Notch信號(hào)通路在生物體的早期發(fā)育中程序性地操控細(xì)胞的命運(yùn)和組織的分化，是多細(xì)胞生物體內(nèi)一種進(jìn)化保守的細(xì)胞間信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制，對(duì)于動(dòng)物界中所有后生生物的正常胚胎發(fā)育和成年期多個(gè)細(xì)胞分化過程的基因調(diào)控機(jī)制都是不可少的。
Notch信號(hào)通路成員
■ Notch信號(hào)通路由Notch受體、Notch配體（DSL蛋白）、CSL-DNA結(jié)合蛋白、其他的效應(yīng)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(jié)構(gòu)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(jìn)化上具有高度保守性。Notch受體在細(xì)胞表面表達(dá)為異二聚體蛋白，受體的胞外部分包含29–36個(gè)與配體結(jié)合相關(guān)的表皮生長因子樣重復(fù)序列，隨后是三個(gè)富含半胱氨酸的LIN重復(fù)序列（阻止配體無關(guān)的信號(hào)傳導(dǎo)）和一個(gè)異二聚化結(jié)構(gòu)域。胞內(nèi)部分包含兩個(gè)蛋白質(zhì)相互作用結(jié)構(gòu)域，隨機(jī)結(jié)構(gòu)域（R），六個(gè)錨蛋白重復(fù)序列（ANK），兩個(gè)核定位信號(hào)（NLS）和一個(gè)反式激活結(jié)構(gòu)域（TAD）以及一個(gè)PEST（P）序列。
Fig 1. Notch受體[1]
Notch配體為膜結(jié)合蛋白，分為Delta like和Jagged兩類。都包含一個(gè)氨基末端的DSL結(jié)構(gòu)域，后面是表皮生長因子樣重復(fù)序列，又被稱為DSL蛋白。
Fig 2. Notch配體[1]
CSL在兩個(gè)Rel同源區(qū)域（RHR-N/RHR-C）之間插入了一個(gè)中心修飾的BTD。DNA接觸主要通過RHR-N和BTD結(jié)構(gòu)域進(jìn)行。BTD結(jié)構(gòu)域包含一個(gè)疏水囊，被認(rèn)為介導(dǎo)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(jié)合蛋白作為起到關(guān)鍵作用的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，能識(shí)別并結(jié)合特定的位于Notch誘導(dǎo)基因啟動(dòng)子上的DNA序列。
Fig 3. CSL-DNA結(jié)合蛋白[2]
Notch信號(hào)通路機(jī)制
不同于其他經(jīng)典的信號(hào)通路，Notch受體和配體是完整的膜蛋白，介導(dǎo)的是兩個(gè)細(xì)胞相互靠近接觸之后的活化效應(yīng)，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(hào)，Notch信號(hào)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(yùn)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(diǎn)是Notch跨膜區(qū)胞外端的S1位點(diǎn)，產(chǎn)生一個(gè)胞外亞單位ECN和一個(gè)跨膜胞質(zhì)亞單位NTM，在沒有與其他細(xì)胞的配體相互作用時(shí)，兩個(gè)亞單位彼此以非共價(jià)鍵結(jié)合，形成異二聚體形式的成熟Notch受體，并被轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞表面。
其次，隨著與相鄰信號(hào)細(xì)胞配體的結(jié)合，Notch受體蛋白被ADAM金屬蛋白酶（ADAM10或ADAM17/TACE）切割，酶切位點(diǎn)為S2，然后釋放出部分胞外片段，剩余的部分黏連在細(xì)胞膜上被稱為“Notch-intro TM"。
最后，由4個(gè)蛋白亞基組成的跨膜復(fù)合物γ-secretase于S3酶切位點(diǎn)進(jìn)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(xì)胞核內(nèi)與轉(zhuǎn)錄因子CSL蛋白結(jié)合，將原本“協(xié)同抑制復(fù)合物"轉(zhuǎn)換為“協(xié)同活化復(fù)合物"，進(jìn)而與DNA形成多蛋白-DNA復(fù)合體，激活相關(guān)靶基因的表達(dá)。NICD/ICN通過與CSL相互作用，激活CSL，啟動(dòng)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(jìn)細(xì)胞增殖和抑制細(xì)胞分化；沒有NICD/ICN存在時(shí)，CSL能通過募集SMRT和HDAC抑制基因轉(zhuǎn)錄。
Fig 4. Notch信號(hào)通路示意圖
Notch信號(hào)通路與疾病
Notch和白血病
人類T細(xì)胞急性淋巴母細(xì)胞白血病（T- all）的染色體易位涉及NOTCH1（超過50%的T- all具有激活突變）和細(xì)胞外異二聚結(jié)構(gòu)域和/或NOTCH1的c端PEST結(jié)構(gòu)域[4]。
在慢性淋巴細(xì)胞白血病（CLL）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(dǎo)致NOTCH1靶基因HES1、DTX1和MYC表達(dá)降低[5]。
Notch和癌癥
在許多胰腺導(dǎo)管腺癌（PDAC）細(xì)胞系和組織中檢測(cè)到CDK5或Notch1受體的顯著過度表達(dá)，其在PDAC的發(fā)展中起關(guān)鍵作用。CDK5通過磷酸化正向調(diào)節(jié)Notch1功能，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞增殖和遷移。CDK5和Notch信號(hào)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(hào)通過控制GATA2的表達(dá)參與了主動(dòng)脈性腺中腎（AGM）區(qū)域的主動(dòng)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(hào)通路誘導(dǎo)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化并促進(jìn)腎纖維化[8]。
相關(guān)產(chǎn)品
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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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