分子细胞生物学——细胞周期调控

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2、CIP/KIP (Kinase inhibition protein)
P21cip/waf1 (cyclin inhibition protein 1)、P27kip1(kinase inhibition protein 1)、P57kip2 等，含一相似的 60 个氨基 酸抑制区，能抑制所有G1和S期CDK的激酶活性。 ① P57是CDK2的抑制剂。 ② P21cip/waf1除抑制CDK的激酶活性外，还能与 DNA聚合酶δ的辅助因子PCNA (proliferating cell nuclear antigen)结合，直接抑制DNA的合成。 P53可促进P21cip/waf1的表达，因P53是WAF1/CIP1基 因的转录激活因子。
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（五）细胞周期调控复合物
1. the G1 Cdk complexes; 2. G1/ S-phase Cdk complexes; 3. the S-phase Cdk complexes; 4. the mitotic Cdk complexes. 5. APC(anaphase promoting complex)
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1、Ink4 (Inhibitor of Cdk 4)
P16ink4a、P15ink4b、P18ink4c、P19ink4d等，能专一性 的与CDK4和CDK6结合，并阻止其与周期素的结合反 应，从而特异地抑制CDK4-cyclin D1、CDK6-cyclin D1 复合物的活性，使细胞停留于G1期。 p15、p16受TGFβ的调控，p18 、p19的表达受p53的 调控 。
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周 期 蛋 白 分 子 结 构
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Cyclin D 家族
含有3个成员cyclin D1、cyclin D2、cyclin D3 在G1期开始表达，分裂后期降解。 与CDK2、CDK4、CDK6组成复合体，是启动细胞 由G1期向S期转换的关键因子。
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第十三章 细胞周期 及细胞分裂
李莲军 博士 云南农业大学动物科技学院 2003.9 - 2010.9
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第四节 细胞周期调控
细胞周期调控的关键点：Cyclin、 CDKs、 Cyclin CDKI、Checkpoint of cell cycle。 细胞周期调控有两大机制：
Cyclin C 家族 与CDK8结合，组成CAK，激活CDK。 Cyclin H 家族， cyclin H 的表达在整个细胞周期过程中不呈周 期性变化。 与CDK7结合，组成CAK。 激活CDK、磷酸化RNA-polⅡ 的CTD，调节基 因转录。
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③ P27能与几乎所有的cyclin-CDK复合物结合， 抑制其蛋白激酶活性，使细胞停留于G1期。其作用机 制是抑制cyclin H-CDK7等CAK的活性。 p27的表达受TGFβ的调控，还受cAMP的调节。
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（一）细胞周期蛋白
细胞周期蛋白 cyclin，也称周期素、循环素，指 合成和降解与细胞周期相关，并能与相应的Cdk形成 复合物的一类蛋白。它们与细胞周期依赖性激酶(Cdk) 形成复合物以决定激酶特异性和酶活性。 脊椎动物已发现10余种： cyclin D1、cyclin D2、cyclin D3，cyclin E1、cyclin E2 cyclin A1、 cyclin A2、cyclin A3、 cyclin B1、cyclin B2， cyclin C，cyclin G， cyclin H 。
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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
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cyclins分子结构特点
cyclins均含有由100~150个氨基酸残基组成的保守 区，称为周期蛋白框(cyclin box)，是介导周期蛋白与 CDK结合的活性区域。 此外， cyclins还可含有由降解盒(destruction box) 或PEST序列(脯-谷-丝-苏)，用于决定其降解途径以调 节周期蛋白的水平。 按周期素表达及作用的细胞周期阶段的不同，可将 其分为G1期 (C、D、E)和M期(A、B)两大类。
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（三） CDKs 激活激酶
CAK (CDK activating kinase)有2种： cyclin H-CDK7 及 cyclin C-CDK8。 CDKs 的激活需要与特异性亚基cyclins 结合，并 被cyclin H-CDK7-MAT1 cyclin H-CDK7-MAT1三元复合物(CAK)磷酸化。 (CAK) CDK7-cylin H-MAT1也是转录因子ⅡH(TFⅡH)的 亚基组成部分，磷酸化RNA 聚合酶Ⅱ(RNAP Ⅱ)大亚 基的C-末端结构域 (CTD)。p27能阻止cyclin H-CDK7 的催化作用。
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一、细胞周期时顺调控 二、细胞周期检查点调控 三、细胞周期同步化
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★细胞周期驱动机制(时顺调控机制)； ★细胞周期监控机制(检查点调控机制)。
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细胞周期调控
细胞周期调控是一个非常复杂和精细的调节过程， 有大量调节蛋白参与其中。 此过程的核心是一组细胞周期依赖性蛋白激酶 (CDKs)，而CDKs调节的关键步骤是细胞周期检查点。 细胞周期调控由信号传导通路来实现，并决定细 胞的分裂、分化和凋亡等过程。
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CDKs是一组丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，称为CDK1~9。
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CDK常以使底物磷酸化的形式起作用，其效应是 多方面的，包括DNA合成的启动和终止，染色体的凝 集、运动和松懈，核膜、核仁的崩解和重新形成，核 纤层的降解和重新聚合，纺缍体的形成和消失等。 各种CDK分子在进化上高度保守，都含有一段类 似的CDK激酶结构域，其中一段PSTAIRE的序列相当 保守，与周期蛋白的结合有关。另外，都有多个磷酸 化位点，位点的磷酸化与激酶的活性有关。
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Molec来自百度文库lar Cell Biology
（四）CDK抑制因子
CDK抑制因子(CDK inhibitor, CDKI或CDI、CKI)是
一类细胞周期蛋白依赖激酶抑制剂、主要对细胞周 期起负性调控作用，大部分都是抑癌基因的编码产 物，以多肽的分子量大小来命名。 CDKI分为两大家族： ★INK4 ( Inhibitor of CDK4) ★CIP/KIP (Kinase inhibition protein)
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CDK的催化活性受到激活因素与抑制因素两方面 的调节。CDK的调节物包括：cyclin、CKI、CDK调节 分子、CAK和磷酸酶等。 CDK催化活性的激活： ① CDK与周期素结合 ② 保守苏氨酸残基磷酸化修饰 CDK催化活性的抑制： ① N-端氨基酸残基的抑制性磷酸化 ② 抑制蛋白与其结合(是主要的抑制性调节)
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细胞周期蛋白水平变化
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（二）周期蛋白依赖性激酶
周期蛋白依赖性激酶(cyclin dependent kinase)是指 与周期蛋白结合才具有酶活性的激酶类。现已发现10 余种。 在细胞周期中，CDK的表达量相对恒定，但以非 活性的形式存在，在细胞周期特定的时间与周期素特 异地结合，一种CDK能与多种cyclin结合，以复合体的 形式发挥作用。
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 -
一、细胞周期时顺调控
细胞周期调控的关键物质是细胞周期蛋白(cyclin)， 周期蛋白依赖性蛋白激酶(cyclin dependent kinase, CDK) 和CDK的抑制性蛋白(CDKI)。 不同分子的cyclin和 CDK及CDKI 与其他相关调控蛋 白精确调控细胞周期的每一个时相。 细胞通过调节cyclin的水解和Cdks的连续激活和灭 活来实现周期调控。
底物
降解
Rb ubiquitin Rb ubiquitin Rb PEST PEST PEST -
Cyclin E 家族
有cyclin E1和cyclin E2两种。 其表达水平在G1/S调控点达峰值。 与CDK2、CDK3结合，启动DNA复制。
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Cyclin A 家族 包括cyclin A1、 cyclin A2和cyclin A3 在S期开始表达，G2期达高峰，M期的中期降解。 与CDK2结合， 启动DNA复制。
Cyclin B 家族 含有2个成员cyclin B1和 cyclin B2。 在G2末期开始表达， M期的中期达高峰，M期的 后期降解。 与CDK1、CDK2结合， 促进G2期向M期转换。
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