Notch信號通路在生物體的早期發(fā)育中程序性地操控細胞的命運和組織的分化，是多細胞生物體內(nèi)一種進化保守的細胞間信號傳導機制，對于動物界中所有后生生物的正常胚胎發(fā)育和成年期多個細胞分化過程的基因調(diào)控機制都是不可少的。
Notch信號通路成員
■ Notch信號通路由Notch受體、Notch配體（DSL蛋白）、CSL-DNA結合蛋白、其他的效應物和Notch的調(diào)節(jié)分子等組成。
Notch受體是由Notch基因編碼的單次跨膜蛋白，其結構由胞外區(qū)（ECN）、跨膜區(qū)（TM）和胞內(nèi)區(qū)（NICD/ICN）三部分組成，在進化上具有高度保守性。Notch受體在細胞表面表達為異二聚體蛋白，受體的胞外部分包含29–36個與配體結合相關的表皮生長因子樣重復序列，隨后是三個富含半胱氨酸的LIN重復序列（阻止配體無關的信號傳導）和一個異二聚化結構域。胞內(nèi)部分包含兩個蛋白質(zhì)相互作用結構域，隨機結構域（R），六個錨蛋白重復序列（ANK），兩個核定位信號（NLS）和一個反式激活結構域（TAD）以及一個PEST（P）序列。
Fig 1. Notch受體[1]
Notch配體為膜結合蛋白，分為Delta like和Jagged兩類。都包含一個氨基末端的DSL結構域，后面是表皮生長因子樣重復序列，又被稱為DSL蛋白。
Fig 2. Notch配體[1]
CSL在兩個Rel同源區(qū)域（RHR-N/RHR-C）之間插入了一個中心修飾的BTD。DNA接觸主要通過RHR-N和BTD結構域進行。BTD結構域包含一個疏水囊，被認為介導了與NICD的相互作用。為了激活轉(zhuǎn)錄，需要協(xié)同激活因子Mam。CSL-DNA結合蛋白作為起到關鍵作用的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，能識別并結合特定的位于Notch誘導基因啟動子上的DNA序列。
Fig 3. CSL-DNA結合蛋白[2]
Notch信號通路機制
不同于其他經(jīng)典的信號通路，Notch受體和配體是完整的膜蛋白，介導的是兩個細胞相互靠近接觸之后的活化效應，而不是由分泌型的蛋白作為配體。Notch通路不是通過激酶磷酸化逐步活化傳遞信號，Notch信號通路的激活需要經(jīng)過三步酶切過程：
首先，Notch蛋白以單體膜蛋白形式在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成，然后轉(zhuǎn)運至高爾基體，在高爾基體反面管網(wǎng)區(qū)被furin蛋白酶切割，酶切位點是Notch跨膜區(qū)胞外端的S1位點，產(chǎn)生一個胞外亞單位ECN和一個跨膜胞質(zhì)亞單位NTM，在沒有與其他細胞的配體相互作用時，兩個亞單位彼此以非共價鍵結合，形成異二聚體形式的成熟Notch受體，并被轉(zhuǎn)運至細胞表面。
其次，隨著與相鄰信號細胞配體的結合，Notch受體蛋白被ADAM金屬蛋白酶（ADAM10或ADAM17/TACE）切割，酶切位點為S2，然后釋放出部分胞外片段，剩余的部分黏連在細胞膜上被稱為“Notch-intro TM"。
最后，由4個蛋白亞基組成的跨膜復合物γ-secretase于S3酶切位點進一步完成酶切過程，釋放Notch蛋白的NICD。該片段是Notch的活性形式，可以立即轉(zhuǎn)位至細胞核內(nèi)與轉(zhuǎn)錄因子CSL蛋白結合，將原本“協(xié)同抑制復合物"轉(zhuǎn)換為“協(xié)同活化復合物"，進而與DNA形成多蛋白-DNA復合體，激活相關靶基因的表達。NICD/ICN通過與CSL相互作用，激活CSL，啟動下游基因的轉(zhuǎn)錄，從而激活HES、HEY、HERP等堿性-螺旋-環(huán)-螺旋（basichelix-loop- helix,bHLH）轉(zhuǎn)錄抑制因子家族的靶基因，從而促進細胞增殖和抑制細胞分化；沒有NICD/ICN存在時，CSL能通過募集SMRT和HDAC抑制基因轉(zhuǎn)錄。
Fig 4. Notch信號通路示意圖
Notch信號通路與疾病
Notch和白血病
人類T細胞急性淋巴母細胞白血?。═- all）的染色體易位涉及NOTCH1（超過50%的T- all具有激活突變）和細胞外異二聚結構域和/或NOTCH1的c端PEST結構域[4]。
在慢性淋巴細胞白血?。–LL）中存在NOTCH1的激活突變，研究發(fā)現(xiàn)NOTCH1（23%突變），SPEN（4%突變）、RBPJ（8%缺失）和SNW1（8%缺失）發(fā)生基因改變，這些改變導致NOTCH1靶基因HES1、DTX1和MYC表達降低[5]。
Notch和癌癥
在許多胰腺導管腺癌（PDAC）細胞系和組織中檢測到CDK5或Notch1受體的顯著過度表達，其在PDAC的發(fā)展中起關鍵作用。CDK5通過磷酸化正向調(diào)節(jié)Notch1功能，進而促進細胞增殖和遷移。CDK5和Notch信號的聯(lián)合抑制可能是治療PDAC的有效策略[6]。
Notch和其他疾病
羅伯特-莫雷諾課題組研究表明，Notch信號通過控制GATA2的表達參與了主動脈性腺中腎（AGM）區(qū)域的主動脈內(nèi)皮中胚胎造血決定的早期事件[3]。Alagille綜合征（ALGS）是一種罕見的多系統(tǒng)疾病，由JAG1或NOTCH2基因突變引起[7]。賴氨酸特異性脫甲基酶LSD1通過Jagged-1/Notch信號通路誘導上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化并促進腎纖維化[8]。
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References
[1]Radtke F,Schweisguth F,etc.The Notch 'gospel'.EMBO Rep.PMID:16299468.
[2]Bray SJ.Notch signalling:a simple pathway becomes complex.Nat Rev Mol Cell Biol.PMID:16921404.
[3]Robert-Moreno A,Espinosa L,etc.RBPjkappa-dependent Notch function regulates Gata2 and is essential for the formation of intra-embryonic hematopoietic cells. Development.PMID:15689374.
[4]Weng AP,Ferrando AA,etc.Activating mutations of NOTCH1 in human T cell acute lymphoblastic leukemia.Science. PMID:15472075.
[5]Edelmann J,Holzmann K,etc.Genomic alterations in high-risk chronic lymphocytic leukemia frequently affect cell cycle key regulators and NOTCH1-regulated transcription.Haematologica. PMID:31467127
[6]Chu Q,Wang L,Zhang J,etc.CDK5 positively regulates Notch1 signaling in pancreatic cancer cells by phosphorylation.Cancer Med.PMID:33960694
[7]ShenTu Y,Mi X,etc.Alagille syndrome caused by NOTCH2 mutation presented atypical pathological changes.Clin Chim Acta.PMID:34332988.
[8]Zhang H,Xing J,etc.Lysine-specific demethylase 1 induced epithelial-mesenchymal transition and promoted renal fibrosis through Jagged-1/Notch signaling pathway.Hum Exp Toxicol.PMID:34396798.
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