Pathway干货 | NF-Kb 信号通路简介

NF-kB信号通路

NF-kB在细胞因子诱导的基因表达中起关键性的调控作用，它调控的基因编码急性期反应蛋白、细胞因子、细胞粘附分子、免疫调节分子、病毒瘤基因、生长因子、转录和生长调控因子等。通过调控多种基因的表达，NF-kB参与免疫反应、炎症反应、细胞凋亡、肿瘤发生等多种生物进程。

NF-κB信号通路，由受体和受体近端信号衔接蛋白， IκB激酶复合物， IκB蛋白和NF-κB二聚体构成。当细胞受到各种胞内外刺激后，IκB激酶被激活，从而导致IκB蛋白磷酸化，泛素化，然后IκB蛋白被降解， NF-κB二聚体得到释放。NF-κB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。在细胞核里，它与目的基因结合，以促进目的基因的转录。

NF-κB信号通路包括经典信号通路和非经典信号通路，其中，经典信号通路的活动过程是：静止状态时，NF-kB以无活性的潜在状态存在于细胞浆中,它与抑制因子IkB结合组成一个三聚体p50-p65-IkB，在IkBs激酶（IKK）催化IkBs的两个保守的丝氨酸残基磷酸化， IkBs在SCF-E3泛素化酶复合体的催化作用下多泛素化而被蛋白酶降解，活化的NF-kB转位到核内与与其相关的DNA基序结合以诱导靶基因转录；广泛的IkBs家族也包括P50和P52前体形式的NF-kB1和NF-kB2，分别是P105和P100。除了P50和P52序列外，这些前体还包括IkB样的锚蛋白区，它抑制与其相关的NF-kB亚单位的活性。从前体产生P50和P52的过程还没有被人完全的理解，但他需要翻译时和翻译后的蛋白酶的加工处理活动。在翻译的同时有就会组成性的产生约等量的P50和P105，虽然这时P50还没有加工完成。P52的产生主要但不完全是由于信号诱导的P100的加工完成的。不像是IkBa、IkBβ、IkBε的降解，信号诱导的磷酸化及加工P100成P52不需要经典的IKK-γ依赖的信号途径。IKK-a和NF-kB诱导激酶（NIK）是必不可少的，但IKK-β和IKK-γ是不需要的。

以上通路中的重要转录因子及靶点如下：

一、NF-kB家族

NF-κB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。每个成员都有一个N端Rel同源结构域（RHD），负责其与DNA结合以及二聚化。在P65、c-Rel和RelB中，存在着转录激活区域——TAD，对基因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。

 

二、IκB蛋白家族

IκB蛋白家族包括八个成员：IκBα、IκBβ、IκBγ、 IκBζ(zeta) 、IκBε、Bcl-3、p100和p105 。主要是在细胞质中与NF-κB二聚体结合，并对信号应答具有重要作用。这些蛋白存在锚蛋白重复区域（即多个紧密相连的钩状重复序列，每个重复序列含有33个氨基酸 ）。

 

三、IκB激酶复合物

主要包括IKKα/IKK1 (CHUK) 、IKKβ/IKK2(IKBKB) ，调节亚基是NEMO，在某些特定的NF-κB  信号通路中，IKKα和IKKβ是选择性需求的。

 

四、IKK复合物的上游信号

   很多胞外刺激信号都可以引起NF-κB 信号通路的激活：

①前炎性细胞因子，如TNFα、IL-1；

②与细胞分裂、增殖有关的因素，如抗原、植物血凝素（PHA）、刀豆素A（ConA）和佛波酯（PMA）；

③细菌毒性产物LPS、病毒、双链RNA等；

④物理化学因子，如紫外线、吐根碱、放线菌酮等；

⑤致凋亡因子，如离子射线、化疗药物。   

IKK复合物的上游信号衔接蛋白包括TRAFs即TNF受体相关因子，RIPs即受体作用蛋白；IKK复合物的激酶包括TAK1即TGFβ-激活性激酶1，NIK即NF-κB诱导激酶。

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-κB 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。TRAF蛋白家族一共有7个成员，分别是TRAF1、 TRAF2、 TRAF3、TRAF4、 TRAF5、 TRAF6、 TRAF7。

TRAF3是既可以介导NF-κB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-κB诱导激酶）激活IKKα，从而激活信号通路。

RIPs是经典NF-κB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。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-κB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。

TAK1和NIK作为IKK激酶出现在NF-κB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IKKα激活和P100磷酸化的作用。

五、IKK复合物

IKKα、 IKKβ和 NEMO共同组成了IKK复合物

IKKα：在经典的NF-κB信号途径中， IKKα并不是必需的。它在NF-κB 受体活化因子( RANK) 引起NF-κB 活化转导途径及NF-κB 活化变更途径中是必需的。IKKα的缺失可导致许多发育上的缺陷。

 IKKβ：IKKβ是促炎症反应因子刺激诱导NF-κB 的激活的主要激酶。IKKβ缺陷的细胞对TNFα和IL-1 等刺激不会引起NF-κB 的活化。IKKβ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-κB信号通路中， NEMO是必需的。NEMO可能通过与IKKβ和IKKα的直接作用而介导IKK复合物的组装, 并且还能促进IκB 蛋白与IKK激酶复合物的相互作用。

IKK的酶作用底物: IKKα、IKKβ可磷酸化IκBα丝氨酸32、36和 IκBβ的丝氨酸19、23。其中，作为IKK的酶作用底物， IκBα要优于IκBβ。大多数情况下，IκBβ降解速度比IκBα慢。IKKα可以磷酸化P100的丝氨酸672。

六、IκB蛋白

IκB蛋白的主要作用是掩盖NF-κB的核定位信号，阻止其入核，及其与DNA的结合，使NF-κB以非活化形式存在于细胞的胞质中 。典型的IκB蛋白包括：IκBα, IκBε和IκBβ；前体IκB蛋白包括：p100 和 p105；非典型的IκB蛋白包括：IκBζ 和  Bcl-3。

七、NF-κB的转录调节作用

包括P65的磷酸化调节和P65的乙酰化调节、P53对转录的竞争性调节，GSK3β对转录的间接调节；NF-κB转录调节中的常见的激酶：PKA（蛋白激酶A），MSK1和MSK2（分裂素和压力激活激酶 ）。

八、NF-κB二聚体

一般， NF-κB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。NF-κB二聚体与IκB蛋白结合；NF-κB二聚体与DNA结合。

往期精选

慢病毒包装

腺病毒原理与应用

腺相关病毒原理与应用

RNA干扰

自噬研究

非编码RNA

客户高分文章推荐

CRISPR/Cas9技术

荧光素酶专题研究

分子实验相关

细胞实验相关