Notch基因編碼一類高度保守的細胞表面受體，它們調節從海膽到人等多種生物細胞的發育。Notch信號影響細胞正常形態發生的多個過程，包括多能祖細胞的分化、細胞凋亡、細胞增殖及細胞邊界的形成。Notch基因位點突變引起的表型改變，表明Notch信號作用的多樣性。
基本介紹
- 中文名：Notch信號通路
- 外文名：Notch Signaling pathway
- 含義：Notch基因編碼一類高度保守的
- 基本信息：廣泛存在於脊椎動物和非脊椎動物
- 主要作用：類大的跨膜受體Notch受體
基本信息,主要作用,通路組成,通路活化,
基本信息
Notch信號通路廣泛存在於脊椎動物和非脊椎動物，在進化上高度保守，通過相鄰細胞之間的相互作用調節細胞、組織、器官的分化和發育。
Notch信號通路由Notch受體、Notch配體（DSL蛋白）、CSL （CBF-1，Suppressor of hairless，Lag的合稱）DNA結合蛋白、其他的效應物和Notch的調節分子等組成。1917年，Morgan及其同事在突變的果蠅中發現Notch基因，因該基因的部分功能缺失會在果蠅翅膀的邊緣造成缺刻（Notch）而得名。哺乳動物有4種Notch受體（Notch1- 4）和5種Notch配體（Delta-like 1, 3, 4，Jagged1和Jagged2）。Notch信號的產生是通過相鄰細胞的Notch配體與受體相互作用，Notch蛋白經過三次剪下，由胞內段（NICD）釋放入胞質，並進入細胞核與轉錄因子CSL結合, 形成NICD/CSL轉錄激活複合體，從而激活HES、HEY、HERP等鹼性-螺旋-環-螺旋(basichelix-loop- helix,bHLH)轉錄抑制因子家族的靶基因，發揮生物學作用。
主要作用
| 信號分子 | 果蠅 | 哺乳類 |
|---|---|---|
Notch配體 | Delta Serrate | Delta-like 1、Delta-like 3、Delta-like 4 Jagged 1、Jagged 2 |
Notch受體 | Notch | Notch1~Notch4 |
轉錄因子 | Su(H) | CBF1/RBP-Jκ |
調節因子 | Fringe Numb Deltex Mastermind | Lunatic、Radical，Manic Fringe Numb、Numb-like Deltex1~Deltex3 Mastermind-like 1~Mastermind-like 3 |
靶分子 | Hairy/En（sql） | Hes1、Hes 5、Hey1、Heyl |
加工或調節分子 | Presenilin Metallo-protease Furin-like protease | Presenilin1、Presenilin2 Metallo-protease Furin-like protease |
20世紀80年代中期，Artavanis-Tsakonas研究小組首次克隆了該基因，並發現其編碼一類大的跨膜受體Notch受體。隨後的研究發現，Notch廣泛表達於從無脊椎動物到脊椎動物等多個物種，各物種在進化上具有高度的保守性。研究表明，相鄰細胞可以通過Notch受體與配體的結合傳遞Notch信號，從而擴大並固化細胞間的分子差異，最終決定細胞命運，影響器官形成和形態發生。Notch信號是相鄰細胞之間通訊進而調控細胞發育的重要通路。
通路組成
Notch基因編碼一種膜蛋白受體，由Notch受體、Notch配體(DSL蛋白)及細胞內效應器分子（CSL-DNA結合蛋白）三部分組成。（1）Notch受體：分別為Notch 1.2.3.4種；其結構：胞外區（NEC）、跨膜區（TM）和胞內區（NICD/ICN）三部分；其結構域包含29-36個串聯的表皮生長因子(epidermal growth factor，EGF)序列及3個富含半胱氨酸的Lin Notch重複序列(Lin Notch repeats，LNR)，它們的主要功能是和配體結合併啟動Notch。<2>跨膜區(TM)：單孔跨膜區在跨膜區甘氨酸-1743和纈氨酸-1744之間有一個裂解位點(S3位點)。經由Presenilin（突變型早老素）蛋白等水解作用，Notch在S3位點發生斷裂，生成胞內區ICN和一個短的跨膜片段。<3>胞內區(NICD):胞內區域(Notch intraCellular domain，Notch IC)主要包含5個部分：①1個RAM(RBP2J kappa associated molecular)區，可與DNA結合蛋白(C2 promoter binding protein，CBF)結合；②6個錨蛋白重複序列(ankyrin repeats，ANK)，是啟動Notch的增強子，可介導Notch與其他蛋白質之間的相互作用；③2個核定位信號(nuclear localization signal，NLS)；④1個翻譯啟動區(translational active domain，TAD)；1個PEST(Proline，P(脯氨酸)；Glutamate，E (谷氨酸)；Serine，S (絲氨酸)；Threonine，T (蘇氨酸)的區域，與Notch受體的降解有關。（2）Notch配體：又被稱為DSL蛋白；分別為：Delta like(DLL1，DLL3，DLL4)，Jagged1和Jagged 2（目前為止）。是一種含保守分子結構的跨膜蛋白，是Delta/Serrate/Lag2的簡稱，它包含一個氨基末端，胞外區包含數量不等的EGF-R結構域和DSL結構域（富含半胱氨酸）與Notch受體結合部位。（3）細胞內效應器分子：CSL DNA結合蛋白（CBFl/Suppresor of Hairless/Lag1）；CSL蛋白: CBF-1(C-promoter binding factor-1)在哺乳動物中叫RBP-JK(recombination signal binding protein-Jk)，是轉錄抑制因子，在Notch信號通路中起關鍵作用的轉錄調節因子，它識別並結合特定的DNA序列(GTGGGAA)，這個序列位於Notch誘導基因的啟動子上。Notch的胞內區(the Intracel|uIar Domain of Notch，ICN)能通過它的RAM和ANK結構域與CBF-1相互作用，使轉錄激活即ICN的結合置換了SMRT輔阻礙物和與之結合的HDAC酶，從而解除了轉錄抑制。沒有NICD(ICN)存在時，Su(H)/CBFI能通過募集阻遏蛋白SMRT和組蛋白脫乙醯酶(HDAC)抑制基因轉錄。(CSL[CBF-1(C-promoter binding protein-1),Su(H)(Suppressor of Hairless) ,Lag1]，它們是Notch信號在核內活化的轉錄因子，CBF-1、Su(H)、Lag1是這個蛋白在哺乳動物、果蠅、線蟲的不同名稱。）(CSL= CBF-1/Su(H)/Lag1)。
通路活化
Notch信號通路活化有兩條途徑Ⅰ：經典的Notch信號通路又稱為CBF-1/RBP-Jκ依賴途徑(1) Notch信號傳導在活化過程中經3次裂解：第1個裂解點(S1，胞外區1654位精氨酸殘基-1655位替氨醢殘基之間)於Notch成熟過程中在高爾基內furin樣轉化酶(furin-like convertase)的作用下發生裂解，產生胞外區(Notch extraCellular domain，NEC)和跨膜片段(Notch transmembrane fragment，NTM)2個亞基，NEC與NTM以二硫鍵連線在一起，形成異二聚體形式的Notch受體，位於細胞膜表面；第2個裂解點(S2，胞外近膜區1710丙氨酸-1711纈氨酸殘基之間)與配體結合後，在金屬蛋白酶(Metal Loprotease，ML)/腫瘤壞死因子-a轉換酶（TNF-a converting enzyme，TACE)作用下裂解為2個片段，N端裂解產物(胞外區)被配體表達細胞吞噬，而C端裂解產物進一步在跨膜區的第3個裂解點(S3，(1743甘氨酸殘基-1744纈氨酸殘基之間)經1高分子量多蛋白聯合體[其中主要包括r-分泌酶(r-secretase)，突變型早老素(presenilin)和各種的輔因子]所裂解，釋放Notch蛋白的活化形式NICD（ICN）。(2) NICD（ICN)進入細胞核，通過RAM域和cdc/ankyrin重複序結合CSL蛋白[CBF1、Su(H)、LAG1]並募集核轉錄激活蛋白家族MAML (mastermind-like)，形成三元絡合轉錄激活物（NICD-CSL-MAML)後，Notch靶基因轉錄編碼HES(hairy/enhancer of split)和HEY_(Hey—hairy/enhancer--of-split related with YRPW motif family members)等在內的鹼性螺旋-環-螺旋（bHLH）家族轉錄因子,這些轉錄因子促進下游基因表達，從而促進細胞增殖和抑制細胞分化。（MAML(mastermind-like family members)募集組蛋白乙醯轉移酶p300（HDAC），使組蛋白乙醯化，NICD與CSL蛋白的結合使CSL蛋白由轉錄抑制物轉變為轉錄激活物，激活靶基因的轉錄。）Ⅱ：CSL非依賴途徑：Notch受體的ANK區與細胞內的鋅指蛋白Deltex結合，抑制轉錄因子E47（目前研究較少）。Notch信號轉導有三種調節方式:1.胞外水平，一種是通過與Notch的胞外段相互作用，從而影響正常的Notch受體與配體的結合，進而影響信號的傳導，如：Fringe、Wingless，Scabrous等。另一種是通過在金屬蛋白酶的作用下產生受體和配體的活性片段，影響正常Notch受體和配體的結合，如：Kuzbanian、Fhrin等。2.胞內水平，調節分子仍然主要是通過蛋白水解和相互作用這兩種方式來進行調節的。主要為：Presenilins蛋白酶；Deltex是一個含有zinc finger結構域的蛋白，是Notch信號途徑的負性調節物；numb是膜相關蛋白。3.胞核水平：如果蠅的核內蛋白Mastermind和Groucho，它們可調控由Notch激活引起基因表達。目前已證明Mastermind是通過結合在染色質的特定結構上，上調或下調基因的表達。Groucho是一個非bHLH蛋白，它可以與DNA結合蛋白bHLH、E(sp1)/HES相互作用，協同抑制轉錄。目前研究證明，Groucho可與染色質上的組蛋白H3結合使轉錄停止。
參考文獻
[1]Weng AP,Ferrando AA,Lee W,et al.Activating mutations of Notch1 in human T cell acute lymphoblastic leukemia[J].Science,2004,306(5694):269-271.
[2]Radtke F,Schweisguth F,Pear W.The Notch‘gospel’[J].EMBO Rep,2005,6(12):1120-1125．
[3]De Strooper B,Annaert W,Cupers P. A presenilin-1-dependent r-secretase-like protease mediates release of Notch intraCellular domain.Nature,1999,398(6727):518-522.
[4]Iso T,Kedes L,Hamamori Y.HES and HERP families:multiple effectors of the Notch signaling pathway.J Cell Physiol,2003,194(3):237-255．
