第十二章 細(xì)胞增殖及其調(diào)控

1、細(xì)胞的基本特征：分裂、死亡細(xì)胞的基本特征：分裂、死亡持續(xù)分裂細(xì)胞持續(xù)分裂細(xì)胞終端分化細(xì)胞終端分化細(xì)胞分化分化生物繁育的基礎(chǔ)。生物繁育的基礎(chǔ)。 單細(xì)胞生物單細(xì)胞生物個體繁殖。個體繁殖。 多細(xì)胞生物多細(xì)胞生物從小到大。從小到大。 成體生物細(xì)胞增殖成體生物細(xì)胞增殖取代衰老死亡的細(xì)胞，取代衰老死亡的細(xì)胞， 機體創(chuàng)傷愈合、組織再生、病理組織修復(fù)等。機體創(chuàng)傷愈合、組織再生、病理組織修復(fù)等。u細(xì)胞增殖受嚴(yán)密調(diào)控，物質(zhì)準(zhǔn)備完成后，生物整體細(xì)胞增殖受嚴(yán)密調(diào)控，物質(zhì)準(zhǔn)備完成后，生物整體調(diào)控調(diào)控增殖增殖第十二章第十二章 細(xì)胞增殖及其調(diào)控細(xì)胞增殖及其調(diào)控lG1G1期期: :此期主要合成此期主要合成rRNA、蛋白質(zhì)、脂

2、類和碳水化合物。在、蛋白質(zhì)、脂類和碳水化合物。在G1期的后期期的后期, DNA合成酶的活性大大增加。（不合成合成酶的活性大大增加。（不合成DNA) lS S期期: :除了除了DNADNA合成合成外外, 同時還會合成組蛋白同時還會合成組蛋白, DNA復(fù)制所需的酶復(fù)制所需的酶都在這一時期合成。都在這一時期合成。DNA的合成和組蛋白的合成在時間上是的合成和組蛋白的合成在時間上是同步的同步的 lG2G2期期: :是是DNA合成的后期。在這一時期合成的后期。在這一時期, 主要是大量合成主要是大量合成ATP、RNA、蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì), 包括包括微管蛋白微管蛋白和成熟促進(jìn)因子和成熟促進(jìn)因子MPFMPF(mat

3、uration promoting factor)等，為有絲分裂作準(zhǔn)備。等，為有絲分裂作準(zhǔn)備。第一節(jié)第一節(jié) 細(xì)胞周期概述細(xì)胞周期概述lM M 期期: :從細(xì)胞分裂開始到結(jié)束所經(jīng)歷的過程從細(xì)胞分裂開始到結(jié)束所經(jīng)歷的過程, , 也就是從染色也就是從染色體的凝縮、分離到平均分配到兩個子細(xì)胞為止。分裂后體的凝縮、分離到平均分配到兩個子細(xì)胞為止。分裂后, S, S期合成的期合成的DNADNA減半。這一期的特點是減半。這一期的特點是RNARNA合成停止合成停止, , 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)合成減少合成減少, , 以及染色體高度螺旋化。以及染色體高度螺旋化。lG G0 0細(xì)胞：細(xì)胞：又稱休眠細(xì)胞。暫時脫離細(xì)胞周期又稱

4、休眠細(xì)胞。暫時脫離細(xì)胞周期, ,不進(jìn)行增殖不進(jìn)行增殖, ,也叫靜止細(xì)胞群也叫靜止細(xì)胞群, ,如某些免疫淋巴細(xì)胞如某些免疫淋巴細(xì)胞, , 肝肝, ,腎細(xì)胞等。腎細(xì)胞等。l不一定每種細(xì)胞都有四個時期，如胚胎細(xì)胞沒有不一定每種細(xì)胞都有四個時期，如胚胎細(xì)胞沒有G G1 1期。期。限制點、檢驗點限制點、檢驗點 有絲分裂器：有絲分裂器： 有絲分裂過程形成的臨時性結(jié)構(gòu)有絲分裂過程形成的臨時性結(jié)構(gòu)包括包括紡錘體紡錘體、動物細(xì)胞、動物細(xì)胞收縮環(huán)收縮環(huán)、植物、植物成膜體成膜體。 動物細(xì)胞動物細(xì)胞l分裂溝：分裂溝：胞質(zhì)分裂開始時，在赤道板周圍細(xì)胞表面胞質(zhì)分裂開始時，在赤道板周圍細(xì)胞表面下陷，形成環(huán)形縊縮。隨細(xì)胞由后

5、期向末期轉(zhuǎn)化，下陷，形成環(huán)形縊縮。隨細(xì)胞由后期向末期轉(zhuǎn)化，分裂溝逐漸加深，直至兩個子代細(xì)胞完全分開。分裂溝逐漸加深，直至兩個子代細(xì)胞完全分開。 星體微管分裂末期開始加長到質(zhì)膜下皮層，兩級星體星體微管分裂末期開始加長到質(zhì)膜下皮層，兩級星體微管末端重合處形成分裂溝。微管末端重合處形成分裂溝。P404P404圖圖12-1512-15l中間體：中間體：在分裂溝的下方，除肌動蛋白之外，還有在分裂溝的下方，除肌動蛋白之外，還有微管、小膜泡等物質(zhì)聚集，共同構(gòu)成一個環(huán)形致密微管、小膜泡等物質(zhì)聚集，共同構(gòu)成一個環(huán)形致密層。層。l收縮環(huán)：收縮環(huán)：胞質(zhì)分裂開始時，大量的肌動蛋白和肌球胞質(zhì)分裂開始時，大量的肌動蛋白和

6、肌球蛋白在中間體處裝配成微絲并相互組成微絲束，環(huán)蛋白在中間體處裝配成微絲并相互組成微絲束，環(huán)繞細(xì)胞。繞細(xì)胞。l植物細(xì)胞末期近兩極處紡錘絲消失，中間微管保植物細(xì)胞末期近兩極處紡錘絲消失，中間微管保留，形成成膜體。留，形成成膜體。l來自高爾基體囊泡沿微管轉(zhuǎn)運到成膜體中間。融來自高爾基體囊泡沿微管轉(zhuǎn)運到成膜體中間。融合形成細(xì)胞板，囊泡的內(nèi)含物形成初生壁和中膠合形成細(xì)胞板，囊泡的內(nèi)含物形成初生壁和中膠層，囊泡膜形成質(zhì)膜，融合留下的管道形成胞間層，囊泡膜形成質(zhì)膜，融合留下的管道形成胞間連絲。連絲。1.紡錘體組裝過程紡錘體組裝過程 P409圖圖12-20 Mad2蛋白、蛋白、Bud1蛋白結(jié)合在動粒一側(cè)促蛋

7、白結(jié)合在動粒一側(cè)促使動粒使動粒敏化敏化，動粒微管與染色體動粒結(jié)合，動粒微管與染色體動粒結(jié)合，結(jié)合后結(jié)合后Mad蛋白、蛋白、Bud蛋白消失，染色體動蛋白消失，染色體動粒全部與動粒微管結(jié)合粒全部與動粒微管結(jié)合后期后期開始。開始。牽拉假說牽拉假說(pull hypothesis)染色體向赤道板方向移動與動粒微管之延伸染色體向赤道板方向移動與動粒微管之延伸所產(chǎn)生的牽拉有關(guān)。所產(chǎn)生的牽拉有關(guān)。外推假說外推假說(push hypothesis)染色體向赤道板移動，是由于星體的排斥力染色體向赤道板移動，是由于星體的排斥力將染色體外推的結(jié)果。將染色體外推的結(jié)果。二者可能共存二者可能共存 P410圖圖12-22

8、l動粒釋放動粒釋放Cdc20促使促使Apc（后期促進(jìn)因子）（后期促進(jìn)因子）活化?；罨導(dǎo)致連接兩條染色單體的導(dǎo)致連接兩條染色單體的cohesin分離。分離。后期后期A A和后期和后期B B兩個階段假說：兩個階段假說：l后期后期A A：ATPATP驅(qū)動馬達(dá)蛋白牽拉，將染色驅(qū)動馬達(dá)蛋白牽拉，將染色體移向兩極體移向兩極, ,動粒微管正極解聚逐漸變短。動粒微管正極解聚逐漸變短。l后期后期B B：極微管延長，重疊和相互滑動，：極微管延長，重疊和相互滑動，使兩極間距離逐漸拉長。胞質(zhì)動力蛋白使兩極間距離逐漸拉長。胞質(zhì)動力蛋白延星體微管向負(fù)極拉近質(zhì)膜。延星體微管向負(fù)極拉近質(zhì)膜。l兩個作用相互獨立。兩個作用相

9、互獨立。5.染色體分離染色體分離動粒微管正極解聚動粒微管正極解聚馬達(dá)蛋白牽拉馬達(dá)蛋白牽拉極微管延長極微管延長星體微管向負(fù)極拉近質(zhì)膜星體微管向負(fù)極拉近質(zhì)膜一、一、MPFMPF的發(fā)現(xiàn)及其作用的發(fā)現(xiàn)及其作用 二、二、p34p34cdc2cdc2三、周期蛋白三、周期蛋白(cyclin)(cyclin)家族家族四、四、CDKCDK激酶（周期蛋白依賴性蛋白激激酶（周期蛋白依賴性蛋白激酶）和抑制物酶）和抑制物(CDKI) (CDKI) 五、細(xì)胞周期運轉(zhuǎn)調(diào)控五、細(xì)胞周期運轉(zhuǎn)調(diào)控 實驗一：實驗一：細(xì)胞融合實驗細(xì)胞融合實驗 研究者：研究者：19701970年，年，Colorado Colorado 大學(xué)的大學(xué)的P

10、otu Rao Potu Rao 和和 Robert Johnson Robert Johnson 研究方法：將研究方法：將M M期與間期的期與間期的HeLaHeLa細(xì)胞進(jìn)行融合。細(xì)胞進(jìn)行融合。結(jié)果：引起間期染色體的凝集，此種現(xiàn)象稱為染結(jié)果：引起間期染色體的凝集，此種現(xiàn)象稱為染色體超前凝集或色體超前凝集或早熟染色體凝集早熟染色體凝集(premature (premature chromosome condensation, PCC chromosome condensation, PCC ）。不同時期的）。不同時期的間期細(xì)胞與間期細(xì)胞與M M期細(xì)胞融合，產(chǎn)生的期細(xì)胞融合，產(chǎn)生的PCCPCC的形

11、態(tài)各不相的形態(tài)各不相同。同。細(xì)單線狀粉末狀雙線狀 M期細(xì)胞中存在期細(xì)胞中存在誘導(dǎo)染色體凝集的因子誘導(dǎo)染色體凝集的因子，促進(jìn)其他，促進(jìn)其他時期細(xì)胞從間期轉(zhuǎn)入時期細(xì)胞從間期轉(zhuǎn)入M期。期。MPF的發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn) 成熟促進(jìn)因子成熟促進(jìn)因子(maturation promoting factor，MPF）,早期稱為早期稱為M-期促進(jìn)因子期促進(jìn)因子(M-phase promoting factor, MPF)，是指，是指M期細(xì)胞中期細(xì)胞中存在的促進(jìn)細(xì)胞分裂的因子存在的促進(jìn)細(xì)胞分裂的因子實驗二：非洲爪蟾卵細(xì)胞提取物注射實驗實驗二：非洲爪蟾卵細(xì)胞提取物注射實驗研究者：研究者：19711971年，年，MasuiMa

12、sui和和MarkertMarkert研究方法：研究方法： 1 1、卵母細(xì)胞生長階段、卵母細(xì)胞生長階段I-IVI-IV，等待成熟，等待成熟 減數(shù)第一次分裂前期（雙線期）減數(shù)第一次分裂前期（雙線期） 2 2、孕酮孕酮作用，成熟的卵母細(xì)胞作用，成熟的卵母細(xì)胞 減數(shù)第二次分裂中期減數(shù)第二次分裂中期 非洲爪蟾卵母細(xì)胞孕酮誘導(dǎo)成熟后，將其胞質(zhì)非洲爪蟾卵母細(xì)胞孕酮誘導(dǎo)成熟后，將其胞質(zhì)顯微注入另一個未成熟的卵母細(xì)胞中顯微注入另一個未成熟的卵母細(xì)胞中可誘導(dǎo)其成可誘導(dǎo)其成熟。熟。 加入蛋白質(zhì)合成抑制劑加入蛋白質(zhì)合成抑制劑胞質(zhì)仍可誘導(dǎo)其成熟胞質(zhì)仍可誘導(dǎo)其成熟 而孕酮不能誘導(dǎo)其成熟。而孕酮不能誘導(dǎo)其成熟。結(jié)果：細(xì)胞

13、中存在結(jié)果：細(xì)胞中存在前體前體MPFMPF成熟細(xì)胞活化，本質(zhì)蛋白激酶。成熟細(xì)胞活化，本質(zhì)蛋白激酶。 進(jìn)一步實驗表明，進(jìn)一步實驗表明， MPFMPF在進(jìn)化上高度保守，在進(jìn)化上高度保守，MPFMPF活性幾活性幾乎普遍存在于從酵母到人體所有真核細(xì)胞分裂期的細(xì)胞中。乎普遍存在于從酵母到人體所有真核細(xì)胞分裂期的細(xì)胞中。MPF的結(jié)構(gòu)組成的結(jié)構(gòu)組成 1988，Lohka等，非洲爪蟾卵分離純化微克等，非洲爪蟾卵分離純化微克級級MPF,是由兩個不同的亞基組成的異質(zhì)二聚體是由兩個不同的亞基組成的異質(zhì)二聚體:催化亞基催化亞基 p32 是絲氨酸是絲氨酸/蘇氨酸型蛋白激酶蘇氨酸型蛋白激酶 其活性有賴于周期蛋白，故蛋白稱

14、為周期蛋白依其活性有賴于周期蛋白，故蛋白稱為周期蛋白依賴性蛋白激酶賴性蛋白激酶(cyclin-dependent protein kinases, Cdks);調(diào)節(jié)亞基：調(diào)節(jié)亞基：p45( 周期蛋白周期蛋白,cyclin)。lMPFp32+p45蛋白激酶蛋白激酶p45p32l通過注射實驗還發(fā)現(xiàn)通過注射實驗還發(fā)現(xiàn), MPF的活性在的活性在細(xì)胞周期細(xì)胞周期中波動中波動很大很大, 在在有絲分裂前急劇升高有絲分裂前急劇升高, 但在有絲但在有絲分裂后急劇下降直到零。分裂后急劇下降直到零。l由于由于MPF蛋白激酶亞基不能單獨起作用蛋白激酶亞基不能單獨起作用, 它需它需要與細(xì)胞周期蛋白結(jié)合才有功能。要與細(xì)胞

15、周期蛋白結(jié)合才有功能。周期蛋白濃周期蛋白濃度在細(xì)胞周期中是浮動的度在細(xì)胞周期中是浮動的, 呈周期性變化。呈周期性變化。同同樣樣, MPF的活性與周期蛋白一樣在細(xì)胞周期中的活性與周期蛋白一樣在細(xì)胞周期中呈現(xiàn)周期性變化呈現(xiàn)周期性變化二、二、p34p34cdc2cdc2激酶的發(fā)現(xiàn)及其與激酶的發(fā)現(xiàn)及其與MPFMPF的關(guān)系的關(guān)系 1960s Leland Hartwell,1970s Paul 1960s Leland Hartwell,1970s Paul NurseNurse以以芽殖酵母芽殖酵母和和裂殖酵母裂殖酵母為實驗材料，利為實驗材料，利用細(xì)胞周期基因突變產(chǎn)生一系列不同的用細(xì)胞周期基因突變產(chǎn)生一

16、系列不同的溫度敏溫度敏感突變株感突變株，發(fā)現(xiàn)許多與細(xì)胞分裂有關(guān)的基因，發(fā)現(xiàn)許多與細(xì)胞分裂有關(guān)的基因(cell division cycle gene, CDC)(cell division cycle gene, CDC)。 cdccdc突變突變 這類突變在非允許的溫度下培養(yǎng)這類突變在非允許的溫度下培養(yǎng), , 形成特形成特別長的細(xì)胞，不能正常分裂繁殖別長的細(xì)胞，不能正常分裂繁殖; ;突變沒有突變沒有Cdc2Cdc2的活性的活性第一個被分離第一個被分離裂殖酵母裂殖酵母cdc2cdc2停在停在G G2 2/M/M交界處交界處細(xì)胞不能進(jìn)入有絲分裂細(xì)胞不能進(jìn)入有絲分裂稱為稱為p34p34cdc2cdc

17、2 蛋白蛋白表達(dá)產(chǎn)物分子質(zhì)量為表達(dá)產(chǎn)物分子質(zhì)量為34kDa34kDa的的蛋白激酶蛋白激酶與與p32p32同源同源+ +p56p56cdc13cdc13 促進(jìn)促進(jìn)G2/MG2/M轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 cdc13 cdc13基因產(chǎn)物基因產(chǎn)物也是進(jìn)入有絲分也是進(jìn)入有絲分裂必需的裂必需的. . 形成異質(zhì)二聚體形成異質(zhì)二聚體, ,并并且具有蛋白激酶的活且具有蛋白激酶的活性，相當(dāng)于非洲爪蟾性，相當(dāng)于非洲爪蟾的的MPFMPF。突變沒有突變沒有Cdc28Cdc28的活性的活性第二個被分離第二個被分離芽殖酵母芽殖酵母cdc28cdc28停在停在G G1 1/S/S交界處或交界處或 G G2 2/M/M交界處交界處細(xì)胞不能進(jìn)

18、入有絲分裂細(xì)胞不能進(jìn)入有絲分裂稱為稱為p34p34cdc28cdc28 蛋白蛋白蛋白激酶蛋白激酶促進(jìn)促進(jìn)G G1 1/S/S轉(zhuǎn)換必須轉(zhuǎn)換必須 G G2 2/M/M轉(zhuǎn)換中起調(diào)節(jié)作用轉(zhuǎn)換中起調(diào)節(jié)作用非洲爪蟾卵母細(xì)胞非洲爪蟾卵母細(xì)胞MPF p32 p45裂殖酵母裂殖酵母 p34cdc2 p56cdc13芽殖酵母芽殖酵母 p34cdc28 催化亞單位催化亞單位 調(diào)節(jié)亞單位調(diào)節(jié)亞單位三、細(xì)胞周期蛋白（三、細(xì)胞周期蛋白（cyclincyclin）的發(fā)現(xiàn)）的發(fā)現(xiàn)l1980s Timothy Hunt1980s Timothy Hunt發(fā)現(xiàn)周期蛋白發(fā)現(xiàn)周期蛋白(cyclin A(cyclin A和和B)B)。

19、l酵母酵母Cln1-3Cln1-3、Clb1-6Clb1-6，高等動物，高等動物A1A1、A2A2、B1B1、B2B2等等l周期蛋白廣泛存在于各類周期蛋白廣泛存在于各類真核生物真核生物中，為中，為誘導(dǎo)細(xì)胞誘導(dǎo)細(xì)胞進(jìn)入進(jìn)入M M期所必需期所必需。l周期蛋白參與周期蛋白參與MPFMPF的功能調(diào)節(jié)的功能調(diào)節(jié)細(xì)胞周期蛋白的鑒定細(xì)胞周期蛋白的鑒定實驗設(shè)計實驗設(shè)計 1.獲得同步化的受精的海膽卵細(xì)胞獲得同步化的受精的海膽卵細(xì)胞 2.在有放射性氨基酸的培養(yǎng)液中培養(yǎng)在有放射性氨基酸的培養(yǎng)液中培養(yǎng) 3.每每10分鐘取一次樣分離純化蛋白質(zhì)進(jìn)行分析分鐘取一次樣分離純化蛋白質(zhì)進(jìn)行分析實驗結(jié)果實驗結(jié)果 某些蛋白含量隨細(xì)胞

20、周期進(jìn)程變化而變化某些蛋白含量隨細(xì)胞周期進(jìn)程變化而變化 （一般間期內(nèi)積累，細(xì)胞分裂期內(nèi)消失），（一般間期內(nèi)積累，細(xì)胞分裂期內(nèi)消失）， 發(fā)現(xiàn)了發(fā)現(xiàn)了周期蛋白周期蛋白B(cyclin B)， 周期蛋白周期蛋白B的的cDNA克隆與周期蛋白克隆與周期蛋白B的鑒定。的鑒定。 與酵母中與酵母中 p56cdc13同源。同源。周期蛋白周期蛋白B B的變化規(guī)律：的變化規(guī)律：lG1G1期晚期開始合成期晚期開始合成通過通過S S期期到達(dá)到達(dá)G2G2期，含期，含量達(dá)到最大量達(dá)到最大CDK1CDK1激酶活性開始出現(xiàn)激酶活性開始出現(xiàn)G2G2期期晚期，晚期，CDK1CDK1激酶活性達(dá)到最大，持續(xù)至激酶活性達(dá)到最大，持續(xù)至M

21、 M期。期。 l在細(xì)胞周期中含量呈周期性變化。在細(xì)胞周期的不同時在細(xì)胞周期中含量呈周期性變化。在細(xì)胞周期的不同時期表達(dá)不同的周期蛋白。期表達(dá)不同的周期蛋白。l表達(dá)時期不同，與不同表達(dá)時期不同，與不同CDKCDK結(jié)合，調(diào)節(jié)不同結(jié)合，調(diào)節(jié)不同CDKCDK激酶活性，激酶活性，執(zhí)行功能不同：執(zhí)行功能不同：lG G1 1期周期蛋白：期周期蛋白： G G1 1期表達(dá)，調(diào)節(jié)期表達(dá)，調(diào)節(jié)G G1 1期和期和S S期轉(zhuǎn)換過程。期轉(zhuǎn)換過程。 例例C C、D D（持續(xù)表達(dá)）、（持續(xù)表達(dá)）、E E（M M期晚期，期晚期，G G1 1期早期開始表達(dá)期早期開始表達(dá)并逐漸積累）、并逐漸積累）、Cln1-3Cln1-3lM

22、M期周期蛋白：期周期蛋白：間期表達(dá)，間期表達(dá)，M M期表現(xiàn)調(diào)節(jié)功能。期表現(xiàn)調(diào)節(jié)功能。 例：周期蛋白例：周期蛋白A GA G1 1期早期即開始表達(dá)并逐漸積累期早期即開始表達(dá)并逐漸積累 周期蛋白周期蛋白B GB G1 1期晚期開始表達(dá)并逐漸積累期晚期開始表達(dá)并逐漸積累P427 P427 圖圖12-3512-35共性：共性：l含有含有周期蛋白框（周期蛋白框（100aa100aa） （P426 P426 圖圖12-3412-34） 介導(dǎo)其與介導(dǎo)其與CDKCDK結(jié)合結(jié)合, ,不同周期蛋白識別不同不同周期蛋白識別不同CDKCDK CDK- CDK-周期蛋白周期蛋白( (調(diào)節(jié)亞基調(diào)節(jié)亞基) )復(fù)合體復(fù)合體

23、不同不同CDKCDK激酶活性激酶活性（P428 P428 表表12-212-2）lM M期周期蛋白分子結(jié)構(gòu)中，期周期蛋白分子結(jié)構(gòu)中，N N端含有端含有破壞框（破壞框（9aa9aa），主要參與，主要參與M M期周期蛋白的期周期蛋白的泛素化降解泛素化降解過程。過程。lG1G1期周期蛋白期周期蛋白C C末端含有末端含有PESTPEST序列，與其序列，與其更新更新有關(guān)。有關(guān)。l周期蛋白依賴性蛋白激酶（周期蛋白依賴性蛋白激酶（cyclin-dependent cyclin-dependent kinasekinase），簡稱），簡稱CDKCDK激酶，是一個家族，激酶，是一個家族，CDK1-12CDK1-

24、12。l同源性很強，共同特點：同源性很強，共同特點： 它們含有一段類似的它們含有一段類似的CDKCDK激酶結(jié)構(gòu)域激酶結(jié)構(gòu)域，在該結(jié)，在該結(jié)構(gòu)域中有構(gòu)域中有PSTAIREPSTAIRE區(qū)域，該序列可與區(qū)域，該序列可與周期蛋白框周期蛋白框結(jié)合。結(jié)合。 磷酸化位點：磷酸化位點：CDKCDK激酶分子中發(fā)現(xiàn)一些重要位激酶分子中發(fā)現(xiàn)一些重要位點，對這些位點進(jìn)行磷酸化修飾，將對點，對這些位點進(jìn)行磷酸化修飾，將對CDKCDK激酶激酶活性起重要調(diào)節(jié)作用?；钚云鹬匾{(diào)節(jié)作用。 CDKI（CDK抑制物）結(jié)合位點。抑制物）結(jié)合位點。目前發(fā)現(xiàn)的目前發(fā)現(xiàn)的CDKICDKI分為兩大家族：分為兩大家族：l INK4INK4家

25、族家族：如：如P16P16ink4aink4a、P15P15ink4bink4b、P18P18ink4cink4c、P19P19ink4dink4d，特異性抑制，特異性抑制cdk4cdk4cyclin D1cyclin D1、cdk6cdk6cyclin D1cyclin D1復(fù)合物。復(fù)合物。l Cip/KipCip/Kip家族家族：包括：包括P21P21Cip1/WAF1Cip1/WAF1、P27P27Kip1Kip1、P57P57Kip2Kip2等，能抑制大多數(shù)等，能抑制大多數(shù)CDKCDK的的激酶活性。如激酶活性。如P21P21還能與還能與DNADNA聚合酶聚合酶d d的輔的輔助因子助因子

26、PCNAPCNA結(jié)合，直接抑制結(jié)合，直接抑制DNADNA的合成。的合成。 非洲爪蟾卵母細(xì)胞非洲爪蟾卵母細(xì)胞MPF p32 p45裂殖酵母裂殖酵母 p34cdc2 p56cdc13芽殖酵母芽殖酵母 p34cdc28 海膽卵海膽卵 周期蛋白周期蛋白B 催化亞單位催化亞單位 調(diào)節(jié)亞單位調(diào)節(jié)亞單位 CDKCDK激酶激酶 周期蛋白周期蛋白( (一一)G)G2 2/M/M期轉(zhuǎn)化與期轉(zhuǎn)化與CDKlCDKl激酶的關(guān)鍵性調(diào)控作用激酶的關(guān)鍵性調(diào)控作用lCDK1CDK1在細(xì)胞周期中含量相對穩(wěn)定，而在細(xì)胞周期中含量相對穩(wěn)定，而cyclin Bcyclin B含量含量呈周期性變化。呈周期性變化。lCDK1CDK1只有與

27、只有與cyclin Bcyclin B結(jié)合后才可能表現(xiàn)出激酶活性。結(jié)合后才可能表現(xiàn)出激酶活性。lcyclin Bcyclin B一般在一般在G G1 1晚期開始合成，通過晚期開始合成，通過S S期，含量不期，含量不斷增加，到達(dá)斷增加，到達(dá)G G2 2期期，含量達(dá)到最高。隨著，含量達(dá)到最高。隨著cyclin Bcyclin B含含量達(dá)到一定程度，量達(dá)到一定程度，CDK1CDK1激酶活性開始出現(xiàn)激酶活性開始出現(xiàn)，到，到G G2 2晚期，晚期，其活性達(dá)到最高并其活性達(dá)到最高并維持到維持到M M期的中期期的中期階段。然后，隨階段。然后，隨著著cyclin Bcyclin B的降解，的降解，CDK1CD

28、K1活性喪失?；钚詥适А隨著隨著cyclin B含量達(dá)到一定程度，含量達(dá)到一定程度，CDK1激酶活激酶活性開始出現(xiàn)性開始出現(xiàn)，到，到G2晚期，其活性達(dá)到最高并晚期，其活性達(dá)到最高并維維持到持到M期的中期期的中期階段。然后，隨著階段。然后，隨著cyclin B的的降解，降解，CDK1活性喪失?；钚詥适?。lCDK1 與與cyclin B形成復(fù)合體后，形成復(fù)合體后，S期期Wee1活性較高和活性較高和CAK（CDK1-activating kinase）催化）催化CDK1上上Thr14、Tyr15和和Thr161的磷酸化。此時的的磷酸化。此時的CDK1無激酶活性。無激酶活性。l然后，然后，CDK1在

29、磷酸酶（在磷酸酶（phosphatase）Cdc25c的催化下，的催化下，Thr14和和Tyr15去磷酸化，才表現(xiàn)出激酶活性。去磷酸化，才表現(xiàn)出激酶活性。CDK1CDK1激激酶活性的酶活性的調(diào)控調(diào)控正調(diào)控正調(diào)控 磷酸化磷酸化負(fù)調(diào)控負(fù)調(diào)控前體前體MPFMPF磷酸酶磷酸酶去磷酸化去磷酸化G G2 2晚期晚期-M-M期的中期維持活性期的中期維持活性泛素化降解途徑泛素化降解途徑后期促進(jìn)因子后期促進(jìn)因子促進(jìn)分裂中期向后期轉(zhuǎn)化促進(jìn)分裂中期向后期轉(zhuǎn)化lCdk1Cdk1通過使某些蛋白通過使某些蛋白磷酸化磷酸化，改變其下游的某些，改變其下游的某些蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和啟動其功能，實現(xiàn)其調(diào)控細(xì)胞周蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和啟動其功能

30、，實現(xiàn)其調(diào)控細(xì)胞周期的目的。期的目的。lCdk1Cdk1催化底物磷酸化有位點特異性，一般選擇底催化底物磷酸化有位點特異性，一般選擇底物中某個物中某個特定序列的特定序列的SerSer或或ThrThr殘基。殘基。l作用底物：組蛋白作用底物：組蛋白H1H1、核纖層蛋白、核仁蛋白等、核纖層蛋白、核仁蛋白等（表（表12-312-3）l細(xì)胞變化：染色質(zhì)凝集、核纖層解聚、核仁解體、細(xì)胞變化：染色質(zhì)凝集、核纖層解聚、核仁解體、細(xì)胞骨架重排、細(xì)胞形態(tài)調(diào)整等。細(xì)胞骨架重排、細(xì)胞形態(tài)調(diào)整等。MPF（M-CdK, CDK1）激發(fā)）激發(fā)M期事件使細(xì)胞進(jìn)入期事件使細(xì)胞進(jìn)入M期期M-CdK核纖層蛋核纖層蛋白磷酸化白磷酸化組

31、蛋白組蛋白H1磷酸化磷酸化核膜破裂核膜破裂染色體凝集染色體凝集相關(guān)蛋白相關(guān)蛋白磷酸化磷酸化紡錘體形成紡錘體形成相關(guān)蛋白相關(guān)蛋白磷酸化磷酸化骨架和細(xì)胞骨架和細(xì)胞器重排器重排M期開始期開始（二）（二） M期周期蛋白與分裂中期向期周期蛋白與分裂中期向后期轉(zhuǎn)換的調(diào)控后期轉(zhuǎn)換的調(diào)控l細(xì)胞周期運轉(zhuǎn)到中期后，細(xì)胞周期運轉(zhuǎn)到中期后， APC（后期促進(jìn)復(fù)（后期促進(jìn)復(fù)合體）使靶蛋白泛素化，合體）使靶蛋白泛素化，cyclin A和和B通過泛素通過泛素-蛋白酶體系統(tǒng)迅速降解，蛋白酶體系統(tǒng)迅速降解，CDK1激酶活性喪失，激酶活性喪失，被被CDK1磷酸化的蛋白去磷酸化，細(xì)胞周期便磷酸化的蛋白去磷酸化，細(xì)胞周期便從中期向后

32、期轉(zhuǎn)化。從中期向后期轉(zhuǎn)化。1.1.泛素泛素- -蛋白酶體系統(tǒng)蛋白酶體系統(tǒng)v泛素泛素-蛋白酶體系統(tǒng)（蛋白酶體系統(tǒng)（ubiquitin-proteosome system）介導(dǎo)）介導(dǎo)cyclin A、B，以及其它很多蛋白的，以及其它很多蛋白的降解。降解。v泛素泛素C端首先與端首先與泛素激活酶泛素激活酶（ubiquitin-activating enzyme）E1結(jié)合，形成結(jié)合，形成E1-泛素復(fù)合體。泛素復(fù)合體。該復(fù)合體再將泛素轉(zhuǎn)移給該復(fù)合體再將泛素轉(zhuǎn)移給泛素結(jié)合酶泛素結(jié)合酶(ubiquitinconjugating enzyme)E2。然后。然后E2直接或通過直接或通過泛素泛素連接酶連接酶（ubi

33、quitin ligase）E3將泛素轉(zhuǎn)到靶蛋白將泛素轉(zhuǎn)到靶蛋白上 。 在 靶 蛋 白 上 逐 漸 形 成 一 個 多 聚 泛 素 鏈上 。 在 靶 蛋 白 上 逐 漸 形 成 一 個 多 聚 泛 素 鏈（polyubiquitin chain）。然后，被一個稱作）。然后，被一個稱作蛋白蛋白酶體酶體（proteosome）的蛋白質(zhì)復(fù)合體降解。）的蛋白質(zhì)復(fù)合體降解。泛素與非特異性泛素激活酶泛素與非特異性泛素激活酶E1的半胱氨酸殘基結(jié)合的半胱氨酸殘基結(jié)合E1-泛素復(fù)合體泛素復(fù)合體復(fù)合體將泛素轉(zhuǎn)移復(fù)合體將泛素轉(zhuǎn)移給泛素結(jié)合酶給泛素結(jié)合酶E2E2直接或通過泛素連接酶直接或通過泛素連接酶E3將泛素轉(zhuǎn)到靶

34、蛋白上。將泛素轉(zhuǎn)到靶蛋白上。靶蛋白破壞框起調(diào)節(jié)作用靶蛋白破壞框起調(diào)節(jié)作用l后期促進(jìn)復(fù)合體（后期促進(jìn)復(fù)合體（anaphase-promoting anaphase-promoting complex, APCcomplex, APC）又稱）又稱cyclosomecyclosome，是一個具有，是一個具有泛素泛素連接酶連接酶 E3E3活性的蛋白質(zhì)復(fù)合體，調(diào)控活性的蛋白質(zhì)復(fù)合體，調(diào)控M M期的中期期的中期向后期的轉(zhuǎn)化。向后期的轉(zhuǎn)化。lAPCAPC可以催化可以催化cyclin Acyclin A和和B B的泛素化，使得它們降的泛素化，使得它們降解，從而使解，從而使CDK1CDK1喪失活性。喪失活性。l

35、人人1313種：種：APC1-8APC1-8，APC10-13APC10-13，Cdc26Cdc26 酵母酵母1313種。種。l同源物：青蛙同源物：青蛙cyclosomecyclosome 非洲爪蟾卵非洲爪蟾卵20S20S蛋白復(fù)合體蛋白復(fù)合體2.2.后期促進(jìn)復(fù)合體（后期促進(jìn)復(fù)合體（APCAPC） APC APC還調(diào)節(jié)其他一些與細(xì)胞周期調(diào)控有關(guān)的還調(diào)節(jié)其他一些與細(xì)胞周期調(diào)控有關(guān)的非周期蛋白類蛋白質(zhì)的降解。非周期蛋白類蛋白質(zhì)的降解。 lAPCAPC可以催化可以催化后期抑制因子后期抑制因子securinsecurin（在裂殖酵母（在裂殖酵母中為中為Cut2Cut2，在芽殖酵母中為，在芽殖酵母中為Pd

36、s1Pds1）的泛素化，使）的泛素化，使得得securinsecurin降解，解除其對姐妹染色單體分離的抑降解，解除其對姐妹染色單體分離的抑制。制。lCdc20Cdc20為為APCAPC的正調(diào)控因子，通過與的正調(diào)控因子，通過與APCAPC結(jié)合，使結(jié)合，使APCAPC具有泛素連接酶活性，因此是具有泛素連接酶活性，因此是姐妹染色單體分姐妹染色單體分離離所必需的蛋白。所必需的蛋白。APCAPC分裂間期表達(dá)，分裂間期表達(dá)，M M期中期過后表現(xiàn)活性。期中期過后表現(xiàn)活性。l正調(diào)節(jié)因子正調(diào)節(jié)因子 M M期期CDKCDK激酶磷酸化激酶磷酸化APCAPC激活激活降解降解M M期周期期周期蛋白蛋白A A、B B

37、M M期期CDKCDK激酶活性喪失。激酶活性喪失。 Cdc20/Fizzy(Cdc20/Fizzy(動粒上動粒上) )和和Cdhl/FzyCdhl/Fzy為為APCAPC有效有效的正調(diào)控因子。受的正調(diào)控因子。受Mad2Mad2蛋白的調(diào)節(jié)。蛋白的調(diào)節(jié)。負(fù)調(diào)節(jié)因子負(fù)調(diào)節(jié)因子lEmi1Emi1、Emi2Emi2、Mad2Mad2、BubR1BubR1等等lAPCAPC活性亦受到活性亦受到紡錘體裝配檢驗點紡錘體裝配檢驗點的調(diào)控。的調(diào)控。過程：過程： 分裂中分裂中期當(dāng)動粒沒有全部被紡錘體微管捕獲時，紡錘體期當(dāng)動粒沒有全部被紡錘體微管捕獲時，紡錘體組裝檢驗點（組裝檢驗點（spindle assembly

38、checkpointspindle assembly checkpoint）蛋白）蛋白Mad2Mad2和和BubR1BubR1定位于未捕獲的動粒上，定位于未捕獲的動粒上，Mad2Mad2與與Cdc20Cdc20結(jié)合抑制結(jié)合抑制其活其活性。性。 染色體整列完成，所有動粒與染色體整列完成，所有動粒與MTMT相連，相連，Mad2Mad2、BubR1BubR1釋放釋放，對對Cdc20Cdc20抑制解除抑制解除。 Cdc20Cdc20正調(diào)控正調(diào)控APCAPC活化活化 泛素化泛素化cyclin Acyclin A和和B B，使得它們降解，從而使，使得它們降解，從而使CDK1CDK1喪失活喪失活性性；另外，

39、；另外，APCAPC泛素化泛素化securinsecurin，使得，使得securinsecurin降解，釋放出降解，釋放出securinsecurin所抑制的所抑制的 separaseseparase（又稱（又稱separin separin ），使得），使得separaseseparase可以切開連接姐妹染色單體的可以切開連接姐妹染色單體的cohesincohesin復(fù)合體，使復(fù)合體，使染色單體分開。啟動向后期轉(zhuǎn)化染色單體分開。啟動向后期轉(zhuǎn)化紡錘體組裝檢驗點紡錘體組裝檢驗點泛素化泛素化cyclin Acyclin A和和B B，使得它們，使得它們降解，從而使降解，從而使CDK1CDK1喪失

40、活性喪失活性( (三三) Gl) Gl期周期蛋白依賴性期周期蛋白依賴性CDKCDK激酶與激酶與G1/SG1/S期轉(zhuǎn)化期轉(zhuǎn)化 細(xì)胞由細(xì)胞由GlGl期向期向S S期轉(zhuǎn)化是細(xì)胞繁殖過程中的重期轉(zhuǎn)化是細(xì)胞繁殖過程中的重要生命活動之一。主要受要生命活動之一。主要受G1G1期周期蛋白依賴性期周期蛋白依賴性CDKCDK激酶所控制。激酶所控制。 在哺乳動物細(xì)胞中：在哺乳動物細(xì)胞中： G Gl l期周期蛋白主要包括期周期蛋白主要包括周期蛋白周期蛋白D D、E E、A A。 CDKCDK激酶主要包括激酶主要包括CDK2CDK2、CDK4CDK4和和CDK6CDK6等。等。1 1、周期蛋白、周期蛋白D-CDK4/6

41、D-CDK4/6它是一個家族，其成員主要有它是一個家族，其成員主要有D1D1、D2D2、D3D3等，它們的表達(dá)有組織和細(xì)胞的特異性，等，它們的表達(dá)有組織和細(xì)胞的特異性，即在不同細(xì)胞中表達(dá)是不同的。即在不同細(xì)胞中表達(dá)是不同的。周期蛋白周期蛋白D-D-CDK4CDK4和周期蛋白和周期蛋白D-D-CDK6CDK6不能使不能使組蛋白組蛋白H1H1磷酸化磷酸化目前僅知道目前僅知道RbRb為周期蛋白為周期蛋白D-CDKD-CDK激酶的底物。激酶的底物。lKundson對視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤（對視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤（retinoblastoma, RB)研究時，發(fā)現(xiàn)該腫瘤的形成需要第研究時，發(fā)現(xiàn)該腫瘤的形成需要第13號

42、染色號染色體上（體上（13q14.2）一對等位基因的同時缺失或失活，）一對等位基因的同時缺失或失活，表明該基因具有表明該基因具有抑制腫瘤抑制腫瘤形成的作用，稱為形成的作用，稱為Rb基基因因（人（人 200kb, 轉(zhuǎn)錄物轉(zhuǎn)錄物4.7kb）。）。Rb蛋白具有多種蛋白具有多種轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點，如轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點，如E2F、A1F、RBF1。vRbRb磷酸化后釋放與其結(jié)合并抑制的蛋白，主要是轉(zhuǎn)錄磷酸化后釋放與其結(jié)合并抑制的蛋白，主要是轉(zhuǎn)錄因子因子E2FE2F等。游離的等。游離的E2FE2F進(jìn)入核內(nèi)結(jié)合一系列具有特殊序進(jìn)入核內(nèi)結(jié)合一系列具有特殊序列的基因啟動子區(qū)（如列的基因啟動子區(qū)（如c-mycc-myc、c-fosc-fos、cdc2cdc2、二氫葉酸、二氫葉酸還原酶、還原酶、TKTK等），促進(jìn)這些基因的表達(dá)。等），促進(jìn)這些基因的表達(dá)。這些基因的蛋這些基因的蛋白產(chǎn)物促進(jìn)細(xì)胞通過白產(chǎn)物促進(jìn)細(xì)胞通過G1