第三節(jié)細(xì)胞周期的調(diào)控(CellCycleControl)

1、第三節(jié)第三節(jié) 細(xì)胞周期的調(diào)控細(xì)胞周期的調(diào)控(Cell-(Cell-Cycle Control)Cycle Control)- MPF- MPF的發(fā)現(xiàn)及其作用的發(fā)現(xiàn)及其作用- p34- p34cdc2cdc2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- - 周期蛋白周期蛋白 - - 細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)(Cell CycleCheckpoint)(Cell CycleCheckpoint) 細(xì)胞周期調(diào)控系統(tǒng)的主要作用細(xì)胞周期調(diào)控系統(tǒng)的主要作用 - - 在適當(dāng)時(shí)候激活細(xì)胞周期各個(gè)時(shí)相的相關(guān)酶在適當(dāng)時(shí)候激活細(xì)胞周期各個(gè)時(shí)相的相關(guān)酶 和蛋白和蛋白 - - 確保每一時(shí)相事件的全部完

2、成確保每一時(shí)相事件的全部完成 - - 對(duì)外界環(huán)境因子起反應(yīng)對(duì)外界環(huán)境因子起反應(yīng)( (如多細(xì)胞生物對(duì)增殖如多細(xì)胞生物對(duì)增殖 信號(hào)的反應(yīng)信號(hào)的反應(yīng)) ) 細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)(checkpoint)(checkpoint) 細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)是細(xì)胞周期調(diào)控的一細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)是細(xì)胞周期調(diào)控的一種機(jī)制種機(jī)制, ,主要是主要是確保周期每一時(shí)相事件的確保周期每一時(shí)相事件的有序、全部完成并與外界環(huán)境因素相聯(lián)系有序、全部完成并與外界環(huán)境因素相聯(lián)系 細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)及其作用細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)及其作用 G1G1期檢驗(yàn)點(diǎn)：期檢驗(yàn)點(diǎn)： 芽殖酵母芽殖酵母StartStart； 動(dòng)物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞Restriction Po

3、intRestriction Point哺乳動(dòng)物細(xì)胞周期的控制哺乳動(dòng)物細(xì)胞周期的控制 哺乳動(dòng)物細(xì)胞周期的限制點(diǎn)（哺乳動(dòng)物細(xì)胞周期的限制點(diǎn)（restriction pointrestriction point） - 哺乳動(dòng)物細(xì)胞體外培養(yǎng)時(shí)，需要添加多肽生長(zhǎng)因哺乳動(dòng)物細(xì)胞體外培養(yǎng)時(shí)，需要添加多肽生長(zhǎng)因子促進(jìn)細(xì)胞的分裂；子促進(jìn)細(xì)胞的分裂； - 如果缺少生長(zhǎng)因子如果缺少生長(zhǎng)因子, , 就會(huì)被阻止在就會(huì)被阻止在G G0 0階段階段, , 一旦一旦在培養(yǎng)基中添加了生長(zhǎng)因子在培養(yǎng)基中添加了生長(zhǎng)因子, , 這些細(xì)胞在這些細(xì)胞在14141616小時(shí)后通過(guò)細(xì)胞周期限制點(diǎn)；小時(shí)后通過(guò)細(xì)胞周期限制點(diǎn)； - 細(xì)胞一旦通

4、過(guò)了細(xì)胞一旦通過(guò)了G1G1期的某一點(diǎn)（限制點(diǎn)）期的某一點(diǎn)（限制點(diǎn)）, , 這些這些細(xì)胞就能夠進(jìn)入細(xì)胞就能夠進(jìn)入S S期并完成其后的細(xì)胞周期過(guò)程；期并完成其后的細(xì)胞周期過(guò)程； - - 由此推測(cè)由此推測(cè), , 哺乳動(dòng)物細(xì)胞周期的限制點(diǎn)相當(dāng)于哺乳動(dòng)物細(xì)胞周期的限制點(diǎn)相當(dāng)于酵母的酵母的STARTSTART點(diǎn)。點(diǎn)。一一MPF的發(fā)現(xiàn)及其作用的發(fā)現(xiàn)及其作用(Maturation-promoting factor，Mitosis-promoting factor, M Phase-promoting factor ) MPF MPF是一種使多種底物蛋白磷酸化的蛋白激酶；是一種使多種底物蛋白磷酸化的蛋白激酶；

5、由由M M期期Cyclin-Cdk(Cyclin-dependent protein Cyclin-Cdk(Cyclin-dependent protein kinase)kinase)形成的復(fù)合物。形成的復(fù)合物。MPF=CDK1=p34MPF=CDK1=p34cdc2cdc2+cyclinB+cyclinB 1970年年, Johnson 和和Rao將將Hela 細(xì)細(xì)胞同步化在細(xì)胞周期中的不同時(shí)期胞同步化在細(xì)胞周期中的不同時(shí)期, 然后然后將將M期期 細(xì)胞與其他間期細(xì)胞細(xì)胞與其他間期細(xì)胞(如袋鼠細(xì)胞如袋鼠細(xì)胞PtK)融合融合, 發(fā)現(xiàn)與發(fā)現(xiàn)與M期融合的間期細(xì)胞發(fā)期融合的間期細(xì)胞發(fā)生了形態(tài)各異的染

6、色體凝集生了形態(tài)各異的染色體凝集, 稱為稱為染色體染色體超前凝集超前凝集(premature chromosome condensation). MPF的發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn) 人人M期細(xì)胞與袋鼠（期細(xì)胞與袋鼠（Ptk）G1、S、G2期細(xì)胞融合期細(xì)胞融合誘導(dǎo)誘導(dǎo)PCC：提示：提示M期細(xì)胞存在誘導(dǎo)期細(xì)胞存在誘導(dǎo)PCC的因子的因子(細(xì)胞細(xì)胞促分裂因子促分裂因子)； M期細(xì)胞中可能存在一種誘導(dǎo)染色體期細(xì)胞中可能存在一種誘導(dǎo)染色體凝集的因子凝集的因子, 稱為稱為細(xì)胞促分裂因子細(xì)胞促分裂因子(M phase-prometing factor). 1971年年, Masui和和Markert明確提出明確提出MPF.

7、注射實(shí)驗(yàn)表明：孕酮誘導(dǎo)卵母細(xì)胞成熟；成熟注射實(shí)驗(yàn)表明：孕酮誘導(dǎo)卵母細(xì)胞成熟；成熟卵細(xì)胞質(zhì)中，含有卵母細(xì)胞成熟的因子，稱做卵細(xì)胞質(zhì)中，含有卵母細(xì)胞成熟的因子，稱做MPF(成熟促進(jìn)因子成熟促進(jìn)因子) MPF 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)胞中存在的促進(jìn)細(xì)胞分裂的因子期細(xì)胞中存在的促進(jìn)細(xì)胞分裂的因子 1988年年, Maller 實(shí)驗(yàn)室以非洲爪蟾卵為實(shí)驗(yàn)室以非洲爪蟾卵為原料原料, 分離獲得了純化的分離獲得了純化的MPF,

8、 并證明其主要并證明其主要含有含有 p32 和和p45兩種蛋白兩種蛋白. 具有具有蛋白激酶蛋白激酶活活性性. MPF的結(jié)構(gòu)組成的結(jié)構(gòu)組成 - 是由兩個(gè)不同的亞基組成的異質(zhì)二聚體是由兩個(gè)不同的亞基組成的異質(zhì)二聚體- 催化亞基催化亞基 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，故蛋白稱為周期依其活性有賴于周期蛋白，故蛋白稱為周期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：周期蛋白：周期蛋白(cyclin)。Genetic studies of S.pombe (裂殖酵母裂殖酵母)酵

9、母的細(xì)胞周期基因突變酵母的細(xì)胞周期基因突變- 溫度敏感突變型溫度敏感突變型, 可分成兩類可分成兩類- cdc突變突變 這類突變?cè)诜窃试S的溫度下培養(yǎng)這類突變?cè)诜窃试S的溫度下培養(yǎng), 形成特別長(zhǎng)的細(xì)胞形成特別長(zhǎng)的細(xì)胞;- wee突變突變 這種突變長(zhǎng)得特別小而不能分裂。這種突變長(zhǎng)得特別小而不能分裂。裂殖酵母的裂殖酵母的MPF - 對(duì)突變體的研究發(fā)現(xiàn)對(duì)突變體的研究發(fā)現(xiàn),沒(méi)有沒(méi)有Cdc2的活性的活性,細(xì)細(xì)胞不能進(jìn)入有絲分裂胞不能進(jìn)入有絲分裂 - 序列分析表明該基因編碼一個(gè)相對(duì)分子質(zhì)序列分析表明該基因編碼一個(gè)相對(duì)分子質(zhì)量為量為34kDa的蛋白的蛋白, 該蛋白又稱為該蛋白又稱為p34cdc2 蛋白蛋白； -

10、研究發(fā)現(xiàn)酵母研究發(fā)現(xiàn)酵母Cdc2蛋白是一種蛋白激酶蛋白是一種蛋白激酶, 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)G2/M的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換 芽殖酵母的芽殖酵母的Cdc28蛋白蛋白- Studies showed that S. cerevisiae cdc28 and S. pombe cdc2 are functionally homologous genes - 在在G2/M期轉(zhuǎn)換中起重要作用期轉(zhuǎn)換中起重要作用- 分子量也是分子量也是34KD, 稱稱p34cdc28- P34cdc28也是一種蛋白激酶也是一種蛋白激酶- 本身無(wú)激酶活性本身無(wú)激酶活性, 必須與有關(guān)蛋白結(jié)合后才必須與有關(guān)蛋白結(jié)合后才有激酶活性有激酶活性三三 周期蛋

11、白周期蛋白(cyclin)(cyclin) - - 在細(xì)胞周期中呈周期性變化。在細(xì)胞周期中呈周期性變化。 - - 含有一段約含有一段約100100個(gè)氨基酸的保守序列，稱為周期個(gè)氨基酸的保守序列，稱為周期 蛋白框（蛋白框（cyclin boxcyclin box），介導(dǎo)周期蛋白與），介導(dǎo)周期蛋白與CDKCDK結(jié)合結(jié)合 - - 激活激活CDK，引導(dǎo)，引導(dǎo)CDK作用于不同底物作用于不同底物 - - 已知已知30余種，在脊椎動(dòng)物中為余種，在脊椎動(dòng)物中為A1-2、B1-3 、C、 D1-3、E1-2、F、G、H等等 - - cyclin在細(xì)胞周期的不同時(shí)期表達(dá)，從而激活不同在細(xì)胞周期的不同時(shí)期表達(dá)，從而

12、激活不同 時(shí)期的時(shí)期的CDK激酶活性，表現(xiàn)為不同的調(diào)節(jié)功能激酶活性，表現(xiàn)為不同的調(diào)節(jié)功能 cyclin在細(xì)胞周期的不同時(shí)期表達(dá)在細(xì)胞周期的不同時(shí)期表達(dá): G1期期cyclin：cyclinD G1/S期期cyclin：cyclinE S期期cyclin： cyclinA M期期cyclin：cyclinB（也包括（也包括cyclinA） M期期cyclin在在N端含有一段由端含有一段由9個(gè)個(gè)aa殘基組成的殘基組成的特殊序列，稱為破壞框特殊序列，稱為破壞框（destruction box），和泛），和泛素介導(dǎo)的素介導(dǎo)的cylinA、B的降解有關(guān)。的降解有關(guān)。G1期期cyclin在在C端端由由PE

13、ST序列序列。有絲分裂的退出：周期蛋白有絲分裂的退出：周期蛋白B的降解的降解 - 細(xì)胞周期蛋白基因的細(xì)胞周期蛋白基因的cDNA分析分析 - N端破壞框端破壞框(destruction box) 真核生物細(xì)胞周期調(diào)控的一般模型真核生物細(xì)胞周期調(diào)控的一般模型 三類周期蛋白三類周期蛋白-CDK復(fù)合物復(fù)合物-G1期周期蛋白期周期蛋白-CDK復(fù)合物復(fù)合物 -S期周期蛋白期周期蛋白-CDK復(fù)合物復(fù)合物 -有絲分裂周期蛋白有絲分裂周期蛋白-CDK復(fù)合物復(fù)合物 三個(gè)關(guān)鍵的過(guò)渡三個(gè)關(guān)鍵的過(guò)渡 -G1期期S期期 -中期中期后期后期 -后期后期末期及胞質(zhì)分裂期過(guò)渡末期及胞質(zhì)分裂期過(guò)渡 Cyclin-CdkCycli

14、n-Cdk復(fù)合物的多樣性復(fù)合物的多樣性 Cyclin-Cdk-Cyclin-Cdk-調(diào)控細(xì)胞周期的引擎：不同的調(diào)控細(xì)胞周期的引擎：不同的周期蛋白與不同的周期蛋白與不同的CDKCDK結(jié)合，構(gòu)成不同的結(jié)合，構(gòu)成不同的Cyclin-Cyclin-CdkCdk；不同的；不同的Cyclin-CdkCyclin-Cdk在不同的時(shí)相表現(xiàn)活性，在不同的時(shí)相表現(xiàn)活性，影響不同的下游事件。影響不同的下游事件。CDK激酶抑制物Cip/Kip 家族: p21Cip/WAF1, p27Kip1, p57Kip2 p21: 抑制G1期的CDK激酶（CDK2,3,4,6） 與PCNA結(jié)合,抑制DNA的復(fù)制 INK4家族：p16,p15,p18,p19 p16: 抑制 CDK4, CDK6激酶活性其他內(nèi)在和外在因素在細(xì)胞周期調(diào)控中其他內(nèi)在和外在因素在細(xì)胞周期調(diào)控中的作用的作用 癌基因 抑癌基因 P53、Rb細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn) 主要檢驗(yàn)點(diǎn)包括主要檢驗(yàn)點(diǎn)包括:G1/S檢驗(yàn)點(diǎn)檢驗(yàn)點(diǎn):在酵母中稱在酵母中稱start點(diǎn)，在哺乳動(dòng)物中點(diǎn)，在哺乳動(dòng)物中稱稱R點(diǎn)點(diǎn)(restriction point)，控制細(xì)胞由靜止?fàn)顟B(tài)，控制細(xì)胞由靜止?fàn)顟B(tài)的的G1進(jìn)入進(jìn)入DNA合成期，相關(guān)的事件包括：合成期，相關(guān)的事件包括：DNA是否損傷？細(xì)胞外環(huán)境是否適宜？細(xì)胞體積是否是否損傷？細(xì)胞外環(huán)境是否適宜？