
訊號通路本質上就是前人研究的比較透徹的一些分子,包括它的調控方式的一個總結。
它作為細胞內活動的真實寫照,素來都是分子機制研究的重頭戲,因而無論是高分文章還是申請基金,都少不了要抱抱訊號通路的大腿。

都說走過最難的路是訊號通路,為了幫大家更好的理解訊號通路並應用在課題設計中,今天我們對11條常見的經典訊號通路做了一次性全方位梳理。(萬字長文!建議先收藏再學習!)

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MAPK訊號通路
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PI3K/AKT訊號通路
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NF-κB訊號通路
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TGF-β超家族訊號通路
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Wnt訊號通路
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JAK/STAT訊號通路
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Notch訊號通路
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Hippo訊號通路
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Hedgehog訊號通路
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AMPK訊號通路
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TNF訊號通路
注:篇幅有限,以下通路介紹僅部分展示。
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MAPK叫做絲裂原活化蛋白激酶,它的英文名字是Mitogen-Activated Protein Kinase,它是一種蛋白激酶,能夠催化其他蛋白髮生磷酸化。
我們會帶大家瞭解MAPK訊號通路相關的細胞生理過程、人體病理過程,對MAPK訊號通路傳導的分子機制進行詳細介紹,並詳細講解MAPK訊號通路的研究方法和課題設計。

MAPK蛋白不是一個蛋白分子,它是一個家族的蛋白。
這個家族的蛋白中包括好幾個型別,主要的有三類。
MAPK訊號通路的基本組成是一種三級激酶模式。
這個三級激酶模式是由MAPKKK磷酸化MAPKK,然後使其再磷酸化MAPK,從而啟用訊號。這三個激酶是依次活化的。


1.ERK1/2通路:Ras,Raf,MEK1/2,ERK1/2
2.p38 MAPK通路:MKK3/6,p38a/β/y/δ
3.JNK通路:MLK,MKK4/7,JNK1/2/3
4.ERK5通路:MEKK2/3,MEK5,ERK5
1.檢測蛋白磷酸化:透過Western blot檢測蛋白磷酸化是檢測MAPK通路啟用的常用方法。也可以透過ELISA(酶聯免疫吸附法)定量檢測磷酸化MAPK蛋白水平。
2.檢測蛋白亞細胞定位:免疫熒光染色可以在細胞水平上觀察MAPK通路的啟用。
3.檢測MAPK通路下游基因的表達:透過qRT-PCR可以檢測MAPK通路下游基因的表達水平,從而間接反映MAPK通
路的啟用。
4.檢測激酶活性:透過將目標MAPK蛋白與特定底物進行反應,並檢測底物磷酸化水平的變化,可以反映MAPK通路啟用後的激酶活性。此方法適用於體外激酶活性檢測和細胞內激酶活性檢測。
生長因子(如EGF、PDGF)
細胞因子(如TNF-a、IL-1)
細胞應激因子(如TNF-a、IL-1)
1.ERK1/2通路抑制劑:U0126(MEK1/2抑制劑),PD98059(MEK抑制劑)
2.p38 MAPK通路抑制劑:SB203580(p38a/β抑制劑),BIRB796(p38a/β/v/δ抑制劑)
3.JNK通路抑制劑:SP600125(JNK抑制劑),JNK-IN-8(JNK1/2/3抑制劑)
4.ERK5通路抑制劑:BIX02188(MEK5抑制劑),XMD8-92(ERK5抑制劑)
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PI3K/AKT訊號通路主要由PI3K和下游的關鍵效應分子AKT (也稱PKB)構成。
當細胞外的生長因子、胰島素等訊號分子與細胞膜上的受體結合後,便能啟用PI3K。活化的PI3K催化產生關鍵的第二信使PIP3,進而啟用 AKT。一旦 AKT 被啟用(通常是透過特定位點的磷酸化),它就能磷酸化下游眾多底物,像多米諾骨牌一樣,觸發一系列細胞生物學效應。
我們會帶大家瞭解PI3K/AKT訊號通路相關的細胞生理過程、人體病理過程,對PI3K/AKT訊號通路傳導的分子機制進行詳細介紹,並詳細講解PI3K/AKT訊號通路的研究方法和課題設計。

PI3K能夠催化蛋白的絲氨酸或蘇氨酸發生磷酸化,並且它還具備磷脂醯肌醇激酶的活性,這是它和MAPK不一樣的地方。PI3K由一個調節亞基和一個催化亞基組成,調節亞基又叫做P85,包含SH2和SH3兩個主要的結構域。

接下來我們介紹AKT分子,它也被稱為蛋白激酶B,可以寫作PKB或者RAC。
AKT是一個激酶,能夠催化蛋白髮生磷酸化。AKT的靶點眾多,例如GSK3、FoxO、p27等,但在PI3K/AKT訊號通路中,有一個更重要的靶點,叫做TSC1或者TSC2。
TSC1和TSC2是連線AKT和mTORC之間的橋樑,它能夠抑制mTOR的活性。


透過下方示意圖,我們可以發現:
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PI3K/AKT訊號通路也是一個依靠磷酸化傳導訊號的通路。
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PI3K-AKT訊號通路是一個具備多個層級的訊號通路。
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PI3K/AKT訊號通路和MAPK訊號通路一樣,也是一個從細胞膜向細胞核傳導訊號的通路。它的開始也是由細胞外的生長因子活化PI3K,然後PI3K催化PIP2轉化成PIP3後能夠活化PDK1,進一步活化AKT。這一步就已經轉移到細胞質中發生了。


1.PI3K(包括p110催化亞基和p85調節亞基)
2.Akt(包括Akt1、Akt2和Akt3亞型);mTOR;PTEN; PIP3;PIP2
1.Akt蛋白磷酸化檢測:Akt蛋白的活化通常伴隨著其Ser473和Thr308位點的磷酸化。透過Western Blot、酶聯免疫吸附試驗(ELISA)等方法,可以檢測特異性抗體與磷酸化Akt結合的情況,從而評估通路啟用狀態。
2.PI3K活性檢測:透過測定PI3K催化生成的PIP3含量來間接評估PI3K/Akt通路的啟用。常用的方法包括PIP3酶聯免疫吸附試驗(ELISA)以及使用特異性抗體識別磷酸化肌醇頭磷酸酶(PH)結構域的固相結合實驗。
3.下游效應分子檢測:檢測Akt啟用後作用於下游效應分子的磷酸化程度,如GSK3β、FOXO家族轉錄因子、mTOR等。透過Western Blot或ELISA等方法檢測特定蛋白質的磷酸化水平,可以間接反映PI3K/Akt通路的活化狀態。
4.檢測Akt蛋白在細胞內的定位:啟用的Akt通常從細胞質轉移到細胞膜。透過構建Akt-GFP融合蛋白表達載體,將其轉染至目標細胞後,利用熒光顯微鏡觀察Akt在細胞內的分佈,以反映PI3K/Akt通路的啟用狀態。
5.檢測PI3K/Akt通路相關基因的表達水平:瞭解通路啟用狀態。例如,可以檢測PI3K、Akt以及下游效應分子如mTOR、GSK3β等基因的mRNA表達水平。
表皮生長因子(EGF);胰島素樣生長因子1(IGF-1);胰島素;白細胞介素6(IL-6)。
1.PI3K抑制劑:Wortmannin,LY294002,GDC-0941,BKM120
2.Akt抑制劑:Perifosine,MK-2206
3.mTOR抑制劑:Rapamycin,Everolimus,Temsirolimus,INK-128
4.PI3K/mTOR雙重抑制劑:BEZ235
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NF-κB(Nuclear Factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells)是一種關鍵的細胞核轉錄因子,它在細胞對多種刺激做出反應時發揮著核心作用。
NF-κB因其能夠與B細胞免疫球蛋白的k親鏈基因的增強子kB序列特異結合而得名。
這種結合能力使得NF-κB能夠調控多種基因的表達,這些基因參與了免疫反應、炎症反應、細胞生長與死亡等多種生理過程。
接下來,我們會對NF-κB訊號通路傳導的分子機制進行詳細介紹,帶大家瞭解NF-κB訊號通路相關的細胞生理過程、人體病理過程,並詳細講解其研究方法和課題設計。

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NF:代表配體TNF,即Tumor Necrosis Factor,中文名腫瘤壞死因子。
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κB:訊號通路傳導的中間環節,代表訊號的尾部。因此,NF和KB可以代表訊號的首尾。
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此外,NF-KB也是轉錄因子的統稱,包括RelA(P65) 、RelB (P50) 、c-Rel,NF-KB1 (P50)、NF-KB2 (P52)等五個轉錄因子。
NF-κB訊號通路分為經典和非經典型別。
經典NF-κB訊號通路的傳導↓

非經典NF-κB訊號通路的傳導↓

1.NF-κB家族:p65(RelA)、RelB、c-Rel、p50/p105(NF-kB1)和p52/p100(NF-KB2)
2.IkB家族:IkBa、IkBB和 IKBε
3.IKK複合物:IKKa、IKKβ和IKKy(NEMO)
4.細胞表面受體:TNFR、TLR 和 IL-1R
5.其他訊號分子:TRAF、RIP 和 TAK1
1.檢測NF-κB亞基的核轉位:可以透過免疫熒光染色法檢測。
2.檢測IkBa的降解:可以透過Western Blot檢測。
3.檢測NF-κB的DNA結合活性:可以透過EMSA檢測。
4.檢測NF-κB靶基因的表達:可以透過qPCR檢測。
1.腫瘤壞死因子-a(TNF-a):是一種細胞因子,可以透過結合TNFR 啟用 NF-κB通路
2.白細胞介素-1β(IL-1β):是一種細胞因子,透過結合IL-1R啟用NF-κB通路
3.脂多糖(LPS):是一種細菌產物,透過結合TLR4啟用NF-κB通路
1.硫黃芥(SM):是一種IKKβ抑制劑,
2.BAY 11-7082:是一種IkBa磷酸化抑制劑
3.Wedelolactone:是一種IKK抑制劑
4.Parthenolide、Celastrol:是一種抑制NF-κB啟用的小分子化合物
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TGF-β訊號通路它是一個超家族,就是他除了自己家族的這個TGF-β1、2、3以外。TGFβ超家族包括多個成員,如骨形成素(BMP)、啟用素(activin)、抗繆勒式管激素(AMH)、NODAL和分化生長因子(GDF)。

我們重點學習的是TGFβ、BMP和activin。



此外,我們還會對TGF-β訊號通路傳導的分子機制進行詳細介紹,並詳細講解其研究方法和課題設計思路。

1.TGFβ超家族成員:TGFβ1、TGFβ2、TGFβ3、BMPs、Activins、GDFs等
2.受體:TGFβ型別I受體(如ALK1、ALK2、ALK5等)、TGFβ型別II受體(如TGFBR2、ACVR2A等)
3.SMAD蛋白:R-SMADs(SMAD1、2、3、5、8)、Co-SMAD(SMAD4)、I-SMADs(SMAD6、7)
1.蛋白質磷酸化水平:透過Western blotting或酶聯免疫吸附試驗(ELISA)等方法,檢測細胞中SMAD蛋白的磷酸化水平。
2.下游基因表達分析:透過即時定量PCR、RNA-seq等方法,分析TGFβ/SMAD通路靶基因的表達水平。
3.檢測蛋白細胞定位:透過免疫熒光染色觀察SMAD蛋白在細胞中的定位。
1.TGFβ1、TGFβ2、TGFB3
2. BMPs(如BMP2、BMP4、BMP7等)
3. Activins(如Activin A、Activin B等)
4.GDFs(如GDF5、GDF9等)
1.SB431542(TGF型別I受體抑制劑)
2.LY2109761(TGFB型別I和II受體雙重抑制劑)
3.SD-208(TGF型別I受體抑制劑)
4.RepSox(TGFB型別I受體抑制劑)
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Wnt訊號通路是胚胎及器官發育的重要訊號通路之一,參與調控機體內多種細胞的增殖、分化、極化、遷移及凋亡等過程。
Wnt訊號通路根據是否依賴於 β-catenin的轉錄活化,可分為經典通路(即 Wnt/β-catenin訊號通路)和非經典通路(包括Wnt/PCP通路和Wnt-Ca2+通路)。
我們會帶大家詳細瞭解經典通路和非經典通路的細胞生理過程、人體病理過程,並對其分子機制進行詳細介紹,並詳細講解Wnt訊號通路的研究方法和課題設計。

經典Wnt訊號通路的傳導及調控↓


第一個:Wnt/PCP訊號通路↓

另一個非經典的通路,Wnt/Ca2+訊號通路的傳導↓

1.Wnt蛋白家族:Wnt1、Wnt2、Wnt3、Wnt3a、Wnt4、Wnt5a等
2.受體:Frizzled(Fz)受體家族(Fz1-10)、低密度脂蛋白受體相關蛋白(LRP5、LRP6)
3.訊號傳導蛋白:Dishevelled (Dvl) 、Axin、GSK-3β、CK1a、APC
4.β-連環蛋白:β-catenin
5.轉錄因子:TCF/LEF家族(TCF1、TCF3、TCF4、LEF1)
1.可以透過Western blot檢測β-catenin的穩定性。
2.可以透過免疫熒光法檢測β-catenin在細胞中的定位。
3.可以透過qPCR檢測Wnt通路下游基因的表達。
1.Recombinant Wnt蛋白:如rWnt3a、rWnt5a等
2.GSK-3β抑制劑:如CHIR99021、BIO、SB216763等
3.Tankyrase抑制劑(可穩定Axin,增強通路活性):如XAV939、IWR-1等
1.Wnt拮抗蛋白:如DKK1、SFRP1等
2.Porcupine抑制劑(阻止Wnt蛋白的泛素化和分泌):如LGK974、IWP-2等
3.Frizzled受體拮抗劑:如FZD8CRD-Fc
4.β-連環蛋白-TCF/LEF互作抑制劑:如ICG-001、iCRT3、iCRT14等
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JAK-STAT訊號通路是一種重要的細胞訊號轉導機制,主要涉及細胞因子、激素和生長因子等外部訊號的傳遞。
該通路的主要組成部分是JAK(Janus激酶)和STAT(訊號轉導與轉錄啟用因子)蛋白。

我們會帶大家瞭解JAK-STAT訊號通路相關的細胞生理過程、人體病理過程,對JAK-STAT訊號通路傳導的分子機制進行詳細介紹,並詳細講解PI3K/AKT訊號通路的研究方法和課題設計。



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Notch訊號通路是以受體命名的。
Notch受體是一個家族蛋白,包括NOTCH1、2、3、4。在訊號未活化時,Notch受體位於細胞膜上。
Notch的配體也是一個家族蛋白,稱為DSL家族蛋白,包括Jagged1、JAG2、DLL1、DLL3和DLL4。

notch訊號通路的典型特點是依賴蛋白剪下的訊號傳導模式,表達相對廣泛,且是不可缺失的。它也能與其他訊號通路發生cross talk,但不具有其他訊號通路的交通樞紐地位。
資源包中,我們會帶大家詳細瞭解Notch訊號通路相關的細胞生理過程、人體病理過程,對Notch訊號通路傳導的分子機制進行詳細介紹,並講解Notch訊號通路的研究方法和課題設計。



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與前面這些訊號通路有很大不同。Hippo訊號通路沒有明確的配體和受體,它不是透過配體和受體的結合來起始訊號的。
Hippo訊號通路是感知細胞外生存環境變化而啟用的,它的起始一般是細胞外生存環境變得惡劣時,細胞需要產生辦法來應對時才能被啟用。



此外,還我們會帶大家對Hippo訊號通路傳導的分子機制進行詳細介紹,並詳細講解其研究方法和課題設計。

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Hedgehog家族訊號通路也是一個家族,包含三個成員:SonicHedgehog(SHH)、Indian Hedgehog(IHH)和Desert Hedgehog(DHH),它們的訊號傳導模式非常類似。Hedgehog家族的三個成員都是以配體命名的。
通常,Hedgehog訊號通路不在哺乳動物成體中活化,只在胚胎髮育、纖毛運動和腫瘤發生過程中活化。SHH訊號通路的研究最為透徹,它在神經系統、肺部、牙齒、小腸、頭髮中有廣泛表達。IHH訊號通路主要在骨骼中表達,與軟骨發育有關;DHH訊號通路在性腺中表達,與精子發生有關。

我們會帶大家瞭解Hedgehog訊號通路相關的細胞生理過程、人體病理過程,對Hedgehog訊號通路傳導的分子機制進行詳細介紹,並詳細講解Hedgehog訊號通路的研究方法和課題設計。



AMPK的英文全稱是AMP-activated protein kinase,中文意思是單磷酸化腺苷啟用的蛋白激酶。從這個名稱中我們可以瞭解到,AMPK是一個AMP依賴的激酶。

它是一種高度保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶,以異源三聚體複合物(包含催化 α 亞基、支架 β 亞基和調節 γ 亞基)的形式存在。

鑑於AMPK 訊號通路在基礎代謝調控中的核心地位,AMPK 已成為理解和干預多種代謝性疾病的關鍵靶點。
在這份資源包中,我們會帶大家瞭解AMPK訊號通路相關的細胞生理過程、人體病理過程,對AMPK訊號通路傳導的分子機制進行詳細介紹,並詳細講解AMPK訊號通路的研究方法和課題設計。



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腫瘤壞死因子(TNF,Tumor Necrosis Factor)通路是一條重要的細胞訊號傳導通路,對於炎症反應、免疫調節、細胞凋亡、細胞生長、細胞遷移以及細胞黏附等生物過程具有重要的調控作用。
TNF是一類具有廣泛生物學功能的細胞因子家族,其中TNF-a和TNF-B為最為研究廣泛的兩個亞型。TNF能夠結合其受體(TNFR1和TNFR2)引發下游訊號通路,主要涉及NF-KB、MAPK、Akt以及細胞凋亡通路等。
TNF通路在細胞訊號傳導網路中與其他多個訊號通路相互影響,共同調控細胞功能。

注:圖片來源於華美生物
我們會帶大家瞭解TNF訊號通路相關的細胞生理過程、人體病理過程,對TNF訊號通路傳導的分子機制進行詳細介紹,並詳細講解TNF訊號通路的研究方法和課題設計。

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訊號通路研究晦澀難懂,對於初學者來講一直都是非常具有挑戰的。如果所有的訊號通路究都去查詢文獻慢慢學習積累的話,時間成本會非常的高。
所以如何快速掌握訊號通路的主要內容,對於初學者來說,至關重要!
我們整理的這份訊號通路學習資源包,涵括了訊號通路研究從入門基礎學習到課題研究實戰的方方面面↓
有:
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訊號通路是什麼?
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與訊號通路相關的課題設計思路?
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訊號通路的檢測方法有哪些?
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入門選手如何篩選訊號通路?
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檢測訊號通路的資料庫都有哪些?
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常見的訊號通路有哪些?
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常見表型的調控通路都有哪些?
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訊號通路相關的疾病和靶向治療?
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訊號通路文章套路解讀?
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繪製訊號通路圖的實戰教程?
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