. Wnt受体： —Frizzled家族蛋白 — 低密度脂蛋白受体相关蛋白 Frizzled家族蛋白： •7跨膜蛋白 •胞外Cys富集域和跨膜域高度保守 •人类有10个成员 •功能和配体特异性不同

10. 低密度脂蛋白受体相关蛋白： ( Low density lipoprotein receptor related protein , LRP ) •单跨膜蛋白 •胞外域直接结合Wnt蛋白 •Wnt 辅受体 •胞内部分结合轴蛋白 •哺乳动物的两个同源体 — LRP5、 LRP6

11. Dsh/Dvl蛋白： •胞质蛋白 •Wnt信号转导的正性调节物 •受体复合体的下游 •β-连环蛋白的上游 •哺乳动物的3个同源体 — DVI 1~3 •含有CK1、CK2和轴蛋白结合部位

12. PDZ域： 其名称来自于含有同样重复序列的3种蛋白 •PSD 95 •果蝇盘状巨大肿瘤抑制蛋白Dlg •哺乳动物闭锁小带蛋白ZO-1

13. 多蛋白复合体： β-连环蛋白(β- catenin： •首先作为与E-钙依粘连蛋白的胞质域相互作用的人类蛋白被提出 •与果蝇的Arm和爪蟾的β-连环蛋白同源 •Wnt信号转导的重要中介物 •N端 —调节其稳定性 C端 —转录激活作用

15. 轴蛋白(Axin: •起支架蛋白的作用 •Wnt信号转导的负性调节物 •小鼠的同源物称为Conductin •哺乳动物有2个同源体

16. GSK-3β ( glycogen syntase kinase -3β : •Ser/Thr蛋白激酶 •组成性激酶活性 •Wnt信号转导途径中的关键酶 •人类的同源物 — GSK-3α、GSK-3β

17. APC ( Adenomatous polyposis coli: •抑癌基因编码产物 •含有几个不同保守结构域的大分子蛋白 •具有许多重要的生物学功能 •在Wnt信号转导途径中起重要作用

18. Tcf/Lcf： •是一类具有相关的HMG盒的转录因子 •已鉴定出4个人类同源物 •识别同一DNA序列 •表达具有组织特异性 •以复合体形式发挥作用 •没有Wnt信号时，与辅阻遏物结合，抑制靶基因的转录

20. Wnt通路的胞内信号至少可分为4个分支： •典型Wnt/ β- 连环蛋白信号通路 •平面细胞极性通路 •Wnt/Ca2+通路 •调节纺锤体的方向和非对称细胞分裂的胞内通路

22. 1.典型Wnt/ β- 连环蛋白信号通路 (canonical Wnt/ β-catenin pathway Wnt配体 ↓ Frizzled, LRP ↓ Dsh/Dvl ↓ 多蛋白复合体 ↓ β- 连环蛋白

25. 说明： •β-连环蛋白的稳定性与其磷酸化状态有关 •Dsh/Dvl蛋白可抑制GSK-3β活性 •CKⅠε是调节β-连环蛋白稳定的一个关键正性调控分子 •核内的β- 连环蛋白与Tcf/Lef家族的转录因子相互作用，激活Wnt靶基因转录 •已知的Wnt靶基因有50多个

27. 2.平面细胞极性通路 (the planar cell polarity pathway  •激活JNK并指导非对称细胞骨架形成及细胞形态的协同极化 •不依赖于β- 连环蛋白 •涉及GTP酶Rho和JNK相关级联分子 •Nkd蛋白是Wnt信号的拮抗分子 但能激活JNK

33. 3. Wnt/Ca2+通路 •最初证据来源于斑马鱼和爪蟾的研究 •Wnt-5A能刺激细胞内Ca2+的释放 •有Frizzled-2(Rfz-2)参与 •Ca2+激活CaMKⅡ和PKC

36. 4.调节纺锤体的方向和非对称细胞分裂 的胞内通路 •有GSK-3β和APC参与 •神经上皮细胞沿平面轴进行对称分裂，通过非对称细胞分裂产生神经母细胞。 •神经上皮黏附连接的完整性与平面极化有关，且需要APC和EB1的参与 •Frizzled是有丝分裂纺锤体转动的其始因子

37. (二) Wnt信号与胚胎体轴和中胚层模式 的建立 体轴的形成需要β- 连环蛋白以及Wnt/ β- 连环蛋白通路的其他信号分子参与。 •背前侧β- 连环蛋白的聚集 — 最早标志 •β- 连环蛋白的过表达，可诱导胚胎产生额外体轴。

38. •β- 连环蛋白调节的典型Wnt信号参与前后轴的形成 •β- 连环蛋白敲除的胚胎， 可发生细胞的错误定位，从而不能形成中胚层。 •抑制Wnt信号是脊椎动物体廓形成后期阶段的关键因素。 •Wnt拮抗分子能诱导头的形成。

39. (三) Wnt信号与器官发生 ※ Wnt信号参与大脑的形成 •Wnt3a敲除的小鼠胚胎，大脑海马回发育受损 •Lef 纯合子突变可导致小鼠胚胎缺少全部海马回 •Wnt/ Lef/tcf基因协同作用，共同参与大脑海马回的发育。

40. ※ Wnt信号参与生长锥的重建和多突触球状环 (苔状神经纤维与颗粒细胞相接触时) 的形成。 参与轴突形成的起始过程： •Wnt7a能诱导苔状神经纤维中轴突和生长锥的重建 •Wnt7a能诱导突触素Ⅰ的汇集

41. ※ Wnt信号参与脊椎动物的肢体起始和顶端外胚层脊的形成 •三种Wnt信号分子( Wnt2b、Wnt3a、Wnt8c)是信号转导的关键诱导者。 •依赖于与FGF信号通路的对话 • FGF与Wnt 信号的信息交流也与内耳的形成有关。

42. (四) Wnt信号与细胞特化和干细胞分化 干细胞 •存在于多种组织 •分化为多种细胞类型的多潜能细胞 •受刺激时，产生祖细胞 •最终成为终末分化细胞 Wnt信号/ β- 连环蛋白信号通路控制了皮肤干细胞的分化。

43. •皮肤干细胞存在于毛囊膨突 —毛囊角质细胞 —毛囊间表皮 •β- 连环蛋白基因缺失，阻止毛囊细胞系分化 • β- 连环蛋白与LEF-1和TCF-3协同作用调节皮肤干细胞向毛囊分化

45. (五) Wnt信号与肿瘤发生 •早期证据 —小鼠乳腺癌 •乳腺癌 —Wnt通路异常 •结肠癌、黑色素瘤、原发性肝癌 — 信号通路中成分变化 即：APC、轴蛋白、 β- 连环蛋白的突变或缺失 •Wnt通路的激活突变是小肠早期恶性前病变的主要遗传改变。

46. 正常结肠上皮细胞 结肠癌细胞

47. 二、Notch信号通路 •Notch基因编码高度保守的细胞表面受体 •Notch信号影响细胞正常形态发生的多个过程 —多能祖细胞的特化 —细胞凋亡 —细胞增殖 —细胞边界形成

48. (一) Notch信号通路成员 •Notch配体 —DSL家族 •Notch受体 •转录因子CSL •调节因子 •加工或调节因子 •Notch信号靶分子

49. Notch配体： •Delta/Serrate/LAG-2 —DSL家族 • 单次跨膜蛋白 • 起始Notch信号 Notch受体： • 以二聚体形式存在 •两个亚基 —胞外亚基 (ECN) —跨膜亚基 (NTM)