受体酪氨酸激酶

结构

大多数受体酪氨酸激酶（RTK）为单亚基受体，但也有部分以多聚体复合物形式存在，例如胰岛素受体在激素（胰岛素）存在时形成二硫键连接的二聚体。此外，配体与胞外结构域结合可诱导受体二聚体的形成。

每个单体均含有一个由25至38个氨基酸组成的疏水性跨膜螺旋结构域、一个胞外N端区段和一个胞内C端区段。

胞外N端区段：多种保守结构元件，包括免疫球蛋白（Ig）样结构域、表皮生长因子（EGF）样结构域、纤连蛋白Ⅲ型重复序列或富含半胱氨酸区；这些结构域主要包含配体结合位点，能够结合特定的胞外配体，如某种生长因子或激素。

胞内C端区段：最高程度的保守性，包含催化功能区，负责该类受体的激酶活性，可催化受体自身的自磷酸化及其底物的酪氨酸磷酸化。

激酶活性

当生长因子与受体酪氨酸激酶（RTK）的胞外结构域结合时，会诱导相邻RTK分子的二聚化。二聚化进一步迅速激活蛋白质胞质区的激酶结构域，其第一个底物即为受体自身。结果，受体在多个特定的胞内酪氨酸残基上发生自身磷酸化（autophosphorylation）。

磷酸
ATP
酪氨酸
磷酸酪氨酸

信号转导

胞外配体的结合引发或稳定受体的二聚化。这使得每个受体单体胞质区内的酪氨酸残基能够被其配对受体的激酶结构域发生“反式磷酸化”（trans-phosphorylation），从而将信号传递到质膜内。

受体上特定位点的酪氨酸残基被磷酸化后，形成了Src同源2（SH2）结构域和磷酪氨酸结合（PTB）结构域蛋白的结合位点。包含这些结构域的典型蛋白有Src和磷脂酶Cγ。它们在与受体结合后被磷酸化和激活，进而启动信号转导通路。还有一些与活化受体相互作用的蛋白被称为衔接蛋白（adaptor proteins），自身不具备内在酶活性。这些衔接蛋白将RTK的激活与下游信号转导通路（如MAP激酶信号级联反应）连接起来。

受体家族

表皮生长因子受体家族

ErbB蛋白家族（亦称表皮生长因子受体，EGFR，家族）由4种结构相关的受体酪氨酸激酶组成。人类中，ErbB信号不足与多发性硬化、阿尔茨海默病等神经退行性疾病的发生相关。

纤维母细胞生长因子受体（FGFR）家族

纤维母细胞生长因子（FGF）是成员数量最多的生长因子家族，共23种四个FGFR基因经天然可变剪接可产生超过48种受体异构体。这些异构体在配体结合特性和激酶结构域上各异，但都具有由三个免疫球蛋白样结构域（D1–D3）组成的共同胞外区，因此归属于免疫球蛋白超家族。FGFs主要通过受体的D2与D3结构域结合；每个受体可被多种FGF激活，许多FGF亦能激活多个受体。

血管内皮生长因子受体（VEGFR）家族

血管内皮生长因子（VEGF）是促进内皮细胞增殖及血管通透性的主要因子之一。细胞表面有两种RTK可结合VEGF：VEGFR-1（Flt-1）和VEGFR-2（KDR/Flk-1）。

VEGFR的胞外段由七个免疫球蛋白样结构域组成（故同属免疫球蛋白超家族），同时具有单条跨膜螺旋与含“分裂型”酪氨酸激酶域的胞质段。VEGF-A可同时结合VEGFR-1和VEGFR-2，而几乎所有已知细胞反应均由VEGFR-2介导。

RET 受体家族

RET 基因的可变剪接产生三种不同的蛋白异构体：RET51、RET43 与 RET9，分别在 C 端尾部包含 51、43 和 9 个氨基酸残基。\[19] 其中 RET51 与 RET9 的体内功能研究最为深入，因为它们是最常见的异构体。

RET 是神经胶质细胞系来源神经营养因子（GDNF）家族配体（GFLs）的受体。要激活 RET，首先需 GFL 与一类带有糖基磷脂酰肌醇（GPI）锚定的共受体结合；这些共受体属于 GDNF 受体-α（GFRα）蛋白家族，不同成员（GFRα1-GFRα4）对特定 GFL 具有专一性结合活性。当 GFL-GFRα 复合物形成后，它将两条 RET 分子聚合在一起，诱导其酪氨酸激酶域中特定酪氨酸的“反式自身磷酸化”，从而启动细胞内信号转导过程。

Ras-MAPK信号通路

Ras GTP酶

Ras（名称来源于“鼠肉瘤病毒”，Rat sarcoma virus）是一类在所有动物细胞谱系和器官中表达的相关蛋白家族。所有Ras家族成员都属于小GTP酶这一类蛋白，参与细胞内信号的传递。Ras是Ras超家族蛋白的原型成员，该超家族蛋白在三维结构上具有相关性，并调控多种细胞行为。

Ras超家族

Ras超家族是一类小GTP酶的蛋白质超家族。五个主要家族包括：Ras、Rho、Ran、Rab和Arf GTP酶。其中Ras家族本身又分为6个亚家族：Ras、Ral、Rap、Rheb、Rad和Rit。每个亚家族都拥有共同的核心G结构域（G domain），该结构域提供基本的GTP酶活性和核苷酸交换活性。

一般而言，Ras家族主要负责细胞增殖；Rho家族调控细胞形态；Ran家族参与核转运；Rab和Arf家族则主要参与囊泡运输。

结构

Ras蛋白包含六条β链和五条α螺旋。它由两个结构域组成：一个由166个氨基酸组成的G结构域，可结合鸟苷核苷酸；另一个是C端的膜定位区（CAAX box），该区可进行脂质修饰。

G结构域含有五个G基序，直接与GDP/GTP结合。G1基序（P-loop）结合GDP和GTP的β磷酸。G2基序（SW1）包含Thr35，该残基结合GTP的末端γ-磷酸和活性位点中的二价镁离子。G3基序（SW2）具有DXXGQ基序，其中D为Asp57，决定了对鸟嘌呤与腺嘌呤的特异性结合；Q为Gln61，是催化水分子、将GTP水解为GDP的关键残基。G4基序含有LVGNKxDL基序，参与与鸟嘌呤的特异性相互作用。G5基序包含SAK保守序列，其中A为Ala146，保证了对鸟嘌呤而非腺嘌呤的特异性识别。

其中G2（SW1）和G3（SW2）是G蛋白在GTP水解为GDP时主要发生构象变化的部分。这两个“开关”基序的构象变化决定了Ras作为分子开关蛋白的基本功能。当Ras结合GTP时处于“开”（on）状态，结合GDP时则为“关”（off）状态。两组开关基序在结合GTP、GDP或无核苷酸（如与SOS1结合时）时，会呈现多种不同构象。

此外，Ras还结合一个镁离子，帮助协调核苷酸的结合。

激活和失活

G蛋白以“开关”形式在信号转导中发挥作用。在“关”状态下，Ras与GDP结合；而在“开”状态下，Ras结合的是GTP。这个额外的磷酸基团使得两个“开关”区（Thr-35和Gly-60）保持在“紧绷”构象。当这一磷酸基团被释放后，开关区松弛下来，导致蛋白转变为失活状态。

结合核苷酸的交换过程由鸟苷核苷酸交换因子（GEFs）和GTP酶激活蛋白（GAPs）调控。

GAP强化Ras的GTPase活性水解GTP。Ras本身虽具有内在GTP酶活性，但这一过程自身效率较低，因此Ras的GAP可与其结合，并稳定Ras的催化装置，提供额外的催化残基，加速Ras催化水解GTP。随着无机磷酸根的释放，Ras转为GDP结合型。
GEF则催化GDP从Ras中释放出来。它们插入到P-loop和Mg²⁺结合位点附近，并抑制其与γ-磷酸的相互作用。SW2中的酸性残基“拉”走P-loop中的赖氨酸，从而“推”开SW1，使其远离鸟嘌呤。保持GDP的接触被破坏，GDP被释放到细胞质中。由于胞内GTP浓度相对于GDP约高十倍，GTP优先重新进入Ras的核苷酸结合口袋，重新“开启”Ras。

GEF与GAP活性的平衡决定了Ras结合的鸟苷核苷酸类型，从而调节Ras的活性状态。

在GTP结合构象下，Ras对多种效应蛋白具有高亲和力，从而行使其功能，包括PI3K等。其他小GTP酶可结合衔接蛋白（如arfaptin）或第二信使系统（如腺苷酸环化酶）。

此外，还有其他蛋白可调节Ras家族蛋白的活性。例如GDI（GDP解离抑制因子），通过延缓GDP向GTP的交换，从而延长Ras家族成员的失活状态。

Ras-MAPK磷酸化级联反应

MAPK/ERK通路（也称为Ras-Raf-MEK-ERK通路）是一条细胞内的蛋白级联反应链，负责将细胞表面受体接收到的信号传递到细胞核中的DNA。

该信号通路的启动始于信号分子与细胞表面受体的结合，终止于细胞核DNA表达蛋白，从而在细胞内产生某种改变（如细胞分裂）。该通路包含许多蛋白质，例如有丝分裂原活化蛋白激酶（MAPKs），其最初被称为胞外信号调节激酶（ERKs）。这些蛋白通过向邻近蛋白添加磷酸基（即磷酸化），以此作为“开”或“关”开关进行信号传递。

Raf/MAPKKK/MAP3K

RAF激酶即MAPKKK（有丝分裂原活化蛋白激酶激酶激酶），是一类丝氨酸/苏氨酸特异性蛋白激酶家族，共有三种成员，均与逆转录病毒致癌基因相关。

RAF在RAS-RAF-MEK-ERK信号转导级联（即MAPK级联反应）中发挥核心作用。RAF激酶的激活需要与RAS-GTP酶的相互作用。作为丝氨酸/苏氨酸激酶，RAF通过在底物的丝氨酸/苏氨酸残基上添加磷酸基团来激活下游信号分子，而它们本身则可以被磷酸酶（如PP5）去磷酸化、失活。

MAPKKK（RAF）蛋白通常含有一个与其催化活性位点不同的对接域，使其能够识别和结合特定的底物。此外，MAPK信号级联中常有多种支架蛋白参与调节，这些支架蛋白分别具有MAPKKK（RAF）、MAPKK（MEK）和MAPK（ERK）的结合位点，从而确保信号的特异性传递和迅速激活。

Mek/MAPKK/MAP2K

Erk/MAPK

MAPK会被MAPKK在T-X-Y基序上进行T和Y的双位点磷酸化。

哺乳动物MAPK分为三个亚家族：

胞外信号调节激酶（ERK，p42/44MAPK）：ERK1,ERK2，活性位点TEY
应激激活的MAPK（JNK）：JNK1,2,3，活性位点TPY
丝裂原激活的蛋白激酶（p38MAPK）：p38α/β/γ/δ，活性位点TGY

MAPK的停泊位点非常重要，有两种：

共同停泊区CD：所有MAPK的C端都有，富含酸性和疏水，可以与MAPKK结合。
富含谷氨酸、天冬氨酸区ED

MAPK的底物蛋白含有MAPK停泊位点的目标区，调控MAPK底物的特异性结合。

如D停泊区，含有疏水和碱性残基。
如FXFP结构域，对ERK的底物而言是必要的。