細胞周期調控課件

1、細胞生物學細胞周期與周期調控第一節(jié) 細胞周期(cell cycle)一、定義：連續(xù)分裂細胞從上一次分裂結束到下一次分裂完成所經(jīng)歷的全過程。細胞周期分裂間期：G1、S、G2分裂期：M 細胞增殖周期后期分裂間期有絲分裂期(M期)DNA合成前期(Gap1,G1)DNA synthesis(S期)DNA合成后期(Gap2,G2)前期中期末期G1期子細胞分裂間期(interphase): G1S G2 有絲分裂期(mitosis) M細胞周期(cell cycle)細胞周期時間(Tc)：TG1+TS + TG2 + TM大約1232h0412812356791013141511小時G1期S期(DNA合成

2、)G2期M期G0期細胞所在部位TCTG1TSTG2TM口腔粘膜857510食 管18117110回 腸362610結 腸17710小鼠消化道上皮干細胞的周期時間周期性細胞（cycling cell）G0細胞終末分化細胞根據(jù)不同細胞在細胞周期中的細胞分裂行為差異分類：G0期(靜止期細胞)：暫時脫離細胞周期，停止分裂，執(zhí)行一定的生物學功能，在適當刺激下重新進入細胞周期的細胞。如某些免疫淋巴細胞, 肝、腎等器官的實質細胞等。G0期二、細胞周期各時相及主要事件1、G1期(DNA合成前期)rRNA、mRNA、tRNA、核糖體合成結構蛋白、酶蛋白合成、糖類、脂類合成細胞體積增大，膜轉運能力增強G1期晚期合

3、成DNA復制所需各種酶類：DNA聚合酶，解旋酶等細胞周期蛋白觸發(fā)蛋白，鈣調蛋白二、細胞周期各時相及主要事件2、S期（DNA synthesis）先GC，后AT，先常染色質，后異染色質組蛋白合成，非組蛋白合成DNA復制（具有高度的順序性）X染色體長臂在S期末期復制中心粒開始復制并完成二、細胞周期各時相及主要事件3、G2期 (DNA合成后期)染色體凝集相關蛋白，微管蛋白成熟促進因子、RNA、蛋白質的合成，為M期作準備。0.3DNA 復制完成細胞內DNA含量由2n增至4n二、細胞周期各時相及主要事件4、M期親本細胞分裂成 2個相等的子細胞RNA合成抑制蛋白質合成降低細胞周期各時相及主要事件G1SG2

4、MmRNA，tRNA，rRNA合成RNA繼續(xù)合成DNA合成RNA合成RNA合成停止蛋白質合成蛋白質繼續(xù)合成蛋白質繼續(xù)合成微管蛋白合成蛋白質合成減少組蛋白合成組蛋白繼續(xù)合成非組蛋白合成非組蛋白繼續(xù)合成DNA聚合酶合成RNA聚合酶合成DNA開始轉錄染色體凝集分離多聚核糖體再形成多聚核糖體散開磷脂合成速率增加合成磷脂 一、 細胞周期調控系統(tǒng)的組成 細胞周期調控系統(tǒng)的蛋白質 細胞周期檢查點（checkpoint）第二節(jié) 細胞周期的調控 （一）細胞周期調控系統(tǒng)的蛋白質 1.細胞周期蛋白（cyclin） 2.細胞周期蛋白依賴激酶 (Cyclin-dependent kinase, Cdk） 3.Cdk 抑

5、制因子（Cdk inhibitor, CKI） 4.促進Cdk調節(jié)因子降解的酶復合物 (SCF和APC酶復合體)調控核心1. 細胞周期蛋白(Cyclin)一類隨細胞周期時相變化周期性合成和降解的蛋白質。不同種類的周期蛋白表達的時間不同，與Cdk結合，調節(jié)CDK的激酶活性，推動細胞周期前進。Cyclin分類：脊椎動物：A1-2、B1-3、C、D1-3、E1-2、F、G、H、L1-2、T1-2等。分為G1型、G1/S型、S型和M型4類酵母：cln1、cln2、cln3、clb16cyclin結構特點：1.周期蛋白框（cyclin box）： 一段約100個氨基酸的保守序列，介導與Cdk 結合成 復

6、合物，參與細胞周期調解。2. G1期周期蛋白含有PEST序列： C 端一段與cyclin降解有關的序列 3. S、M期周期蛋白含有破壞框 CyclinA、CyclinB的破壞框序列泛素化途徑降解Cyclin的功能:細胞周期不同時期表達不同的周期蛋白，與不同的CDK結合，調節(jié)其激酶的活性。 G1期蛋白： Cyclin C、D、 EG1/S期蛋白：Cyclin D、E S期蛋白： Cyclin A、B G2/M期蛋白：Cyclin B M期蛋白： Cyclin B Cyclin D 家族： cyclin D1、 cyclin D2、 cyclin D3 在G1期開始表達， M后期降解 G1期向S期

7、轉換的 關鍵因子 與CDK4、CDK6組 成復合體 Cyclin E 家族： 在G1 S期高水平表達 與CDK2、CDK3結合 啟動DNA復制 Cyclin A 家族： 在S期開始表達， G2期達高峰 與CDK2結合 促進DNA復制Cyclin B 家族： 含有2個成員 cyclin B1、 cyclin B2 G2末期開始表達 與CDK1、CDK2結合 M后期降解 促進G2期向M期轉換Cyclin C 家族： 與CDK8結合，組成CAK 激活CDKCyclin H 家族： 與CDK7結合，組成CAK 激活CDK、磷酸化RNA-pol的CTD，調節(jié)基因轉錄Cyclin的周期性表達2.細胞周期蛋

8、白依賴性激酶 (Cyclin-dependent kinase，Cdk)一類必須與Cyclin結合才具有激酶活性的蛋白激酶；磷酸化細胞周期相關蛋白質（Ser/Thr) ；在整個細胞周期中表達量較為恒定；不同的cdk結合特定的cyclin。按其發(fā)現(xiàn)先后順序分Cdk18。Cdk通過激酶結構域與Cyclin結合不同cyclinCdk復合物啟動細胞周期的不同步驟Cyclin and CdksCyclin/CdkcomplexCyclinCdkG1-CdkCyclin DCdk 4, Cdk 6 G1/S-CdkCyclin ECdk 2S-CdkCyclin ACdk 2M-CdkCyclin BCd

9、k 1 CDK激活的結構基礎人體細胞的Cdk的三種狀態(tài)：非活性狀態(tài)：活性位點與T-環(huán)蛋白（T-loop）結合,不結合cyclin.部分激活狀態(tài): 與cyclin結合, T-loop移出活性中心。完全激活狀態(tài): Cdk的兩個氨基酸位點的磷酸化Cdk存在二個磷酸化位點：活性的Thr161，抑制性的Tyr15（酵母）/Thr14（脊椎動物）位點。Cdks激酶活性受cyclin及磷酸化雙重作用調節(jié)Thr161的磷酸化由CAK催化。 Tyr15 的磷酸化由Weel激酶催化，由磷酸酶cdc25去磷酸化。 Thr14的磷酸化由myt激酶催化，由磷酸酶cdc25去磷酸化。Cdk活化激酶（Cdk activat

10、ing kinase,CAK） 組成：cyclinH Cdk7 p36 作用：使Cdk 上Thr161磷酸化（活性磷酸化） Wee1激酶：使Cdk 上Tyr15磷酸化（抑制性磷酸化）Cyclin-Cdk是細胞周期運轉的驅動力G1bG1cG1dSG2MG0PDGFREGFRG1aCyclin DCDK4,6Cyclin ECDK2Cyclin ECDK2Cyclin ACDK2Cyclin A,BCDK1E2F限制點DNA復制基因DNA復制MPF 3. CDK抑制因子 (cyclin dependent kinase inhibitor, CKI) 細胞增殖的負性調節(jié)因子，抑癌基因的編碼產物。兩

11、大家族： INK4 ( Inhibitor of CDK4) KIP ( kinase inhibition protein) /CIP1. CIP/KIP家族： p21、p27、 p57蛋白主要抑制G1期CDK(Cdk2/4)，直接抑 制 DNA復制或抑制G1S 。2. INK4家族： p16、p15、 p18蛋白主要抑制Cdk4/6 活性，阻止G1S。結合cyclin-Cdk復合物，改變Cdk活性位點空間位置；結合Cdk分子ATP位點，阻止ATP與Cdk結合INK4： p16INK4a 、p15INK4b 、 p18INK4c 、p19INK4d 特異性抑制CDK4- cyclin D1、

12、 CDK6- cyclin D1復合物的活性 p15 、p16 受TGF的調控 惡性腫瘤常有p15 、p16 的缺失或突變 KIP： p21CIP1 、p27KIP1 、 p57KIP2 能抑制大多數(shù)CDK的激酶活性 p21在整個細胞周期中起作用 DNA發(fā)生損傷時，p21表達水平增高， 與cyclinE-Cdk2結合，抑制細胞從 G1轉向S期 Cdk抑制物蛋白（p21）使細胞周期阻滯與cyclinE-Cdk2形成三元復合物4.促進Cdk調節(jié)因子降解的酶復合物Cdk調節(jié)因子CyclinCKICyclin合成，積累，結合Cdk周期事件完成Cyclin降解CKI降解Cdk激酶表現(xiàn)活性4.促進Cdk調

13、節(jié)因子降解的酶復合物 SCF和APC介導Cdk調節(jié)蛋白的降解途徑是：泛素化SCF的活性在細胞周期中是不變的，可識別被磷酸化的CDKI上某個特定的氨基酸序列。APC的活性啟動是由于其復合物中加入了活化亞基cdc20，APC催化泛素連接到Cyclin破壞框附近的賴氨酸上。SCF(Skp1-Cull-F-box protein)APC(anaphase-promoting complex)酶復合物泛素（ubiquitin）：76 個氨基酸組成 ， 高度保守蛋白。多聚泛素鏈作為標志，可介導蛋白質被蛋白水解酶降解。pp多聚泛素鏈激酶泛素E1E2+Cdk抑制蛋白（CKI）活化的SCFSCF催化泛素在磷酸化

14、CDKI上聚合介導其降解CKI被蛋白酶體水解(26s proteasome)CKI的降解E2+泛素E1活化的APC活化亞基（Cdc20）無活性的APCCdkM-Cyclin多聚泛素鏈M-cyclin 被蛋白酶體降解多聚泛素鏈APC催化泛素在Cyclin上聚合介導其水解Cyclin的降解CDK的活性調節(jié)多因素綜合調節(jié) 正調控: cyclin，CAK，磷酸酶 負調控: 激酶, CDKI 轉錄后調節(jié)細胞周期的調控 （一）細胞周期調控系統(tǒng)的蛋白質組成 1.細胞周期蛋白（cyclin） 2.細胞周期蛋白依賴激酶 (Cyclin-dependent kinase, Cdk） 3.Cdk 抑制因子（Cdk

15、inhibitor, CDKI） 4.促進Cdk調節(jié)因子降解的酶復合物調控核心SCFAPC小結（二）細胞周期檢測點（checkpoint）Checkpoint：保證細胞周期正常運轉的監(jiān)控系統(tǒng)，檢測細胞周期正常事件及出現(xiàn)的故障。start點或R點 DNA復制檢測點 紡錘體組裝檢測點DNA損傷檢測點染色體分離檢測點DNA復制檢測點紡錘體組裝檢測點R點1. start點或R點 2. DNA復制檢測點 3.紡錘體組裝檢測點DNA損傷檢測點有兩個，一個存在于G1晚期，另 一個在G2晚期。G1期檢測點通過抑制G1/S和S-Cdk的活化來阻止 細胞進入S期G2期檢測點通過使Cdc25磷酸化，抑制M-Cdk的

16、 活化，阻止細胞進入有絲分裂期。4.DNA損傷檢測點DNA損傷與p53活化在G1期調控中的作用第四節(jié) 細胞周期事件的胞內調控機制1. G1期中cyclin-Cdk復合物的作用2. S期中cyclin-Cdk復合物的作用3. M期中cyclin-Cdk復合物的作用1. G1期中cyclin-Cdk復合物的作用磷酸化轉錄因子磷酸化S期cyclin-Cdk抑制蛋白（CKI）蛋白合成生長因子 cyclinD合成 + Cdk4,6 Rb磷酸化cyclinE/A基因的轉錄DNA和中心體的復制泛素化降解S期cyclin-Cdk活化 Rb 蛋白： G 1 /S期轉化的負性調節(jié)因子，控制G1期進展，使細胞 停留

17、在G1期。 生長因子刺激G 1 期cyclinD表達 cyclinD與CDK4、CDK6結合，使Rb磷酸化 磷酸化的Rb釋放出轉錄因子E2F E2F促進cyclinE、A基因的轉錄，促使G 1 期向S期轉化 cyclinE/CDK2、cyclinA/CDK2啟動DNA和中心體的復制 到達S期一定時期，G 1 期cyclin通過泛素化途徑降解生長因子信號激活G1期CDK/cyclin的激酶活性(1) CyclinA的合成始于G1S期轉化，進入S期后，CyclinA-Cdk2成為主要的Cyclin-Cdk復合物 。(2) 在S期CyclinA-Cdk2復合 物位于DNA復制中心。 CyclinA-

18、Cdk2不僅起始DNA的復制，而且防止DNA的再次復制。2. S期中cyclin-Cdk復合物的作用3.M期的進出與有絲分裂事件的觸發(fā) G2期向M期的轉換 有絲分裂事件的觸發(fā) M期的退出MG1SG2成熟促進因子(maturation promoting factor, MPF )的發(fā)現(xiàn)(1970,Johnson和Rao)M期細胞和間期細胞融合，出現(xiàn)早熟染色體凝集（PCC）G1期細胞融合M期（1）G2期向M期的轉換G1期PCC為單線狀MG1SG2融合S期細胞S期PCC為粉末狀MG1SG2融合G2期細胞G2期PCC為雙線染色體狀成熟促進因子(MPF )1988，(Maller實驗室, Lohka等)p32蛋白p45蛋白MPF 磷酸化底物蛋白激酶活性 (p45蛋白)C