《细胞周期》ppt课件
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1/15/2019 34
(A) SCF介导CKI(cdk抑制蛋白) 的降解； (B) APC介导M-cyclin的降解。
细胞周期运转到分裂中期后，M 期周期蛋白A和B迅速降解， Cdk1激酶活性丧失，细胞周期 便从M期中期向后期转化。 S期周期蛋白D和E降解后，推 动细胞进入G2期。
泛素是蛋白质降解标签。 泛素化蛋白降解机制是细 胞内短寿命蛋白和一些异 常蛋白降解的普遍途径， 是非溶酶体的蛋白质分解 系统。
1/15/2019
38
三、细胞周期的负调控
细胞至少可通过两种不同机制阻遏细胞周期的运转：
◆Cdk抑制因子(CKI)：主要通过与Cdk结合来抑制 cyclin-Cdk复合物的装配或其活性，而将细胞阻 止在不同的检验点。 根据CKI的分子质量，分别被 命名为p15、p16、p21、p27、p53等。这些蛋白 质具有一定的同源性。 （p199，200）
1/15/2019 24
1/15/2019
25
cyclin-Cdk组合的多样性与活性的周期性变化
HeLa细胞中cyclin的周期性表达
1/15/2019
27
M期引擎分子：cyclin B-Cdk1 (成熟或有丝分裂促进因子，MPF)
（p201）
cyclin B
S期已开始合成 G2期达峰值 M期后期被降解
分裂期(M)
1/15/2019
9
●细胞的增殖特性 (p189)
1）连续增殖细胞（周期性细胞）：能够增殖，不 断进入周期完成分裂。 2）暂不增殖细胞（休眠细胞，G0细胞）：长期停 留在G1晚期(G0期)而不越过限制点，未丧失分裂 能力，在适当条件下可恢复到增殖状态。 3）永不增殖细胞（终末分化细胞）：始终停留在 G1期 ，失去增殖能力直到衰老死亡。
1/15/2019
50
p21主要对G1期Cdk 起抑制作用，还直 接抑制DNA复制。
1/15/2019
44
p53基因与周期负调控、细胞凋亡和癌变 如果p53基因突变或缺失，等于失去了“分子 警察”，DNA损伤引起的突变会导致细胞癌变。
1/15/2019
45
第四节 细胞周期与疾病
甲状旁腺良性瘤、乙型肝炎病毒诱发的肝癌、 乳腺癌、淋巴细胞瘤和cyclinA或D等的过度 表达有关。 cyclinA与HBV基因的一段有同源性，故HBV 可整合入cyclinA 基因，使其表达的嵌合蛋白 缺乏cyclin的降解盒，而不能被降解，使 cyclinA持久作用，促细胞恶性增殖。 原发性食道磷状细胞癌及家族性黑色素瘤中发 现INK4基因有移位、缺失，而它编码的P16是 Cdk4/Cdk6的抑制蛋白。
1. 2. 3. 4. DNA复制，2n → 4n 组蛋白、非组蛋白合成 染色质复制（组装成核小体） 中心体复制
1/15/2019
18
DNA复制与组蛋白合成同步的实验
1/15/2019 19
1/15/2019
20
三、G2期：DNA损伤检查、分裂准备
1. 越过G2期检验点 2. RNA、蛋白质(如微管蛋白、染色质 凝集相关蛋白之成熟促进因子、M期 调控蛋白)合成（→细胞的第二生长期） 3. DNA含量4n
1/15/2019 43
DNA损伤导致细胞阻滞于G1期的p53/p21机制
DNA损伤通过一种间接 机制活化p53：正常细 胞中，p53高度不稳定 且浓度很低，这是由于 p53与Mdm2相互作用， Mdm2作为泛素连接酶 使p53成为蛋白酶破坏 的靶蛋白。DNA损伤激 活磷酸化p53的蛋白激 酶，降低它与Mdm2的 结合，使 p53浓度增高， 也增强了p53促进基因 转录的能力。
1/15/2019 10
执行某种生物学功 能，或进行细胞分 化，或走向死亡； 或回到细胞周期。
(限制点，R点)
(p204)
1/15/2019
11
●细胞周期研究方法
细胞周期模型 细胞周期同步化
如细胞分裂收获法
流式细胞技术
1/15/2019
12
(包括G0)
by flow cytometer microscopy
1/15/2019 46
AIDS病病毒HIV感染时，使T细胞的 Cdk1的酪氨酸残基过分磷酸化而失活， 并使cyclinB积累，造成细胞停留于 G2期而不能进入M期，最终导致细胞 死亡。
1/15/2019
47
细胞周期调控因子在肿瘤中的异常
1/15/2019
48
（七）细胞周期复习题
Cdk1 染色体凝集 核仁解体 核膜破裂 纺锤体形成
激活APC
RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ
1/15/2019
32
二、细胞周期的清道夫—— 周期性蛋白质的泛素化降解
（后期启动复合物）
（蛋白酶体）
多聚泛素链 （泛素）
1/15/2019
M期cyclin的降解盒(破坏框)与泛素化降解
33
泛素（Ubiquitin，Ub）是一种高度保守的小蛋白 （含76个氨基酸），普遍存在于真核细胞内。如人 类和酵母的泛素有96%的相似性。泛素共价地结合 于底物蛋白质的赖氨酸残基，被泛素标记的蛋白质 将被蛋白酶体特异性地识别并迅速降解。 E1：泛素激活酶 E2：泛素结合酶 E3：泛素连接酶，泛素化的关键酶，包括APC、 SCF等。 APC(后期启动复合物)的活性变化是分裂中期/ 后期转化的关键问题。 SCF(蛋白酶解复合体)
1/15/2019
2
受精卵及卵裂
1/15/2019
3
Dividing Muscle Myoblast (primative muscle cell) (SEM x8,000)
1/15/2019 4
示植物细胞有丝分裂
1/15/2019 5
1/15/2019
6
2001年10月8日，美国人Leland Hartwell、英国人 Paul Nurse、Timothy Hunt因对细胞周期调控机理 的研究而荣获诺贝尔生理医学奖 。
基本概念：细胞周期、细胞周期检验点、 cyclin-Cdk复合物、CKI、蛋白质的泛素 化降解 根据细胞的增殖特性把细胞分为三类。 四个检验点。 细胞周期各时相的主要事件。 M期cyclin-Cdk复合物(MPF)的作用。 p53基因与细胞周期调控、与细胞癌变。
1/15/2019 49
预习：细胞衰老与细胞死亡
（p201）
1/15/2019 23
周期蛋白(cyclin)： 细胞周期中周期性合成和降解 的蛋白质，与Cdk结合，促Cdk对靶蛋白的磷酸 化，是复合物的调节亚基。目前从酵母和各类动 物中分离出的周期蛋白有30余种，在脊椎动物中 为A1-2、B1-3 、C、 D1-3、E1-2、F、G、H等。所 有cyclin含保守的周期蛋白框(cyclin box)。M期 周期蛋白(cyclinA、B)有降解盒(destruction box)， G1期周期蛋白(cyclinC、D、E)有PEST序 列，与这些蛋白质的降解有关。 依赖周期蛋白的蛋白激酶(cyclin dependent kinase，Cdk)：催化靶蛋白的磷酸化，为复合物 的催化亚基。 Cdk在动物中有9种。各种Cdk以其 激酶结构域与周期蛋白框结合。
15
第二节 细胞周期的主要事件 一、G1期：细胞生长、分裂决定、 复制准备
1. RNA、蛋白质(如与DNA复制有关的酶及 与G1期向S期转变相关的蛋白质等)合成和代 谢活动旺盛 （→细胞的第一生长期） 2. 分裂决定：越过G1期检验点 3. DNA含量为2n
1/15/2019
17
二、S期： DNA合成、染色质组装、中 心体复制、通过S期检查点
1/15/2019
7
标准的细胞周期：从 G1期开始，历经S、 G2，到M期结束。
1/15/2019
8
第一节 细胞周期的基本概念
●细胞周期 G1(DNA合成前期) ●细胞周期时间(Tc) 变异范围大(0h~数年)
间期 S (DNA合成期)
G2 (DNA合成后期)
8~30h 0h;1~5h
0.5~1h 细胞周期时间因细胞类 型、状态和环境而异。
1/15/2019
37
蛋白酶体：26S，一种巨 型蛋白质复合物，特异识 别泛素化的蛋白质并降解 之，蛋白质被切割为约78个氨基酸长的肽段；这 些肽段可以被进一步降解 为单个氨基酸分子，然后 被用于合成新的蛋白质。
2004年诺贝尔化学奖的获奖主题是 泛素调节的蛋白质酶解过程的发现。 三位获奖者为阿龙· 切哈诺沃、阿夫 拉姆· 赫什科和欧文· 罗斯。
1/15/2019 13
●细胞周期检验点(checkpoint)(p204)
★ G1∕S之DNA损伤检验点，限制点，R点 ★ S期之DNA复制检验点
★ G2∕M之DNA损伤检查点
★ M期中期∕后期之纺锤体组装检验点
1/15/2019
14
damage
S期检验点
DNA复制是否完成？
1/15/2019
细胞周期(cell cycle)
蒲淑萍 基础医学院 细胞生物学及遗传学教研室
1/15/2019
1
★细胞的最终命运： 细胞分裂(cell division)及生长(相关物质 准备和积累)→细胞增殖(cell proliferation)，受到严密的调控机制所 监控 细胞死亡(cell death)
◆周期调控系统组分停止合成，如G0细胞，大部分 cyclin和Cdk都消失，这在多细胞生物尤其明显。
1/15/2019 40
CKI 的抑制作用
1/15/2019
41
p21抑制G1期Cdk和 PCNA(DNA聚合酶δ的 辅助因子)
1/15/2019
42
p53基因：属于抑癌基因，其产物主
要是细胞周期负调控因子，可抑制细胞 的生长和分裂。位于人类染色体17p13， 表达的p53蛋白是一种入核蛋白，能阻 止DNA损伤或突变的细胞通过DNA损 伤检验点，从而将细胞阻于G1期，抑制 细胞增殖。作用方式之一为p53/p21联 合机制。 （p201，图15-11）
1/15/2019
21
四、M期：染色体分离、胞质分裂
DNA的精确分配 2n 4n
有丝 分裂
有丝分裂
减数分裂
2n
1/15/2019
22
第三节
细胞周期的调控
一、周期性基因表达是细胞周期的原动力 cyclin-Cdk蛋白质磷酸化调控系统 是细胞周期的引擎分子：催化靶蛋白(如
H1、H3、NHP如RNA聚合酶、lamin、其它 骨架蛋白等)的磷酸化，参与周期的调控。 其中，G1期为cyclin D-Cdk4/6和cyclin E-Cdk2 S期为cyclin A-Cdk2 G2/M期为cyclin A/B-Cdk1
1/15/2019
29
(Cdk1)
(Cdk1)
1/15/2019
30
MPF 活性周期 Cdk1激酶活性首先依赖于cyclin B含量的积累。 cyclin B 的含量达到一定值并与Cdk1蛋白结合，同时在其他一些因 素的调节下， 在M期逐渐表现出最大激酶活性。
1/15/2019 31
MPF在M期的调节作用： 启动细胞从G2期进入M期 的相关事件。（p202）
(A) SCF介导CKI(cdk抑制蛋白) 的降解； (B) APC介导M-cyclin的降解。
细胞周期运转到分裂中期后，M 期周期蛋白A和B迅速降解， Cdk1激酶活性丧失，细胞周期 便从M期中期向后期转化。 S期周期蛋白D和E降解后，推 动细胞进入G2期。
泛素是蛋白质降解标签。 泛素化蛋白降解机制是细 胞内短寿命蛋白和一些异 常蛋白降解的普遍途径， 是非溶酶体的蛋白质分解 系统。
1/15/2019
38
三、细胞周期的负调控
细胞至少可通过两种不同机制阻遏细胞周期的运转：
◆Cdk抑制因子(CKI)：主要通过与Cdk结合来抑制 cyclin-Cdk复合物的装配或其活性，而将细胞阻 止在不同的检验点。 根据CKI的分子质量，分别被 命名为p15、p16、p21、p27、p53等。这些蛋白 质具有一定的同源性。 （p199，200）
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1/15/2019
25
cyclin-Cdk组合的多样性与活性的周期性变化
HeLa细胞中cyclin的周期性表达
1/15/2019
27
M期引擎分子：cyclin B-Cdk1 (成熟或有丝分裂促进因子，MPF)
（p201）
cyclin B
S期已开始合成 G2期达峰值 M期后期被降解
分裂期(M)
1/15/2019
9
●细胞的增殖特性 (p189)
1）连续增殖细胞（周期性细胞）：能够增殖，不 断进入周期完成分裂。 2）暂不增殖细胞（休眠细胞，G0细胞）：长期停 留在G1晚期(G0期)而不越过限制点，未丧失分裂 能力，在适当条件下可恢复到增殖状态。 3）永不增殖细胞（终末分化细胞）：始终停留在 G1期 ，失去增殖能力直到衰老死亡。
1/15/2019
50
p21主要对G1期Cdk 起抑制作用，还直 接抑制DNA复制。
1/15/2019
44
p53基因与周期负调控、细胞凋亡和癌变 如果p53基因突变或缺失，等于失去了“分子 警察”，DNA损伤引起的突变会导致细胞癌变。
1/15/2019
45
第四节 细胞周期与疾病
甲状旁腺良性瘤、乙型肝炎病毒诱发的肝癌、 乳腺癌、淋巴细胞瘤和cyclinA或D等的过度 表达有关。 cyclinA与HBV基因的一段有同源性，故HBV 可整合入cyclinA 基因，使其表达的嵌合蛋白 缺乏cyclin的降解盒，而不能被降解，使 cyclinA持久作用，促细胞恶性增殖。 原发性食道磷状细胞癌及家族性黑色素瘤中发 现INK4基因有移位、缺失，而它编码的P16是 Cdk4/Cdk6的抑制蛋白。
1. 2. 3. 4. DNA复制，2n → 4n 组蛋白、非组蛋白合成 染色质复制（组装成核小体） 中心体复制
1/15/2019
18
DNA复制与组蛋白合成同步的实验
1/15/2019 19
1/15/2019
20
三、G2期：DNA损伤检查、分裂准备
1. 越过G2期检验点 2. RNA、蛋白质(如微管蛋白、染色质 凝集相关蛋白之成熟促进因子、M期 调控蛋白)合成（→细胞的第二生长期） 3. DNA含量4n
1/15/2019 43
DNA损伤导致细胞阻滞于G1期的p53/p21机制
DNA损伤通过一种间接 机制活化p53：正常细 胞中，p53高度不稳定 且浓度很低，这是由于 p53与Mdm2相互作用， Mdm2作为泛素连接酶 使p53成为蛋白酶破坏 的靶蛋白。DNA损伤激 活磷酸化p53的蛋白激 酶，降低它与Mdm2的 结合，使 p53浓度增高， 也增强了p53促进基因 转录的能力。
1/15/2019 10
执行某种生物学功 能，或进行细胞分 化，或走向死亡； 或回到细胞周期。
(限制点，R点)
(p204)
1/15/2019
11
●细胞周期研究方法
细胞周期模型 细胞周期同步化
如细胞分裂收获法
流式细胞技术
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12
(包括G0)
by flow cytometer microscopy
1/15/2019 46
AIDS病病毒HIV感染时，使T细胞的 Cdk1的酪氨酸残基过分磷酸化而失活， 并使cyclinB积累，造成细胞停留于 G2期而不能进入M期，最终导致细胞 死亡。
1/15/2019
47
细胞周期调控因子在肿瘤中的异常
1/15/2019
48
（七）细胞周期复习题
Cdk1 染色体凝集 核仁解体 核膜破裂 纺锤体形成
激活APC
RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ
1/15/2019
32
二、细胞周期的清道夫—— 周期性蛋白质的泛素化降解
（后期启动复合物）
（蛋白酶体）
多聚泛素链 （泛素）
1/15/2019
M期cyclin的降解盒(破坏框)与泛素化降解
33
泛素（Ubiquitin，Ub）是一种高度保守的小蛋白 （含76个氨基酸），普遍存在于真核细胞内。如人 类和酵母的泛素有96%的相似性。泛素共价地结合 于底物蛋白质的赖氨酸残基，被泛素标记的蛋白质 将被蛋白酶体特异性地识别并迅速降解。 E1：泛素激活酶 E2：泛素结合酶 E3：泛素连接酶，泛素化的关键酶，包括APC、 SCF等。 APC(后期启动复合物)的活性变化是分裂中期/ 后期转化的关键问题。 SCF(蛋白酶解复合体)
1/15/2019
2
受精卵及卵裂
1/15/2019
3
Dividing Muscle Myoblast (primative muscle cell) (SEM x8,000)
1/15/2019 4
示植物细胞有丝分裂
1/15/2019 5
1/15/2019
6
2001年10月8日，美国人Leland Hartwell、英国人 Paul Nurse、Timothy Hunt因对细胞周期调控机理 的研究而荣获诺贝尔生理医学奖 。
基本概念：细胞周期、细胞周期检验点、 cyclin-Cdk复合物、CKI、蛋白质的泛素 化降解 根据细胞的增殖特性把细胞分为三类。 四个检验点。 细胞周期各时相的主要事件。 M期cyclin-Cdk复合物(MPF)的作用。 p53基因与细胞周期调控、与细胞癌变。
1/15/2019 49
预习：细胞衰老与细胞死亡
（p201）
1/15/2019 23
周期蛋白(cyclin)： 细胞周期中周期性合成和降解 的蛋白质，与Cdk结合，促Cdk对靶蛋白的磷酸 化，是复合物的调节亚基。目前从酵母和各类动 物中分离出的周期蛋白有30余种，在脊椎动物中 为A1-2、B1-3 、C、 D1-3、E1-2、F、G、H等。所 有cyclin含保守的周期蛋白框(cyclin box)。M期 周期蛋白(cyclinA、B)有降解盒(destruction box)， G1期周期蛋白(cyclinC、D、E)有PEST序 列，与这些蛋白质的降解有关。 依赖周期蛋白的蛋白激酶(cyclin dependent kinase，Cdk)：催化靶蛋白的磷酸化，为复合物 的催化亚基。 Cdk在动物中有9种。各种Cdk以其 激酶结构域与周期蛋白框结合。
15
第二节 细胞周期的主要事件 一、G1期：细胞生长、分裂决定、 复制准备
1. RNA、蛋白质(如与DNA复制有关的酶及 与G1期向S期转变相关的蛋白质等)合成和代 谢活动旺盛 （→细胞的第一生长期） 2. 分裂决定：越过G1期检验点 3. DNA含量为2n
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二、S期： DNA合成、染色质组装、中 心体复制、通过S期检查点
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标准的细胞周期：从 G1期开始，历经S、 G2，到M期结束。
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第一节 细胞周期的基本概念
●细胞周期 G1(DNA合成前期) ●细胞周期时间(Tc) 变异范围大(0h~数年)
间期 S (DNA合成期)
G2 (DNA合成后期)
8~30h 0h;1~5h
0.5~1h 细胞周期时间因细胞类 型、状态和环境而异。
1/15/2019
37
蛋白酶体：26S，一种巨 型蛋白质复合物，特异识 别泛素化的蛋白质并降解 之，蛋白质被切割为约78个氨基酸长的肽段；这 些肽段可以被进一步降解 为单个氨基酸分子，然后 被用于合成新的蛋白质。
2004年诺贝尔化学奖的获奖主题是 泛素调节的蛋白质酶解过程的发现。 三位获奖者为阿龙· 切哈诺沃、阿夫 拉姆· 赫什科和欧文· 罗斯。
1/15/2019 13
●细胞周期检验点(checkpoint)(p204)
★ G1∕S之DNA损伤检验点，限制点，R点 ★ S期之DNA复制检验点
★ G2∕M之DNA损伤检查点
★ M期中期∕后期之纺锤体组装检验点
1/15/2019
14
damage
S期检验点
DNA复制是否完成？
1/15/2019
细胞周期(cell cycle)
蒲淑萍 基础医学院 细胞生物学及遗传学教研室
1/15/2019
1
★细胞的最终命运： 细胞分裂(cell division)及生长(相关物质 准备和积累)→细胞增殖(cell proliferation)，受到严密的调控机制所 监控 细胞死亡(cell death)
◆周期调控系统组分停止合成，如G0细胞，大部分 cyclin和Cdk都消失，这在多细胞生物尤其明显。
1/15/2019 40
CKI 的抑制作用
1/15/2019
41
p21抑制G1期Cdk和 PCNA(DNA聚合酶δ的 辅助因子)
1/15/2019
42
p53基因：属于抑癌基因，其产物主
要是细胞周期负调控因子，可抑制细胞 的生长和分裂。位于人类染色体17p13， 表达的p53蛋白是一种入核蛋白，能阻 止DNA损伤或突变的细胞通过DNA损 伤检验点，从而将细胞阻于G1期，抑制 细胞增殖。作用方式之一为p53/p21联 合机制。 （p201，图15-11）
1/15/2019
21
四、M期：染色体分离、胞质分裂
DNA的精确分配 2n 4n
有丝 分裂
有丝分裂
减数分裂
2n
1/15/2019
22
第三节
细胞周期的调控
一、周期性基因表达是细胞周期的原动力 cyclin-Cdk蛋白质磷酸化调控系统 是细胞周期的引擎分子：催化靶蛋白(如
H1、H3、NHP如RNA聚合酶、lamin、其它 骨架蛋白等)的磷酸化，参与周期的调控。 其中，G1期为cyclin D-Cdk4/6和cyclin E-Cdk2 S期为cyclin A-Cdk2 G2/M期为cyclin A/B-Cdk1
1/15/2019
29
(Cdk1)
(Cdk1)
1/15/2019
30
MPF 活性周期 Cdk1激酶活性首先依赖于cyclin B含量的积累。 cyclin B 的含量达到一定值并与Cdk1蛋白结合，同时在其他一些因 素的调节下， 在M期逐渐表现出最大激酶活性。
1/15/2019 31
MPF在M期的调节作用： 启动细胞从G2期进入M期 的相关事件。（p202）