《分子细胞生物学教学课件：Chapter17-细胞增殖-2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《分子细胞生物学教学课件：Chapter17-细胞增殖-2（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三节第三节 细胞周期运行的调控细胞周期运行的调控一、细胞周期调控的关键因子一、细胞周期调控的关键因子 1、MPF (mitosis promoting factor, maturation promoting factor, MPF)2、细胞分裂周期基因（cell division cycle gene，cdc 基因）3、周期蛋白cyclin4、周期蛋白依赖性激酶（cyclin dependent kinase, CDK）5、周期蛋白依赖性激酶抑制因子 （cyclin dependent kinase inhibitor, CDKI）G1期PCCS期PCCG2期PCC、MPF的发现的发现19
2、70年，Hela细胞融合形成了早熟凝集染色体，发现了期细胞中存在诱导染色体凝集的因子，称有丝分裂因子(mitosisfactor) 1971年非洲爪蟾卵实验 表明：成熟卵母细胞细胞质中含有促卵母细胞成熟的因子，称成熟促进因子（maturation promoting factor，MPF）1979年，Hela细胞中提取的有丝分裂因子注入非洲爪蟾未成熟卵母细胞中，可促其成熟（即进行减数分裂）1980年，统一命名为有丝分裂或减数分裂促进因子（MPF） 1960s Leland Hartwell发现了芽殖酵母的几十个细胞分裂周期基因(cell division cycle gene，cdc)。如：c
3、dc28基因1970s Paul Nurse发现了裂殖酵母许多细胞周期基因，如：cdc2，wee1和cdc25.进一步的研究发现cdc2和和cdc28都编码都编码34KD的蛋白激酶的蛋白激酶，促进细胞周期进行,两者有69%的同源性。、P34激酶的发现激酶的发现芽殖酵母裂殖酵母1983年Timothy Hunt发现海胆受精卵分裂过程中两种蛋白质的含量在G2/M时达到高峰，M期结束后突然消失，下轮周期又重新合成和消失，故命名为周期蛋白(cyclinA，cyclinB)。、发现并命名细胞周期蛋白、发现并命名细胞周期蛋白多年来上述三个领域的研究没有相互联系，直到1988年，有人纯化出非洲爪蟾的MPF。
4、 发现它由P32和P45两种蛋白组成。非洲爪蟾的MPF的P32与芽殖酵母的cdc28(P34cdc28)、 裂殖酵母的cdc2(P34cdc2)为同源物，非洲爪蟾的MPF的P45与海胆cyclinB 是同源物沿不同路线的研究结果汇合到一起，认识到：从酵母到海洋无脊椎动物、两栖类到人类存在共同的调节M期启动的机制。2001年10月8日美国人LelandHartwell、英国人PaulNurse、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。细胞分裂周期基因（细胞分裂周期基因（ cell division cycle gene ，cdc gene） 与细胞分裂和细胞周期调
5、控有关的基因称细胞分裂周期基因。 如cdc2，cdc25，cdc28周期蛋白周期蛋白(Cyclin)：细胞周期中浓度有规律地升高和降低的蛋白，可激活周期蛋白依赖激酶，启动细胞周期的进程。l细胞周期不同时期有不同的周期蛋白l不同的周期蛋白调节不同的CDK周期蛋白依赖激酶周期蛋白依赖激酶(cyclin dependent kinase，CDK) 与cyclin结合、被其激活的蛋白激酶。不同的CDK /cyclin使专一靶蛋白磷酸化驱动细胞周期的运行。与细胞周期蛋白结合后才可被激活自身可被磷酸化使靶蛋白磷酸化，多为丝/苏氨酸磷酸化激酶成员：Cdk1（cdc2）, CDK2, CDK3CDK12周期蛋
6、白依赖激酶抑制剂周期蛋白依赖激酶抑制剂(cyclin dependent kinase inhibitor，CDKI，CKI ) 对CDK起负调控的蛋白质，如P21后期促进复合物后期促进复合物(anaphase promoting complex, APC)调节分裂中期到后期的转换各类APC在间期中表达，但到M后期有活性（被M-CDK激活）Cdc20, Cdh1（晚后期）是APC的正调节物已鉴定了13种人APC成分SCF：skp cullin-F box protein complex：多亚基蛋白复合物，具有E3泛素连接酶的功能通过泛素化不同的底物在整个周期中发挥作用SCF泛素化CKI，调节细
7、胞周期的运行APC、SCF在细胞周期不同时期起作用 二、二、 细胞周期的调控系统细胞周期的调控系统（一）细胞周期监控点（二）细胞周期引擎（一）细胞周期监控点（一）细胞周期监控点（checkpoint）细胞内存在一系列监控机制，这些特异的监控机制可以鉴别细胞周期进程中的错误，并诱导产生特异的抑制因子，阻止细胞周期进一步运行。S CheckpointCheck for DNA replicationG1期期末末R点点：控制细胞是否可通过G1进入DNA合成期，检验：DNA是否损伤？细胞外环境是否适宜？细胞是否生长？S期期 DNA复制监控点：复制监控点：DNA复制是否完成？G2期期末末监监控控点点：是
8、决定细胞一分为二的控制点，检验DNA是否损伤？DNA复制是否完成？细胞体积是否够大？M期期中中期期/后后期期的的纺纺锤锤体体组组装装监监控控点点：任何一个动粒没有正确连接到纺锤体上，都会抑制APC的活性，引起细胞周期中断，避免染色体的不正确分配。DNA损伤监控点：损伤监控点：DNA是否损伤MM G1G2 SR点点G1-CDK负责过负责过G1期期CDK4/ cyclinD、CDK6/ cyclinDG1/S-CDK负责负责S期启动期启动CDK2/ cyclinE，CDK2/cyclinAS-CDK负责负责DNA复制复制CDK2/ cyclinAMPF负责负责M期启动期启动CDK1/ cyclin
9、B（二）细胞周期引擎（二）细胞周期引擎 Cdk+Cyclin、“启动”：调控细胞通过R点、G1/S 三、细胞周期运行的调控三、细胞周期运行的调控CDK4/cyclinD，CDK6/cyclinD过过R点点CDK2/cyclinE，过过G1/SCDK磷酸化RB，激活E2F,后者激活细胞分裂有关基因、 “运行”： S期DNA复制， 越过SG2G1/S-CDK负责负责S期启动期启动cyclinE-CDK2 S-CDK负责负责DNA复制复制cyclinA- CDK2控制DNA复制起始、且仅复制一次表明：S期有促DNA复制的因子，只能促没有复制过的G1期细胞DNA复制，已复制过的G2期细胞其DNA不能再
10、复制G1期，前复制复合体前复制复合体pre- Rc的形成 S-Cdk 激发DNA 复制，也阻止再复制 细胞保证：细胞保证：DNA只复制一次只复制一次S期的DNA复制真核细胞复制起始点上结合有起始识别复合体（Origin recognition complex, ORC）调节因子CDC6结合在ORC上，在ATP供能下，促进Mcm (minichromosome maintenance proteins)结合到ORC上，形成前复制复合体（pre-replicative complex，pre-RC），做好DNA复制的准备状态。S期CDK 活性升高，活化DNA复制。S-CdK（Cdk2CyclinA
11、）通过控制DNA复制的启动防止重复复制S-CDK将CDC6磷酸化，使其脱离ORC，被SCF参与的泛素化途径降解，pre-RC去组装。S-CDK还可以将某些Mcm磷酸化，使其被输出细胞核，不再与ORC结合，保证了DNA仅复制一次。Mcm“DNA复制执照因子” ，G2期细胞核不再含有“执照”，故DNA复制不再起始。、MPF调节细胞进出M期 MPF：有丝分裂减数分裂：有丝分裂减数分裂/成熟促进因子成熟促进因子 （mitosis/meiosis/maturation promoting factor） 在G2期末活化的由周期蛋白和周期蛋白依赖激酶组成的异二聚体蛋白，通过促进靶蛋白的磷酸化调节细胞进入M
12、期。人的MPF由CDK1( p34cdc2 )和CyclinB组成。MPF有活性时：调节细胞进入M期有丝分裂事件触发MPF失活时：调节细胞退出M期M-CDK（CDK1/ cyclinB）负责）负责M期启动期启动MPF：即CdK1/cyclinB14苏氨酸15酪氨酸161位苏氨酸MPF激活机制MPF受控于cyclinB的周期性变化：cyclinB在G2期末逐渐合成MPF开始有活性M中期达高峰MPF活性最大M后期骤然下降MPF失活CAK：CDK-activitingkinase，CDK激活激酶Wee1：磷酸化，wee1突变则提早分裂。Cdc25：去磷酸化，cdc25突变细胞无法分裂MPF受控于其它
13、周期蛋白基因产物的调节P27(CDKI)Cdk活性被活性被CDK抑制因子抑制抑制因子抑制(Cdk inhibitor，CDKI)激活的激活的MPF触发有丝分裂事件、细胞进入触发有丝分裂事件、细胞进入M期期MPF的失活的失活(APC活化，泛素化降解活化，泛素化降解cyclin)，细胞出细胞出M期期 （一）生长因子及其受体（一）生长因子及其受体生长因子是一类通过与细胞膜上特异受体结合来调节细胞周期的多肽类物质，可来自细胞的自分泌或旁分泌。 生长因子多种多样： 血小板衍生生长因子(PDGF)：可促进细胞由G0向G1 期转变 表皮生长因子(EGF)：可使细胞过R点，进入S期 转化生长因子(TGF-)：
14、使CyclinE表达降低,抑制CyclinE-Cdk2 将细胞阻滞在G1/S期 正常细胞的增殖需要多种生长因子共同调节,促进增殖四、影响细胞周期调控的其它因素 Ras （二）激素（二）激素雌激素有促细胞分裂增殖睾酮具有促细胞分裂增殖作用（三）抑素（三）抑素抑素是一种由细胞自身产生分泌的，对细胞周期进程有抑制作用的肽类或糖蛋白。抑制有丝分裂具有组织特异性，无种间特异性产生的抑素组织即是该抑素的靶组织对细胞的作用是可逆的（四）信号传导系统（四）信号传导系统有丝分裂原刺激细胞分裂机制图示cAMP升高会降低细胞分裂DG、IP3途径促细胞分裂（五）原癌基因（protooncogene）：细胞基因组中控制
15、细胞生长和分裂的正常基因，与病毒癌基因同源性很高，该基因一旦发生突变，可使细胞转化为异常增殖状态，引起正常细胞癌变，故在突变前称作原癌基因，突变后成为癌基因（oncogenes） 。 如: Src、Myc、Fos、Ras、Jun正常情况下，原癌基因编码的产物量较少，但却为细胞生长、增殖所必须其编码的产物主要分四类：生长因子、生长因子受体、信号转导分子、转录因子如：V-sis编码PDGF类似物、V-erb编码类似EGF受体，ras编码p21单体G蛋白，c-myc,c-fos编码转录因子等（六）抑癌基因（suppressor gene）:是正常细胞增殖过程中的负调控因子，其产物可以抑制细胞的生长和
16、分裂，当基因发生变异或丢失，解除了对细胞增殖的抑制作用，导致细胞周期失控而过度增殖。 如: P53、Rb、JNNKDNA 损伤检验点损伤检验点细胞周期的进程被损伤的细胞周期的进程被损伤的DNA和和p53阻滞阻滞P21 (CDKI) 连接到连接到 G1/S-Cdk 和和 S-Cdk抑制了它们的活性抑制了它们的活性, 因因而阻滞了细胞进入而阻滞了细胞进入S或期或期Mdm2 是泛素连接酶是泛素连接酶可使可使p53被蛋白酶体被蛋白酶体降解降解. 而而p53磷酸化后磷酸化后降低与降低与Mdm2的连接的连接细胞周期的启动及运行比作汽车的启动加油门运行发现故障，制动每一个完整的checkpoint有四个功能
17、：发现(detect)，制动(stop )，修复(repair)，决定(decision)癌基因、抑癌基因的改变，均会导致监控机制的这四个环节出现故障，而使检测点功能丧失，突变基因累积，正常细胞演变为肿瘤细胞作业名词：限制点（restriction point）细胞分裂周期基因（cell division cycle gene，cdcgene）细胞周期蛋白（Cyclin）周期蛋白依赖激酶（cyclin dependent kinase，CDK）成熟促进因子（maturation promoting factor, MPF）问答题细胞周期有哪些主要监控点？CDK是如何在细胞周期中执行调节功能的？MPF是如何调控细胞进出期的？
