细胞周期及其调控(讲义)

细胞周期素（Cyclin) —— 调节亚单位
CDK抑制因子（CKI） —— 抑制CDK激酶活性
MPF的发现：一种在G2期形成，能促进M期启动的调控因子，即促细胞成 熟因子或促细胞分裂因子（MPF)。
CDK： (cyclin-dependent protein kinases）
（二）细胞周期调控蛋白的种类
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
G1期
细胞周期分为：G1期、S期、G2期和 M期 四个时期。
蛋白酶体 泛素蛋白 多聚化
M-Cylin降解
泛素蛋白 （Ubiquitin)
4. CDK1活性下降
出M 期
细胞核重建、染色体解螺旋、启动收缩机制。
进出S期调控：
M期末 G1
CD、生长因子） G1— cyclin转录
cyclinD+cdk4/cdk6 G1/S 转换 “Start”
Gadd45和P21WAFl是参与辐射所致细胞G1期阻滞的重要 分子。 P53／P21wAF1通路是通过CDK／周期蛋白活性抑制，Rb脱 磷酸化而发挥作用的。 Gadd（growth arrest and DNA damage ）是一些生长抑 制和DNA损伤诱导的基因，Gadd45是其中一员，也是野 生型P53诱导G1期阻滞的一条通路。
参与的相关蛋白及其作用：
作用方式：旁分泌
生长因子---受体 信号传递与转换
转录因子/调控蛋白
转录、基因的表达
细胞增殖
细胞外信号 EGF、PDGF等
跨膜受体型TPK
GRB2 SOS P P
具TPK活性的受体
二聚化
Ras-GTP
细 胞 膜
Raf P
MAPKK 细 胞 核
反式作用因子 调控基因表达 P P
MAPK
P
调节其他蛋白活性
（二）抑素（chalone)和细胞周期
是一种由细胞自身产生、分泌的，对细胞增殖起 抑制作用的糖蛋白，与膜上的受体结合，引起信号转 换及在胞内传递，影响细胞周期相关的蛋白的表达。 具有严格的组织特异性和细胞周期阶段特异性。 作用于G1期的抑素可阻止细胞进入S期，称S因子 作用于G2期的抑素可阻止细胞进入M期，称M因子
姊妹染色单体分离；核膜、核仁破裂重建。 人为的划分为四个时期：前期、中期、后期、末期。
细胞有丝分裂过程
1.有丝分裂间期
核 核
膜 仁
染色质 中心粒
1.前期
①染色质凝缩，②分裂极确立与纺锤体开始形成， ③核仁解体，④核膜消失。
前 期
纺锤体有三种微管结构：
星体微管：由中心体
向外放射，末端结合 有分子马达，负责两 极的分离 +
4个主要检验点：
– G1/S限制点：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期限制点：DNA复制是否完成？
– G2/M限制点：DNA是否损伤？细胞体积是否足够大？
– 中-后期限制点：纺锤体组装限制点。
Dividing Muscle Myoblast (primative muscle cell)
(SEM x8,000)
第二节
细胞周期调控的动力因素
一、细胞周期调控蛋白
(cell cycle-regulating protein) （一）细胞周期调控研究过程的重要事件：
CDK类蛋白激酶 M期促发 因子(MPF) —— 催化亚单位
2.中期
染色体排列到在细胞的赤道面上。
赤道板
中 期
3.后期 姐妹染色体单体分离并移向细胞两极。
后 期
后期阶段染色体的分离由微管
去聚合假说解释： 动粒微管不断解聚缩短,造成
的拉力将染色体拉向两极。
机理：微管正端插入动粒的外 层,微管在此端去组装。 动粒中的ATP水解,提供能量, 驱动微管上的马达分子向极 部移动,拉动染色体向极移动。
（三）G2期（有丝分裂准备期）
1. 促有丝分裂因子(MPF)合成 2. 微管蛋白（tubulin)合成 3. 0.3%DNA复制 4 . 结构功能蛋白的合成
G2期 check point： （1） 是否完成DNA复制 ？ （2）是否有DNA错误复制？
（四）M期 （有丝分裂期）
有丝分裂的主要特征是：
2.细胞周期素（cyclins)
是一类随细胞周期的变化呈现周期性出现和消失 的蛋白质。（A、B、C、D、E 等几类，亚型，20多种） 表达时间不同，执行功能多种多样。
特点：在细胞周期中呈周期性变化。
作用：能与CDK结合，激活CDK，间接调节细
胞周期运行。
已知30余种，在脊椎动物中为cyclinA1-2、B1-3 、C、 D1-3、E1-2、F、G、H等。 分为4类：G1型、G1/S型、S型、M型。
医学分子细胞生物学
细胞周期及其调控
Cell Cycle & Cell Regulation
第一节
细胞周期各时项的动态变化
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。
细胞周期时间（TC） 细胞周期经历的时间。
S期
DNA合成启动， cyclin + CDK2 （S—CDK） 保证精确复制（pre —RC）
复制前复合体(prereplicationcomplex，Pre-RC)
CDK activating
活性位点
抑制位点
二、细胞周期限制点（check point）
由于某些环境因素的作用细胞周期出现故障或差错，这些信号 可使细胞周期停留在某些点上，称为限制点。
Cln 1、 2 CDK1(CDC28) Clb 5、 6 CDK1(CDC28)
CDK1(CDC2) Clb 1-4 CDK1(CDC28)
• *包括D1-3，各亚型cyclin D在不同细胞中的表达量不 同，但具有相同的功效。
3.细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子
（CDK inhibitor, CKI）
1. CDK类蛋白激酶（cyclin-dependent kinase） ： • CDK与细胞周期素结合才具有激酶的活性，故称细胞
周期素依赖性蛋白激酶(cyclin-dependent kinase,CDK) 作用：CDK可将特定蛋白磷酸化，促进细胞周期运行。
在动物中已知7种CDK，CDK1-7。 分为四类：G1、G1/S、S期CDK和M期CDK。
+
+
+
-
+
动粒微管：由中心
体发出，连接在染色 体着丝点动粒上,着丝 点上具有马达蛋白。
极体微管：由中心体发出，在纺锤体中
部重叠，重叠部位结合有分子 马达，负责将两极推开。
染色体的运动
Two centrosomes, and their forming radial arrays of astral microtubules separating on the surface of an early prophase newt lung cell nucleus.
生 长 因 子 的 作 用 方 式
信号通路：ras、cAMP、磷脂酰肌醇途径。 如通过ras途径，激活MAPK，MAPK进入细胞核 内，激活c-myc，myc作为转录因子促进cyclin D、 SCF、E2F等G1-S有关的基因表达，细胞进入G1期。
Ras蛋白：
介导的MAPK信号转导途径是具有酪氨酸激酶活性的大 多数生长因子及其受体传递信息的主要通路，是细胞 周期正常运行的信号指令系统之一、主要由Ras蛋白→ Ras转换因子(如Raf－1) →丝裂原活化蛋白激酶(MAPK) 等部分组成。与丝氨酸和苏氨酸残基的磷酸化有关。
（三）M期CDK的激活
M期CDK的激活起始于分裂期cyclin的积累。
结合M -cyclin的CDK1被Wee1（抑制因子）将Thr14和
Tyr15磷酸化而不具有活性，使CDK/cyclin不断积累。 在M期，Wee1的活性下降，CDC25磷酸酶使CDK去磷 酸化，去除了CDK活化的障碍。 CDK的激活需要Thr161的磷酸化，它是在CDK激酶
Four Checkpoints
（1）限制点在细胞周期调控中的作用
细胞周期有敏感点，确保细胞周期事件有序进行，检
测，修复。
Checkpoint：
1. DNA损伤检查点
2. DNA复制检查点
3. 纺锤体组装检查点
G1--S
DNA损伤、复制错误, 不能进入S期。
G2—M DNA复制错误，完整精确修复后可通过。 M中期--M后期 纺缍丝组装/动粒连接错误时，细胞不能进入 后期
G1晚期：H1及多种蛋白的磷酸化，为DNA合成准备。 信号分子调控 G0 ——G1晚——S期 start point
（DNA合成相关酶，细胞周期运行的蛋白）
（二）S期（DNA合成期）
1.DNA复制 多种酶的参与。 2.蛋白质合成：（组蛋白、非组蛋白）组装核小体。
3. 中心粒的复制，并发生分离，发挥微管的组织作用。
CDKI是对CDK激酶起负性调控作用的蛋白质。 已发现多种CDKI INK4家族: p16、p15、p18、p19
CIP/KIP家族:
P21、27、57 在G1期抑制多种CDK。
CKI对细胞周期起负调控作用，分为：
①Ink4: P16ink4a, P15ink4b, P18ink4c, P19ink4d。特异性抑制 cdk4-cyclin D1, cdk6-cyclin D1。 ②Kip：P21cip1、P27kip1、P57kip2，抑制大多数 CDK 的激 酶活性。P21cip1还能与DNA聚合酶δ的辅助因子PCNA 结合，直接抑制DNA的合成。
D E A B
G1 、 G1 /S 、G2期 ( Cyclin D、E 、A)
M 期 (Cyclin B)
不同类型CDK-Cyclin复合物
脊椎动物 激酶复合体 Cyclin G1-CDK G1/S-CDK S-CDK M-CDK Cyclin D* Cyclin E Cyclin A Cyclin B CDK CDK4 、6 CDK2 CDK2 Cyclin Cln 3 CDK CDK1(CDC28) 芽殖酵母
(CAK)的作用下完成的。
M期调控：
1. M-CDK活化 （ 涉及CyclinB、CAK、cdc25、Well1） 2. CDK1 激发M期所有事件
CDK1
3.促后期蛋白复合体 （Anaphase Promoting Complex) 4.
APC
M中——M后
cyclin
降解盒
APC
APC泛素蛋白连接酶复合体
p53、P21及Gadd45在G1阻滞中的作用P53有多种下 游效应分子：如MDM2，P21WAFl，Gadd45， Bax,IGFBP3，Fas等。
MDM2通过与P53蛋白氨基末端结合来阻止P53蛋白转录 激活，形成一个“负反馈环”。 MDM2的正常功能是限制GI期阻滞的时间，使DNA损伤修 复后的细胞重新进入细胞周期。
细胞类型（增殖特性）
周期性细胞： 始终保持旺盛的增殖活性。 G0期细胞： 一般不分裂，暂不增殖细胞。 终端分化细胞 （无增殖能力细胞） 结构和功能高度特化。
终端分化细胞 终端分化细胞 周期性 细胞
周期性细胞
G0
研究方法 ：流式细胞术 细胞同步化
生化方法等等
（一） G1期（DNA合成前期）
G1早期： 细胞体积增大、生物合成、形成细胞器 触发蛋白、钙调蛋白增加。体积、表面积、核\质比
4. 末期
从子染色体到达两极，至形成两个新细胞的时期。 两个出现：核膜出现、核仁出现 两个消失：染色体消失、纺锤丝消失

中间小体


从子染色体到达两极，至形成两个新细胞的时期。
主要标志是子核的形成和胞质分裂。
中间小体
动物细胞的胞质分裂通过胞质收缩环的收缩实现，收缩环由大
量平行排列的肌动蛋白组成。 用细胞松弛素处理这一时期的细胞，会出现什么现象？
控制失调时即可引起各种染色体畸变，基因扩增、突变等
癌发生
三、细胞周期中的信号系统调控
温度、pH、营养、药物、感染、射线；细胞因 子、激素、生长因子 （一）生长因子
是与细胞增殖有关的信号物质，已知多数能促进细胞增殖，又称 有丝分裂原（mitogen）。 PDGF、EGF、IL、TGF、FGF NGF 等，对 G0细胞进入S期有调节 作用。