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1、第十四章 细胞增殖调控与癌细胞,第一节 细胞增殖的调控第二节 癌细胞,第一节 细胞增殖调控,MPF的发现及其作用P34cdc2激酶的发现及其与MPF的关系周期蛋白CDK和CDK抑制因子细胞周期运转调控其他因素在细胞周期调控中的作用,细胞周期中的检验点,细胞周期检验点是细胞周期调控的一种机制,主要是确保周期每一时相事件的有序、全部完成并与外界环境因素相联系。G1/S检验点：start点(酵母)或R点(动物)，控制细胞由静止状态的G1进入DNA合成期，检查DNA是否损伤？细胞外环境是否适宜？ G2/M检验点：是决定细胞一分为二的控制点，检查DNA是 否损伤？细胞体积是否足够大？ 中-后期检验点（纺
2、锤体组装检验点）：检查染色体是否完全分离。,一、MPF的发现及其作用,(Maturation-promoting factor，Mitosis-promoting factor)卵细胞促成熟因子或细胞促分裂因子或M期促进因子,M期细胞与G1、S、G2期细胞融合诱导PCC（早熟染色体凝缩）：提示M期细胞存在诱导PCC的因子,(a)用非洲爪蟾M期的卵细胞细胞提取物注射非洲爪蟾的卵母细胞,注射的细胞提取物驱使卵母细胞进入M期, 使核破裂, 并形成纺锤体。(b)用细胞间期的提取物注射卵母细胞, 不能驱使卵母细胞进入M期。,MPF的生化实质,MPF是一种使多种底物蛋白磷酸化的蛋白激酶：M期周期蛋白依赖性
3、蛋白激酶 (Cyclin-dependent protein kinase，)，由Cyclin-Cdk形成的复合物。MPF=p34cdc2蛋白激酶(Cdk1)+cyclinB周期蛋白启动细胞从G2期进入M期的相关事件。,2001年10月8日美国人LelandHartwell、英国人Paul Nurse、TimothyHunt因对细胞周期调控机理的研究而荣获诺贝尔生理医学奖。,二、周期蛋白,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，介导周期蛋白与CDK结合。作用：激活CDK，引导CDK作用于不同底物。G1型周期蛋白在细胞周期中存在的时间相对较短， M型周
4、期蛋白在细胞周期中则相对稳定。,图14-4 部分周期蛋白分子结构特征,不同类型的周期蛋白,四、CDK和CDK抑制因子,细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclin-dependent kinase，CDK)。 只有与细胞周期蛋白结合才具有激酶的活性。已知的CDK均含有一段相似的激酶结构域，这一区域有一段保守序列，即PSTAIRE，与周期蛋白的结合有关。,细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子（CDK inhibitor, CDKI）对细胞周期起负调控作用，如。,五、细胞周期运转调控,Cyclin-Cdk-调控细胞周期的引擎：不同的周期蛋白与不同的CDK结合，构成不同的Cyclin-Cdk； 不同的Cyclin
5、-Cdk在不同的时相表现活性，影响不同的下游事件。G2/M期转化与CDK1激酶的关键性调控作用 CDK1激酶使一些蛋白磷酸化如将核纤层蛋白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。 M期周期蛋白与分裂中期向分裂后期转化 G1/S期转化与G1期周期蛋白依赖性CDK激酶,（一） G2/M期转化与CDK1激酶的关键性调控作用,周期蛋白在CDK1激酶活性调节中的作用,CDK1(Cdc2)激酶（）与周期蛋白B (Cyclin B)结合, Cyclin B在G1期开始合成，通过S期到G2期达到最大含量，MPF开始表现激酶活性，到G2晚期MPF活性到达最大并维持到M期的中期阶段,CDK
6、1激酶活性的调控,磷酸化,去磷酸化,CDK1激酶的活性除与周期蛋白B结合外,还需要其它因素的参与,（二） M期周期蛋白与分裂中期向分裂后期转化,细胞周期运转到中期后，M期周期蛋白A和B降解，CDK1激酶活性丧失，蛋白去磷酸化，细胞周期由中期向后期转化。分裂后期促进因子（anaphase promoting complex APC ）活性与周期蛋白A和B降解密切相关,是分裂中期向分裂后期转化的关键因素。,细胞周期中周期蛋白水平的调节,泛素由76个氨基酸组成，高度保守，普遍存在于真核细胞。共价结合泛素的蛋白质能被蛋白酶体识别和降解，这是细胞内短寿命蛋白和一些异常蛋白降解的普遍途径。,（三） G1/
7、S期转化与G1期周期蛋白依赖性CDK激酶,G1期周期蛋白主要包括周期蛋白D、E和A。,cyclinDCDK4或CDK6复合物： G1期 cyclinECDK2复合物： G1/S期 cyclinACDK2复合物：DNA复制因子RF-A S期,cell cycle regulation,酵母,动物,六、其他因素在细胞周期调控中的作用,p53蛋白在细胞周期调控中的作用,抑癌基因蛋白-p53蛋白在出现损伤DNA时, 稳定性提高, 提高了浓度。p53作为转录激活因子诱导p21CIP的表达, p21CIP是细胞周期蛋白-蛋白激酶的抑制因子, 它能够抑制Cdk1-,Cdk2-, Cdk3-, Cdk4-周期
8、蛋白复合物, p21CIP同这些Cdk-周期蛋白复合物结合后使细胞阻止在G1期或G2期,抑制肿瘤的发生。,第二节 癌 细 胞,比喻：动物体（人） 一个特殊的“社会”（society）; 细胞 “社会”中的个体（individuals）; 原则 “个体”的自我牺牲（self-sacrifice）; 癌细胞 “社会”中的“不轨分子”（违反上述原 则， “疯狂增殖”）。相关事件：基因突变； DNA复制；DNA修复；细胞周期； 细胞凋亡；细胞分化；基因调控；,过程：,本质：体细胞基因组的改变（突变的积累）； 癌症是由众多因素引发的“基因病”（gene disorder） （体细胞）； 有别于通过性细胞
9、传递的“遗传病”（genetic disorder）,特征（p311，五个特点）：1，生长和分裂失控 “永生”细胞（immortal）；细胞核增大； 分裂快；低分化，,宫颈癌细胞特征 A: normal; B: precancerous; C: invasive carcinoma,2、具有浸润性和扩散性（图14-13）,3，细胞间相互作用改变 细胞表面膜蛋白（e.g., 受体蛋白）改变，引起细胞间相互作用的改变（如：粘附性改变，易于附着生长，逃避免疫系统的监视和杀伤，etc.）。,4，表达谱改变和蛋白活性改变 主要特征： 出现胚胎细胞中的蛋白（与低分化程度有关）； 端粒酶活性增高（与无限分裂
10、增殖有关）； 异常表达与癌的发生发展相关的蛋白（e.g., 细胞周期 调控、凋亡、粘附、细胞扩散和移动性等）； 癌蛋白和抑癌蛋白的表达及活性的变化（见下）。,5，体外培养的恶行转化细胞的特征 培养的癌细胞系：是研究癌的重要材料。 恶性转化（malignant transformation）：培养细胞能象在体内一样不断分裂生长；不断继代，建立癌细胞系。 特征： 无限增殖，永生化； 贴壁性下降或不贴壁（悬浮）； 接触抑制性（contact inhibition）丧失。,培养的癌细胞接触抑制性的丧失,二、癌基因和抑癌基因（cancer-critical genes）1，原癌基因（proto-onco
11、genes）和癌基因（oncogenes） 原癌基因：为细胞的正常基因，多编码控制细胞周期、细胞凋亡、细胞增殖的各种调控因子和活性蛋白，是细胞正常功能所必需； 癌基因：为原癌基因的突变形式，或改变了表达方式（过量、产物活性的改变，等），其结果是引起正常细胞的癌变。,发现： Rous sarcoma virus (携带Src 基因），能引起鸡癌变；鸡的细胞中发现也有Src 的同源基因，编码一种调控细胞分裂的蛋白激酶。 以后发现众多的逆转录病毒中均有细胞中相应的癌基因； 分别称为： 病毒癌基因（v-oncogenes）和细胞癌基因（c-oncogenes） 现已知 v-oncogenes 是逆转录
12、病毒从宿主细胞中拷贝过来的。种类：生长因子及其受体；信号转导通路中的蛋白；转录因子； 细胞周期调控蛋白；细胞凋亡相关蛋白，etc.,原癌基因转变为癌基因,2，抑癌基因（tumor-suppressor genes） 发现：有一类基因的失活也能引起癌变。e.g., a. 视网膜母细胞瘤是由于Rb 基因突变失活而引起的； b. p53基因：50的肿瘤中发现p53 的突变； 作用：细胞周期调控； 促进细胞凋亡； 维持遗传稳定性（p53突变使细胞逃脱DNA 损伤的监控系统而进入分裂）,3，小结 癌基因和抑癌基因的对比： _ 癌基因 抑癌基因 细胞增殖的正调控因子 细胞增殖的负调控因子 gain-of-
13、function loss-of-function 显性（dominant） 隐性（recessive） _,三、基因突变积累 癌的发生 癌的发生是由多个相关基因(cancer-critical genes)突变的共同作用引起的； 并不是基因组的每一次突变都被积累下来，细胞中有DNA损伤修复机制，及复制纠错机制，阻止突变细胞继续分裂； 当细胞逃脱了纠错机制的监控进入分裂，就有可能转变为癌细胞；而癌细胞的快速增殖助长了有害突变的积累； 环境中的各种诱变因素（辐射、化学诱变剂、病毒）增加突变几率，诱发癌症。这种作用也是可积累的。,事实： 移民群体中（各种）癌的发生率接近居住国的平均水平，而不是其本
14、民族的水平。 暗示癌症发生中，环境因素的作用大于遗传因素。 据认为，8090的癌症是可以避免的，至少是可以延迟的！建议： 始终注意避免环境中能够诱发， 或促进癌症发生的因素。（积累！）,辐射对癌的诱发,自然环境：太阳的紫外线、外层空间的宇宙射线、自然发生的放射性元素的放射性。医疗、工业和军事活动中人为产生的高能辐射。诱发机理与DNA突变有关。,图14-24 化学和UV致癌物的作用机制图中随机挑选了p53基因中7个密码子，这些密码在人的癌症病人中有50%会发生缺失或突变。图中显示了几种不同致癌物，包括苯并芘(Benzoapyrene),它是在香烟的烟雾中发现的、黄曲霉毒素B1、阳光中的紫外光等作用于该序列引起突变的机理。每一种致癌物都引起一种不同的碱基置换。图中也显示了由于内源代谢引起的脱氨作用，也会导致CT突变。,
