细胞增殖和凋亡异常与疾病-chenwei
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细胞增殖和凋亡异常与疾病精品PPT课件
6. 凋亡小体 7. 生化特点
8. DNA电泳
坏死
凋亡
病理性,非特异性 强烈刺激,随机发生
生理性或病理性，特异性 较弱刺激，非随机发生
无
有
细胞结构全面溶解、破坏、细 胞膜及细胞器相对完整细胞
胞肿胀
皱缩，核固缩
溶酶体破裂，局部炎症反应
溶酶体相对完整，局部无炎 症反应
无
有
被动过程,无新蛋白合成,不耗 主动过程，有新蛋白合成，
26
Fas配体是三肽链，与Fas结 合后，使Fas成为三聚体，通过一 个衔接子和caspase-8结合，活化 caspase-8，启动下游的信号转导 通路，最终介导细胞凋亡。
27
PTP：线粒体通透性转换孔；Apaf：凋亡蛋白酶激活因子；AIF：凋亡诱导因子28
（三）细胞凋亡的执行
✓Caspases ✓内源性核酸内切酶 ✓其他：组织型转谷氨酰胺酶
族的成员，包括Fas、TNFR1、死亡受体3-5 （death receptors，DR3\4\5）； （3）线粒体结构和功能的改变，凋亡早期可见线 粒体跨膜电位的明显下降； （4）钙稳Leabharlann 失调，激活核酸内切酶等。25
（二）凋亡的信号转导系统：
1、Fas蛋白介导的凋亡通路 2、线粒体介导的凋亡通路（最重要） 3、内质网介导的凋亡通路
3
第二节
——Apoptosis
Apoptosis
•由希腊词Apo和ptosis构成，意为分离与脱落 •花瓣的凋谢或树叶的枯落
或细胞脱落离体 或细胞裂解为若干凋亡小体
5
凋亡的概念
由体内外因素触发细胞内预存的死亡程 序而导致的细胞死亡过程称为细胞凋亡 （apoptosis),是程序性死亡（programmed cell death,PCD)的形式之一。
8. DNA电泳
坏死
凋亡
病理性,非特异性 强烈刺激,随机发生
生理性或病理性，特异性 较弱刺激，非随机发生
无
有
细胞结构全面溶解、破坏、细 胞膜及细胞器相对完整细胞
胞肿胀
皱缩，核固缩
溶酶体破裂，局部炎症反应
溶酶体相对完整，局部无炎 症反应
无
有
被动过程,无新蛋白合成,不耗 主动过程，有新蛋白合成，
26
Fas配体是三肽链，与Fas结 合后，使Fas成为三聚体，通过一 个衔接子和caspase-8结合，活化 caspase-8，启动下游的信号转导 通路，最终介导细胞凋亡。
27
PTP：线粒体通透性转换孔；Apaf：凋亡蛋白酶激活因子；AIF：凋亡诱导因子28
（三）细胞凋亡的执行
✓Caspases ✓内源性核酸内切酶 ✓其他：组织型转谷氨酰胺酶
族的成员，包括Fas、TNFR1、死亡受体3-5 （death receptors，DR3\4\5）； （3）线粒体结构和功能的改变，凋亡早期可见线 粒体跨膜电位的明显下降； （4）钙稳Leabharlann 失调，激活核酸内切酶等。25
（二）凋亡的信号转导系统：
1、Fas蛋白介导的凋亡通路 2、线粒体介导的凋亡通路（最重要） 3、内质网介导的凋亡通路
3
第二节
——Apoptosis
Apoptosis
•由希腊词Apo和ptosis构成，意为分离与脱落 •花瓣的凋谢或树叶的枯落
或细胞脱落离体 或细胞裂解为若干凋亡小体
5
凋亡的概念
由体内外因素触发细胞内预存的死亡程 序而导致的细胞死亡过程称为细胞凋亡 （apoptosis),是程序性死亡（programmed cell death,PCD)的形式之一。
细胞增殖和凋亡异常与疾病
（糖尿病实验模型）
41
人民卫生出版社
主要内容
细胞周期的概述 细胞周期的调控 细胞周期调控异常与疾病 调控细胞周期与疾病的防治
人民卫生出版社
42
调控细胞周期与疾病的防治
合理利用增殖相关信号 单抗→EGF↓→乳腺癌增殖↓ NGF→神经细胞增殖↑
调控cyclin 或和 CDK 的表达和活性 单抗/RNAi/反义寡核苷酸→cyclin/CDK表达和活性 转染基因→ cyclin/CDK表达和活性↑
细胞增殖过度与疾病
增殖过度：肿瘤、肝肺肾纤维化、前列腺肥大、 类风湿性关节炎
细胞增殖过度与肿瘤
✓ Cyclin增多：cyclin D、E ↑ 乳腺癌、B细胞淋巴瘤、胃肠癌、食道癌 机制：基因扩增、染色体倒位、染色体易位
38
人民卫生出版社
细胞增殖过度与疾病
细胞增殖过度与肿瘤
✓ CDK增多：CDK1、2、4、6↑ ✓ CKI表达不足和突变：InK4失活和Kip↓（p16/p21/
病理生理学
1
病理生理学
（Pathophysiology）
第十一章 细胞增殖和 凋亡异常与疾病
人民卫生出版社
2
增殖
分化
细胞
凋亡
3
第一节 细胞增殖异常与疾病
4
人民卫生出版社
主要内容
细胞周期的概述 细胞周期的调控 细胞周期调控异常与疾病 调控细胞周期与疾病的防治
5
人民卫生出版社
细胞增殖
【细胞增殖】
细胞凋亡概述
人民卫生出版社
48
二. 概念
细胞凋亡是能量依赖的细胞内死亡程序活化而致 的细胞自杀，由基因控制的细胞自主有序的主动死 亡过程。
细胞程序性死亡（programmed cell death，PCD） PCD最初是1956年发育生物学中提出的概念，是
41
人民卫生出版社
主要内容
细胞周期的概述 细胞周期的调控 细胞周期调控异常与疾病 调控细胞周期与疾病的防治
人民卫生出版社
42
调控细胞周期与疾病的防治
合理利用增殖相关信号 单抗→EGF↓→乳腺癌增殖↓ NGF→神经细胞增殖↑
调控cyclin 或和 CDK 的表达和活性 单抗/RNAi/反义寡核苷酸→cyclin/CDK表达和活性 转染基因→ cyclin/CDK表达和活性↑
细胞增殖过度与疾病
增殖过度：肿瘤、肝肺肾纤维化、前列腺肥大、 类风湿性关节炎
细胞增殖过度与肿瘤
✓ Cyclin增多：cyclin D、E ↑ 乳腺癌、B细胞淋巴瘤、胃肠癌、食道癌 机制：基因扩增、染色体倒位、染色体易位
38
人民卫生出版社
细胞增殖过度与疾病
细胞增殖过度与肿瘤
✓ CDK增多：CDK1、2、4、6↑ ✓ CKI表达不足和突变：InK4失活和Kip↓（p16/p21/
病理生理学
1
病理生理学
（Pathophysiology）
第十一章 细胞增殖和 凋亡异常与疾病
人民卫生出版社
2
增殖
分化
细胞
凋亡
3
第一节 细胞增殖异常与疾病
4
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主要内容
细胞周期的概述 细胞周期的调控 细胞周期调控异常与疾病 调控细胞周期与疾病的防治
5
人民卫生出版社
细胞增殖
【细胞增殖】
细胞凋亡概述
人民卫生出版社
48
二. 概念
细胞凋亡是能量依赖的细胞内死亡程序活化而致 的细胞自杀，由基因控制的细胞自主有序的主动死 亡过程。
细胞程序性死亡（programmed cell death，PCD） PCD最初是1956年发育生物学中提出的概念，是
细胞增殖和凋亡异常与疾病
思考题 1、细胞凋亡的概念。细胞凋亡 的生理病理意义。 2、细胞凋亡的过程。 3、细胞凋亡的主要生物化学变化。 4、细胞凋亡的信号转导通路有哪些？ 5、细胞凋亡的执行者有哪些？ 6、促细胞凋亡和抑制细胞凋亡的基因有哪些？ 7、吞噬细胞对凋亡细胞识别的机制是什么？ 8、与细胞凋亡不足有关的疾病有哪些？ 9、与细胞凋亡过度有关的疾病有哪些？ 10、细胞凋亡不足与过度并存的疾病有哪些？
（3） Fas基因表达上调，使CD4＋细胞对Fas介导的细 胞凋亡敏感性增加，易发生凋亡
（4）T细胞激活 ，与凋亡有共同的信号传递系统，缺乏 足够的细胞生长因子时，引起凋亡
（5）细胞因子分泌，TNF，与TNF受体（死亡受体） 结合，启动凋亡，或产生氧自由基
（6）受感染的细胞产生Tat蛋白，透过细胞膜，使CD4+细胞 内氧自由基生成增多，增强Fas抗原表达，细胞对凋亡 的易感性升高
第八章 细胞增殖和凋亡异常与疾病
本章主要讲授：
细胞凋亡的概念、意义、特点 细胞凋亡的调控：信号、转导、执行、
调控、吞噬 凋亡异常与疾病：不足、过度
第二节 细胞凋亡异常与疾病
一、细胞凋亡(apoptosis)的概述 • apo- 离开
ptosis 落下
概念： 由体内外因素触发细胞内预存的死亡程序而导
抗凋亡 促凋亡
Bcl-2，Bcl-XL Bax、Bak
BH3-only死亡蛋白
机制：
直接抗氧化 抑制线粒体释放促凋亡 蛋白质 抑制促凋亡性调节蛋白 Bax,Bak的细胞毒作用 抑制caspases的激活 维持细胞钙稳态
2. P53
促凋亡
分 子
wt P53 突变P53
警 察
野生型p53基因编码的p53蛋白对细胞凋亡有促进作用。，该蛋白
第八章 细胞增殖和凋亡异常与疾病
第八章细胞增殖和细胞凋亡异常与疾病一、A型题1．细胞凋亡的概念是A．由体内外因素引起的细胞渐进、缓慢的病变导致的细胞死亡过程B．由体内外因素触发细胞内预存的死亡程序而导致的细胞死亡过程C．由体内外因素诱导的一种生理性、主动的细胞死亡方式D．由体内外因素引起的细胞急性、严重的改变导致的细胞死亡过程E．由体内外因素诱导的一种病理性、被动的细胞死亡方式[答案] B[题解] 细胞凋亡是指由体内外因素触发细胞内预存的死亡程序而导致的细胞死亡过程。
2．有关细胞凋亡的生理和病理意义下列哪一项是错误的？A．确保机体正常发育D．保证机体正常生长B．维持内环境稳定E．发挥积极的防御功能C．促进生物进化[答案] C[题解] 细胞凋亡的生理和病理意义包括：①确保机体正常发育、生长；②维持内环境稳定；③发挥积极的防御功能；并不包括促进生物进化。
3．有关细胞凋亡的特征下列哪一项是错误的？A．由较弱刺激触发，可见于生理或病理情况B．DNA片段化，电泳时呈“梯”状条带C．溶酶体相对完整，局部无炎症反应D．主动过程，耗能，无需新蛋白合成E．胞膜皱缩内陷，分割胞浆成凋亡小体[答案] D[题解] 细胞凋亡不仅是一个主动过程，需要耗能，而且还需要有新蛋白质合成。
5．促进细胞凋亡的基因是A．Bcl-2 D．c-mycB．Fas E．Bcl-XLC．突变型p53[答案] B[题解] Bcl-2、突变型p53和Bcl-XL都是抑制凋亡基因，而c-myc是双向调节基因，只有Fas基因是促进细胞凋亡的基因。
6．抑制细胞凋亡的基因是（0.377，0.392，03临床）A．Fas D．Bcl-2B．野生型p53 E．Bcl-XsC．c-myc[答案] D[题解] Fas、野生型p53和Bcl-Xs是抑制凋亡基因，而c-myc是双向调节基因，只有Bcl-2是抑制凋亡基因。
10．细胞凋亡时发生的变化下列哪一项出现最早？A．线粒体膜通透性增加D．核酸内切酶激活B．线粒体跨膜电位下降E．核转录因子激活C．凋亡蛋白酶激活[答案] B[题解] 线粒体跨膜电位下降使线粒体膜通透性增加，随后才引起凋亡蛋白酶激活、核酸内切酶激活以及核转录因子激活。
细胞增殖凋亡与疾病
•细胞周 期的调 控
2
细胞周期可以分为四个阶段：G0/G1、S、G2及M。G1 和G2期是细胞生长期；S期是细胞将细胞核内的染色体复制 的时期；M期是细胞进行有丝分裂或减数分裂的时期。 在各个时期各有不同的周期素所调控着，不同的周期素 在细胞周期的不同阶段发生作用。细胞周期的主要周期素有： cyclin A, cyclin B, cyclin D及cyclin E。在G1期→S期调控蛋 白为细胞周期蛋白D1(cyclin D1)以及细胞周期蛋白E(cyclin E)，s期→G2期调控蛋白为细胞周期蛋白A(cyclin A)，G2期 →M期调控蛋白为细胞周期蛋白B(cyclin B)。 每一个周期素都有一个共同位叫cyclin box。cyclin box的 功能是激活周期素依赖性激酶（CDK） 在哺乳动物中至少存在9种CDK，即CDK1—9，CDK家 族蛋白含有一段类似的CDK结构域，其中含有一段保守序列， 即PSTAIRE区域，该序列可与cyclin box结合。
细胞增殖缺陷可导致如糖尿病肾病、再生障碍性贫血和 神经退行性疾病等。 以糖尿病肾病为例： 糖尿病肾病早期主要表现为肾小球肥大、GFR增高。 在糖尿病实验模型中，同增殖性疾病相反，无G1/S期 Cyclin及CDK2、CDK4的改变，肾小球p27表达增高，而 pRb处于磷酸化状态。用p27反义寡核苷酸可以促进高糖 环境中系膜细胞的增殖减少细胞肥大 目前认为糖尿病早期的肾小球肥大也是由TGF-β1所 介导的。高血糖或糖基化产物促进体内TGF-β1及受体表 达，TGF-β1又作用于细胞周期调控蛋白，使pRb维持于 低磷状态，抑制细胞增殖。
（二）细胞凋亡过度导致疾病的机制
1.过表达的糖蛋白触发HIV感染的CD4+淋巴细 胞凋亡
第十一章细胞增殖和凋亡异常与疾病
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病理生理学
10
细胞周期
特点
✓ 单向性：细胞沿G1→S→G2→M方向推进 ✓ 阶段性：细胞可因某种原因而在某时相停滞待条件合适
后重新活跃到下一时相 ✓ 检查点：各时相交叉处决定细胞增殖分化趋势 ✓ 细胞微环境：细胞外信号、条件等
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病理生理学
11
主要内容
细胞周期的概述 细胞周期的调控 细胞周期调控异常与疾病 调控细胞周期与疾病的防治
是程序性细胞死亡（PCD）的形式之一（自噬） 1972年Kerr等人提出不同于坏死的死亡新概念
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病理生理学
43
细胞凋亡概述
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病理生理学
44
细胞凋亡与坏死的比较
坏死
性质
病理性，非特异性
诱导因素 强烈刺激，随机发生
生化特点 被动过程，无新蛋白合成，不耗能
形态变化 细胞肿胀，细胞结构全面溶解破坏
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2001
Leland H. Hartwell
1/3 of the prize USA
Fred Hutchinson Cancer Research Center Seattle, WA, USA
b. 1939
人民卫生出版社
人民卫生出版社
病理生理学
30
S期检查点
Cdk 2
cyc E cyc A
Cdk 2
cyc E cyc A
Cdk7/cyc H
Cdk 2
cyc E cyc A
P
(T-160)
S phase progression
细胞增殖和凋亡异常与疾病
Bcl-2
MPT开放 膜通透性↑、线粒体肿胀、△m↓ Caspase抑制剂
Cyt.c +
Apaf-1 ATP
AIF
apoptosome Cyt.c Apaf-1活化
Cyt.c Apaf-1活化
CARD
caspase-independent apoptosis
Caspase-9 Pro-Caspase-3
细胞凋亡与坏死的区别★
生理性或病理性，特异性 较弱刺激，非随机发生
主动过程，有新蛋白合成， 耗能 胞膜及细胞器相对完整 细胞皱缩，核固缩 溶酶体相对完整 局部无炎症反应
弥散性降解 电泳呈均一DNA片状 无
无
DNA片段化（180-200bp） 电泳呈“梯”状条带 有
有
———————————————————
1.死亡受体介导的调亡通路
■死亡受体
TNFR、FasR、DR3、DR4、DR5等
是一类通过与相应配体结合，传递细胞凋亡信号的跨胞膜蛋白。
■通路（pathway）
2、线粒体介导的凋亡通路
二、细胞凋亡的过程与调控
1、凋亡信号
2、凋亡信号转导
3、凋亡相关基因激活
4、细胞凋亡的执行（酶）
3、凋亡相关基因激活
CD4+cell
㈢细胞凋亡不足与过度共存
• 动脉粥样硬化 ( atherosclerosis, AS )：
oxLDL ↑ 活化血小板 ↑ Ang II 高血压
内皮凋亡↑ 平滑肌凋亡不足 （增殖↑>凋亡↑ ）
内皮屏障↓
细胞凋亡异常与常见疾病
一 二 细胞凋亡的概述 细胞凋亡的过程与调控
目录
三
四
细胞凋亡调控异常与疾病
2细胞增殖、凋亡异常与疾病
第二章疾病的细胞机制细胞是人体的基本单位，也是遗传的基本单位，细胞的健康和功能正常也是生命所系。
目前，大家都认为在临床上许多疾病的发生与细胞损伤有密切的关系。
因为，病因作用于机体后，总会通过不同的途径造成细胞损伤，从而引起疾病的发生。
细胞的损伤可以分为两类型：①细胞直接损伤导致疾病的发生；②细胞间接损伤推动疾病的发生、发展。
两者是有区别的。
所谓疾病的细胞机制在很大程度上是探讨造成细胞损伤的原因和细胞损伤后引起疾病发生的机制。
尤其是细胞的直接损伤，当然也包括细胞的生物信号失控导致的细胞增殖、分化和凋亡的异常。
（1）细胞直接损伤原因：有理化因素（外力、高温、低氧、氰化物中毒），病原微生物（肝炎病毒、疟原虫）等对细胞造成直接损伤。
另外，细胞自身的增殖、分化、调亡的异常也是细胞损伤的重要原因。
（2）细胞间接损伤原因：主要是指在疾病的发生发展过程中造成细胞的损伤。
例如，CO中毒、休克时有效循环血量不足和微循环障碍引起的组织细胞的缺氧和代谢异常等造成细胞间接损伤，细胞的间接损伤反过来又推动疾病的发展和转归。
细胞的不同部位损伤或功能异常可以引起不同的疾病或病理变化。
例如：细胞膜损伤，如膜上粘连蛋白缺失在肿瘤细胞易导致瘤细胞脱落和转移；膜上胰岛素受体缺乏，引起细胞的糖代谢障碍，导致Ⅱ型糖尿病发生；内质网对缺陷蛋白降解障碍，就会导致海绵样脑病、克雅氏病（疯牛病）的发生。
另外，肌细胞线粒体异常可以引起线粒体肌病。
第一节细胞增殖分化异常与疾病一、概念1．细胞增殖（cell prolifeation）细胞增殖是指细胞分裂和再生的过程，细胞通过分裂进行增殖，使遗传信息传给子代，保持物种的延续和数量增多。
2．细胞分化（cell differentiation）细胞分化是指在细胞增殖时，子代细胞在形态、结构和生理功能上产生差异的过程。
增殖与分化在细胞生命活动中是紧密相连的，细胞在增殖过程中进行分化，在分化过程中离不开增殖。
如果细胞增殖低下、分化不良可以导致组织器官发育不全；相反，增殖过度，分化不全就可能导致肿瘤发生。
细胞增殖、凋亡异常与疾病
▲
CDK2与cyclin E和A结合后
识别染色体ARS 识别染色体ARS
▲
CDK1与cyclin B1结合(Maturation promoting factor,MPF) 结合( CDK1与cyclin A结合 启动G 启动G2期
▲
磷酸酶P80cdc25
细胞增殖异常
■CDI：复合物 CDI：复合物
cyclin
H2N-
-COOH
Combine
CDK
CDK
PSTAIRE
催化亚基 Cyclin/CDK
图 Cyclin box 结构与功能
细胞增殖异常
Cyclin 周期变化图 Cyclin-CDK复合物及其相关蛋白
Cyclins A B(B1,B2) C D(D1D(D1-3) E F G H 相关CDKs 相关CDKs CDK1， CDK1，CDK2 CDK1(cdc2) CDK8 CDK4(2,5,6) CDK2 CDK7 细胞周期作用 S+G2, M G2, M G1 G1 G1+G1, S S G1 G1,S,G2, M 相关蛋白 p107+E2F，p21， p107+E2F，p21，PCNA p21,PCNA p107+E2F ,p21,PCNA 低物 降解 Rb ubiquitin Rb ubiquitin Rb PEST PEST PEST -
恶性肿瘤
细胞增殖异常机制
细胞增殖异常
1．细胞周期驱动机制失控
■Cyclins的过表达（Overexpression Cyclins的过表达（Overexpression
of cyclins） cyclins）
肿瘤的发生与cyclin（ 肿瘤的发生与cyclin（D、E）过量表达有关。 【Cyclin D1（Bcl-1）过表达原因】（原癌基因） Bcl- ）过表达原因】
细胞增殖和凋亡异常与疾病
*
分类（增殖特性）
细胞周期
周期性细胞（连续分裂细胞）：表皮、骨髓细胞 （洗发水广告→去头屑？ 小肠微绒毛）
G0期细胞（休眠细胞）：肝、肾细胞
终端分化细胞（不分裂细胞）：神经、心肌细胞 人民卫生出版社 病理生理学
*
Kip
CDK的抑制蛋白 p21kip1、p27kip1和p57kip2等 抑制CDK N端保守序列-非共价键-cyclin/CDK复合物结合 ∣ ∣ ↘ ↙ 三元体或四元体
启动凋亡程序
p53↑
p21↑
CyclinE/CDK2复合物活性↓
GADD45↑
DNA损伤（射线）
G1期阻滞
DNA合成、细胞进入S期↓
G1/S期交界调控示意图
*
S期检查点
人民卫生出版社 病理生理学
S phase progression
*
【细胞增殖】
细胞增殖
细胞分裂和再生的过程。 细胞通过分裂进行增殖，把遗传信息传给子代，保持物种的延续和数量增多。 多阶段、多因素参与有序的调节过程 1953年Havard和Palw：细胞周期 人民卫生出版社 病理生理学
*
*
细胞周期素依赖性激酶抑制因子（CKI） Ink4（Inhibitors of kinase 4） Kip（kinase inhibitory protein，Kip） Cip（cdk- interacting protein1） Waf（wild-type p53 activated fragment1） 人民卫生出版社 病理生理学
*
细胞周期素依赖性激酶（CDK）
CDK 丝氨酸/苏氨酸（Ser/Thr）蛋白激酶 CDK家族：CDK l～9 CDK的调控 活化：Cyclin CDK活化激酶（CAK） CDK自身的磷酸化 灭活：CKI/泛素化（ubiquitin）降解
分类（增殖特性）
细胞周期
周期性细胞（连续分裂细胞）：表皮、骨髓细胞 （洗发水广告→去头屑？ 小肠微绒毛）
G0期细胞（休眠细胞）：肝、肾细胞
终端分化细胞（不分裂细胞）：神经、心肌细胞 人民卫生出版社 病理生理学
*
Kip
CDK的抑制蛋白 p21kip1、p27kip1和p57kip2等 抑制CDK N端保守序列-非共价键-cyclin/CDK复合物结合 ∣ ∣ ↘ ↙ 三元体或四元体
启动凋亡程序
p53↑
p21↑
CyclinE/CDK2复合物活性↓
GADD45↑
DNA损伤（射线）
G1期阻滞
DNA合成、细胞进入S期↓
G1/S期交界调控示意图
*
S期检查点
人民卫生出版社 病理生理学
S phase progression
*
【细胞增殖】
细胞增殖
细胞分裂和再生的过程。 细胞通过分裂进行增殖，把遗传信息传给子代，保持物种的延续和数量增多。 多阶段、多因素参与有序的调节过程 1953年Havard和Palw：细胞周期 人民卫生出版社 病理生理学
*
*
细胞周期素依赖性激酶抑制因子（CKI） Ink4（Inhibitors of kinase 4） Kip（kinase inhibitory protein，Kip） Cip（cdk- interacting protein1） Waf（wild-type p53 activated fragment1） 人民卫生出版社 病理生理学
*
细胞周期素依赖性激酶（CDK）
CDK 丝氨酸/苏氨酸（Ser/Thr）蛋白激酶 CDK家族：CDK l～9 CDK的调控 活化：Cyclin CDK活化激酶（CAK） CDK自身的磷酸化 灭活：CKI/泛素化（ubiquitin）降解
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（By stages）
G1→S→G2→M
Cell cycle phase
G1期：DNA合成前期 （RNA和蛋白质合成） Interphase
S期：DNA合成期 (DNA复制、组蛋白和非组蛋白)
G2期：DNA合成后期/分裂前期（微丝、微管蛋白，
成熟因子等合成）
M phase M期：有丝分裂期
Mitosis
向后期转变。
（5）细胞周期检查点
保证细胞周期中DNA复制和染色体分配质量的检查机制，为负反 馈调节机制 DNA 损伤检查点 G1/S交界处检查，DNA损伤则停在G1 期，以进行修复后复制
DNA复制检查点
纺锤体组装检查点
S/G2交界处检查，负责检查DNA复制 进度 G2/M交界处检查，检查有功能的纺锤 体形成，管理染色体的正确分配
CAK（CDK activation kinase,CDK活化激酶）
由cyclin H、CDK7和P36蛋白组成的复合物 调节大多数CDK活性 本身通过CDK7 Thr170残基的磷酸化后被激活 是转录因子TFIIH的组成成分，在RNA转录中发挥作用
【CDK活化与调控细胞周期】
▲
CDK2与cyclin E结合， CDK4、CDK6与cyclin D1、D2、D3结合 pRb磷酸化 游离E2F释放 DNA合成↑ 启动G1期 启动S期 促进S期 启动M期
2001 Nobel Prize
Leland H. Hartwell 1970s “Checkpoint” Yeast genetics ~100 CDC genes
Paul M. Nurse 1970s CDKs yeast
Tim Hunt 1980s Cyclins Sea Urchins
【细胞增殖过程】
1. 细胞周期自身控制（Regulation of intracellular signals ） 细胞周期调控机制的核心是一组周期素依赖性蛋白激酶 （Cyclin dependent kinase, CDKs）
Key spot：Cyclin、 CDKs、 CDI、Checkpoint of cell cycle。
细胞增殖和凋亡异常与疾病
Abnormal Cell Proliferation, Apoptosis and Related of Disease
Chen Wei Associate professor chenwei566@
瘤细胞为什么会发生？
裸鼠的结肠癌病理模型复制
胃癌手术后肿瘤细胞转移 患者
Cyclin 周期变化图
Cyclin-CDK复合物及其相关蛋白
Cyclins A B(B1,B2) 相关CDKs CDK1，CDK2 CDK1(cdc2) 细胞周期作用 S+G2 / M G2 / M 相关蛋白 p107+E2F，p21，PCNA p21,PCNA 底物 降解 Rb ubiquitin Rb ubiquitin
பைடு நூலகம்
对细胞周期前一事件作出反应，保证细胞增殖按质完成
检查点工作方式
探测器：检测上一期进展的质量问题；
传感器：将探测器所检获的“质量问题”信号下传 效应器：由效应器去中断细胞周期进程并开动修复机制
CDK既是细胞周期转折的主要调节因子，也是细胞周期 检查点的效应器。
Cell cycle checkpoints
CDK4、CDK6
▲
【抑制途径】
▲
CDIs通过直接结合CDK-cyclin复
合物的磷酸化活化部位，抑制CDK
的激酶活性。
▲
P16INK4a通过结合CDK4单体，
阻断它与cyclins的结合。
■癌基因与抑癌基因
CDI
1.Ink: p16ink4a在S期达到高峰，是G1/S限制点负调控 机制的重要组成部分。 2.P21kip1作用较强，作用谱较广泛。主要调控细胞 周期确保遗传物质精确地传递给下一代，以消除 DNA损伤而引发的肿瘤。 3.P27kip1为停止细胞分裂所必需，在休止细胞内高 表达，在增殖细胞内低表达。与G1后期的 cyclinE/CDK2复合物结合，抑制其磷酸化。
(CDI)
细胞周期的控制（Regulation of the cell cycle）
Regulation of the cell cycle
Regulation of the cell cycle by intracellular signals Regulation of the cell cycle by extracellular signals
短寿命蛋白C-末端都有一个(或一个以上)富含Pro(P), Glu(E), Ser(S)和Thr(T)的序列(脯氨酸（P），谷氨酸 （E），丝氨酸（S），及苏氨酸（T）残基)的40个aa残 基组成的结构域，简称PEST序列，它可以影响到某些蛋 白的稳定性 。 PEST 样序列中3 个赖氨酰残基可能是其泛素化结合位 点，将3个赖氨酰残基都进行突变，ste3p 的泛素化和胞 吞会严重受损。
C
D(D1-3) E F G H
CDK8
CDK4(2,5,6) CDK2 CDK7
G1
G1 G1+G1 / S S G1 G1/ S,G2 /M
p107+E2F ,p21,PCNA -
Rb -
PEST
PEST PEST -
Rb,p21,p27,p15,p16,PCNA Rb
CDK1,4,6 -
Cdks
Cell cycle checkpoints
2. 细胞外信号的调控
CDI可抑制其活性
泛素降解CDK
Cdks
cyclins
自1983年首次发现周期蛋白后，许多科学家纷纷 开展周期蛋白研究，短短10年就从各种生物中克 隆分离了数十种周期蛋白，如酵母的Cln1、Cln2、 Cln3、Clb1-Clb6，高等动物的周期蛋白A1-2、B1-3 、C、D1-3、E1-2、F、G、H等等。 各种周期蛋白均含有100个左右的保守氨基酸序列 ，称为周期蛋白框，它可介导周期蛋白与CDK结 合。 M期周期蛋白(A2,B1)分子的N端含有破坏
框。G1期周期蛋白分子的C端含有一个PEST序 列。
部分周期蛋白分子结构特征 图中除Cln3外，均为人的周期蛋白分子，所有这些分 子均含有一个周期蛋白框。
100aa组成cyclin box
调节亚基
Cyclin
-COOH
H2N-
cyclin
Combine
CDK
PSTAIRE
CDK
催化亚基
Cyclin/CDK Cyclin/CDK/CDI
Yeast
CDK CDK1(CDC28) CDK1(CDC28) CDK1(CDC28) CDK1(CDC28)
CDK1(CDC2) Clb 1-4
●CDKs家族
CDKs是一组丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。称为CDK1~9。
【CDK1活化促进G2/M转换】
Thr14、Tyr15抑制部位去磷酸化
Cyclin与CDK1结合、磷酸化 CDK1活化 CAK对CDK1活化部位的磷酸化
Interphase
Prophase
Prometaphase
Metaphase
Anaphase
Telophase
Cytokinesis
Phases of the cell cycle
DNA Cell Cycle Analysis
细胞（增殖）周期特点
单向性: G1S G2 M
阶段性: 各期细胞形态和代谢特点有明显差异。
Thr161
Cell cycle
CDK活化激酶（CDK activation kinase,CAK）
【CDKs活化部位与抑制部位】
CAK对CDK1活化部位磷酸化活化，同时伴有抑制部位磷酸化活化。
▲活化部位（CDK1Thr161）磷酸化
▲抑制部位（CDK1Thr14、Tyr15）去磷酸化依赖P80cdc25酶作用
Cyclin box 结构与功能
Classification
Cyclin B1、Cyclin A、Cyclin E、 Cyclin D1,D2,D3, F,G,H,T。
细胞周期蛋白的破坏框与降解途径
G1周期蛋白也通过类似的途径降解，但其N端没有 破坏框，C端有一段PEST序列与其降解有关。
PEST
▲ pRb蛋白：人视网膜母细胞瘤基因 肿瘤抑制基因, 作用于G1期，阻止G1到S期的转化。 Rb蛋白在G1期呈低磷酸化状态，在晚G1期，S、G2、M期 则高磷酸化；
低磷酸化Rb与E2F结合，抑制其介导的激活作用，阻止G1
到S期的转变；
高磷酸化Rb不能与E2F结合，不能抑制其功能。
Rb磷酸化时，E2F被释放，启动多种对细胞周期的进行很重要的基 因转录，包括二氢叶酸还原酶、胸苷激酶、DNA多聚酶α、胸苷酸 合酶（thymidylate synthase）、b-myb、CDK1及c-myc等基因。
Kinase complex
G1-CDK G1/S-CDK S-CDK M-CDK
Cyclins Vertebrate
Cyclin Cyclin D* Cyclin E Cyclin A Cyclin B CDK CDK4 、6 CDK2 CDK2 Cyclin Cln 3 Cln 1、2 Clb 5、6
Cyclins降解主要是泛素-蛋白酶体进行泛素化降解
SUMO
泛 素
蛋白质
降解的蛋白
(4)泛素依赖的蛋白溶解系统
CDC34途径：
水解CDI，促使细胞从G1期转换到S期；
后期促进复合体(anaphase-promoting
complex,APC)途径： 通过E3 ligase与有丝分裂后期的抑制因子和有丝分裂 cyclin结合并将其水解，从而促使细胞有丝分裂中期