第七章 细胞周期与肿瘤 08-11-3
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
cycle） • 1971年 Yoshio Masui 发现MPF • 20世纪70-80年代 Leland Hartwell, Paul nurse和 Tim
hunt发现CDK和cyclin
9
1971年 Yoshio Masui发现，非洲爪蟾卵的有丝分 裂和减数分裂被一种物质所启动，他将这种物质 称为成熟促进因子(Maturation Promoting Factor, MPF)。
但是肿瘤的恶性增生从生物学角度看，主要表现 在两个方面：一是肿瘤细胞的永生化（凋亡障 碍）；二是肿瘤细胞的增殖失控，这两方面均已 成为肿瘤发生发展研究的热点。
6
肿瘤是一类细胞周期调控机制破坏的疾病, 对细胞 周期调控机制和肿瘤细胞周期调控机制改变的重 大发现, 对认识肿瘤发生和演进、临床诊断与治疗 有十分重要的意义。
• 许多化疗药物正是通过这类细胞周期特异性细胞 凋亡，达到治疗肿瘤的目的。
62
三．细胞周期与细胞分化
• 细胞周期机制也调控着细胞分化。 • P21CKI参与角化细胞的分化 • Rb磷酸化能释放出其“扣留”的转录因子E2F,
驱动细胞周期的进行，去磷酸化时参与细胞的 分化，如在MyoD的参与下，促使肌母细胞分化。
10
1975年Leland Hartwell在芽殖酵母中、Paul Nurse在裂殖酵母中分别发现了编码酵母MPF的 基因-细胞分裂周期基因(cell divide cycle, CDC), 并编以序号(如CDC2 、CDC28)。
1983年，Tim Hunt发现MPF由两个基因编码的蛋白质共 同组成：
21
第二节 细胞周期调控的两大机制
一．细胞周期的驱动机制 二．细胞周期的监控机制
39
一．细胞周期的驱动机制
• 细胞周期能否启动进行细胞增殖，主要的调控 点在G1期晚期 -“限制点”（restriction point, R)，它决定细胞是否通过G1期，进入S期.
40
• 人类细胞是否能够通过R点进入细胞周期，主要 受生长因子调控。
• 抑制信号（TGF-β）：促进CKI表达增加, 抑制 CyclinD -CDK4/6复合物的功能，使细胞阻滞 在G1期。
二．细胞周期的监控机制
细胞周期通过细胞内固有的监控机制 - 检测点 （check point）以保证细胞复制的忠实性。
检测点分类 DNA损伤检测点 时相次序检测点
检测点功能 探测→制动→修复→决定（死亡或分化）
16
CDK调控机制
细胞周期事件受控于精密的细胞周期调控机制。 细胞周期调控机制的核心是一组(Ser/Thr)蛋白激酶，它们
各自在细胞周期内特定的时间激活，通过对相应底物的磷 酸化，驱使细胞完成细胞周期。 这些蛋白激酶的细胞周期特异性或时相性激活，依赖于一 类细胞周期特异性或时相性表达、累积与分解的蛋白质。
一个为56KD的蛋白质，在细胞周期中呈时相性起伏，称 为细胞周期素（cyclin）
一个为34KD蛋白质，具有蛋白激酶功能，因其在裂殖酵 母为CDC2编码，芽殖酵母为CDC28编码，故称为 p34cdc2/28, 又因为与cyclin结合的p34cdc2/28才有活 性，又称为细胞周期素依赖性蛋白激酶(cyclindependent kinase, CDK)。
的分子基础。
20
CDKs活性受以下几种机制的调控： Cyclins的时相性表达与降解 CDK激活性蛋白激酶(CDK Activating Kinase, CAK) 对CDK Thr 160/161磷酸化 Weel/CDC25对Thr14/Tyr15磷酸化和去磷酸化 CDK抑制物(CKI)对CDK的抑制
66
一．wk.baidu.com胞周期监控机制的破坏
细胞周期中检测DNA损伤的检测点至少有两处：
G1-S过渡期，为控制进入S期的检测点，防止DNA受 损细胞进入S期的DNA复制。
• CDK 激活的底物主要有PRB、E2F、P107等, 具 有促进细胞周期时相转变、启动DNA 合成、运行 细胞分裂、推进细胞周期运行的重要功能。
• 人类细胞主要的CDK有: CDK1(CDC2), CDK2 , CDK4, CDK6。
19
CDK 是细胞周期调控网络的核心 cyclin 对CDK 具有正性调控作用 CKI 对CDK 具有负性调控作用 CDK、 cyclin和CKI共同构成了细胞周期调控
第七章 细胞周期与肿瘤
(Cell cycle and cancer)
1
细胞周期(cell cycle) 是细胞生命活动的基本过程, 指从细胞分裂结束开始, 到下一次细胞分裂结束为 止的过程。
DNA 合成和细胞分裂是细胞周期两个主要事件。 在这一过程中, 细胞的遗传物质(DNA)经过复制平
均分配到两个子细胞中。
42
细胞周期的驱动机制
生长因子
早期应答基因 (Jun,Fos,Myc)
R点(Rb)
延迟应答基因
cyclinD-CDK4/6 cyclinE-CDK2
43
• 联结信号传导与细胞周期机制有两条途径： – 通过CyclinD-CDK4/6 – 通过CyclinE-CDK2
44
• 生长信号（GF）：通过早期应答基因传递到细 胞周期调控机制时, 首先是cyclinD的表达增加, 与CDK4/6形成复合物，使细胞周期运行。
2
细胞周期时相
间期 Interphase: G1, S, G2 有丝分裂期 Mitosis:
前期prophase 中期metaphase 后期anaphase 末期telophase
3
4
细胞有丝分裂过程
5
目前从流行病学、病因学、遗传学多方面对肿瘤 进行了深入研究，认识到肿瘤是多因素作用、多 基因异常、多阶段演进所形成的。
55
细胞周期调控机制小结
细胞周期由一系列瀑布式的CDKs激活所驱动 CDKs的激活受控于四大机制 (cyclin, CAK,
Weel/CDC25, CKIs) CDKs激活执行细胞周期的两大生物学功能: 复
制和分裂
56
第三节 细胞周期的界面机制
57
• 当静止期细胞将正负生长信号整合后，启动进 入细胞周期，经过各种检测点，将面临三种主 要归宿：分裂、分化和死亡，说明细胞周期与 信号传导、基因转录、DNA修复、细胞凋亡、 细胞分化等多种生命活动的界面之间，存在密 切的联系。
58
一．细胞周期与DNA修复
• 所有的真核细胞中都存在一整套高度保守的完整 的精密机制，承担着DNA损伤、错误地发现，并 将其信号传递给相应的机制，去阻滞细胞周期的 运行，并同时进行DNA损伤的修复。然后视修复 情况，决定继续分裂或死亡，执行一系列细胞的 重要生命活动。
59
这一过程包括：传感器→制动→修复→决定 发现DNA损伤的传感器(Sensor) 受损细胞的制动或扣留(Arrest ) DNA修复(Repair) 决定(Decision) 继续分裂或凋亡
17
细胞周期内特异性、时相性表达的蛋白质称为细胞 周期素cyclin。
依赖cyclin的调控细胞周期的蛋白激酶称为细胞周 期素依赖性激酶 cyclin-dependent kinase, CDK。
18
• CDKs 在整个细胞周期中的含量是平稳的, 但在细 胞周期不同时相中, 不同的cyclins 的集聚与相应 CDKs 结合并被激活。
46
（一） DNA损伤检测点
p53 pathway (主要为G1期检测点) Cdc25 pathway (主要为G2期检测点)
47
（二）时相次序检测点
时相次序检测点主要起保护DNA复制和染色 体分配的轮流完成的作用。
包括两个调控过程 S期启动的调控 有丝分裂后期调控
51
时相调控过程的两步制约
这一认识驱动着科学家们在20世纪最后20年，围 绕细胞周期进行了卓有成效和研究。
7
历史回顾
8
• 1665年 Robert Hooke发现细胞, 并称之为小房(cell) • 1858年 Rudolf Virchow 建立细胞理论 • 1882年 观察到在细胞生长过程存在两种形式： 有丝分裂
期（染色体）和间期（染色质） • 1951年 Howard和Pelc发现细胞分裂周期（cell divide
One of key regulators of The cyclins bind to the CDK the cell cycle, CDK (cyclin dmeopleencudleenst aknindarseeg),uclaotnettrhoels
tahcetivcietlyl coyf cCleDKviactthiveity by
degraded during each cell
chyocwlen. oTrhmealleavnedlscoafntcheersceells
pderovteelionps. vary up and down
during the cell cycle.
2001年，Leland Hartwell，Paul nurse和 Tim hunt因成功揭 示细胞周期分子机制而共同获得第100届诺贝尔生理学与医学 奖。这标志着细胞周期的研究已获得全世界的认同，为细胞周 期与肿瘤的研究奠定了基础。
• 1. S期启动（DNA复制）的调控
– 第一步Pre-RC组装 – 第二步S期CDK/DDK的激活，激活后的S期
CDK又抑制Pre-RC的再组装。
52
S期启动的调控
ORC CDC6p McM
CDK2+CyclinE ↓
→Pre-RC组装→DNA复制启动 ↑
DDK+ Dbf4
G1期
晚G1期
S期
Pre-RC:复制前复合物（pre-replication complex,Pre-Rc）
psehloescptihnogrythlaeticoenllopfrotheienrs to
pbreoptehionssp. horylated.
AThdedsiteiofninadl ipnrgosteleindst(otermed
Cyclins) are formed and important insights into
63
第四节 肿瘤细胞周期机制的破坏
64
肿瘤细胞周期机制的破坏可表现在三个层面 监控机制破坏 驱动机制破坏 界面机制破坏
65
一．细胞周期监控机制的破坏
细胞周期的监控机制 - 检测点(check point)是细 胞基因组完整性的重要保证。
在细胞周期的DNA复制和染色体分离过程中受到 检测点的精密控制，这些监控机制的破坏，将导 致遗传的不稳定性。
14
第一节 细胞周期机制的核心CDK调控机制
15
在进化过程中, 细胞发展并建立了一系列的调控机 制, 以确保细胞周期严格有序地交替和各时相依次 有序变更。
与细胞周期调控有关的分子主要有3 大类: 细胞周期素 (cyclin) 细胞周期素依赖性激酶(cyclin-dependent kinase ,CDK) 细胞周期素依赖性激酶抑制物 (cyclindependent kinase inhibitor ,CKI) ,
60
在人类执行传感器任务的是ATM和p53基因。 细胞G1/S期阻滞主要通过p21，G2/M期阻滞主
要通过GADD45。 DNA修复机制主要有错配修复和切除修复。
61
二、细胞周期与细胞凋亡
• 细胞凋亡表现为细胞周期特异性，即不同因素诱 导的细胞凋亡发生在细胞周期不同的时相。这类 细胞凋亡的发生，往往是细胞先被阻滞在细胞周 期的某一时相，然后发生细胞凋亡。
• 只要有相应的生长因子，细胞就能通过了R点, 依次完成G1、S、G2、M期。
• 如果G1期缺乏生长因子，细胞周期运行将停止 在R点，细胞进入G0期。
41
• 生长因子通过多种信号转导途径，启动多种基因 转录，驱使细胞进入细胞周期，进行生长分裂。
• 根据基因转录后mRNA出现的时间，这些基因可 分为早期应答基因和延迟应答基因二类。
ORC: 起始点识别复合物（Origin Recognition Complex）
DDK:Dbf4依赖性蛋白激酶（Dbf4-Dependent Kinase）
53
时相调控过程的两步制约
2. 有丝分裂后期调控：
第一步CDK1激活→姐妹染色体排列于两极 的纺锤体之间；
第二步APC激活→姐妹染色体分离和M期 Cyclin降解
hunt发现CDK和cyclin
9
1971年 Yoshio Masui发现，非洲爪蟾卵的有丝分 裂和减数分裂被一种物质所启动，他将这种物质 称为成熟促进因子(Maturation Promoting Factor, MPF)。
但是肿瘤的恶性增生从生物学角度看，主要表现 在两个方面：一是肿瘤细胞的永生化（凋亡障 碍）；二是肿瘤细胞的增殖失控，这两方面均已 成为肿瘤发生发展研究的热点。
6
肿瘤是一类细胞周期调控机制破坏的疾病, 对细胞 周期调控机制和肿瘤细胞周期调控机制改变的重 大发现, 对认识肿瘤发生和演进、临床诊断与治疗 有十分重要的意义。
• 许多化疗药物正是通过这类细胞周期特异性细胞 凋亡，达到治疗肿瘤的目的。
62
三．细胞周期与细胞分化
• 细胞周期机制也调控着细胞分化。 • P21CKI参与角化细胞的分化 • Rb磷酸化能释放出其“扣留”的转录因子E2F,
驱动细胞周期的进行，去磷酸化时参与细胞的 分化，如在MyoD的参与下，促使肌母细胞分化。
10
1975年Leland Hartwell在芽殖酵母中、Paul Nurse在裂殖酵母中分别发现了编码酵母MPF的 基因-细胞分裂周期基因(cell divide cycle, CDC), 并编以序号(如CDC2 、CDC28)。
1983年，Tim Hunt发现MPF由两个基因编码的蛋白质共 同组成：
21
第二节 细胞周期调控的两大机制
一．细胞周期的驱动机制 二．细胞周期的监控机制
39
一．细胞周期的驱动机制
• 细胞周期能否启动进行细胞增殖，主要的调控 点在G1期晚期 -“限制点”（restriction point, R)，它决定细胞是否通过G1期，进入S期.
40
• 人类细胞是否能够通过R点进入细胞周期，主要 受生长因子调控。
• 抑制信号（TGF-β）：促进CKI表达增加, 抑制 CyclinD -CDK4/6复合物的功能，使细胞阻滞 在G1期。
二．细胞周期的监控机制
细胞周期通过细胞内固有的监控机制 - 检测点 （check point）以保证细胞复制的忠实性。
检测点分类 DNA损伤检测点 时相次序检测点
检测点功能 探测→制动→修复→决定（死亡或分化）
16
CDK调控机制
细胞周期事件受控于精密的细胞周期调控机制。 细胞周期调控机制的核心是一组(Ser/Thr)蛋白激酶，它们
各自在细胞周期内特定的时间激活，通过对相应底物的磷 酸化，驱使细胞完成细胞周期。 这些蛋白激酶的细胞周期特异性或时相性激活，依赖于一 类细胞周期特异性或时相性表达、累积与分解的蛋白质。
一个为56KD的蛋白质，在细胞周期中呈时相性起伏，称 为细胞周期素（cyclin）
一个为34KD蛋白质，具有蛋白激酶功能，因其在裂殖酵 母为CDC2编码，芽殖酵母为CDC28编码，故称为 p34cdc2/28, 又因为与cyclin结合的p34cdc2/28才有活 性，又称为细胞周期素依赖性蛋白激酶(cyclindependent kinase, CDK)。
的分子基础。
20
CDKs活性受以下几种机制的调控： Cyclins的时相性表达与降解 CDK激活性蛋白激酶(CDK Activating Kinase, CAK) 对CDK Thr 160/161磷酸化 Weel/CDC25对Thr14/Tyr15磷酸化和去磷酸化 CDK抑制物(CKI)对CDK的抑制
66
一．wk.baidu.com胞周期监控机制的破坏
细胞周期中检测DNA损伤的检测点至少有两处：
G1-S过渡期，为控制进入S期的检测点，防止DNA受 损细胞进入S期的DNA复制。
• CDK 激活的底物主要有PRB、E2F、P107等, 具 有促进细胞周期时相转变、启动DNA 合成、运行 细胞分裂、推进细胞周期运行的重要功能。
• 人类细胞主要的CDK有: CDK1(CDC2), CDK2 , CDK4, CDK6。
19
CDK 是细胞周期调控网络的核心 cyclin 对CDK 具有正性调控作用 CKI 对CDK 具有负性调控作用 CDK、 cyclin和CKI共同构成了细胞周期调控
第七章 细胞周期与肿瘤
(Cell cycle and cancer)
1
细胞周期(cell cycle) 是细胞生命活动的基本过程, 指从细胞分裂结束开始, 到下一次细胞分裂结束为 止的过程。
DNA 合成和细胞分裂是细胞周期两个主要事件。 在这一过程中, 细胞的遗传物质(DNA)经过复制平
均分配到两个子细胞中。
42
细胞周期的驱动机制
生长因子
早期应答基因 (Jun,Fos,Myc)
R点(Rb)
延迟应答基因
cyclinD-CDK4/6 cyclinE-CDK2
43
• 联结信号传导与细胞周期机制有两条途径： – 通过CyclinD-CDK4/6 – 通过CyclinE-CDK2
44
• 生长信号（GF）：通过早期应答基因传递到细 胞周期调控机制时, 首先是cyclinD的表达增加, 与CDK4/6形成复合物，使细胞周期运行。
2
细胞周期时相
间期 Interphase: G1, S, G2 有丝分裂期 Mitosis:
前期prophase 中期metaphase 后期anaphase 末期telophase
3
4
细胞有丝分裂过程
5
目前从流行病学、病因学、遗传学多方面对肿瘤 进行了深入研究，认识到肿瘤是多因素作用、多 基因异常、多阶段演进所形成的。
55
细胞周期调控机制小结
细胞周期由一系列瀑布式的CDKs激活所驱动 CDKs的激活受控于四大机制 (cyclin, CAK,
Weel/CDC25, CKIs) CDKs激活执行细胞周期的两大生物学功能: 复
制和分裂
56
第三节 细胞周期的界面机制
57
• 当静止期细胞将正负生长信号整合后，启动进 入细胞周期，经过各种检测点，将面临三种主 要归宿：分裂、分化和死亡，说明细胞周期与 信号传导、基因转录、DNA修复、细胞凋亡、 细胞分化等多种生命活动的界面之间，存在密 切的联系。
58
一．细胞周期与DNA修复
• 所有的真核细胞中都存在一整套高度保守的完整 的精密机制，承担着DNA损伤、错误地发现，并 将其信号传递给相应的机制，去阻滞细胞周期的 运行，并同时进行DNA损伤的修复。然后视修复 情况，决定继续分裂或死亡，执行一系列细胞的 重要生命活动。
59
这一过程包括：传感器→制动→修复→决定 发现DNA损伤的传感器(Sensor) 受损细胞的制动或扣留(Arrest ) DNA修复(Repair) 决定(Decision) 继续分裂或凋亡
17
细胞周期内特异性、时相性表达的蛋白质称为细胞 周期素cyclin。
依赖cyclin的调控细胞周期的蛋白激酶称为细胞周 期素依赖性激酶 cyclin-dependent kinase, CDK。
18
• CDKs 在整个细胞周期中的含量是平稳的, 但在细 胞周期不同时相中, 不同的cyclins 的集聚与相应 CDKs 结合并被激活。
46
（一） DNA损伤检测点
p53 pathway (主要为G1期检测点) Cdc25 pathway (主要为G2期检测点)
47
（二）时相次序检测点
时相次序检测点主要起保护DNA复制和染色 体分配的轮流完成的作用。
包括两个调控过程 S期启动的调控 有丝分裂后期调控
51
时相调控过程的两步制约
这一认识驱动着科学家们在20世纪最后20年，围 绕细胞周期进行了卓有成效和研究。
7
历史回顾
8
• 1665年 Robert Hooke发现细胞, 并称之为小房(cell) • 1858年 Rudolf Virchow 建立细胞理论 • 1882年 观察到在细胞生长过程存在两种形式： 有丝分裂
期（染色体）和间期（染色质） • 1951年 Howard和Pelc发现细胞分裂周期（cell divide
One of key regulators of The cyclins bind to the CDK the cell cycle, CDK (cyclin dmeopleencudleenst aknindarseeg),uclaotnettrhoels
tahcetivcietlyl coyf cCleDKviactthiveity by
degraded during each cell
chyocwlen. oTrhmealleavnedlscoafntcheersceells
pderovteelionps. vary up and down
during the cell cycle.
2001年，Leland Hartwell，Paul nurse和 Tim hunt因成功揭 示细胞周期分子机制而共同获得第100届诺贝尔生理学与医学 奖。这标志着细胞周期的研究已获得全世界的认同，为细胞周 期与肿瘤的研究奠定了基础。
• 1. S期启动（DNA复制）的调控
– 第一步Pre-RC组装 – 第二步S期CDK/DDK的激活，激活后的S期
CDK又抑制Pre-RC的再组装。
52
S期启动的调控
ORC CDC6p McM
CDK2+CyclinE ↓
→Pre-RC组装→DNA复制启动 ↑
DDK+ Dbf4
G1期
晚G1期
S期
Pre-RC:复制前复合物（pre-replication complex,Pre-Rc）
psehloescptihnogrythlaeticoenllopfrotheienrs to
pbreoptehionssp. horylated.
AThdedsiteiofninadl ipnrgosteleindst(otermed
Cyclins) are formed and important insights into
63
第四节 肿瘤细胞周期机制的破坏
64
肿瘤细胞周期机制的破坏可表现在三个层面 监控机制破坏 驱动机制破坏 界面机制破坏
65
一．细胞周期监控机制的破坏
细胞周期的监控机制 - 检测点(check point)是细 胞基因组完整性的重要保证。
在细胞周期的DNA复制和染色体分离过程中受到 检测点的精密控制，这些监控机制的破坏，将导 致遗传的不稳定性。
14
第一节 细胞周期机制的核心CDK调控机制
15
在进化过程中, 细胞发展并建立了一系列的调控机 制, 以确保细胞周期严格有序地交替和各时相依次 有序变更。
与细胞周期调控有关的分子主要有3 大类: 细胞周期素 (cyclin) 细胞周期素依赖性激酶(cyclin-dependent kinase ,CDK) 细胞周期素依赖性激酶抑制物 (cyclindependent kinase inhibitor ,CKI) ,
60
在人类执行传感器任务的是ATM和p53基因。 细胞G1/S期阻滞主要通过p21，G2/M期阻滞主
要通过GADD45。 DNA修复机制主要有错配修复和切除修复。
61
二、细胞周期与细胞凋亡
• 细胞凋亡表现为细胞周期特异性，即不同因素诱 导的细胞凋亡发生在细胞周期不同的时相。这类 细胞凋亡的发生，往往是细胞先被阻滞在细胞周 期的某一时相，然后发生细胞凋亡。
• 只要有相应的生长因子，细胞就能通过了R点, 依次完成G1、S、G2、M期。
• 如果G1期缺乏生长因子，细胞周期运行将停止 在R点，细胞进入G0期。
41
• 生长因子通过多种信号转导途径，启动多种基因 转录，驱使细胞进入细胞周期，进行生长分裂。
• 根据基因转录后mRNA出现的时间，这些基因可 分为早期应答基因和延迟应答基因二类。
ORC: 起始点识别复合物（Origin Recognition Complex）
DDK:Dbf4依赖性蛋白激酶（Dbf4-Dependent Kinase）
53
时相调控过程的两步制约
2. 有丝分裂后期调控：
第一步CDK1激活→姐妹染色体排列于两极 的纺锤体之间；
第二步APC激活→姐妹染色体分离和M期 Cyclin降解