细胞周期检验点调控

第20章 细胞周期检控点的调控
第一节
1.细胞周期 2.复制方式 3.细胞周期检控点
概述
一、细胞周期概念
• 细胞周期（cell cycle）:
是指细胞从上一次分裂结束开始生长， 到下一次细胞分裂结束所经历的过程，又 称细胞增殖周期。 正在增殖的真核生物细胞的细胞周期 包括两个时相：间期和有丝分裂期。
（四）S/M检控点
• 也叫DNA复制检控点。当DNA复制被阻断时， 该检控点发现未完成复制的DNA，阻止细胞 进入有丝分裂，防止未完成复制的染色质 的提前凝集（PCC）。 • 激活S/M检控点的信号：DNA损伤或核苷缺 乏而引起的复制叉的停止。
（五）纺锤体组装检控点
• 作用：在有丝分裂中期，当纺锤丝未能正 确地连接到染色体的动粒上时，通过抑制 APC的泛素连接酶活性，抑制姐妹染色单体 的分离，阻止细胞从有丝分裂中期向后期 过渡，以保证复制后的染色体精确地分配 到两个子细胞核中。
• 复制的开始有赖于在复制起始点上复制起始复合 物的形成，而细胞对此复合物的形成进行着严格 的调控，如果发现受损的DNA，就会减慢或者停 止尚未起始的复制起始点的发动。
细胞周期检控点
• 细胞周期进程中的一些控制点。主要是当 DNA受到损伤（有时也包括细胞遇到营养缺 乏等不利条件）时，这些调控点通过减慢 或暂时中止细胞周期的进程而提供给细胞 足够的时间用以修复受损的DNA（或度过危 机）。
（二）S期内检控点
• 当细胞在S期发生DNA损伤时，S期内检控点 被激活，暂时地、可逆性地抑制尚未起始 的那些复制起始点的启动，使DNA复制速度 减慢（如图20-5）。 • 当S期内检控点基因发生缺陷时，会导致细 胞在受到DNA损伤时DNA复制不能有效地减 慢。
（三）G2/M检控点
• 当存在DNA损伤时，G2/M检控点阻止细胞 进入有丝分裂期（M期）。 • 有紫外线引起的DNA损伤主要是通过ATRChk1信号转到通路；由电离辐射引起的双 链断裂，通过ATM-Chk2和ATR-Chk1 通路， G2/M检控点被激活。 • 在人的细胞中，p53和p21在G2/M检控点 的保持中也起着重要作用。
4.Claspin：
• 是一种在ATR-Chk1检控点通路中发挥作用的 蛋白。它介导ATR与Chk1蛋白之间的相互作 用，是ATR与Chk1所必需的。 • 免疫沉淀（IP）和pull-down实验。
5.Cdc25： • Cdc25A能够去除S期所需要的CDK2上的抑制 性磷酸根，从而激活CDK2； Cdc25A和 Cdc25C（主要是后者）能够去除进入M期所 需要的CDK1（Cdc2）上的抑制性磷酸根， 从而激活CDK1。
6.p53和p21
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（四）细胞周期检控点反应的特 点
• 对于局部DNA损伤，一个全局性的细胞周期检 控点调控网络能够被十分迅速地激活；发生在 损伤位点的局部事件需要与远处的细胞过程相 协调。
• 检控点反应的开始是通过已有蛋白的翻译后修 饰、重新定位、动态相互作用、构想变化和稳 定性的改变来实现的，要维持其作用还需一些 反应慢却更持久的途径。 • 细胞周期检控点的作用机制非常复杂，在信号 转到通路中充满了交叉会话。
细胞周期中两个最关键的时期
DNA合成期
有丝分裂期
复制方式：真核生物的DNA复制 从 多个起点开始，形成多个 复制叉。
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复制叉
• 复制叉：在DNA复制过程中形成的一种Y字形结构。 复制开始后，由于DNA双链解开，在两股单链上 分别进行复制，在电子显微镜下可观察到伸展成 叉状的结构，称为复制叉。
第二节 细胞周期检控点作用的 分子机制
（一）驱动细胞周期运转的引擎分子 （二）细胞周期检控点是一种调控通路 （三）参与细胞周期检控点调控的分子 （四）细胞周期检控点反应的特点
（一）驱动细胞周期运转的引擎分子
• CDK/Cyclin复合物：由周期蛋白（cyclin）和 周期蛋白依赖激酶（cyclin-dependent kinase,CDK）结合而形成，具有蛋白激酶活 性。其中Cyclin是调节亚基，CDK是催化亚 基。
信号转导 效应器 因子:一些 :CDK活性 激酶（或 的调节因 磷酸酶）； 子。
（三）参与细胞周期检控点调控的 分子
1.ATM和ATR
• 都是非常大的蛋白激酶分子，都与磷酸肌 醇3-激酶有同源性，也被称为PIKKs。 • 主要功能：激活DNA损伤检控点信号转导通 路（以G1/S检控点为例）。
• 研究结果表明，ATM主要对电离辐射引起的 DNA双链断裂做出反应，而ATR则对几乎所 有类型的DNA损伤都能做出反应。 • ATM激酶对于关键的细胞功能如细胞增殖和 分化等并不是必需的。ATR对于正常的细胞 周期进行是必需的。
三类基因的突变导致癌症：癌基因、抑 癌基因和DNA修复基因。
• 癌基因:正常细胞生长、发育和分化过程中 所需要的基因。 • 抑癌基因：正常情况下是调节和控制细胞 生长的基因。 • DNA修复基因:将DNA突变控制在最低水平。
第五节 细胞周期检控点蛋白质 与细胞中其他生命过程的关 系
1.许多蛋白质在参与细胞周期检控点调控及 其他重要生命过程（如DNA复制和修复）时 功能是交叉的。 2.细胞中各种生命活动过程是相互联系的而 且这种联系是通过一些衔接分子的作用而 实现的（举例）。
DNA合成前期（G1期, G1 gap1） 间期
DNA合成期（S期, Synthsis phase）
DNA合成后期（G2期, G2 gap2）
细 胞 周 期
前期 分裂期 中期 后期 （M期） 末期
(Mitosis,division）
细胞周期 中的细胞
G 1期
细胞周期分为： G1期、S期、G2期和 M期 四个时期。
第三节 几个重要的细胞周期检 验点
（一）G1/S检控点 （二）S期内检控点 （三）G2/M检控点 （四）S/M检控点 （五）纺锤体组装检控点
（一）G1/S检控点
• G1/S检控点的作用是在DNA受到损伤时抑制 DNA复制的起始，阻止细胞进入S期。 • G1/S检控点作用的起始和保持是分别由 ATM/ATR-Chk2/Chk1通路和p53-p21通路实 现的。
2.Chk1和Chk2 • 是上游DNA损伤感受因子激酶的底物，同时 又是下游效应器分子的丝氨酸/苏氨酸激酶。 • 在哺乳动物细胞中，Chk2主要是ATM的底物， 而Chk1则主要是ATR的底物。 • P53、Cdc25A和Cdc25C等。
3.Rad17-RFC2-5与9-1-1复合体 • 9-1-1复合体：由Rad9、Rad1和Hus1组成的 三分子聚合体（如图20-3），主要功能是参 与DNA损伤检控点机制。 • Rad17-RFC2-5：在DNA受到损伤时，将9-1-1 复合体加载到DNA上，帮助后者行使其在 DNA损伤检控点中的功能。
第四节 细胞周期检控点与癌症的发生
（一）DNA损伤是导致癌症的主要原因； （二）癌症的发生； （三）三类基因的突变导致癌症。
癌症的发生
• 是基因突变和非基因层次的突变逐渐积累 和选择的过程。
• 许多细胞周期检控点基因陆续被证明是抑 癌基因，当其表达下降或发生丧失功能的 突变时，会导致癌症的发生。 • 防御机制包括：1）细胞中的DNA修复系统； 2）细胞周期检控点； 3）细胞凋亡机制。
驱动细胞周期运转的引擎分子
（二）细胞周期检控点是一种调控通路 从分子水平看，细胞周期检控点是作用 于细胞周期转换时序的调控通路，包含：
起始信号: 营养缺乏、 DNA损伤、 复制叉停 止、以 及应享有 丝分裂的 因素等； 感受因子: 中介因子: 发现和识 促进感受 别起始信 因子和信 号并传递 号转到因 给下游的 子之间的 信号转到 相互作用； 因子；
细胞周期检控点作用
1.
• 使细胞周期变慢或暂时停止。
• 直接或间接地参与或促进DNA的修复。
2.
3.
• 存在于正常细胞周期过程，作为一种质量监 控机制或者说安全保障机制，随时监控者基 因组的完整性，控制着细胞周期的进程。
• 细胞周期检控点与DNA修复系统和细胞凋亡 机制相互配合，共同组成细胞对DNA损伤的 响应系统，维护着基因组的稳定性。失去 细胞周期检控点的调控作用，会导致基因 组的不稳定性，还可能进一步导致细胞的 转化及癌症的发生。