细胞周期与调控培训课件
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细胞周期调控PPT课件
MPF = P34cdc2(CDK1)+Cyclin B
（催化亚单位）
（调节亚单位）
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The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2001
"for their discoveries of key regulators of the cell cycle"
Rao和Johnson(1970、1972、1974) 以Hela 细胞为材料，发现M期细胞具有某种促进间期细胞进 行 分 裂 的 因 子 ， 即 促 细 胞 分 裂 因 子 (mitosispromoting factor ，MPF)。
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2.cdc基因
Leland Hartwell、 Paul Nurse分别以不同的 酵母为实验材料，发现了许多与细胞分裂有关的基因 (cell division cycle gene，CDC)。如芽殖酵母的 cdc28、裂殖酵母cdc2基因。
哺乳动物细胞周期中各时相不同cyclin的作用
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四、CDK及其调控
CDK即细胞周期蛋白依赖性激酶 (cyclin–dependent kinase,CDK)，控制着 细胞周期各期之间的顺序转换。CDK是一组相 关联的Ser/Thr蛋白激酶， 酵母中细胞周期 进程主要由单一的CDK（P34cdc2/ cdc28） 所控制。多细胞生物中，细胞周期各期之间的 转换需要不同的CDK。
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G 1/ S 检 验 点 ： 在 酵 母 中 称 s t a r t 点 ， 在 哺 乳 动 物中称R点(restriction point)，控制细胞由 静止状态的G1进入DNA合成期，相关的事件 包括：DNA是否损伤？细胞外环境是否适宜？ 细胞体积是否足够大？
《细胞周期与调控》PPT课件
不同细胞的TC差别很大 TC与 TG1的变化一致 TS + TG2 + TM 值比较稳定,约12-24小时 TM 较小,约1小时左右
可见, G1期时间决定细胞周期时间
精选课件ppt
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二、细胞周期各时相的划分
细胞增殖周期 （TC ）
ＤＮＡ合成前期（Ｇ１期） ＤＮＡ合成期（Ｓ期）
ＤＮＡ合成后期（Ｇ２期） 分裂期（M）
Ｇ0 期细胞的特点：
表型分化的细胞，其性质与Ｇ1期相似，因此，可视为延 长了的Ｇ1期细胞
暂停分裂 可恢复增殖能力 对药物的敏感性差
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14
细胞周期各时相生化特点的总结
G1
S
G1A
G1B
G2
M
RNA合成 S期需要的酶 蛋白质合成 及前体物质 核糖体形成 的合成 （细胞生长 （为DNA复 物质积累） 制做准备）
P27还可阻止Rb蛋白磷酸化，其过度表达能抑制细 胞进入G1期。
p27在调节细胞进入和退出M期中起重要作用，抗 丝裂原环境中细胞生长停滞与p27—CDK2复合物的量 相关。
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27
二、细胞周期素依赖激酶
(cyclin-dependent kinase，CDK) CDK是一类重要的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，包括 CDK1—7种。
催化亚基 CDK 复合物
调节亚基 cyclin。 ATP的结合部位
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三、细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂
（CDK inhibitory protein CKIS） CKIS是CDK抑制蛋白，通过竞争性地抑制cyclin或cyclin—
低磷酸化的Rb还可刺激cyclin D1的转录， 使其合成增加，并活化再导致Rb磷酸化，这 样形成负反馈环以调节cyclin D1的表达。
《细胞周期与调控》课件
的复制。
p53蛋白
p53蛋白是一个重要的肿瘤抑制因子，它可以影响S期的进程，当 DNA损伤时，p53蛋白可以诱导细胞停滞在G1期或G2期，以修复
损伤或避免复制异常的DNA。
S期的问题与进展
DNA损伤与修复
在S期，如果DNA受到损伤，复制会停止，细胞会尝试修复损伤。 然而，如果损伤过于严重或无法修复，细胞可能会进入凋亡程序。
生长因子
生长因子通过与细胞表面受体结合，影响细胞生 长和分裂。
细胞内信号转导
细胞内信号转导途径如MAPK、PI3K等参与G1期 的调控。
转录因子
转录因子如E2F、p53等在G1期发挥关键作用，调 控基因表达。
G1期的进展与问题
进展
随着对细胞周期调控机制的深入研究 ，人们发现了许多参与G1期调控的 分子和信号途径。
随着DNA的复制，细胞体积略有增大，以满足DNA合成和细胞
生长的需求。
S期的调控因子
生长因子
一些生长因子如EGF、TGF等可以影响S期的起始和持续时 间，调控DNA的复制过程。
细胞周期蛋白
细胞周期蛋白如Cyclin A、Cyclin E等在S期起到重要的调控作用 ，它们可以与CDK（细胞周期蛋白依赖性激酶）结合，促进DNA
细胞周期蛋白的调节因子
一些调节因子可以与细胞周期蛋白结合，影响其稳定性或 磷酸化状态，从而调控细胞周期的进程。
激酶的调节作用
CDK激酶的活性调
节
CDK激酶的活性受到多种因素的 调节，包括其自身的磷酸化和去 磷酸化，以及与细胞周期蛋白的 结合。
激酶之间的相互作
用
不同的激酶之间存在相互作用， 可以相互调节对方的活性，从而 影响细胞周期的进程。
01
p53蛋白
p53蛋白是一个重要的肿瘤抑制因子，它可以影响S期的进程，当 DNA损伤时，p53蛋白可以诱导细胞停滞在G1期或G2期，以修复
损伤或避免复制异常的DNA。
S期的问题与进展
DNA损伤与修复
在S期，如果DNA受到损伤，复制会停止，细胞会尝试修复损伤。 然而，如果损伤过于严重或无法修复，细胞可能会进入凋亡程序。
生长因子
生长因子通过与细胞表面受体结合，影响细胞生 长和分裂。
细胞内信号转导
细胞内信号转导途径如MAPK、PI3K等参与G1期 的调控。
转录因子
转录因子如E2F、p53等在G1期发挥关键作用，调 控基因表达。
G1期的进展与问题
进展
随着对细胞周期调控机制的深入研究 ，人们发现了许多参与G1期调控的 分子和信号途径。
随着DNA的复制，细胞体积略有增大，以满足DNA合成和细胞
生长的需求。
S期的调控因子
生长因子
一些生长因子如EGF、TGF等可以影响S期的起始和持续时 间，调控DNA的复制过程。
细胞周期蛋白
细胞周期蛋白如Cyclin A、Cyclin E等在S期起到重要的调控作用 ，它们可以与CDK（细胞周期蛋白依赖性激酶）结合，促进DNA
细胞周期蛋白的调节因子
一些调节因子可以与细胞周期蛋白结合，影响其稳定性或 磷酸化状态，从而调控细胞周期的进程。
激酶的调节作用
CDK激酶的活性调
节
CDK激酶的活性受到多种因素的 调节，包括其自身的磷酸化和去 磷酸化，以及与细胞周期蛋白的 结合。
激酶之间的相互作
用
不同的激酶之间存在相互作用， 可以相互调节对方的活性，从而 影响细胞周期的进程。
01
细胞周期及其调控讲义
G1期（DNA合成前期）
G1早期： 细胞体积增大、生物合成、形成细胞器 触发蛋白、钙调蛋白增加。体积、表面积、核\质比
G1晚期：H1及多种蛋白的磷酸化，为DNA合成准备。 信号分子调控 G0 ——G1晚——S期 start point （DNA合成相关酶，细胞周期运行的蛋白）
（二）S期（DNA合成期）
4. 末期 从子染色体到达两极，至形成两个新细胞的时期。 两个出现：核膜出现、核仁出现 两个消失：染色体消失、纺锤丝消失 中间小体
从子染色体到达两极，至形成两个新细胞的时期。 主要标志是子核的形成和胞质分裂。 中间小体
动物细胞的胞质分裂通过胞质收缩环的收缩实现，收缩环由大 量平行排列的肌动蛋白组成。 用细胞松弛素处理这一时期的细胞，会出现什么现象？
Ras蛋白：
等部分组成。与丝氨酸和苏氨酸残基的磷酸化有关。
Ras转换因子(如Raf－1) →丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)
具有严格的组织特异性和细胞周期阶段特异性。
是一种由细胞自身产生、分泌的，对细胞增殖起抑制作用的糖蛋白，与膜上的受体结合，引起信号转换及在胞内传递，影响细胞周期相关的蛋白的表达。
一、细胞周期概念
细胞周期
间期
分裂期 （M期）
DNA合成前期（G1期, G1 gap1）
DNA合成期（S期, Synthsis phase）
DNA合成后期（G2期, G2 gap2）
前期
中期
后期
末期
细胞周期 中的细胞
G1期
G2期
S期
M期
细胞周期分为：G1期、S期、G2期和 M期 四个时期。
(Mitosis,division）
02
（CDK inhibitor, CKI）
细胞周期及其调控 ppt课件
M期末尾，M-cyclin的泛素化和细胞蛋白酶的降解 终止了M-Cdk/M-cyclin的活性。
调节M-cyclin的泛素化作用系统为分裂后期促进 复合物（anaphase-promoting complex， APC）
Page 11
泛素（ubiquitin ）一个高度保守的蛋白质，由76 个氨基酸残基组成
笨，没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
一、概述
调节细胞分裂与死亡的生化通路与生物化
学和细胞生物学密切相关。
这些通路通常涉及多种信号转导蛋白，它 们一般具有酶活性（多为激酶、磷酸酶、蛋白 酶），或者通过与其他蛋白质结合并诱导相关蛋 白质的构象改变而传递信号。
Page 15
细胞凋亡或死亡
P53
P21
Rb-p
E2F
G1/S-Cdk G1/S-cyclin
E2F
Rb
Page 16
陶俊宇
对细胞分裂和死亡的信号通路调节是非常 复杂的，并非简单地将信号自一个分子传递到下 一个分子的线性过程，部分通路甚至是多个平行 的通路通过节点连接、作用而形成的网络，相互 间可以串话。
Page 5
二、细胞周期及其调节
细胞周期 （cell cycle ）:连续分裂的细胞从上一次有丝分 裂结束到下一次有丝分裂完成所经历的整个过程。包含G1 期、S期、G2期期、M期四个阶段。
Page 7
在G0期，细胞休眠或早衰。 休眠细胞不参与细胞周期，但可以通过生长刺激
（如提高环境中的生长因子浓度）使其重新进入 分裂周期。早衰细胞则不能。 不同的细胞G0期休眠期不同。成纤维细胞与上皮 细胞的G0期休眠很短或没有，成人的肝细胞每年 约分裂一次，而成人脑细胞几乎从不分裂。 与G1相比，G0期细胞的代谢率，蛋白质转化与合 成率都比较低，并且缺乏细胞周期相关的关键蛋 白，包括周期蛋白依赖性激酶和相关的调节蛋白。
调节M-cyclin的泛素化作用系统为分裂后期促进 复合物（anaphase-promoting complex， APC）
Page 11
泛素（ubiquitin ）一个高度保守的蛋白质，由76 个氨基酸残基组成
笨，没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
一、概述
调节细胞分裂与死亡的生化通路与生物化
学和细胞生物学密切相关。
这些通路通常涉及多种信号转导蛋白，它 们一般具有酶活性（多为激酶、磷酸酶、蛋白 酶），或者通过与其他蛋白质结合并诱导相关蛋 白质的构象改变而传递信号。
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细胞凋亡或死亡
P53
P21
Rb-p
E2F
G1/S-Cdk G1/S-cyclin
E2F
Rb
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陶俊宇
对细胞分裂和死亡的信号通路调节是非常 复杂的，并非简单地将信号自一个分子传递到下 一个分子的线性过程，部分通路甚至是多个平行 的通路通过节点连接、作用而形成的网络，相互 间可以串话。
Page 5
二、细胞周期及其调节
细胞周期 （cell cycle ）:连续分裂的细胞从上一次有丝分 裂结束到下一次有丝分裂完成所经历的整个过程。包含G1 期、S期、G2期期、M期四个阶段。
Page 7
在G0期，细胞休眠或早衰。 休眠细胞不参与细胞周期，但可以通过生长刺激
（如提高环境中的生长因子浓度）使其重新进入 分裂周期。早衰细胞则不能。 不同的细胞G0期休眠期不同。成纤维细胞与上皮 细胞的G0期休眠很短或没有，成人的肝细胞每年 约分裂一次，而成人脑细胞几乎从不分裂。 与G1相比，G0期细胞的代谢率，蛋白质转化与合 成率都比较低，并且缺乏细胞周期相关的关键蛋 白，包括周期蛋白依赖性激酶和相关的调节蛋白。
细胞周期和其调控讲义课件
4. 末期
从子染色体到达两极，至形成两个新细胞旳时期。 两个出现：核膜出现、核仁出现 两个消失：染色体消失、纺锤丝消失
中间小体
从子染色体到达两极，至形成两个新细胞旳时期。 主要标志是子核旳形成和胞质分裂。
中间小体
动物细胞旳胞质分裂经过胞质收缩环旳收缩实现，收缩环由大 量平行排列旳肌动蛋白构成。 用细胞松弛素处理这一时期旳细胞，1阻滞中旳作用P53有多种下 游效应分子：如MDM2，P21WAFl，Gadd45， Bax,IGFBP3，Fas等。
MDM2经过与P53蛋白氨基末端结合来阻止P53蛋白转录 激活，形成一种“负反馈环”。 MDM2旳正常功能是限制GI期阻滞旳时间，使DNA损伤修 复后旳细胞重新进入细胞周期。
2.中期 染色体排列到在细胞旳赤道面上。
赤道板
中期
3.后期 姐妹染色体单体分离并移向细胞两极。
后期
后期阶段染色体旳分离由微管 去聚合假说解释：
动粒微管不断解聚缩短,造成 旳拉力将染色体拉向两极。
机理：微管正端插入动粒旳外 层,微管在此端去组装。 动粒中旳ATP水解,提供能量, 驱动微管上旳马达分子向极 部移动,拉动染色体向极移动。
蛋白酶体
M-Cylin降解
泛素蛋白 （Ubiquitin)
4. CDK1活性下降 出M期
细胞核重建、染色体解螺旋、开启收缩机制。
进出S期调控：
M期末 G1 CDKs 活性——0 G1 ( 晚期) 增殖信号（激素、生长因子） G1— cyclin转录
cyclinD+cdk4/cdk6 G1/S 转换 “Start”
M-CDK
Cyclin B CDK1(CDC2) Clb 1-4 CDK1(CDC28)
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1/30/2021
细胞周期与调控
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§1 细胞周期与细胞分裂
• 细胞周期(cell cycle)概述 • 有丝分裂(mitosis) • 胞质分裂(cytokinesis) • 减数分裂(meiosis)
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细胞周期与调控
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1.1 细胞周期概述
• 细胞周期 • 细胞周期中各个不同时相及主要事件 • 细胞周期长短测定 • 细胞周期同步化
TC=TG1+TS+TG2+胞周期与调控
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细胞周期与调控
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• 事实上由于一个细胞群体中TC和各时相不尽相同， 第一个峰常达不到100%，以后的峰会发生衰减， PLM不一定会下降到零，所以实际测量时，常以 （TG2+1/2TM）-TG2的方式求出TM。
2. S 期：
DNA复制与组蛋白合成同步，组成核小体串珠结构。
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细胞周期与调控
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Experimental demonstration of the coordinated Synthesis of DNA and histones.
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细胞周期与调控
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3. G2期：
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细胞周期与调控
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• 测定原理
待测细胞经3H-TDR标记后，所有S期细胞均被标记。 S期细胞经G2期才进入M期，所以起初PLM=0。 开始出现标记M期细胞时，表示处于S期最后阶段 的细胞，已渡过G2期，所以从PLM=0到出现PLM的 时间间隔为TG2。
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细胞周期与调控
DNA复制完成，在G2期合成一定数量的蛋白质和 RNA分子。
4. M 期：
细胞分裂期，真核细胞的细胞分裂主要包括：有 丝分裂和减数分裂。遗传物质和细胞内其他物质分 配给子细胞。
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细胞周期与调控
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1.1.3 细胞周期长短测定
• 脉冲标记DNA复制和细胞分裂指数观察测定法 • 流式细胞仪测定法 • 缩时摄像技术
• 增殖抑制解除后的同步分裂：如真菌的休眠孢子 移入适宜环境后，它们一起发芽，同步分裂。
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细胞周期与调控
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2. 选择同步化
• 有丝分裂选择法 使单层培养的细胞处于对数增殖期，此时分裂活
跃，有丝分裂细胞变圆隆起，与培养皿附着性低， 轻轻振荡，M期细胞脱离器壁，悬浮于培养液中，收 集培养液，再加入新鲜培养液，依法继续收集，可获 得一定数量的中期细胞。优点：操作简单，同步化程 度高，细胞不受药物伤害；缺点：效率低(占1%～2%) • 密度梯度离心法
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S期细胞逐渐进入M期，PLM上升，到达到最高点的 时候说明来自处于S最后阶段的细胞，已完成M， 进入G1期。所以从开始出现M到PLM达到最高点的 时间间隔就是TM。
当PLM开始下降时，表明处于S期最初阶段的细胞 也已进入M期，所以出现LM到PLM又开始下降的一 段时间等于TS。
从LM出现到下一次LM出现的时间间隔就等于TC，
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细胞周期与调控
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• 有关名词
TG1：G1期的持续时间； TG2：G2期的持续时间； TS：S期的持续时间； TM：M期的持续时间； TC：一个细胞周期的持续时间； PLM：被标记分裂期细胞占所有分裂期细胞的百分比； TDR：胸腺嘧啶核苷，是DNA的特异前体，能被S期细胞 摄入，而掺进DNA中。通常使用3H或者14C标记的TDR。
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细胞周期与调控
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1.1.4 细胞同步化
• 自然同步化 • 人工同步化
选择同步化 诱导同步化
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细胞周期与调控
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1. 自然同步化
• 多核体：如粘菌只进行核分裂，而不发生胞质分 裂，形成多核体。疟原虫也具有类似的情况。
• 某些水生动物的受精卵：如大量海参卵受精后， 前9次细胞分裂都是同步化进行的。
• 不同细胞的细胞周期时间差异很大； • S+G2+M 时间变化较小，时间长短主要差别在G1期； • 有些分裂增殖的细胞缺乏G1、G2期。
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细胞周期与调控
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4. 细胞分类
根据增殖状况，细胞分为三类：
• 连续分裂细胞（cycling cell）：如表皮生发层 细胞、部分骨髓细胞。
• 休眠细胞（G0细胞）：暂不分裂，但在适当的刺 激下可重新进入细胞周期，如淋巴细胞、肝、肾 细胞。
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细胞周期与调控
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1.1.1 细胞周期
1.概念：
• 细胞从一次有丝分裂结束到下一次有丝分完成所 经历的一个有序过程。其间细胞遗传物质和其他 内含物分配给子细胞。
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细胞周期与调控
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2. 细胞周期时相组成：
• 间期（interphase） G1 phase、S phase、G2 phase
细胞增殖的意义
• 细胞生命活动的重要特征之一,是生物繁育的基础。 • 单细胞生物：导致生物个体数量的增加。 • 多细胞生物：由一个单细胞（受精卵）分裂发育
而来，多细胞生物繁殖基础。 • 成体生物：主要取代衰老死亡的细胞， 维持个体
细胞数量的相对平衡和机体的正常功能。 • 机体创伤愈合、组织再生、病理组织修复等。
• M phase 有丝分裂期（mitosis） 胞质分裂期（cytokinesis）
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细胞周期与调控
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• 细胞沿着G1→S→G2→M→G1周期性运转，在间期细 胞体积增大（生长），在M期细胞先是核分裂，接着 胞质分裂，完成一个细胞周期。
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细胞周期与调控
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3. 细胞周期时间
可以得到准确的细胞周期时间及分裂间期和分裂期 的准确时间。
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细胞周期与调控
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• 标记有丝分裂百分率法原理(Percentage
Labeled Mitoses, PLM) 对测定细胞进行脉冲标记、定时取材、利用放射 自显影技术显示标记细胞，通过统计标记有丝分裂 细胞百分数的办法来测定细胞周期。
• 终末分化细胞：不可逆地脱离细胞周期，不再分
裂的细胞，又称终端细胞，如神经、肌肉、多形
核细胞。
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细胞周期与调控
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1.1.2 细胞周期中不同时相及主要事件
• G1期 •S 期 • G2期 •M 期
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细胞周期与调控
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1. G1期：
与DNA合成启动相关，开始合成细胞生长所需要的多 种蛋白质、RNA、碳水化合物、脂等，同时染色质去凝 集。