细胞周期调控

1. G1期中cyclin-Cdk复合物的作用
生长因子
cyclinD合成
+
Cdk4,6
磷酸化转录因子
Rb磷酸化
磷酸化S期cyclin-Cdk抑制蛋白 （CKI） 泛素化降解
蛋白合成
cyclinE/A基因的转录 DNA和中心体的复制
S期cyclin-Cdk活化
Rb 蛋白：
G 1 /S期转化的负性调节因子，控制G1期进展，使细胞 停留在G1期。 • 生长因子刺激G 1 期cyclinD表达 • cyclinD与CDK4、CDK6结合，使Rb磷酸化
CKI
周期事件完成
Cyclin合成，积累，结合Cdk CKI降解
Cyclin降解
Cdk激酶表现活性
4.促进Cdk调节因子降解的酶复合物
酶复合物 SCF(Skp1-Cull-F-box protein) APC(anaphase-promoting complex)
SCF和APC介导Cdk调节蛋白的降解途径是：泛素化
Cyclin分类：
脊椎动物： A1-2、B1-3、C、D1-3、E1-2、F、G、H、L1-2、T1-2等。 分为G1型、G1/S型、S型和M型4类
酵母：cln1、cln2、cln3、clb16
cyclin结构特点：
1.周期蛋白框（cyclin box）： 一段约100个氨基酸的保守序列，介导与Cdk 结合成 复合物，参与细胞周期调解。 2. G1期周期蛋白含有PEST序列： C 端一段与cyclin降解有关的序列 3. S、M期周期蛋白含有破坏框
8
小鼠消化道上皮干细胞的周期时间
细胞所在部位 TC TG1 TS＋TG2＋TM
口腔粘膜
85
181 36 17
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
75
171 26 7
10
10 10 10
食
回 结
管
肠 肠
根据不同细胞在细胞周期中的细胞分裂行为差异分类：
周期性细胞（cycling G0细胞 终末分化细胞
cell）
G0期
G0期(静止期细胞)：
• 与CDK8结合，组成CAK
• 激活CDK
Cyclin H 家族：
• 与CDK7结合，组成CAK • 激活CDK、磷酸化RNA-polⅡ的CTD， 调节基因转录
Cyclin的周期性表达
2.细胞周期蛋白依赖性激酶 (Cyclin-dependent
kinase，Cdk)
一类必须与Cyclin结合才具有激酶活性的蛋白激酶； 磷酸化细胞周期相关蛋白质（Ser/Thr) ； 在整个细胞周期中表达量较为恒定； 不同的cdk结合特定的cyclin。
CDK激活的结构基础
人体细胞的Cdk的三种状态：
非活性状态：活性位点与T-环蛋白（T-loop）结合,不结合cyclin.
部分激活状态: 与cyclin结合, T-loop移出活性中心。 完全激活状态: Cdk的两个氨基酸位点的磷酸化
Cdks激酶活性受cyclin及磷酸化双重作用调节
Cdk存在二个磷酸化位点：活性的Thr161，抑制性
INK4：
p16INK4a 、p15INK4b 、 p18INK4c 、p19INK4d • 特异性抑制CDK4- cyclin D1、 CDK6-
cyclin D1复合物的活性
• p15 、p16 受TGFβ的调控
• 恶性肿瘤常有p15 、p16 的缺失或突变
KIP：
p21CIP1 、p27KIP1 、 p57KIP2
Cyclin-Cdk是细胞周期运转的驱动力
G0
PDGFR EGFR
Cyclin D CDK4,6
G1a M MPF ↑
Cyclin A,B CDK1
G1b
Cyclin E CDK2
G2 G1d
限制点
G1c
E2F
S
DNA复制
Cyclin A CDK2
Cyclin E CDK2
DNA复制基因↑
3. CDK抑制因子 (cyclin dependent kinase inhibitor, CKI) 细胞增殖的负性调节因子，抑癌基因的编码产物。 两大家族： INK4 ( Inhibitor of CDK4) KIP ( kinase inhibition protein) /CIP
解酶降解。
CKI的降解
活化的SCF
多聚泛素链
p
激酶
p
泛素
Cdk抑制蛋白（CKI）
E1
+
E2 CKI被蛋白酶体水解 (26s proteasome)
SCF催化泛素在磷酸化CDKI上聚合介导其降解
Cyclin的降解
活化亚基（Cdc20）
多聚泛素链
无活性的APC
M-Cyclin 活化的APC
多聚泛素链
• 能抑制大多数CDK的激酶活性
• p21在整个细胞周期中起作用
• DNA发生损伤时，p21表达水平增高，
与cyclinE-Cdk2结合，抑制细胞从
G1转向S期
Cdk抑制物蛋白（p21）使细胞周期阻滞
与cyclinE-Cdk2形 成三元复合物
4.促进Cdk调节因子降解的酶复合物
Cdk调节因子 Cyclin
Cyclin A 家族： • 在S期开始表达， G2期达高峰 • 与CDK2结合 • 促进DNA复制
Cyclin B 家族： • 含有2个成员 cyclin B1、 cyclin B2
• G2末期开始表达
• 与CDK1、CDK2结合
• M后期降解
• 促进G2期向M期转换
Cyclin C 家族：
的Tyr15（酵母）/Thr14（脊椎动物）位点。
Thr161的磷酸化由CAK催化。 Tyr15 的磷酸化由Weel激酶催化，由磷酸酶cdc25去磷酸化。 Thr14的磷酸化由myt激酶催化，由磷酸酶cdc25去磷酸化。
Cdk活化激酶（Cdk activating kinase,CAK） 组成：cyclinH ＋Cdk7 ＋ p36 作用：使Cdk 上Thr161磷酸化（活性磷酸化） Wee1激酶：使Cdk 上Tyr15磷酸化（抑制性磷酸化）
CyclinA、CyclinB的破坏框序列
泛素化途径降解
Cyclin的功能:
细胞周期不同时期表达不同的周期蛋白，与
不同的CDK结合，调节其激酶的活性。 G1期蛋白： Cyclin C、D、 E G1/S期蛋白：Cyclin D、E S期蛋白： Cyclin A、B G2/M期蛋白：Cyclin B M期蛋白： Cyclin B
Cyclin D 家族：
• cyclin D1、 cyclin
D2、 cyclin D3
• 在G1期开始表达，
M后期降解 • G1期向S期转换的 关键因子 • 与CDK4、CDK6组 成复合体
Cyclin E 家族： • 在G1~ S期高水平表达 • 与CDK2、CDK3结合 • 启动DNA复制
细胞周期各时相及主要事件
G1 S G2
RNA合成
M
RNA合成停止
mRNA，tRNA， RNA继续合成 rRNA合成 DNA合成
蛋白质合成 组蛋白合成 蛋白质继续合成 组蛋白继续合成 非组蛋白合成 DNA聚合酶合成 RNA聚合酶合成 多聚核糖体再形成 磷脂合成速率增加
蛋白质继续合成 蛋白质合成减少 微管蛋白合成
非组蛋白继续合成 DNA开始转录 染色体凝集分离 多聚核糖体散开 合成磷脂
第二节 细胞周期的调控
一、 细胞周期调控系统的组成
细胞周期调控系统的蛋白质 细胞周期检查点（checkpoint）
（一）细胞周期调控系统的蛋白质 1.细胞周期蛋白（cyclin） 2.细胞周期蛋白依赖激酶
(Cyclin-dependent kinase, Cdk）

SCF的活性在细胞周期中是不变的，可识别被磷酸化的 CDKI上某个特定的氨基酸序列。 APC的活性启动是由于其复合物中加入了活化亚基cdc20 ，APC催化泛素连接到Cyclin破坏框附近的赖氨酸上。

泛素（ubiquitin）：
76 个氨基酸组成 ， 高度保守蛋白。
多聚泛素链作为标志，可介导蛋白质被蛋白水
细胞生物学
细胞周期与周期调控
第一节 细胞周期(cell cycle)
一、定义：
连续分裂细胞从上一次分裂结束到下一次分裂完
成所经历的全过程。
细胞周期
分裂间期： G1、S、G2
分裂期：M
DNA合成前 期(Gap1,G1) 分裂间 DNA synthesis 期 (S期)
细胞增 殖周期
DNA合成后 期(Gap2,G2) 前期
二、细胞周期各时相及主要事件
3、G2期 (DNA合成后期)

染色体凝集相关蛋白，微管蛋白 成熟促进因子、RNA、蛋白质的 合成，为M期作准备。

0.3％DNA 复制完成 细胞内DNA含量由2n增至4n
二、细胞周期各时相及主要事件
4、M期 亲本细胞分裂成 2个相等的子细胞
RNA合成抑制 蛋白质合成降低
按其发现先后顺序分Cdk1～8。
Cdk通过激酶结构域与Cyclin结合
不同cyclin－Cdk复合物启动细胞周期的不同步骤
Cyclin and Cdks
Cyclin/Cdk complex G1-Cdk G1/S-Cdk S-Cdk M-Cdk Cyclin Cyclin D Cyclin E Cyclin A Cyclin B Cdk Cdk 4, Cdk 6 Cdk 2 Cdk 2 Cdk 1
暂时脱离细胞周期，停止分裂，执行一定的生物 学功能，在适当刺激下重新进入细胞周期的细胞。 如某些免疫淋巴细胞, 肝、肾等器官的实质细胞 等。
二、细胞周期各时相及主要事件
1、G1期(DNA合成前期)

rRNA、mRNA、tRNA、核糖体合成 结构蛋白、酶蛋白合成、糖类、脂类合成 细胞体积增大，膜转运能力增强
G2期检测点通过使Cdc25磷酸化，抑制M-Cdk的
活化，阻止细胞进入有丝分裂期。
DNA损伤与p53活化在G1期调控中的作用
第四节 细胞周期事件的胞内调控机制
1. G1期中cyclin-Cdk复合物的作用
2. S期中cyclin-Cdk复合物的作用 3. M期中cyclin-Cdk复合物的作用
Cdk E1
泛素
+ E2
M-cyclin 被蛋白酶体降解
APC催化泛素在Cyclin上聚合介导其水解
CDK的活性调节——多因素综合调节
正调控: cyclin，CAK，磷酸酶
转录后调节
负调控: 激酶, CDKI
小结
细胞周期的调控
（一）细胞周期调控系统的蛋白质组成 1.细胞周期蛋白（cyclin） 2.细胞周期蛋白依赖激酶 调控核心
调控核心
3.Cdk 抑制因子（Cdk inhibitor, CKI）
4.促进Cdk调节因子降解的酶复合物
(SCF和APC酶复合体)
1. 细胞周期蛋白(Cyclin)
一类随细胞周期时相变化周期性合成和降解的蛋白质。 不同种类的周期蛋白表达的时间不同，与Cdk结合，调 节CDK的激酶活性，推动细胞周期前进。
G1期晚期合成DNA复制所需各种酶类：

DNA聚合酶，解旋酶等
细胞周期蛋白
触发蛋白，钙调蛋白
二、细胞周期各时相及主要事件
2、S期（DNA synthesis）

DNA复制（具有高度的顺序性）

先GC，后AT，先常染色质，后异染色质 X染色体长臂在S期末期复制

组蛋白合成，非组蛋白合成 中心粒开始复制并完成
(Cyclin-dependent kinase, Cdk）
3.Cdk 抑制因子（Cdk inhibitor, CDKI）
4.促进Cdk调节因子降解的酶复合物
SCF
APC
（二）细胞周期检测点（checkpoint）
Checkpoint：保证细胞周期正常运转的监控系
统，检测细胞周期正常事件及出现的故障。
中期 有丝分裂 期(M期) 后期 末期 G1期子细胞
细胞周期(cell cycle)
分裂间期(interphase):
G1＋S＋ G2
有丝分裂期(mitosis)
M
细胞周期时间(Tc)： TG1+TS + TG2 + TM 大约12~32h
G2期
12
小时
0 M期
G0 期
G1 期
4
S期 (DNA合成)
1. CIP/KIP家族：
p21、p27、 p57蛋白主要抑制G1期CDK(Cdk2/4)，直接抑
制 DNA复制或抑制G1S 。
2. INK4家族：
p16、p15、 p18蛋白主要抑制Cdk4/6 活性，阻止G1S。
结合cyclin-Cdk复合物，改变Cdk活性位点空间位置； 结合Cdk分子ATP位点，阻止ATP与Cdk结合
1. start点或R点 2. DNA复制检测点 3. 纺锤体组装检测点 4. DNA损伤检测点
5. 染色体分离检测点
1. start点或R点 2. DNA复制检测点
3.纺锤体组装检测点
纺锤体组装检测点
DNA复制检测点
R点
4.DNA损伤检测点
DNA损伤检测点有两个，一个存在于G1晚期，另 一个在G2晚期。 G1期检测点通过抑制G1/S和S-Cdk的活化来阻止 细胞进入S期