医学分子细胞生物学医学分子细胞生物学 细胞周期及其胞周期及其调控控 Cell Cycle & Cell Regulation 第一节第一节细胞周期各胞周期各时项的的动态变化化 一、细胞周期概念一、细胞周期概念 细胞周期胞周期（（cell cycle）：）：是指是指细胞从上一次分胞从上一次分裂裂结束开始生束开始生长，到下一次，到下一次细胞分裂胞分裂结束所束所经历的的过程，又称程，又称细胞增殖周期胞增殖周期细胞周期胞周期时间（（TC）） 细胞周期胞周期经历的的时间 细细胞胞周周期期间期间期间期间期分裂期分裂期分裂期分裂期（（M期）期）DNA合成前期（合成前期（GG1 1期期期期, , G1 gap1））DNA合成期（合成期（S S期期期期, , Synthsis phase））DNA合成后期（合成后期（GG2 2期期期期, , G2 gap2））前期前期中期中期后期后期末期末期细胞周期细胞周期中的细胞中的细胞G1期期G G2 2期期S S期期M M期期细胞周期分为：细胞周期分为：G G G G1 1 1 1期、期、期、期、S S S S期、期、期、期、G G G G2 2 2 2期和期和期和期和 M M M M期期期期 四个时期。
四个时期 (Mitosis,division）） 终端分化端分化细胞胞 G0周期性周期性细胞胞细胞类型（增殖特性）细胞类型（增殖特性） 周期性周期性细胞胞：： 始终保持旺盛的增殖活性始终保持旺盛的增殖活性 G0期期细胞胞：： 一般不分裂，暂不增殖细胞一般不分裂，暂不增殖细胞 终端分化端分化细胞胞 （无增殖能力细胞）（无增殖能力细胞） 结构和功能高度特化结构和功能高度特化 周期性周期性 细胞细胞终端分化端分化细胞胞 研究方法研究方法 ：：流式流式细胞胞术 细胞同步化胞同步化生化方法等等生化方法等等 （一）（一） G1期（期（DNA合成前期）合成前期）G1G1早期早期：： 细胞体积增大、生物合成、细胞体积增大、生物合成、形成细胞器形成细胞器触发蛋白、钙调蛋白增加触发蛋白、钙调蛋白增加体积、表面积、核体积、表面积、核\ \质比质比 G1晚期晚期：：H1及多种蛋白的磷酸化，为及多种蛋白的磷酸化，为DNADNA合成准备。
合成准备 信号分子调控信号分子调控 G0 ——G1晚晚——S期期 start point （（DNADNA合成相关酶，细胞周期运行的蛋白）合成相关酶，细胞周期运行的蛋白） （二）（二）S期（期（DNA合成期）合成期）1.1.DNADNA复制复制 多种酶的参与多种酶的参与 2.2.蛋白质合成：（组蛋白、非组蛋白）组装核小体蛋白质合成：（组蛋白、非组蛋白）组装核小体3 3. 中心粒的复制，并发生分离，发挥微管的组织作用中心粒的复制，并发生分离，发挥微管的组织作用 （三）（三）G2期期（有丝分裂准备期）（有丝分裂准备期）1. 促有丝分裂因子促有丝分裂因子(MPF)合成合成2. 微管蛋白（微管蛋白（tubulin)合成合成3. 0.3%DNA复制复制 4 . 结结构功能蛋白的合成构功能蛋白的合成 G2期期 check point：： （（1）） 是否完成是否完成DNA复制复制 ？？ （（2）是否有）是否有DNA错误复制？错误复制？ <有丝分裂的主要特征是：有丝分裂的主要特征是：有丝分裂的主要特征是：有丝分裂的主要特征是： 姊妹染色单体分离；核膜、核仁破裂重建。
姊妹染色单体分离；核膜、核仁破裂重建姊妹染色单体分离；核膜、核仁破裂重建姊妹染色单体分离；核膜、核仁破裂重建<人为的划分为四个时期：人为的划分为四个时期：人为的划分为四个时期：人为的划分为四个时期：前期前期前期前期、、、、中期中期中期中期、、、、后期后期后期后期、、、、末期末期末期末期 （四）（四）M期期 （有丝分裂期）（有丝分裂期） 细胞有丝分裂过程细胞有丝分裂过程 1.有丝分裂有丝分裂间期间期核核 膜膜核核 仁仁染色质染色质中心粒中心粒 1.1.前期前期①①染色质凝缩，染色质凝缩，②②分裂极确立与纺锤体开始形成，分裂极确立与纺锤体开始形成，③③核仁解体，核仁解体，④④核膜消失核膜消失前前 期期 星体微管：星体微管：由中心体向由中心体向外放射，末端外放射，末端结合有分子合有分子马达，达，负责两极的分离两极的分离 动粒微管：动粒微管：动粒微管：动粒微管：由中心体由中心体由中心体由中心体发发出，出，出，出，连连接在染色体着接在染色体着接在染色体着接在染色体着丝丝点点点点动动粒上粒上粒上粒上, ,着着着着丝丝点上具有点上具有点上具有点上具有马马达蛋达蛋达蛋达蛋白。
白极体微管：极体微管：由中心体由中心体发出，在出，在纺锤体中部重叠，体中部重叠，重叠部位重叠部位结合有分子合有分子马达，达，负责将两极推开将两极推开纺锤体有三种微管结构：纺锤体有三种微管结构： 染色体的运动染色体的运动 Two centrosomes, and their forming radial arrays of astral microtubules separating on the surface of an early prophase newt lung cell nucleus. 2.中期中期 染色体排列到在细胞的赤道面上染色体排列到在细胞的赤道面上赤道板赤道板中中 期期 3.后期 姐妹染色体单体分离并移向细胞两极后后 期期 后期后期后期后期阶段染色体的分离由微管阶段染色体的分离由微管阶段染色体的分离由微管阶段染色体的分离由微管去聚合假说解释：去聚合假说解释：去聚合假说解释：去聚合假说解释：动粒微管不断解聚缩短动粒微管不断解聚缩短动粒微管不断解聚缩短动粒微管不断解聚缩短, , , ,造成造成造成造成的拉力将染色体拉向两极的拉力将染色体拉向两极的拉力将染色体拉向两极。
的拉力将染色体拉向两极机理机理：：微管正端插入微管正端插入动粒动粒动粒动粒的外的外层, ,微管在微管在此端去此端去组装动粒中粒中的的ATP水解水解,提供能量提供能量, ,驱动微管上的微管上的马达分子向极达分子向极部移部移动, ,拉拉动染色体向极移染色体向极移动 4. 末期l l从子染色体到达两极，至形成两个新细胞的时期从子染色体到达两极，至形成两个新细胞的时期l两个出现：核膜出现核膜出现、、核仁出现核仁出现l两个消失：染色体消失染色体消失、、纺锤丝消失纺锤丝消失中间小体中间小体 l l从子染色体到达两极，至形成两个新细胞的时期从子染色体到达两极，至形成两个新细胞的时期从子染色体到达两极，至形成两个新细胞的时期从子染色体到达两极，至形成两个新细胞的时期l l主要标志是子核的形成和胞质分裂主要标志是子核的形成和胞质分裂主要标志是子核的形成和胞质分裂主要标志是子核的形成和胞质分裂中间小体中间小体 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。
量平行排列的肌动蛋白组成量平行排列的肌动蛋白组成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？用细胞松弛素处理这一时期的细胞，会出现什么现象？用细胞松弛素处理这一时期的细胞，会出现什么现象？用细胞松弛素处理这一时期的细胞，会出现什么现象？ Dividing Muscle Myoblast (primative muscle cell)(SEM x8,000) 第二节第二节 细胞周期调控的动力因素细胞周期调控的动力因素 一、一、细胞周期胞周期调控蛋白控蛋白(cell cycle-regulating protein)(cell cycle-regulating protein) CDK类蛋白激酶类蛋白激酶 —— 催化亚单位催化亚单位 细胞周期素（细胞周期素（Cyclin) —— 调节调节亚单位亚单位 CDK抑制因子（抑制因子（CKI）） —— 抑制抑制CDK激酶活性激酶活性 M M期促发期促发因子因子(MPF)(MPF)MPF的发现：一种在的发现：一种在G2G2期形成，能促进期形成，能促进期形成，能促进期形成，能促进MM期启动的调控因子，即促细胞成期启动的调控因子，即促细胞成期启动的调控因子，即促细胞成期启动的调控因子，即促细胞成熟因子或促细胞分裂因子（熟因子或促细胞分裂因子（熟因子或促细胞分裂因子（熟因子或促细胞分裂因子（MPF)MPF)。
一）细胞周期调控研究过程的重要事件：（一）细胞周期调控研究过程的重要事件：CDK：： (cyclin-dependent protein kinases） （二）细胞周期调控蛋白的种类（二）细胞周期调控蛋白的种类1.1. CDK类蛋白激酶类蛋白激酶（（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周期素依赖性蛋白激酶( (cyclin-dependent kinase,CDK) )作用：作用：CDK可将特定蛋白磷酸化，促进细胞周期运行可将特定蛋白磷酸化，促进细胞周期运行l在动物中已知在动物中已知7 7种种CDK，，CDK1-7CDK1-7l分为四类：分为四类：G1、、G1/S、、S期期CDK和和M期期CDK 2.2.细胞周期素细胞周期素（（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，等几类，亚型，20多种）多种）表达时间不同，执行功能多种多样。
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特点：在细胞周期中呈周期性变化作用：能与作用：能与CDK结合，激活结合，激活CDK，，间接调节细间接调节细胞周期运行胞周期运行 D E A B 已知已知30余种，在脊椎动物中为余种，在脊椎动物中为cyclinA1-2、、B1-3 、、C、、 D1-3、、E1-2、、F、、G、、H等分为分为4类：类：G1型、型、G1/S型、型、S型、型、M型 G1 、、 G1 /S 、、G2期期( Cyclin D、、E 、、A)M 期期 (Cyclin B) 不同类型不同类型CDK-Cyclin复合物复合物• •* *包括包括D1-3D1-3，，各亚型各亚型cyclin Dcyclin D在不同细胞中的表达量不在不同细胞中的表达量不同，但具有相同的功效同，但具有相同的功效 3.3.细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子 （（CDK inhibitor, CKI））CDKICDKI是对是对CDKCDK激酶起负性调控作用的蛋白质激酶起负性调控作用的蛋白质。
已已发现多种多种CDKI INK4家族家族::p16p16、、p15p15、、p18p18、、p19p19CIP/KIP家族家族::P21P21、、2727、、5757 在在G G1 1期抑制多种期抑制多种CDKCDK CKI对细胞周期起负调控作用，分为：对细胞周期起负调控作用，分为：①①Ink4: P16ink4a, P15ink4b, P18ink4c, P19ink4d特特异异性性抑抑制制cdk4-cyclin D1, cdk6-cyclin D1②②Kip：：P21cip1、、P27kip1、、P57kip2，，抑抑制制大大多多数数CDKCDK的的激激酶酶活活性性P21cip1还还能能与与DNADNA聚聚合合酶酶δδ的的辅辅助助因因子子PCNA结合，直接抑制结合，直接抑制DNADNA的合成 M期期CDK的激活起始于分裂期的激活起始于分裂期cyclin的积累结合结合M -cyclin的的CDK1被被Wee1（（抑制因子）将抑制因子）将Thr14和和Tyr15磷酸化而不具有活性，使磷酸化而不具有活性，使CDK/cyclin不断积累不断积累。
在在M期，期，Wee1的活性下降，的活性下降，CDC25磷酸酶使磷酸酶使CDK去磷去磷酸化，去除了酸化，去除了CDK活化的障碍活化的障碍CDK的激活需要的激活需要Thr161的磷酸化，它是在的磷酸化，它是在CDK激酶激酶(CAK)的作用下完成的的作用下完成的 （三）（三）M期期CDK的的激活激活 M期调控：期调控： 1. M-CDK活化活化 （（ 涉及涉及CyclinB、、CAK、、cdc25、、Well1）） 2. CDK1 激发激发M期所有事件期所有事件 CDK1 APCAPCAPC泛素蛋白连接酶复合体泛素蛋白连接酶复合体 M-CylinM-Cylin降解降解泛素蛋白泛素蛋白多聚化多聚化蛋白酶体蛋白酶体4.4.3.3.促后期蛋白复合体促后期蛋白复合体（（Anaphase Promoting Complex) APC M中中——M后后泛素蛋白泛素蛋白（（Ubiquitin)cyclin降解盒降解盒4. 4. CDK1CDK1活性下降活性下降 出出M M期期细胞核重建、染色体解螺旋、启动收缩机制细胞核重建、染色体解螺旋、启动收缩机制 进出进出S期调控：期调控： M期末期末 G1 CDKs 活性活性——0 G1 ( G1 ( 晚期晚期) ) 增殖信号（激素、生长因子）增殖信号（激素、生长因子） G1— cyclin转录转录 cyclinD+cdk4/cdk6 G1/S 转换转换 “Start” S 期期 DNA合成启动，合成启动， cyclin + CDK2 （（S—CDK）） 保证精确复制（保证精确复制（pre —RC））复制前复合体(prereplicationcomplex，Pre-RC) CDK activating活性位点活性位点活性位点活性位点抑制位点抑制位点抑制位点抑制位点 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。
可使细胞周期停留在某些点上，称为限制点可使细胞周期停留在某些点上，称为限制点可使细胞周期停留在某些点上，称为限制点4 4个主要检验点：个主要检验点：个主要检验点：个主要检验点：– –G1/SG1/S限制点：限制点：限制点：限制点：DNADNA是否损伤？细胞外环境是否适宜？细是否损伤？细胞外环境是否适宜？细是否损伤？细胞外环境是否适宜？细是否损伤？细胞外环境是否适宜？细胞体积是否足够大？在酵母中称胞体积是否足够大？在酵母中称胞体积是否足够大？在酵母中称胞体积是否足够大？在酵母中称startstart点，在哺乳动物中点，在哺乳动物中点，在哺乳动物中点，在哺乳动物中称称称称R R点点点点( (restriction point)restriction point)– –S S期限制点：期限制点：期限制点：期限制点：DNADNA复制是否完成？复制是否完成？复制是否完成？复制是否完成？– –G2/MG2/M限制点：限制点：限制点：限制点：DNADNA是否损伤？细胞体积是否足够大？是否损伤？细胞体积是否足够大？是否损伤？细胞体积是否足够大？是否损伤？细胞体积是否足够大？– –中中中中- -后期限制点：后期限制点：后期限制点：后期限制点：纺锤体组装限制点纺锤体组装限制点纺锤体组装限制点纺锤体组装限制点。
二、细胞周期限制点（二、细胞周期限制点（check point）） Four Checkpoints （（1）限制点在细胞周期调控中的作用）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，检细胞周期有敏感点，确保细胞周期事件有序进行，检测，修复测，修复 Checkpoint：： 1. DNA损伤检查点损伤检查点 2. DNA复制检查点复制检查点 3. 纺锤体组装检查点纺锤体组装检查点 G1--S DNA损伤、复制、复制错误, 不能不能进入入S期 G2—M DNA复制复制错误，完整精确修复后可通，完整精确修复后可通过 M中期中期--M后期后期 纺缍丝组装装/动粒粒连接接错误时，，细胞不能胞不能进入入 后期后期 控制失控制失调时即可引起各种染色体畸即可引起各种染色体畸变，基因，基因扩增、突增、突变等等 癌癌发生生 三、细胞周期中的信号系统调控三、细胞周期中的信号系统调控温度、温度、pH、、营养、养、药物、感染、射物、感染、射线；；细胞因胞因子、激素、生子、激素、生长因子因子（一）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（（（（mitogenmitogen））））。
PDGFPDGF、、EGFEGF、、ILIL、、TGFTGF、、FGF NGF FGF NGF 等，等，对对对对 G G G G0 0 0 0细胞进入细胞进入细胞进入细胞进入S S S S期有调节期有调节期有调节期有调节作用 生长因子生长因子生长因子生长因子------------受体受体受体受体信号传递与转换信号传递与转换信号传递与转换信号传递与转换 转录因子转录因子转录因子转录因子/ / / /调控蛋白调控蛋白调控蛋白调控蛋白 转录、基因的表达转录、基因的表达转录、基因的表达转录、基因的表达 细胞增殖细胞增殖细胞增殖细胞增殖作用方式：旁分泌作用方式：旁分泌作用方式：旁分泌作用方式：旁分泌 细胞外信号细胞外信号EGF、、PDGF等等具具TPK活性的受体活性的受体GRB2 PSOS PRas-GTP PRaf调节其他蛋白活性调节其他蛋白活性MAPKKMAPK P P P细细胞胞核核反式作用因子反式作用因子调控基因表达调控基因表达细细胞胞膜膜二聚化二聚化跨膜受体型TPK 信号通路：信号通路：ras、、cAMP、磷脂酰肌醇途径。
磷脂酰肌醇途径如通过如通过ras途径，激活途径，激活MAPK，，MAPK进入细胞核进入细胞核内，激活内，激活c-myc，，myc作为转录因子促进作为转录因子促进cyclin D、、SCF、、E2F等等G1-S有关的基因表达，细胞进入有关的基因表达，细胞进入G1期 生生长长因因子子的的作作用用方方式式 Ras蛋白：蛋白：介导的介导的MAPKMAPK信号转导途径是具有酪氨酸激酶活性的大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、主要由周期正常运行的信号指令系统之一、主要由RasRas蛋白蛋白→ → RasRas转换因子转换因子( (如如RafRaf－－1) 1) →→丝裂原活化蛋白激酶丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)(MAPK)等部分组成与丝氨酸和苏氨酸残基的磷酸化有关等部分组成与丝氨酸和苏氨酸残基的磷酸化有关 （二）抑素（（二）抑素（chalone) )和细胞周期和细胞周期具有严格的组织特异性和细胞周期阶段特异性具有严格的组织特异性和细胞周期阶段特异性 是一种由细胞自身产生、分泌的，对细胞增殖起是一种由细胞自身产生、分泌的，对细胞增殖起抑抑抑抑制作用制作用制作用制作用的糖蛋白，与膜上的受体结合，引起信号转换及的糖蛋白，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。
在胞内传递，影响细胞周期相关的蛋白的表达作用于作用于G1期的抑素可阻止细胞进入期的抑素可阻止细胞进入S期，称期，称S因子因子作用于作用于G2期的抑素可阻止细胞进入期的抑素可阻止细胞进入M期，称期，称M因子因子 p53p53p53p53、、、、P21P21P21P21及及及及Gadd45Gadd45Gadd45Gadd45在在在在G1G1G1G1阻滞中的作用阻滞中的作用阻滞中的作用阻滞中的作用P53P53P53P53有多种下有多种下有多种下有多种下游效应分子：如游效应分子：如游效应分子：如游效应分子：如MDM2MDM2MDM2MDM2，，，，P21WAFlP21WAFlP21WAFlP21WAFl，，，，Gadd45Gadd45Gadd45Gadd45，，，，Bax,IGFBP3Bax,IGFBP3Bax,IGFBP3Bax,IGFBP3，，，，FasFasFasFas等MDM2MDM2MDM2MDM2通过与通过与通过与通过与P53P53P53P53蛋白氨基末端结合来阻止蛋白氨基末端结合来阻止蛋白氨基末端结合来阻止蛋白氨基末端结合来阻止P53P53P53P53蛋白转录蛋白转录蛋白转录蛋白转录激活，形成一个激活，形成一个激活，形成一个激活，形成一个“ “负反馈环负反馈环负反馈环负反馈环” ”。
MDM2MDM2MDM2MDM2的正常功能是限制的正常功能是限制的正常功能是限制的正常功能是限制GIGIGIGI期阻滞的时间，使期阻滞的时间，使期阻滞的时间，使期阻滞的时间，使DNADNADNADNA损伤修损伤修损伤修损伤修复后的细胞重新进入细胞周期复后的细胞重新进入细胞周期复后的细胞重新进入细胞周期复后的细胞重新进入细胞周期 Gadd45Gadd45Gadd45Gadd45和和和和P21WAFlP21WAFlP21WAFlP21WAFl是参与辐射所致细胞是参与辐射所致细胞是参与辐射所致细胞是参与辐射所致细胞G1G1G1G1期阻滞的重要期阻滞的重要期阻滞的重要期阻滞的重要分子P53P53P53P53／／／／P P P P21wAF121wAF121wAF121wAF1通路是通过通路是通过通路是通过通路是通过CDKCDKCDKCDK／周期蛋白活性抑制，／周期蛋白活性抑制，／周期蛋白活性抑制，／周期蛋白活性抑制，RbRbRbRb脱脱脱脱磷酸化而发挥作用的磷酸化而发挥作用的磷酸化而发挥作用的磷酸化而发挥作用的GaddGaddGaddGadd（（（（growth arrest and DNA damagegrowth arrest and DNA damagegrowth arrest and DNA damagegrowth arrest and DNA damage）是一些生长抑）是一些生长抑）是一些生长抑）是一些生长抑制和制和制和制和DNADNADNADNA损伤诱导的基因，损伤诱导的基因，损伤诱导的基因，损伤诱导的基因，Gadd45Gadd45Gadd45Gadd45是其中一员，也是野是其中一员，也是野是其中一员，也是野是其中一员，也是野生型生型生型生型P53P53P53P53诱导诱导诱导诱导G1G1G1G1期阻滞的一条通路。
期阻滞的一条通路期阻滞的一条通路期阻滞的一条通路 参与的相关蛋白及其作用：参与的相关蛋白及其作用：(1) p21WAF1/CIP1p21基因定位于第六号染色体短臂上基因定位于第六号染色体短臂上(6p21.2），），P21蛋白定位于细胞核中，属蛋白定位于细胞核中，属CKI分分子（子（CDK抑制分子），能广泛抑制各种周期蛋白－抑制分子），能广泛抑制各种周期蛋白－CDK复合物 野生型野生型P53蛋白作为转录因子可诱导蛋白作为转录因子可诱导p21WAF1/CIP1基因的表达，抑制基因的表达，抑制CDK2和和CDK4对对pRB蛋白的磷酸化失活，进而导致蛋白的磷酸化失活，进而导致G1、、G1/S和和S期延迟，使期延迟，使DNA损伤有时损伤有时间得以修复间得以修复 （（2））ATM基因基因 AT：毛细血管扩张性共济失调症：毛细血管扩张性共济失调症;ATM基因是基因是AT唯一致病基因；唯一致病基因；对对AT纯合子突变细胞的研究表明，这类突变细胞缺乏细胞周期检查点调控对辐射损纯合子突变细胞的研究表明，这类突变细胞缺乏细胞周期检查点调控对辐射损伤的正常反应，缺乏辐射诱导伤的正常反应，缺乏辐射诱导P53蛋白增加、蛋白增加、p21wAFl和和Gadd45转录和翻译水平增强转录和翻译水平增强的动态变化，表明的动态变化，表明ATM很可能是很可能是DNA损伤反应途径中损伤反应途径中p53的上游分子。
的上游分子 ATMATMATMATM（（（（ataxia telangiectasia-mutated geneataxia telangiectasia-mutated geneataxia telangiectasia-mutated geneataxia telangiectasia-mutated gene））））––最早发现于毛细血管扩张性共济失调症患者，人类中大约有最早发现于毛细血管扩张性共济失调症患者，人类中大约有最早发现于毛细血管扩张性共济失调症患者，人类中大约有最早发现于毛细血管扩张性共济失调症患者，人类中大约有1%1%1%1%的人是的人是的人是的人是ATMATMATMATM缺失的缺失的缺失的缺失的杂合子，表现出对电离辐射敏感和易患癌症杂合子，表现出对电离辐射敏感和易患癌症杂合子，表现出对电离辐射敏感和易患癌症杂合子，表现出对电离辐射敏感和易患癌症ATMATMATMATM编码蛋白激酶，与损伤编码蛋白激酶，与损伤编码蛋白激酶，与损伤编码蛋白激酶，与损伤DNADNADNADNA结合，信号通路有两条结合，信号通路有两条结合，信号通路有两条结合，信号通路有两条: : : :––①①①①激活激活激活激活Chk1Chk1Chk1Chk1（（（（checkpoint kinasecheckpoint kinasecheckpoint kinasecheckpoint kinase））））, , , , 使使使使cdc25cdc25cdc25cdc25的的的的Ser216Ser216Ser216Ser216磷酸化失去活性，抑制磷酸化失去活性，抑制磷酸化失去活性，抑制磷酸化失去活性，抑制M-M-M-M-CDKCDKCDKCDK的活性，中断细胞周期。
的活性，中断细胞周期的活性，中断细胞周期的活性，中断细胞周期––②②②②激活激活激活激活Chk2Chk2Chk2Chk2，使，使，使，使P53P53P53P53被磷酸化而激活，然后被磷酸化而激活，然后被磷酸化而激活，然后被磷酸化而激活，然后P53P53P53P53作为转录因子，导致作为转录因子，导致作为转录因子，导致作为转录因子，导致P21P21P21P21的表达，的表达，的表达，的表达，P21P21P21P21抑制抑制抑制抑制G1-SG1-SG1-SG1-S期期期期CDKCDKCDKCDK的活性，中断细胞周期的活性，中断细胞周期的活性，中断细胞周期的活性，中断细胞周期 (3) P16INK4aP16P16P16P16INK4aINK4aINK4aINK4a基因位于人类染色体基因位于人类染色体基因位于人类染色体基因位于人类染色体9p219p21区，编码由区，编码由区，编码由区，编码由148148个氨个氨个氨个氨基基基基酸组成的分子量为酸组成的分子量为酸组成的分子量为酸组成的分子量为16kD16kD蛋白质 P16P16P16P16INK4aINK4aINK4aINK4a与周期蛋白与周期蛋白与周期蛋白与周期蛋白D1D1竞争性结合竞争性结合竞争性结合竞争性结合G1G1期激酶期激酶期激酶期激酶CDK4CDK4／／／／CDK6CDK6，抑制其对，抑制其对，抑制其对，抑制其对pRBpRB的磷酸化作用，使游离的的磷酸化作用，使游离的的磷酸化作用，使游离的的磷酸化作用，使游离的E2F-1E2F-1与未磷酸化的与未磷酸化的与未磷酸化的与未磷酸化的PRBPRB结结结结合，依赖于合，依赖于合，依赖于合，依赖于E2F-1E2F-1转录的基因不能转录，转录的基因不能转录，转录的基因不能转录，转录的基因不能转录，P16P16P16P16INK4aINK4aINK4aINK4a间接抑间接抑间接抑间接抑制包括制包括制包括制包括DNADNA合成在内的多种生化反应，使细胞周期正合成在内的多种生化反应，使细胞周期正合成在内的多种生化反应，使细胞周期正合成在内的多种生化反应，使细胞周期正常运行。
常运行 （（4 4））pRB pRBpRB的去磷酸化在的去磷酸化在M M及及s s期由蛋白磷酸酶期由蛋白磷酸酶1 1催化进行催化进行在周期蛋白－在周期蛋白－CDKCDK复合物与蛋白磷酸酶复合物与蛋白磷酸酶1 1的协同作用下，的协同作用下，pRBpRB的磷酸化／去磷酸化之间的动态平衡有效控制着的磷酸化／去磷酸化之间的动态平衡有效控制着G1G1限制点的限制点的“ “开启和关闭开启和关闭” ”，从而保证细胞周期的有序运，从而保证细胞周期的有序运行行及细胞的正常增殖及细胞的正常增殖 生长因子与相应受体结合生长因子与相应受体结合, ,通过信号传递促进通过信号传递促进cyclincyclin基因表达；基因表达；cyclincyclin与相应的与相应的CDKCDK结合为激酶复合物对结合为激酶复合物对pRbpRb进行磷酸化；进行磷酸化；磷酸化的磷酸化的pRbpRb释放其结合并抑制的蛋白释放其结合并抑制的蛋白, ,主要是转录因子主要是转录因子E2FE2F以以及具激酶活性的及具激酶活性的CAB-1CAB-1蛋白等；游离的蛋白等；游离的E2FE2F进入核内进入核内, ,与多种具与多种具特殊序列的基因启动子区结合特殊序列的基因启动子区结合( (如如c-mycc-myc、、b-mybb-myb、、cdc2cdc2、二氢、二氢叶酸还原酶、叶酸还原酶、TKTK及及E2F-1E2F-1基因等基因等),),促进这些基因的表达；这些促进这些基因的表达；这些基因的产物促进细胞通过基因的产物促进细胞通过G1/SG1/S调控点调控点.CKI.CKI通过抑制通过抑制cyclin-CDKcyclin-CDK激酶活性激酶活性, ,使使pRbpRb不能磷酸化不能磷酸化,pRb,pRb仍与仍与E2FE2F结合结合,E2F,E2F则不能进入则不能进入核内发挥转录作用核内发挥转录作用, ,使细胞停滞于使细胞停滞于G1G1期期. .G1/S调控点以调控点以pRb为中心构成一个复杂网络的为中心构成一个复杂网络的共同模式共同模式 细胞周期长短测定细胞周期长短测定◆◆◆◆脉冲标记脉冲标记脉冲标记脉冲标记DNADNADNADNA复制和细胞分裂指数观察测定法复制和细胞分裂指数观察测定法复制和细胞分裂指数观察测定法复制和细胞分裂指数观察测定法◆◆◆◆流式细胞仪测定法流式细胞仪测定法流式细胞仪测定法流式细胞仪测定法(Flow Cytometry)(Flow Cytometry)(Flow Cytometry)(Flow Cytometry)◆◆◆◆缩时摄像技术，可以得到准确的细胞周期时间及分缩时摄像技术，可以得到准确的细胞周期时间及分缩时摄像技术，可以得到准确的细胞周期时间及分缩时摄像技术，可以得到准确的细胞周期时间及分裂间期和分裂期的准确时间。
裂间期和分裂期的准确时间裂间期和分裂期的准确时间裂间期和分裂期的准确时间 细胞周期同步化细胞周期同步化1 1人工选择同步化人工选择同步化（（ 药物诱导法药物诱导法）） 条件依赖性突变株在细胞周期同步化中的应用：条件依赖性突变株在细胞周期同步化中的应用： 将与细胞周期调控有关的条件依赖性突变株转移将与细胞周期调控有关的条件依赖性突变株转移到限定条件下培养，所有细胞便被同步化在细胞周期中到限定条件下培养，所有细胞便被同步化在细胞周期中某一特定时期某一特定时期 人工选择同步化人工选择同步化2 2有丝分裂选择法：有丝分裂选择法：用于单层贴壁生长细胞用于单层贴壁生长细胞用于单层贴壁生长细胞用于单层贴壁生长细胞优点：细胞未经任何药物处理，细胞同步化效率高优点：细胞未经任何药物处理，细胞同步化效率高优点：细胞未经任何药物处理，细胞同步化效率高优点：细胞未经任何药物处理，细胞同步化效率高缺点：是缺点：是缺点：是缺点：是 分离的细胞数量少分离的细胞数量少分离的细胞数量少分离的细胞数量少密度梯度离心法：密度梯度离心法： 根据不同时期细胞在体积和重量上存在差别进行分离根据不同时期细胞在体积和重量上存在差别进行分离。
根据不同时期细胞在体积和重量上存在差别进行分离根据不同时期细胞在体积和重量上存在差别进行分离优点：方法优点：方法优点：方法优点：方法 简单省时，效率高，成本低简单省时，效率高，成本低简单省时，效率高，成本低简单省时，效率高，成本低缺点：对大多数种类的细胞并不适用缺点：对大多数种类的细胞并不适用缺点：对大多数种类的细胞并不适用缺点：对大多数种类的细胞并不适用 药物诱导法（药物诱导法（DNA合成阻断法）合成阻断法） G1/S-TdRG1/S-TdR双阻断法：将细胞群阻断于双阻断法：将细胞群阻断于双阻断法：将细胞群阻断于双阻断法：将细胞群阻断于G1/SG1/S交界处优点：同步化效率高，适合所有体外培养细胞体系优点：同步化效率高，适合所有体外培养细胞体系优点：同步化效率高，适合所有体外培养细胞体系优点：同步化效率高，适合所有体外培养细胞体系缺点：是诱导过程可造成细胞非均衡生长缺点：是诱导过程可造成细胞非均衡生长缺点：是诱导过程可造成细胞非均衡生长缺点：是诱导过程可造成细胞非均衡生长分裂中期阻断法分裂中期阻断法 通过抑制微管聚合来抑制细胞分裂器的形成，将通过抑制微管聚合来抑制细胞分裂器的形成，将通过抑制微管聚合来抑制细胞分裂器的形成，将通过抑制微管聚合来抑制细胞分裂器的形成，将细胞阻断在细胞分裂中期。
细胞阻断在细胞分裂中期细胞阻断在细胞分裂中期细胞阻断在细胞分裂中期优点：是操作简便，效率高优点：是操作简便，效率高优点：是操作简便，效率高优点：是操作简便，效率高缺点：是这些药物的毒性相对缺点：是这些药物的毒性相对缺点：是这些药物的毒性相对缺点：是这些药物的毒性相对 较大 第三节第三节DNA受损阻止细胞受损阻止细胞 周期的分子学说周期的分子学说 一、一、DNADNA损伤的后果损伤的后果: :信号传导异常信号传导异常长期效应长期效应老化老化肿瘤肿瘤疾病疾病DNA DNA DNA DNA 修复机制修复机制修复机制修复机制短期效应短期效应异常增生和代谢异常增生和代谢生理功能紊乱生理功能紊乱细胞死亡细胞死亡细胞增殖减少细胞增殖减少基因表达异常基因表达异常基因组不稳定基因组不稳定 哺乳哺乳类动物的物的细胞周期胞周期检查点控制机制点控制机制DNA 损伤损伤P21Gadd 45BaxP53CDK/cyclinGadd45 Gadd45-PCNABlocking cell cycleExcision repairingCell apoptosis 二二 、细胞衰老的理论、细胞衰老的理论（一）基因转录或翻译差错、代谢废物积累；（一）基因转录或翻译差错、代谢废物积累； （二）（二） ROS引发脂质、蛋白质和核酸分子氧化性损伤；引发脂质、蛋白质和核酸分子氧化性损伤；（三）端（三）端 粒粒 钟钟 学学 说（说（telomere clock theory) （四）衰老基因与抗衰老基因（四）衰老基因与抗衰老基因 1.衰老基因衰老基因人类：载脂蛋白人类：载脂蛋白Eε4基因、基因、β淀粉样蛋白基因淀粉样蛋白基因 p16, p53 p21 RB基因基因2. 抗衰老基因抗衰老基因 WRN bcl-2 CDK22，cyclinA、B 和 c-fos表达下降不能是Rb磷酸化E2F与Rb结合，从而不能发挥转录作用细胞不能进入S期细胞进入S期生长因子 （二）细胞衰老的生化变化（二）细胞衰老的生化变化1.1.DNADNA复制、转录、修复能力复制、转录、修复能力 端粒长度端粒长度 DNADNA甲基化甲基化 DNA / chromosome DNA / chromosome 损伤损伤2. mRNA2. mRNA与核糖体结合能力与核糖体结合能力 蛋白质合成能力蛋白质合成能力3.3.蛋白质分子损伤，功能蛋白质分子损伤，功能 酶活性酶活性 第四节第四节 细胞周期与疾病细胞周期与疾病 一、癌与细胞周期一、癌与细胞周期癌基因癌基因( (oncogene)oncogene) : 能促使细胞无限增殖、癌变的能促使细胞无限增殖、癌变的DNA序列。
序列分若干基因家族（已分若干基因家族（已发现近百种癌基因近百种癌基因））抑癌基因（抑癌基因（suppression-oncogene)suppression-oncogene)：存在于正常细胞存在于正常细胞中、能抑制细胞恶性增殖的基因中、能抑制细胞恶性增殖的基因 1．细胞周期驱动机制失控．细胞周期驱动机制失控 ■Cyclins的过表达（的过表达（Overexpression of cyclins）） 肿瘤的发生与cyclin（D、E）过量表达有关 ■ Cyclin D1（（Bcl-1）过表达原因（原癌基因））过表达原因（原癌基因） 乳腺癌、胃癌、食道癌存在Cyclin D1基因扩增过度▲基因突变基因突变: Cyclin D1 T286突变 Cyclin D1泛素化受阻 Cyclin D1↑ ●染色体倒位（Chromosome inversion）Cyclin D1基因倒位于甲状旁腺启动子控制，Cyclin D1蛋白合成↑ ●染色体易位（Chromosome translocation) 甲状旁腺腺癌 Bcl-1 t(11:14) (q13:q32)易位 Cyclin D1受Ig重链基因增强子影响 Cyclin D1表达↑ ■ ■ CDK CDK 表达异常表达异常 主要见于主要见于CDKCDK4 4、、CDKCDK6 6过表达。
过表达CDKCDK4 4↑+ cyclin D↑+ cyclin D结合结合↑ ↑ CDKCDK4 4/cyclin D↑ CDKs/cyclin D↑ CDKs表达表达↑ ↑ pRb pRbpRb pRb磷酸化磷酸化↑ ↑ 细胞增殖过度细胞增殖过度 E2F ↑ GE2F ↑ G1 1/S/S过渡加速过渡加速【【Cyclin DCyclin D过表达致肿瘤机制过表达致肿瘤机制】】 Cyclin DCyclin D过表达过表达 + + 生长因子生长因子 CDKsCDKs瀑布效应瀑布效应↑ ↑ 细胞增殖过度细胞增殖过度 易发生细胞癌变易发生细胞癌变 可能 ■ ■ CDICDI表达不足和突变表达不足和突变表达不足和突变表达不足和突变 肿瘤细胞中常出现肿瘤细胞中常出现CDICDI（肿瘤抑制基因）表达不足或突变。
肿瘤抑制基因）表达不足或突变■ ■ p16 p16 InK4InK4基因失活原因基因失活原因基因失活原因基因失活原因 突变或缺失、染色体易位、突变或缺失、染色体易位、p16 p16 InK4InK4高度甲基化高度甲基化Mechanism Mechanism p16p16 InK4 InK4基因表达基因表达↓ ↓ CDKCDK4 4与与cyclin Dcyclin D结合结合↓ ↓ 细胞周期处在细胞周期处在“ “易于易于” ”被启动状态被启动状态 易发生细胞癌变易发生细胞癌变 可能 【【【【MechanismMechanism】】】】 p53 p53基因突变基因突变基因突变基因突变 P21P21cip1cip1转录转录转录转录↓ ↓ DNADNA受损细胞增殖受损细胞增殖受损细胞增殖受损细胞增殖↑ ↑ ▲ Kip/CipKip/Cip含量减少（含量减少（含量减少（含量减少（Deficient expression of Kip/CipDeficient expression of Kip/Cip）））） P21P21ciplcipl功能功能功能功能 cyclins/CDKscyclins/CDKs活性活性活性活性↓ ↓ 细胞周期速度细胞周期速度细胞周期速度细胞周期速度↓ ↓ 增殖细胞核抗原（增殖细胞核抗原（增殖细胞核抗原（增殖细胞核抗原（PCNAPCNA）））） 阻滞阻滞阻滞阻滞DNADNA复制复制复制复制 2. 2. 细细细细 胞胞胞胞 周周周周 期期期期 监监监监 控控控控 机机机机 制制制制 受受受受 损损损损 (Impairment (Impairment of of checkpoint checkpoint system)system) 主要原因：主要原因：主要原因：主要原因：GG1 1/S/S、、、、GG2 2/M/M检查点异常检查点异常检查点异常检查点异常 失察结果：探测失察结果：探测失察结果：探测失察结果：探测DNADNA损伤功能降低损伤功能降低损伤功能降低损伤功能降低 （如发现不了（如发现不了DNADNA损伤，会导致基因缺失、易位、染色体重排等）损伤，会导致基因缺失、易位、染色体重排等） ▲P53突变或丢失 易发生细胞癌变 致变剂 检测点检查功能↓ 遗传不稳定性 复制忠实性↓ ■G1/S交界处失察 ▲P53 进入S期 DNA损伤 修复成功 G1/S检查 停顿G1期 损伤DNA修复 修复失败 细胞凋亡 下调bcl-2表达、激活bax 基因 P53 表表2 人类肿瘤人类肿瘤p53基因突变热点和频率基因突变热点和频率肿瘤型肿瘤型肿瘤型肿瘤型 突变频率（突变频率（突变频率（突变频率（%%）））） 突变热点突变热点突变热点突变热点 肿瘤型肿瘤型肿瘤型肿瘤型 突变频率（突变频率（突变频率（突变频率（%%）））） 突变热点突变热点突变热点突变热点肺癌肺癌肺癌肺癌 56 15756 157，，，，248248，，，，273 273 前列腺癌前列腺癌前列腺癌前列腺癌 30 30 不确定不确定不确定不确定结肠癌结肠癌结肠癌结肠癌 50 17550 175，，，，245245，，，，248248，，，，273 273 肝细胞癌肝细胞癌肝细胞癌肝细胞癌 45 24945 249食道癌食道癌食道癌食道癌 45 45 不确定不确定不确定不确定 胶质癌胶质癌胶质癌胶质癌 25 17525 175、、、、248248卵巢癌卵巢癌卵巢癌卵巢癌 44 273 44 273 乳腺癌乳腺癌乳腺癌乳腺癌 22 17522 175、、、、248248、、、、273273胰腺癌胰腺癌胰腺癌胰腺癌 44 273 44 273 子宫内膜癌子宫内膜癌子宫内膜癌子宫内膜癌 22 24822 248皮肤癌皮肤癌皮肤癌皮肤癌 44 24844 248、、、、278 278 甲状腺癌甲状腺癌甲状腺癌甲状腺癌 13 24813 248、、、、273273胃癌胃癌胃癌胃癌 41 41 不确定不确定不确定不确定 白血病白血病白血病白血病 12 17512 175、、、、248248头颈鳞癌头颈鳞癌头颈鳞癌头颈鳞癌 37 248 37 248 宫颈癌宫颈癌宫颈癌宫颈癌 7 2737 273膀胱癌膀胱癌膀胱癌膀胱癌 34 280 34 280 软组织肉瘤软组织肉瘤软组织肉瘤软组织肉瘤 31 31 不确定不确定不确定不确定DNADNA病毒病毒病毒病毒: SV: SV4040、、、、HPVHPV、腺病毒等、腺病毒等、腺病毒等、腺病毒等 P53P53蛋白蛋白蛋白蛋白失活失活失活失活 。