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1、细胞周期调控与癌细胞细胞周期调控与癌细胞 第第14章章邹志华G1期检验点、起始点、限制点期检验点、起始点、限制点营养供给营养供给生长信号生长信号内在因素内在因素(cdc 基因基因)DNA复制是否完成？复制是否完成？细胞生长是否足够？细胞生长是否足够？环境是否适合？环境是否适合？G2/M 检验点检验点中、后期过渡检验点中、后期过渡检验点是否所有染色体都附着在纺锤体上？是否所有染色体都附着在纺锤体上？细胞周期主要检验点细胞周期主要检验点第一节、细胞增殖调控第一节、细胞增殖调控一、一、MPF的发现的发现M M期期HelaHela细胞与细胞与G1G1、S S、G2G2期的期的PtkPtk细胞融合实验证
2、明细胞融合实验证明MPFMPF的存在：的存在：l MPF - MPF - 有丝分裂促进因子有丝分裂促进因子 (Mitosis-promoting factor) (Mitosis-promoting factor) ( (卵细胞成熟促进因子）、（卵细胞成熟促进因子）、（M M期促进因子期促进因子) )G1期细单线状期细单线状S期粉末状期粉末状G2期双线染色体状期双线染色体状非洲爪蟾卵细胞成熟和卵裂过程非洲爪蟾卵细胞成熟和卵裂过程成熟卵细胞质移植实验成熟卵细胞质移植实验l 孕酮诱导卵母细胞成熟需要合成新蛋白质；孕酮诱导卵母细胞成熟需要合成新蛋白质；l 成熟卵细胞的细胞质诱导的成熟不需要合成新蛋白
3、；成熟卵细胞的细胞质诱导的成熟不需要合成新蛋白；l 纯化的纯化的MPF含含p32和和p45两种蛋白；两种蛋白；l p32和和p45结合后是一种蛋白激酶。结合后是一种蛋白激酶。蟾卵细胞质移植实验证明蟾卵细胞质移植实验证明MPF是蛋白激酶是蛋白激酶:Figure 17-6 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)二、二、 细胞分裂周期相关基因细胞分裂周期相关基因cdc的发现的发现对温度敏感性突变酵母的研究发现很多对温度敏感性突变酵母的研究发现很多cdc 基因基因 (Cell Division Cycle Gene)：l 酵母酵母cd
4、c2基因编码的基因编码的 p34cdc2为蛋白激酶原为蛋白激酶原l 酵母酵母p34cdc2 + 酵母酵母p56cdc13 = 蛋白激酶，调控蛋白激酶，调控G1/S、G2/M转换转换l 蟾卵蟾卵MPF的的p32 = 酵母酵母p34cdc2l 蟾卵蟾卵MPF的的p45 = 酵母酵母p56cdc13 码？码？三、周期蛋白三、周期蛋白cyclin的发现的发现l 海胆细胞分裂的研究发现随细胞周期变化的蛋白海胆细胞分裂的研究发现随细胞周期变化的蛋白- 周期蛋白周期蛋白 (cyclin)：在间期：在间期 累积，在分裂期消失累积，在分裂期消失 与与MPF活性消长一致；活性消长一致；l cyclin B即是蟾卵
5、即是蟾卵MPF的的p45 = 酵母的酵母的p56cdc13：调节亚单位，即：调节亚单位，即周期蛋白周期蛋白 (cyclin)l 而蟾卵而蟾卵MPF的的p32 =酵母酵母p34cdc2（酵母（酵母p34cdc28）是催化亚单位，即）是催化亚单位，即周期蛋白依赖性周期蛋白依赖性 蛋白激酶蛋白激酶 (CDK, cyclin-dependent kinase)l 周期蛋白周期蛋白 (cyclin) 是含是含cyclin box（周期蛋白框）的调节亚单位；（周期蛋白框）的调节亚单位；l 其含量随细胞周期进程变化而变化其含量随细胞周期进程变化而变化 (G1期周期蛋白、期周期蛋白、S期周期蛋白、期周期蛋白、
6、M期周期蛋白等期周期蛋白等)； l 不同的周期蛋白通过不同的周期蛋白框与不同的不同的周期蛋白通过不同的周期蛋白框与不同的CDK结合；结合；l 不同的不同的cyclin-CDK复合物决定细胞周期的不同阶段的进行；复合物决定细胞周期的不同阶段的进行；l cyclin与与CDK的结合是的结合是CDK激活的先决条件；激活的先决条件；l CAK (CDK-activating kinase)、CKI (CDK inhibitor)等进一步调节等进一步调节cyclin-CDK的活性。的活性。泛素依赖性降解泛素依赖性降解与与CDK结合结合降解序列降解序列部分周期蛋白在细胞周期中的积累部分周期蛋白在细胞周期中
7、的积累A：哺乳细胞：哺乳细胞B：芽殖酵母：芽殖酵母C：裂殖酵母：裂殖酵母四、催化亚单位四、催化亚单位CDK和和CDK抑制因子抑制因子通过通过PCR发现的与发现的与cdc2同源的人同源的人CDK分子分子蟾卵蟾卵MPF的的p32 = 酵母酵母p34cdc2：催化亚单位，即：催化亚单位，即CDK (周期蛋白依赖性蛋白激酶周期蛋白依赖性蛋白激酶)CDK的特征：的特征：1。CDK激酶结构域：与周期蛋白结合激酶结构域：与周期蛋白结合2。磷酸化修饰位点：。磷酸化修饰位点：CAK和和CKIThe Major Cyclins and Cdks不同的不同的cyclin-CDK复合物决定细胞周期的不同阶段复合物决定
8、细胞周期的不同阶段五、细胞周期运转调控五、细胞周期运转调控一、一、G2/M期转化与期转化与CDK1的关键性调控作用的关键性调控作用cyclin B1在在CDK1活性调控中的作用活性调控中的作用CDK1激酶活性的综合调控激酶活性的综合调控CKI (CDK inhibitor) and Cdc25磷酸酶磷酸酶 CAK (CDK-activating kinase)M-Cdk的激活反馈调节的激活反馈调节 CKI和和Cdc25磷酸酶活性磷酸酶活性二、二、M周期蛋白与细胞分裂中周期蛋白与细胞分裂中-后期转换后期转换Mad2APCCdc20 导致导致securin降解和分裂酶活化降解和分裂酶活化APCCd
9、h1 Mediates the Destruction of M-cyclins(Cdh1)Cip/Kip家族：家族：p21Cip/WAF1、p27Kip1、p57Kip2INK4家族：家族：p16、p15、p18、p19三、三、CKI控制控制G1、G1/S、S期期SCF使使CKI等泛素化后降解调节分裂间期等泛素化后降解调节分裂间期 SCF (Skp, Cullin, F-box containing complex): multi-protein E3 ubiquitin ligase APC和和SCF在细胞周期中的活性及其底物在细胞周期中的活性及其底物The Major Cell-Cycl
10、e Regulatory Proteinsp16p21p27Wee1Cdc25DNA damageDifferentiationSCFAgingCdk2Cdk1多种内在和外在因素参与细胞周期的调控多种内在和外在因素参与细胞周期的调控Mitogens Stimulate G1-Cdk and G1/S-Cdk ActivitiesTGFb bDNA Damage Arrests the Cell Cycle Excessive Mitogenic Stimulation Induces Cell-cycle Arrest or Apoptosis ARF: alternate open read
11、ing frame of p16 (CDKN2A) gene, it sequesters Mdm2 to stabilize p53. p16 is a Cdk4 inhibitor. Both ARF and p16 play important roles in G1 progression.第二节、癌细胞第二节、癌细胞（自学）（自学）第14章 细胞周期运转受到细胞内外各种因素的精密调控，细胞内因是调控依据。研究发现，周期蛋白依赖性CDK是细胞周期调控中的重要因素。目前已发现，在哺乳动物细胞内至少存在13种CDK，即CDK1至CDK13。一般情况下，CDK至少含有两个亚单位，即周期蛋白和
12、CDK蛋白。周期蛋白为其调节亚单位，CDK蛋白为其催化亚单位。周期蛋白也有多种，在哺乳动物细胞中包括周期蛋白A、B、C、D、E、F、G、H、L、T等，分别与不同的CDK蛋白结合。不同的CDK在细胞周期中起调节作用的时期不同。CDK通过磷酸化其底物而对细胞周期进行调控。CDK活性也受到其他因素的直接调节。除CDK及其直接的活性调节因子外，还有不少其他因素参与细胞周期调控过程，如各种检验点等。各种检验点也有专门的调控机制。所有这些因素，可能组成一个综合的调控网络。 DNA复制起始调控是近十年细胞周期调控研究中的又一大进展。DNA复制的起始并不仅仅是在G1期末的起始点（限制点）处才决定的。早在G1期
13、开始时，许多与DNA复制有关的物质即已表达并与染色质结合，开始了DNA复制的起始调控。目前已经知道，Orc、cdc6、cdc45、Mcm等蛋白质参与了DNA复制的起始调控过程。这一调控过程也需要某些CDK激酶参与，尤其是周期蛋白E-CDK2。 分裂后期促进因子APC的发现是细胞周期研究领域中又一重大进展。到达分裂中期后，周期蛋白B/A与CDK1分离，在APC介导下，通过泛素化依赖途径而降解。CDK1活性消失，细胞由分裂中期向后期转化。APC的成分至少含有8种，分别称为APC1至APC8。APC活性也受到多种因素的综合调控，其中cdc20为APC有效的正调控因子。在分裂中期之前，位于动粒上的Ma
14、d2可以与cdc20结合并抑制后者的活性。到分裂中期，Mad2从动粒上消失，解除对cdc20的抑制作用，促使APC活化。 细胞增殖调控紊乱，可能导致细胞癌变。细胞癌变即可以看做是正常细胞增殖失控，也可以看做是细胞分化失控。癌基因是控制细胞生长和分裂的正常基因（又称原癌基因）的一种突变形式，能引起正常细胞癌变。癌基因编码的蛋白质主要包括生长因子、生长因子受体、信号转导通路中的分子、基因转录调控因子和细胞周期调控蛋白等几大类型。抑癌基因实际上是正常细胞增殖过程中的负调控因子，它编码的蛋白质往往在细胞周期的检验点上起阻止细胞周期进程的作用。如果抑癌基因突变，丧失其细胞增殖的负调控作用，则导致细胞失控而过度增殖。癌症是一种典型的老年性疾病，它涉及一系列的原癌基因与抑癌基因的致癌突变的积累。癌症的发生与肿瘤干细胞有密切关系。
