第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控

1、1 第七章第七章 細(xì)胞增殖及其調(diào)控細(xì)胞增殖及其調(diào)控 27.1 7.1 細(xì)胞增殖細(xì)胞增殖 細(xì)胞分裂之前，必須進行一定的物質(zhì)準(zhǔn)備。細(xì)胞分裂之前，必須進行一定的物質(zhì)準(zhǔn)備。物質(zhì)準(zhǔn)備和細(xì)胞分裂連續(xù)不斷進行的結(jié)果物質(zhì)準(zhǔn)備和細(xì)胞分裂連續(xù)不斷進行的結(jié)果是細(xì)胞數(shù)量不斷增加即是細(xì)胞數(shù)量不斷增加即細(xì)胞增殖。細(xì)胞增殖。 細(xì)胞增殖細(xì)胞增殖是細(xì)胞生命活動的重要特征，是是細(xì)胞生命活動的重要特征，是生物繁育的基礎(chǔ)。生物繁育的基礎(chǔ)。 細(xì)胞增殖細(xì)胞增殖受到嚴(yán)密的調(diào)控機制所監(jiān)控，必受到嚴(yán)密的調(diào)控機制所監(jiān)控，必須遵循一定的規(guī)律。須遵循一定的規(guī)律。37.2 7.2 細(xì)胞周期細(xì)胞周期 經(jīng)過物質(zhì)準(zhǔn)備之后，細(xì)胞開始進行經(jīng)過物質(zhì)準(zhǔn)備之后，細(xì)胞

2、開始進行分裂，子代細(xì)胞形成之后，又將開始新分裂，子代細(xì)胞形成之后，又將開始新一輪的物質(zhì)積累，準(zhǔn)備下一輪的細(xì)胞分一輪的物質(zhì)積累，準(zhǔn)備下一輪的細(xì)胞分裂，如此周而復(fù)始，細(xì)胞數(shù)目不斷增加。裂，如此周而復(fù)始，細(xì)胞數(shù)目不斷增加。這種細(xì)胞物質(zhì)積累與細(xì)胞分裂的循環(huán)過這種細(xì)胞物質(zhì)積累與細(xì)胞分裂的循環(huán)過程稱為程稱為細(xì)胞周期細(xì)胞周期。 連續(xù)分裂的細(xì)胞連續(xù)分裂的細(xì)胞, ,從一次有絲分裂結(jié)從一次有絲分裂結(jié)束后開始，經(jīng)過物質(zhì)累積過程，直到下束后開始，經(jīng)過物質(zhì)累積過程，直到下一次細(xì)胞分裂為止所經(jīng)歷的全過程，稱一次細(xì)胞分裂為止所經(jīng)歷的全過程，稱為為一個細(xì)胞周期。一個細(xì)胞周期。4 7.2.1 7.2.1 細(xì)胞周期時相細(xì)胞周期時

3、相 細(xì)胞周期時相細(xì)胞周期時相 g g1 1期即從期即從m m期結(jié)束到期結(jié)束到s s期開始前的一段間歇期開始前的一段間歇期期; ; s s期期, ,即即dnadna合成期合成期; ; g g2 2期期, , 即即dnadna合成后合成后(s(s期期) )到有絲分裂前的一到有絲分裂前的一個間歇期個間歇期; ; m m期期, ,即有絲分裂期。即有絲分裂期。56標(biāo)準(zhǔn)細(xì)胞周期標(biāo)準(zhǔn)細(xì)胞周期: : 細(xì)胞周期時間的長短：細(xì)胞周期時間的長短： 同種細(xì)胞，細(xì)胞周期時間長短相似或相同；同種細(xì)胞，細(xì)胞周期時間長短相似或相同； 不同細(xì)胞種類，細(xì)胞周期時間長短差別很大；不同細(xì)胞種類，細(xì)胞周期時間長短差別很大； 高等生物體

4、的細(xì)胞周期時間長短主要差別在高等生物體的細(xì)胞周期時間長短主要差別在g1g1期。期。7多細(xì)胞生物體中的多細(xì)胞生物體中的細(xì)胞類群細(xì)胞類群 周期中細(xì)胞：持續(xù)分裂細(xì)胞周期中細(xì)胞：持續(xù)分裂細(xì)胞 g g0 0期細(xì)胞：期細(xì)胞：又稱靜止期細(xì)胞。又稱靜止期細(xì)胞。 是周期中細(xì)胞暫時脫離細(xì)胞周期是周期中細(xì)胞暫時脫離細(xì)胞周期, ,停止分停止分裂增殖裂增殖, ,去執(zhí)行一定的生物學(xué)功能去執(zhí)行一定的生物學(xué)功能, ,如某些免如某些免疫淋巴細(xì)胞疫淋巴細(xì)胞, , 肝細(xì)胞肝細(xì)胞, ,腎細(xì)胞等。腎細(xì)胞等。 終末分化細(xì)胞：終末分化細(xì)胞： 永久性失去了分裂能力的細(xì)胞。永久性失去了分裂能力的細(xì)胞。（周期中細(xì)胞）（周期中細(xì)胞）信號刺激信號刺

5、激g1g08細(xì)胞周期時相細(xì)胞周期時相 97.2.2 7.2.2 細(xì)胞周期各時相細(xì)胞周期各時相及其主要事件及其主要事件 g g1 1期期 合成活動：合成活動： 起始點起始點: : 最初指芽殖酵母細(xì)胞出芽的開始，事實是芽殖最初指芽殖酵母細(xì)胞出芽的開始，事實是芽殖酵母酵母g g1 1期晚期的一個特定階段，控制著新一輪期晚期的一個特定階段，控制著新一輪細(xì)胞周期的運轉(zhuǎn)。細(xì)胞周期的運轉(zhuǎn)。 是是g g1 1期晚期的一個基本事件，細(xì)胞只有在期晚期的一個基本事件，細(xì)胞只有在內(nèi)在內(nèi)在和和外在外在因素共同作用下才能通過起始點，順利因素共同作用下才能通過起始點，順利通過通過g g1 1期，進入期，進入s s期并合成期

6、并合成dnadna。 cdc基因：基因：10 限制點限制點 高等真核細(xì)胞，尤其是哺乳動物細(xì)胞中，高等真核細(xì)胞，尤其是哺乳動物細(xì)胞中，類似于芽殖酵母起始點的類似于芽殖酵母起始點的g g1 1期晚期的一期晚期的一個特定階段。個特定階段。檢驗點：檢驗點： 是細(xì)胞周期研究領(lǐng)域中應(yīng)用的術(shù)語。是細(xì)胞周期研究領(lǐng)域中應(yīng)用的術(shù)語。是細(xì)胞周期進程中的是細(xì)胞周期進程中的監(jiān)控機制監(jiān)控機制，可以鑒，可以鑒別細(xì)胞周期進程中的錯誤，并誘導(dǎo)產(chǎn)生別細(xì)胞周期進程中的錯誤，并誘導(dǎo)產(chǎn)生特異的抑制因子，阻止細(xì)胞周期進一步特異的抑制因子，阻止細(xì)胞周期進一步運行。運行。11 g g1 1期檢驗點：期檢驗點： 檢測細(xì)胞的大小和環(huán)境狀態(tài)，如果

7、檢測細(xì)胞的大小和環(huán)境狀態(tài)，如果條件合適，就會激發(fā)條件合適，就會激發(fā)dnadna復(fù)制，使細(xì)胞周復(fù)制，使細(xì)胞周期進程向前移動。在一些真核生物中，期進程向前移動。在一些真核生物中，g g1 1期檢驗點是細(xì)胞周期的主要控制點，期檢驗點是細(xì)胞周期的主要控制點，它決定細(xì)胞能否分裂。它決定細(xì)胞能否分裂。12 由由g g1 1期向期向s s期轉(zhuǎn)換的影響因素：期轉(zhuǎn)換的影響因素： 外在因素：營養(yǎng)供給和相關(guān)的激素刺激等。外在因素：營養(yǎng)供給和相關(guān)的激素刺激等。 內(nèi)在因素：與內(nèi)在因素：與cdc基因調(diào)控相關(guān)的因素。基因調(diào)控相關(guān)的因素。 s s期期dnadna合成期合成期 合成活動：合成合成活動：合成dnadna和組蛋白并

8、組裝成核小體和組蛋白并組裝成核小體結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 dnadna合成受多種細(xì)胞周期調(diào)節(jié)因素的嚴(yán)密調(diào)控。合成受多種細(xì)胞周期調(diào)節(jié)因素的嚴(yán)密調(diào)控。13g g2 2期期 合成活動：合成活動： 合成著絲粒蛋白、細(xì)胞周期蛋白合成著絲粒蛋白、細(xì)胞周期蛋白b b和微管和微管蛋白等大量蛋白質(zhì)。蛋白等大量蛋白質(zhì)。 g g2 2期檢驗點：控制細(xì)胞周期能否順利進入進入期檢驗點：控制細(xì)胞周期能否順利進入進入m m期。期。 m m期期 細(xì)胞分裂活動：細(xì)胞分裂活動： m m期檢驗點：檢測所有的染色體是否都與紡錘體相連，期檢驗點：檢測所有的染色體是否都與紡錘體相連，并排列在赤道板上。否則不能進行有絲分裂和胞質(zhì)分并排列在赤道板上。

9、否則不能進行有絲分裂和胞質(zhì)分裂。裂。 14細(xì)胞周期運轉(zhuǎn)規(guī)律細(xì)胞周期運轉(zhuǎn)規(guī)律 15細(xì)胞細(xì)胞周期周期調(diào)控調(diào)控的的研究研究20012001年年諾貝爾諾貝爾生理學(xué)生理學(xué)/ /醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué)獎得主獎得主1620012001年諾貝爾生理學(xué)與醫(yī)學(xué)獎年諾貝爾生理學(xué)與醫(yī)學(xué)獎: :利蘭利蘭哈特韋爾哈特韋爾發(fā)現(xiàn)了發(fā)現(xiàn)了控制細(xì)胞周期的控制細(xì)胞周期的基因基因，其中一種被稱為，其中一種被稱為“start” 的基的基因?qū)刂聘鱾€細(xì)胞周期的最初階段具有因?qū)刂聘鱾€細(xì)胞周期的最初階段具有決定性的作用。決定性的作用。保羅保羅納西納西的貢獻是發(fā)現(xiàn)了的貢獻是發(fā)現(xiàn)了cdk。蒂莫西蒂莫西亨特亨特的貢獻是發(fā)現(xiàn)了調(diào)節(jié)的貢獻是發(fā)現(xiàn)了調(diào)節(jié)cdk的功能

10、物質(zhì)的功能物質(zhì)周期蛋白周期蛋白.177.2.3 7.2.3 細(xì)胞周期調(diào)控細(xì)胞周期調(diào)控7.2.3.1 7.2.3.1 蛋白激酶在細(xì)胞周期調(diào)控中的蛋白激酶在細(xì)胞周期調(diào)控中的作用的研究作用的研究染色體超前凝集（染色體超前凝集（pccpcc）的發(fā)現(xiàn)）的發(fā)現(xiàn) 研究者：研究者：19701970年，年，coloradocolorado（科羅拉多）大（科羅拉多）大學(xué)的學(xué)的 robert johnsonrobert johnson 和和 potu rao potu rao 18研究方法：研究方法： g g1 1期期helahela細(xì)胞與細(xì)胞與s s期細(xì)胞融合，結(jié)果發(fā)現(xiàn)期細(xì)胞融合，結(jié)果發(fā)現(xiàn)g g1 1期細(xì)胞中的期

11、細(xì)胞中的dnadna開始復(fù)制；開始復(fù)制； s s期細(xì)胞與期細(xì)胞與g g2 2期細(xì)胞融期細(xì)胞融合，結(jié)果發(fā)現(xiàn)合，結(jié)果發(fā)現(xiàn)g g2 2期細(xì)胞核中已經(jīng)復(fù)制過的期細(xì)胞核中已經(jīng)復(fù)制過的dnadna沒有沒有再復(fù)制。再復(fù)制。 結(jié)論：正在進行結(jié)論：正在進行dnadna復(fù)制的細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中含復(fù)制的細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中含有促進有促進g g1 1期細(xì)胞進行期細(xì)胞進行dnadna復(fù)制的起始因子，而這種復(fù)制的起始因子，而這種起始因子對于已經(jīng)進行了起始因子對于已經(jīng)進行了dnadna復(fù)制的復(fù)制的g g2 2期細(xì)胞沒有期細(xì)胞沒有作用。作用。 19 m m期細(xì)胞與處于細(xì)胞周期其他階段的細(xì)期細(xì)胞與處于細(xì)胞周期其他階段的細(xì)胞融合，結(jié)果發(fā)現(xiàn)

12、與胞融合，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與m m期細(xì)胞融合的其他期細(xì)胞融合的其他間期細(xì)胞均發(fā)生了形態(tài)各異的染色體凝間期細(xì)胞均發(fā)生了形態(tài)各異的染色體凝集，集，稱為染色體超前凝集（稱為染色體超前凝集（pccpcc）。）。 結(jié)論：結(jié)論： m m 期細(xì)胞中一定有一種能促期細(xì)胞中一定有一種能促使染色體凝集的因子，稱為細(xì)胞促分裂使染色體凝集的因子，稱為細(xì)胞促分裂因子。因子。20g g1 1期細(xì)胞與期細(xì)胞與m m期細(xì)胞融合期細(xì)胞融合21s s期細(xì)胞與期細(xì)胞與m m期細(xì)胞融合期細(xì)胞融合22g g2 2期細(xì)胞與期細(xì)胞與m m期細(xì)胞融合期細(xì)胞融合23mpfmpf的發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn) 促成熟因子促成熟因子(maturation-promotin

13、g (maturation-promoting factorfactor，mpfmpf）, ,早期稱為早期稱為m-m-期促進因子期促進因子(m-(m-phase promoting factor, mpf)phase promoting factor, mpf)，是指是指m m期期細(xì)胞中存在的促進細(xì)胞分裂的因子。細(xì)胞中存在的促進細(xì)胞分裂的因子。19711971年，科學(xué)家通過試驗認(rèn)為，在非洲爪年，科學(xué)家通過試驗認(rèn)為，在非洲爪蟾成熟的卵細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中必然有一種物蟾成熟的卵細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中必然有一種物質(zhì)，可以誘導(dǎo)卵母細(xì)胞成熟，并明確提出質(zhì)，可以誘導(dǎo)卵母細(xì)胞成熟，并明確提出將其稱為促成熟因子，即將其稱為

14、促成熟因子，即mpfmpf。24mpfmpf的結(jié)構(gòu)組成及特性的結(jié)構(gòu)組成及特性是由兩個不同的亞基組成的異質(zhì)二聚體，是一種是由兩個不同的亞基組成的異質(zhì)二聚體，是一種蛋白激酶蛋白激酶: : 催化亞基：催化亞基：p32p32cdc2cdc2 是絲氨酸是絲氨酸/ /蘇氨酸型蛋白激酶蘇氨酸型蛋白激酶 其活性依賴于周期蛋白，故稱為周期依賴其活性依賴于周期蛋白，故稱為周期依賴性蛋白激酶性蛋白激酶(cyclin-dependent protein (cyclin-dependent protein kinases, cdks); kinases, cdks); 調(diào)節(jié)亞基：調(diào)節(jié)亞基：p45-p45-周期蛋白周期蛋

15、白(cyclin)(cyclin)。25mpfmpf的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)26 p34p34cdc2 cdc2 激酶及其與激酶及其與mpfmpf的關(guān)系的關(guān)系cdccdc（cell division cyclecell division cycle）基因：）基因：p34p34cdc2cdc2是是cdccdc2 2基因的表達產(chǎn)物，具有蛋基因的表達產(chǎn)物，具有蛋白激酶活性。在裂殖酵母細(xì)胞周期調(diào)控白激酶活性。在裂殖酵母細(xì)胞周期調(diào)控過程中起關(guān)鍵性調(diào)節(jié)作用，促進過程中起關(guān)鍵性調(diào)節(jié)作用，促進g2/mg2/m轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換。換。p34p34cdc2cdc2本身并沒有激酶活性，只有當(dāng)與本身并沒有激酶活性，只有當(dāng)與有關(guān)蛋白結(jié)合后，其

16、激酶活性才能表現(xiàn)有關(guān)蛋白結(jié)合后，其激酶活性才能表現(xiàn)出來。出來。裂殖酵母細(xì)胞裂殖酵母細(xì)胞mpfmpf中的中的p34p34cdc2cdc2與蛙與蛙mpfmpf中中的的p32p32cdc2cdc2是同源物，都具有激酶活性。是同源物，都具有激酶活性。27細(xì)胞周期蛋白的鑒定細(xì)胞周期蛋白的鑒定19831983年，年，tim hunttim hunt（美）報道，在海膽卵細(xì)（美）報道，在海膽卵細(xì)胞中存在兩種特殊蛋白質(zhì)，即周期蛋白。胞中存在兩種特殊蛋白質(zhì)，即周期蛋白。周期蛋白周期蛋白 其含量隨細(xì)胞周期進程變化而變化，一般其含量隨細(xì)胞周期進程變化而變化，一般在細(xì)胞間期內(nèi)積累，在細(xì)胞分裂期內(nèi)消失，在細(xì)胞間期內(nèi)積累，

17、在細(xì)胞分裂期內(nèi)消失，在下一細(xì)胞周期又重復(fù)這一消長現(xiàn)象。在下一細(xì)胞周期又重復(fù)這一消長現(xiàn)象。 非洲爪蟾的非洲爪蟾的mpfmpf中的另一種主要成份是周期中的另一種主要成份是周期蛋白蛋白b b。28至此確定的至此確定的mpfmpf生化組成成分生化組成成分 cdc2cdc2蛋白蛋白: :蛋白激酶催化亞單位蛋白激酶催化亞單位 周期蛋白：蛋白激酶調(diào)解亞單位周期蛋白：蛋白激酶調(diào)解亞單位周期蛋白種類及功能的執(zhí)行周期蛋白種類及功能的執(zhí)行周期蛋白種類周期蛋白種類 酵母中的周期蛋白酵母中的周期蛋白 高等動物的周期蛋白高等動物的周期蛋白 g1期周期蛋白期周期蛋白 m期周期蛋白期周期蛋白29 表1 不同類型的周期蛋白 激

18、酶復(fù)合體脊椎動物芽殖酵母cyclin cdk cyclincdk g1-cdk cyclin dcdk4 、6 cln 3 cdk1(cdc28) g1/s-cdk cyclin e cdk2cln 1、2cdk1(cdc28)s-cdk cyclin acdk2cln 5、6cdk1(cdc28)m-cdk cyclin b cdk1(cdk2)cln 1-4 cdk1(cdc28)30周期蛋白功能的執(zhí)行周期蛋白功能的執(zhí)行 不同的周期蛋白在細(xì)胞周期內(nèi)表達的不同的周期蛋白在細(xì)胞周期內(nèi)表達的時期不同，并與不同的時期不同，并與不同的cdk結(jié)合，調(diào)節(jié)結(jié)合，調(diào)節(jié)不同的不同的cdk激酶的活性。激酶的活性

19、。 周期蛋白與周期蛋白與cdk結(jié)合的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)是結(jié)合的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)是周周期蛋白框期蛋白框 31 g1g1期期cyclin dcyclin d表達，并與表達，并與cdk4cdk4、cdk6cdk6結(jié)合，使結(jié)合，使下游的蛋白質(zhì)如下游的蛋白質(zhì)如rbrb磷酸化，磷酸化的磷酸化，磷酸化的rbrb釋放出釋放出轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子e2fe2f，促進許多基因的轉(zhuǎn)錄，如編碼，促進許多基因的轉(zhuǎn)錄，如編碼cyclinecycline、a a和和cdk1cdk1的基因。的基因。 圖 cyclin d與cdk結(jié)合使rb釋放結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子e2f 32 在在g1-sg1-s期，期， cyclinecycline與與cdk2cdk2結(jié)

20、合，促進細(xì)胞通過結(jié)合，促進細(xì)胞通過g1/sg1/s限制點而進入限制點而進入s s期。期。 向細(xì)胞內(nèi)注射向細(xì)胞內(nèi)注射cyclinecycline的抗體能使細(xì)胞停滯于的抗體能使細(xì)胞停滯于g1g1期，說期，說明細(xì)胞進入明細(xì)胞進入s s期需要期需要cyclinecycline的參與。的參與。 同樣將同樣將cyclinacyclina的抗體注射到細(xì)胞內(nèi)，發(fā)現(xiàn)能抑制細(xì)胞的抗體注射到細(xì)胞內(nèi)，發(fā)現(xiàn)能抑制細(xì)胞的的dnadna合成，推測合成，推測cyclinacyclina是是dnadna復(fù)制所必需的。復(fù)制所必需的。 在在g2-mg2-m期，期，cyclinacyclina、cyclinbcyclinb與與cdk

21、1cdk1結(jié)合，結(jié)合，cdk1cdk1使底使底物蛋白磷酸化、將組蛋白物蛋白磷酸化、將組蛋白h1h1磷酸化導(dǎo)致染色體凝縮，磷酸化導(dǎo)致染色體凝縮，核纖層蛋白磷酸化使核膜解體等下游細(xì)胞周期事件。核纖層蛋白磷酸化使核膜解體等下游細(xì)胞周期事件。 33cdkcdk激酶激酶 周期蛋白依賴性蛋白激酶周期蛋白依賴性蛋白激酶 與周期蛋白結(jié)合，并以周期蛋白作為其與周期蛋白結(jié)合，并以周期蛋白作為其調(diào)節(jié)亞單位，進而表現(xiàn)出蛋白激酶活性。調(diào)節(jié)亞單位，進而表現(xiàn)出蛋白激酶活性。 不同不同cdkcdk激酶所要求結(jié)合的周期蛋白不同，激酶所要求結(jié)合的周期蛋白不同，在細(xì)胞周期中執(zhí)行的調(diào)解功能也不同。在細(xì)胞周期中執(zhí)行的調(diào)解功能也不同。

22、cdkcdk分子中有一些重要位點，通過磷酸化分子中有一些重要位點，通過磷酸化修飾對修飾對cdkcdk激酶活性起重要調(diào)節(jié)作用。激酶活性起重要調(diào)節(jié)作用。 細(xì)胞內(nèi)存在多種因子，通過對細(xì)胞內(nèi)存在多種因子，通過對cdkcdk分子結(jié)分子結(jié)構(gòu)進行修飾，參與構(gòu)進行修飾，參與cdkcdk激酶活性調(diào)節(jié)。激酶活性調(diào)節(jié)。 34cdkcdk激酶抑制物（激酶抑制物（cdkicdki）細(xì)胞內(nèi)存在的一些對細(xì)胞內(nèi)存在的一些對cdkcdk激酶活性起負(fù)性激酶活性起負(fù)性調(diào)控，即對調(diào)控，即對cdkcdk激酶起抑制作用的蛋白質(zhì)，激酶起抑制作用的蛋白質(zhì)，稱為稱為cdkcdk激酶抑制物。激酶抑制物。35其他內(nèi)在因素和外在因素在細(xì)胞周期調(diào)其他內(nèi)在因素和外在因素在細(xì)胞周期調(diào)控中的作用控中的作用1.1. 內(nèi)在因素內(nèi)在因素癌基因和抑癌基因癌基因和抑癌基因2.2. 外在因素外在因素離子輻射、化學(xué)物質(zhì)作用、病離子輻射、化學(xué)物質(zhì)作用、病毒感染、溫度變化、毒感染、溫度變化、phph變化等。變化等。36細(xì)胞周期運行的調(diào)控機制細(xì)胞周期運行的調(diào)控機制 細(xì)胞周期運轉(zhuǎn)受到細(xì)胞內(nèi)