9-1 细胞周期与调控

Three major checkpoints
G1/S; G2/M; M
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G1/S检验点： DNA是否损伤？细胞外环境是否适宜？细胞体积是否足够大？
Role of p53 in G1 arrest induced by DNA damage
G2/M检验点：DNA是否损伤？是否中心粒完成组装？
Regulated primarily by
• cell cycle regulation
Cell cycle control system proteins
G1checkpoint: Fission yeast cells: Start point; Animal cells: Restriction Point
• 将核纤肽磷酸化导致核纤层解体、核膜消失； • 将H1磷酸化导致染色体的凝缩等。
• 在动物中已知7种CDK。均含PSTAIRE保守序列，与周 期蛋白的结合有关。
the molecular features of CDKs
Cdc2 (CDK1) CDK2 CDK3 CDK4 CDK5 CDK6 CDK7 (p40MO15)
第九章 细胞周期
刘光伟教授 北京师范大学生命科学学院
细胞生物学研究所
衰老
机体结构
细胞增殖
细胞分化
细胞凋亡
细胞信号转导
染色体
（DNA与蛋白质的相互作用）
Cell cycle
生命是从一代向下一代传递的连续过程，因此是一个不断 更新、不断从头开始的过程。
细胞增殖是细胞生命活动的重要特征之一。各种生物依赖 细胞增殖维持其生长、生存与繁衍。细胞增殖包含着整个细胞 的生长、DNA复制和细胞分裂，这些都体现在细胞周期进程中， 因此细胞增殖是通过细胞周期实现的。
细胞的生命开始于产生它的母细胞的分裂，结束于它的子 细胞的形成，或是细胞的自身死亡。通常将子细胞形成作为一 次细胞分裂结束的标志。
细胞周期也称为“细胞分裂周期”。是指一个细胞经生长、 分裂而增殖成两个细胞所经历的全过程。在这一过程中，细胞 的遗传物质复制并均等地分配给两个子细胞。
细胞周期概述 细胞周期调控Baidu Nhomakorabea
第二部分 细胞周期调控 1、起始点 (start or R point) 2、细胞周期检查点(cell cycle checkpoints)及作用 3、细胞周期蛋白 cyclin （MPF=cyclin+CDKCKI） 4、细胞周期进程调控 (progression regulatory of cell cycle)
Regulation of the cell cycle of budding yeast
The proliferation of most animal cells is similarly regulated in the G1 phase of the cell cycle. In particular, a decision point in late G1, called the restriction point (R point) in animal cells.
The families of cyclins and Cdks
Cdks: Cdk1, Cdk2, Cdk3, Cdk4, Cdk5....... Cyclins: Cyclin A, Cyclin B, Cyclin C, Cyclin E, Cyclin F,Cyclin G, Cyclin H, Cyclin G, …...
G1checkpoint: Fission yeast cells: Start point; Animal cells: Restriction Point
成熟促进因子 MPF：maturation-promoting factor
卵母细胞
Lab. of Toronto Univ and Yale Univ.
PSTAIRE PSTAIRE PSTAIRE PV/STVRE PSSALRE PLSTIRE NRTAIRE
4. M期（mitosis）细胞分裂期。 细胞的有丝分裂（mitosis）需经前、中、后，末期，是一个连续
变化过程，由一个母细胞分裂成为两个子细胞。一般需1～2小时。
细胞周期分2个时期： Interphase 间期（G1、S、G2） 和M分裂期（ mitosis and cytokinesis ）
第一部分 细胞周期 1、细胞周期概念 2、细胞周期分期 3、各期时长
细胞周期也称为细胞分裂周期。指一个细胞经生长、分裂而增殖成两个细胞所 经历的全过程。分为： G1期(gap1)，分裂完成到DNA复制之前；S期(synthesis phase)，DNA复制阶段； G2期(gap2)，DNA复制完成到分裂之前；M期，又称D期，分裂开始到结束。或
Univ. of Oxford-yeast)
裂殖酵母cdc2基因变异对细胞形态的影响
过表达
野生型
突变型
野生型：可以分裂成两个大小正常的子细胞。 突变型：在非许可温度下不能进入有丝分裂，形成伸长的单个核细胞 过表达：在G2期细胞未达到正常大小，过早进入有丝分裂，子细胞较小。
细胞周期蛋白 Cyclins
maturation promoting factor,
MPF
Purdue Univ.:
Behavior of MPF
早熟凝集染色体 The prematurely condensed chromosome (PCC)
The fusion of M-phase HeLa cell with Ptk cell (G1、S、G2) inducing PCC. Exp. Demonstration that cells contain factors that stimulate entry into mitosis.；
The cyclin that helps drive cells into M phase is called M-cyclin,
cyclin A, cyclin B etc. Whereas, the cyclin that becomes active toward the end of G1 phase and is responsible for driving the cell
细胞周期检验点（check point）
• 组成：感受器、信号传导通路、效应器。 • 主要检验点：
• G1/S检验点：DNA是否损伤？细胞外环境是否适宜？细 胞体积是否足够大？在酵母中称start点，在哺乳动物中 称R点(restriction point)。
• S期检验点：DNA复制是否完成？ • G2/M检验点：DNA是否损伤？ • 中-后期检验点：纺锤体组装检验点。
The second checkpoint: G2/M checkpoint Check for: Whether DNA replication is completed? Whether centrosome has finished duplication?
M检验点：监测染色体在有丝分裂纺锤体上的排列，从而确保了一整套 染色体精确地分布到子细胞。
定义1：在真核细胞周期中浓度周期性、有规律升高和降低的一类蛋白质家族。 是细胞周期调节分子，这类蛋白质通过活化周期蛋白依赖激酶调节细胞周期各时 相的转换与进行。
定义2：一类与细胞周期功能状态密切相关的蛋白质家族，其表达水平随着细胞 周期发生涨落，可通过与特定蛋白激酶结合并激活其活性，从而在细胞周期的不 同阶段发挥调控作用。
①细胞经M期又开始第二次周期；
②停止于G2期，称为G2期细胞（R2），它受某种刺激后可进入周期；
③停止在G1期，称为休止细胞或G0期细胞，这类细胞受某种刺激后 仍 能进入周期，继续进行有丝分裂；
④丧失生命力近于死亡的细胞，称为丢失细胞，或称不再分裂的细胞。 继续分裂的细胞沿着细胞周期从一个有丝分裂期到下一个分裂期。不再 分裂的细胞离开了细胞周期不再分裂，最终死亡。
Organelles 细胞器
Eucaryotic Cell Cycle
A typical mammalian cell has a cell cycle time of 24 hours, with 12 hr G1, 6-8 hr S, 3-4 hr G2, and 1 hr M
在一个增殖的细胞群中，所有细胞并非是同步增殖的，它们在细胞 周期运行中，可能有四种命运：
PEST
48 kDa 48 kDa 33 kDa 32 kDa 44 kDa 66 kDa 87 kDa 29 kDa
细胞周期蛋白cyclin
• 特点：在细胞周期中呈周期性变化。含有一段约100个氨基酸的保守序列，称为 周期蛋白框，介导与CDK结合。
• 作用：激活和引导CDK作用于不同底物。 • 已知30余种，分为4类：G1型、G1/S型、S型、M型。
Check point
The final checkpoint, M checkpoint, occurs during mitosis. It monitors the alignment of chromosomes on the mitotic spindle, thus ensuring that a complete set of chromosomes is distributed accurately to the daughter cells.
MPF(M-Cdk): p34cdc2 cyclinB
Two subunits:
Catalytic subunit transfers ~P from ATP to Ser and Thr;
Regulatory subunit called cyclin
(Marine Biological Lab.at Woods Hole and UC Berkeley
into S phase is called G1-cyclin, for example, cyclin C and cyclin
D.
D46-E2-A2-B1
细胞周期依赖激酶 CDK
• cdc2与细胞周期蛋白结合才具有激酶的活性，故名细 胞周期蛋白依赖性激酶 (CDK)。
• cdc2又称CDK1，可将特定蛋白磷酸化，如：
者包括间期（G1期+S期+G2期）和 M期（ mitosis and cytokinesis ）。
1.G1期（first gap） 从有丝分裂到DNA复制前的一段时期，又称 合成前期。此期主要合成RNA和核糖体。该期特点是物质代谢活跃， 迅速合成RNA和蛋白质，细胞体积显著增大。这一期的主要意义在 于为下阶段S期的DNA复制作好物质和能量的准备。
2. S期（synthesis） 即DNA合成期。在此期，除了合成DNA外， 同时还要合成组蛋白。DNA复制所需要的酶都在这一时期合成。
3. G2期（second gap）期为DNA合成后期，是有丝分裂的准备期。 在这一时期，DNA合成终止，大量合成RNA及蛋白质，包括微管蛋 白和促成熟因子（MPF）等。
A series of experiments on the oocytes and early embryos of frogs revealed the existence of factors trigger DNA replication and promote a cell into mitosis or meiosis, and showed that entry of a cell into M phase is initiated by a protein kinase called MPF (maturation promoting factor or M phase-promoting factor ).
CDK kinase activity: CDK (X) -- Cyclin (X/Y)
The molecular features of Cyclins
Cyclins
A2
R 42
Destruction Box
B1
C
D
E
Cln3
F
G
细胞周期蛋白框
CYCLIN BOX
PEST PEST PEST PEST