第九章 细胞周期及其调控机制

CDK1的激活需要 的激活需要Thr14和Tyr15去磷酸化和 和 去磷酸化和Tyr161的磷酸化 的磷酸化 的激活需要 去磷酸化和
的正性调控因子———Cyclin 三、CDK的正性调控因子 的正性调控因子
Cyclin 作为蛋白激酶复合体的调节亚基,对CDKs起 作为蛋白激酶复合体的调节亚基, CDKs起 正性调节作用。它们分别在细胞周期的不同时相中合成、 正性调节作用。它们分别在细胞周期的不同时相中合成、 积累，并与相应的CDK结合 激活CDK的蛋白激酶活性 结合， 的蛋白激酶活性， 积累，并与相应的CDK结合，激活CDK的蛋白激酶活性， 从而调节细胞周期进程。 从而调节细胞周期进程。
细胞周期及其调控机制
高微微
一、细胞周期概念
细胞周期: 细胞周期:指连续分裂的细胞从一次有丝分裂结束 到下一次有丝分裂完成所经历的整个序贯过程， 到下一次有丝分裂完成所经历的整个序贯过程， 它可分为4 个时相， 它可分为4 个时相， 即G1 、S、G2 和M 期。
细胞周期进程的实现有赖于各级调控 因子对细胞周期精确而严密的调控， 因子对细胞周期精确而严密的调控，这些 调控因子的核心是 细胞周期蛋白依赖性蛋白激酶(Cyclin 细胞周期蛋白依赖性蛋白激酶 Dependent Kinase ，CDK) CDK的正性调控因子 细胞周期蛋白 的正性调控因子—细胞周期蛋白 的正性调控因子 (Cyclin) CDK的负性调控因子 细胞周期蛋白依赖 的负性调控因子—细胞周期蛋白依赖 的负性调控因子 性蛋白激酶抑制剂(CKI) 性蛋白激酶抑制剂
二、 CDKs 与细胞周期调控 MPF (M-phase promoting factor ， M 期促发因子 ：是M期细胞中的一些可诱 期促发因子)： 期细胞中的一些可诱 导间期细胞提前进入分裂期的因子， 导间期细胞提前进入分裂期的因子，它遍 存于所有真核生物的M 期细胞中。 存于所有真核生物的 期细胞中。 MPF 的组成部分是： 的组成部分是： 催化亚基CDK：量保持恒定，受Cyclin调 催化亚基 ：量保持恒定， 调 节 调节亚基Cyclin：在细胞周期的不同时相 调节亚基 ： 中周期性地积累与分解
p16 特异性结合 特异性结合CDK4从而抑制 从而抑制cyclinD-CDK4 的活性，P16 蛋白可阻止 的活性， 从而抑制 Rb 的磷酸化，从而调节细胞周期，阻滞 的磷酸化，从而调节细胞周期，阻滞G1 —S 期的转变。 期的转变。 p27 可与 可与cyclinE-CDK2、cyclinA-CDK2、cyclinD-CDK4 复合物结合 、 、 抑制其对底物的磷酸化作用，使细胞不能发生G1 —S 期的转换， 停滞于 期的转换， 停滞于G1期。 抑制其对底物的磷酸化作用，使细胞不能发生 期
Rb 基因是人类研究的第一个抑癌基因，去磷酸化 基因是人类研究的第一个抑癌基因 去磷酸化Rb 与促进 是人类研究的第一个抑癌基因， 细胞分裂的某些转录因子( 蛋白等) 结合， 细胞分裂的某些转录因子 E2F，CAB-1 蛋白等 结合，转录因子 ， 活性被抑制，细胞周期停滞于G1 期；cyclinD/CDK 4等激酶复 活性被抑制，细胞周期停滞于 等激酶复 合体使Rb 磷酸化失活 失活的 磷酸化失活,失活的 失活的Rb 释放 释放E2F 等转录因子，促使细胞 等转录因子， 合体使 进入S 进入 期。
MPF =CDK2-cyclin A复合物 复合物 左为催化亚基CDK2 ， 右为调节亚基 右为调节亚基cyclin A，cyclin A 左为催化亚基 ， 的保守区插入到CDK2 的催化部位 并以氢键结合 的催化部位, 的保守区插入到
MPF活性、Cdc13、Cdc2 的表达水平 活性、 活性 、
Cyclin的周期性变化 的周期性变化
的负性调控因子—CKI 四、CDK的负性调控因子 的负性调控因子
CKI ：通过与 通过与Cyclin 对CDK的竞争性结合，拮 的竞争性结合， 的竞争性结合 的作用，从而调节细胞周期的进程。 抗Cyclin 的作用，从而调节细胞周期的进程。
CKI单独与 单独与CDK结合或与 结合或与CDK-cyclin复合物结合以调节 复合物结合以调节CDK活性 单独与 结合或与 复合物结合以调节 活性
各亚型cyclin D1-3，在不同细胞中的表达量不同，但具有 在不同细胞中的表达量不同， 各亚型 相同的功效。 相同的功效。
细胞在生长因子的刺激下， 表达， 细胞在生长因子的刺激下，G1期cyclin D表达，并与 期 表达 并与CDK4、 、 CDK6结合，使下游的蛋白质如 磷酸化，磷酸化的 释放出转录因 结合， 磷酸化， 结合 使下游的蛋白质如Rb磷酸化 磷酸化的Rb释放出转录因 的基因。 子E2F，促进许多基因的转录，如编码 ，促进许多基因的转录，如编码cyclinE、A和CDK1的基因。 、 和 的基因
五、细胞周期的关卡调控
细胞关卡： 细胞关卡：检测早期细胞周期事件的顺利完成和 细胞的完整性，并在细胞周期进展过程中对DNA 细胞的完整性，并在细胞周期进展过程中对DNA 损伤或其它事件产生延迟反应的细胞监控系统称 为细胞关卡，由感受异常事件的感受器、 为细胞关卡，由感受异常事件的感受器、信号传 导通ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ和效应器构成， 导通路和效应器构成，主要包括 G1/S关卡 G1/S关卡 S期关卡 G2/M关卡 G2/M关卡 后期关卡（纺锤体组装检验点）： 中-后期关卡（纺锤体组装检验点）：
p53 基因活化引起靶基因 基因活化引起靶基因p21 转录，使细胞阻滞在 转录，使细胞阻滞在G1 期；p53 蛋 白水平增加,细胞停滞在 细胞停滞在G2 —M期 白水平增加 细胞停滞在 期 泛素（ 能通过共价键与cyclinB 形成耦合物而被蛋白酶水解 使 形成耦合物而被蛋白酶水解,使 泛素（Ub)能通过共价键与 能通过共价键与 细胞由中期进入后期
CDK、cyclin、CKI对细胞周期的调控 、 、 对细胞周期的调控
四个主要的检验点
ATM（ ATM（ataxia telangiectasia-mutated gene） telangiectasiagene） ATM：是与DNA损伤检验有关的一个重要 ATM：是与DNA损伤检验有关的一个重要 它编码一个蛋白激酶， 基因 ，它编码一个蛋白激酶，结合在损伤 DNA上 能将某些蛋白磷酸化， 的DNA上，能将某些蛋白磷酸化，中断细 胞周期。其信号通路有两条： 胞周期。其信号通路有两条： 激活Chk1 抑制M CDK的活性 激活Chk1 ，抑制M-CDK的活性 激活Chk2，抑制G1CDK的活性 激活Chk2，抑制G1-S期CDK的活性
ATM蛋白参与 蛋白参与G1/S、S期、G2/M 的关卡调控 蛋白参与 、 期
P21cip1除能 抑制CDK的激酶 抑制 的激酶 活性，使细胞G1 活性，使细胞 期阻滞不进入S 期阻滞不进入 还能与DNA 期，还能与 聚合酶δ的辅助 聚合酶 的辅助 因子PCNA 因子PCNA （proliferatin g cell nuclear antigen）结合， ）结合， 直接抑制DNA的 直接抑制 的 合成 。