以DAG作為信使的G蛋白偶聯(lián)受體介導(dǎo)的信號(hào)通路

譚嘯

摘要：在大多數(shù)哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，G蛋白偶聯(lián)受體介導(dǎo)的信號(hào)通路遵循著G蛋白解離活化又靜息的普遍機(jī)制，這是真核細(xì)胞應(yīng)答激素反應(yīng)的主要機(jī)制之一。而通過(guò)G蛋白偶聯(lián)受體介導(dǎo)的一條信號(hào)通路是磷脂酰肌醇信號(hào)通路，其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)是通過(guò)效應(yīng)酶磷脂酶C完成的。當(dāng)胞外信號(hào)被膜受體接受后，產(chǎn)生胞內(nèi)信使，激活DAG-PKC途徑，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞對(duì)外界信號(hào)的應(yīng)答。

關(guān)鍵詞：DAG;G蛋白偶聯(lián)受體;信號(hào)通路

1 G蛋白偶聯(lián)受體的結(jié)構(gòu)和激活

G蛋白位于細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)胞漿一側(cè)，由Gα、Gβ、Gr三個(gè)亞基組成。其中Gα亞基是分子開(kāi)關(guān)蛋白，自身具有GTPase活性。當(dāng)配體與受體結(jié)合時(shí)，G蛋白發(fā)生解離，GDP與GTP發(fā)生交換.此時(shí)游離的Gα-GTP是開(kāi)啟的活化狀態(tài)，然后游離的Gα-GTP結(jié)合并激活效應(yīng)器蛋白，從而傳遞信號(hào);當(dāng)Gα-GTP水解形成Gα-GDP時(shí)又會(huì)成為關(guān)閉的失活狀態(tài)。信號(hào)傳遞終止并導(dǎo)致三聚體G蛋白進(jìn)行重新裝配，使系統(tǒng)恢復(fù)進(jìn)入靜息狀態(tài)[1]。

G蛋白偶聯(lián)受體由7個(gè)疏水肽段形成的跨膜α螺旋區(qū)，其中N端位于細(xì)胞外側(cè)，C端位于細(xì)胞胞質(zhì)側(cè)。GPCR家族包括許多對(duì)蛋白或肽類(lèi)激素、神經(jīng)遞質(zhì)、局部介質(zhì)等配體識(shí)別與結(jié)合的受體，以及哺乳動(dòng)物嗅覺(jué)、味覺(jué)受體和視覺(jué)的光激活受體[2]。盡管與GPCR相互作用的信號(hào)分子各不相同，受體的氨基酸序列也有著千差萬(wàn)別。但對(duì)GPCR的研究結(jié)果表明，所有真核生物從單細(xì)胞酵母到人類(lèi)都具有相似的7次跨膜結(jié)構(gòu)[3]。

2 DAG-PKC信號(hào)通路

2.1 DAG-PKC的生成與轉(zhuǎn)導(dǎo)

DAG是親脂分子，結(jié)合在質(zhì)膜上。DAG可以活化與質(zhì)膜結(jié)合的PKC。PKC有兩個(gè)功能區(qū)，一個(gè)是疏水的膜結(jié)合區(qū)，另一個(gè)是親水的催化活性中心。在靜息細(xì)胞中，非活性的PKC分布在細(xì)胞質(zhì)中，當(dāng)細(xì)胞受到外界信號(hào)刺激時(shí)，PIP2水解，細(xì)胞質(zhì)膜上的DAG瞬間積累。由于細(xì)胞質(zhì)中的Ca2+濃度升高，導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中PKC與Ca2+結(jié)合并轉(zhuǎn)位到細(xì)胞質(zhì)膜的內(nèi)表面，從而被DAG活化，進(jìn)而使不同類(lèi)型細(xì)胞中不同底物蛋白的絲氨酸和蘇氨酸殘基磷酸化[4]。

2.2 PKC的作用

磷脂酰絲氨酸和鈣離子依賴(lài)性的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶是PKC，PKC的作用底物有很多，參與了很多生理過(guò)程。細(xì)胞的“短期生理效應(yīng)”如肌肉收縮、細(xì)胞分泌等。細(xì)胞的“長(zhǎng)期生理效應(yīng)”如細(xì)胞增殖、分化等。在許多細(xì)胞中，PKC的活化可以增強(qiáng)特殊基因的轉(zhuǎn)錄[5]。現(xiàn)在人們已知的至少有兩條途徑：一條途徑是PKC激活一系列的磷酸化級(jí)聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致MAP激酶的磷酸化，磷酸化的MAP激酶活化基因調(diào)控蛋白Elk-1。Elk-1與另一種DNA結(jié)合蛋白——血清應(yīng)答因子（SRF）共同結(jié)合在短的DNA調(diào)控序列（血清應(yīng)答元件，SRE ）上。Elk-1的磷酸化和活化即可調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄;另一條途徑是PKC的活化導(dǎo)致I-κB磷酸化，使基因調(diào)控蛋白NF-κB與I-κB解離并進(jìn)入細(xì)胞核，與相應(yīng)的基因調(diào)控序列結(jié)合激活基因轉(zhuǎn)錄。

2.3 PKC長(zhǎng)期效應(yīng)的維持

PIP2水解形成的DAG只是暫時(shí)性產(chǎn)物，DAG信使作用的終止有兩條途徑：一是DAG被DAG激酶磷酸化形成磷脂酸，再進(jìn)入到磷脂酰肌醇代謝途徑。二是DAG被DAG脂酶水解生成單酰甘油。由于DAG的代謝周期短，所以無(wú)法長(zhǎng)期維持PKC的活性，而細(xì)胞的增殖或分化又要求PKC可以長(zhǎng)期產(chǎn)生效應(yīng)。最近人們發(fā)現(xiàn)了另一種DAG生成途徑：由磷脂酶來(lái)催化細(xì)胞質(zhì)膜上的磷脂酰膽堿斷裂，斷裂后產(chǎn)生DAG被用來(lái)維持PKC的長(zhǎng)期效應(yīng)[6]。

參考文獻(xiàn)：

[1]瞿中和，王喜忠， 丁名孝.細(xì)胞生物學(xué)[J].2011（6）：172-175.

[2]Pierce K L， Premont R T， Lefkowitz R J. Seven-transmembrane receptors. Nat Rev Mol Cell Biol 2002， 3： 639-652.

[3]Hamm H E. How activated receptors couple to G-proteins. Proc Natl Acad Sci USA， 2001， 98： 4 819-4 821.

[4]Souza Bomfim Guilherme H.; Mitaishvili Erna; Aguiar Talita Ferreira; Lacruz Rodrigo S. Mibefra-dil alters intracellular calcium concentration by activation of phospholipase C and IP3 receptor functi-on[J].Molecular BiomedicineVolume 2， Issue 1. 2021.

[5]Atsushi Miyamoto， Hideyo Ohshika Molecular diversity and double regulatory mechanism of activation of phospholipase C in rat brain[J] ?Neuropeptides， 2019， 75

[6]Youn Ri Lee， Chang-Kwon Lee， Hyo-Jun Park et al. c-Jun N-terminal Kinase Contributes to Norepinephrine-Induced Contraction Through Phosphorylation of Caldesmon in Rat Aortic Smooth Muscle[J] PLoS ONE， 2017， 8（10）