細(xì)胞周期課件

1、CELL CYCLE第十三章 細(xì)胞周期細(xì)胞增殖是生命的基本特征。初生嬰兒1012個(gè)細(xì)胞，成人1014個(gè)，約200種類型。成人每秒鐘有數(shù)百萬(wàn)新細(xì)胞產(chǎn)生。一個(gè)大腸桿菌若按20分鐘分裂一次，并保持這一速度，則兩天即可超過(guò)地球的重量。第一節(jié)什么是細(xì)胞周期 Eucaryotic Cell Cycle 根據(jù)細(xì)胞周期可將高等動(dòng)物細(xì)胞分為3類：連續(xù)分裂細(xì)胞，如表皮生發(fā)層、骨髓干細(xì)胞。休眠細(xì)胞，稱G0期細(xì)胞。不分裂細(xì)胞，又稱終端細(xì)胞，如神經(jīng)、肌肉、多形核細(xì)胞等。一、細(xì)胞分裂的類型Amitosis，Remark 1841Mitosis，F(xiàn)leming 1882，Strasburger 1880MeiosisGam

2、eticSporicZygoticSomaticAmitosis Mitosis ProphaseTwo centrosomes, and their forming radial arrays of astral microtubules separating on the surface of an early prophase newt lung cell nucleus. 圖片來(lái)自/圖片來(lái)自Spindle Microtubules and Motors in the spindlePremetaphaseMetaphaseAnaphaseAnaphase A and BTelophas

3、eCytokinesis Dividing Muscle Myoblast (SEM x8,000)Telophase in plant cellsMeiosis synaptonemal complexMeiosis in mouse spermatogenesis Zygotic meiosisGametic meiosisSporic meiosisChromosome recombination 1Chromosome recombination 2二、細(xì)胞周期時(shí)間的測(cè)定G1期差異較大，M期最短，約0.54.5小時(shí)。周期長(zhǎng)短與物種/細(xì)胞類型有關(guān)。測(cè)定方法：標(biāo)記有絲分裂百分率法（PLM）

4、，用3H TdR對(duì)測(cè)定細(xì)胞脈沖標(biāo)記、定時(shí)取材，通過(guò)統(tǒng)計(jì)標(biāo)記有絲分裂細(xì)胞百分?jǐn)?shù)來(lái)測(cè)定細(xì)胞周期。T常以（TG2+1/2TM）-TG2的方式求出TM三、細(xì)胞同步化（一）自然同步化1. 多核體：粘菌、瘧原蟲(chóng)。2 . 水生動(dòng)物受精卵：海膽、兩棲類。3. 增殖抑制解除后的同步分裂：真菌休眠孢子。（二）人工同步化1. 選擇同步化1）有絲分裂選擇法優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，同步化程度高，細(xì)胞不受藥物傷害。缺點(diǎn)：獲得的細(xì)胞數(shù)量較少（分裂細(xì)胞約占1%2%） 。2）細(xì)胞沉降分離法優(yōu)點(diǎn)：可用于任何懸浮培養(yǎng)的細(xì)胞。缺點(diǎn)：同步化程度較低。2. 誘導(dǎo)同步化1）DNA合成阻斷法：用DNA合成抑制劑，可逆阻斷細(xì)胞周期，然后釋放。常用TD

5、R雙阻斷法。優(yōu)點(diǎn)：同步化程度高；缺點(diǎn)：產(chǎn)生非均衡生長(zhǎng)，個(gè)別細(xì)胞體積增大。2）中期阻斷法用秋水仙素等微管抑制劑將細(xì)胞阻斷在中期。優(yōu)點(diǎn)是便于觀察染色體，缺點(diǎn)是可逆性較差。第二節(jié) 細(xì)胞周期調(diào)控CELL CYCLE CONTROLprematurely condensed chromosome，PCCG1SG2一、研究背景1970s Rao等發(fā)現(xiàn)與M期細(xì)胞(Hela)融合的間期細(xì)胞染色體發(fā)生凝縮，說(shuō)明M期細(xì)胞具有促進(jìn)間期細(xì)胞進(jìn)行分裂的因子 ( MPF)。Hartwell 1960s, Nurse 1970s 分別以芽殖酵母和裂殖酵母為材料，利用溫度敏感突變株，發(fā)現(xiàn)許多與細(xì)胞分裂有關(guān)的基因( cdc)。

6、FISSION YEAST Paul Nurse found CDC28BUDDING YEAST Leland H. Hartwell found CDC2T. Hunt 1980s發(fā)現(xiàn)海膽的卵裂過(guò)程中兩種蛋白質(zhì)的含量隨細(xì)胞周期振蕩，命名為cyclin A和B，其mRNA能誘導(dǎo)蛙卵成熟。1988年Lohka將非洲爪蟾的MPF純化。經(jīng)鑒定MPF由32KD和45KD兩種蛋白組成，是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)MPF=cdc2+clyclin BLeland H. Hartwell R. Timothy (Tim) Hunt Sir Paul M. Nurse 2001年10月8日美國(guó)

7、人LelandHartwell、英國(guó)人Paul Nurse、TimothyHunt因?qū)?xì)胞周期調(diào)控機(jī)理的研究而獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。二、CDKcdc2與細(xì)胞周期蛋白結(jié)合才具有激酶的活性，故名細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶(CDK)。cdc2又稱CDK1，可將特定蛋白磷酸化，如：將核纖肽磷酸化導(dǎo)致核纖層解體、核膜消失；將H3磷酸化導(dǎo)致染色體的凝縮等。在動(dòng)物中已知十多種CDK，均含PSTAIRE序列Different CDKsCDK mouse modelCDK突變類型生存性個(gè)體表型細(xì)胞表型Cdk1缺失致死N/AN/ACdk2缺失存活減數(shù)分裂異常，雌雄均不育，有絲分裂正常，不響應(yīng)p27Kip1缺失引起的器官

8、腫大和腫瘤培養(yǎng)的成纖維細(xì)胞早衰，無(wú)明顯細(xì)胞周期缺陷，不響應(yīng)p21Cip1或p27Kip1 缺失引起的細(xì)胞增殖改變。Cdk2條件缺失存活未觀察到表型缺陷細(xì)胞增殖正常Cdk3提前終止存活正常，很多實(shí)驗(yàn)品系攜帶這一突變。細(xì)胞正常Cdk4R42C突變存活14-18個(gè)月后出現(xiàn)上皮細(xì)胞和間充質(zhì)腫瘤細(xì)胞周期加快，為永久系，容易轉(zhuǎn)染ras腫瘤Cdk4缺失存活出生后胰島B細(xì)胞垂體分泌細(xì)胞不增殖，細(xì)胞小難以變?yōu)橛谰孟担虮晦D(zhuǎn)染腫瘤基因Cdk5缺失臨產(chǎn)致死神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育不良N/ACdk6缺失存活紅細(xì)胞系發(fā)育缺陷成纖維細(xì)胞無(wú)缺陷，淋巴細(xì)胞增殖延遲Cdk2 Cdk6雙缺失存活兼具有CDK1、2缺失的表型兼具有CDK1、2

9、缺失的表型Cdk4 Cdk6雙缺失晚期胚胎致死造血細(xì)胞，尤其是紅細(xì)胞增殖有限細(xì)胞周期延遲，Rb磷酸化降低，細(xì)胞對(duì)有絲分裂原相應(yīng)正常，傳代成為永久系Cdk11缺失致死有絲分裂缺陷，囊胚期死亡培養(yǎng)的胚胎細(xì)胞增殖缺陷和凋亡三、細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制因子CKI對(duì)細(xì)胞周期起負(fù)調(diào)控作用，分為：Ink4: 抑制cdk4cyclin D1, cdk6cyclin D1。Kip：抑制大多數(shù)CDK。其中P21cip1還能與DNA聚合酶的輔助因子PCNA結(jié)合，直接抑制DNA的合成。四、細(xì)胞周期蛋白cyclin特點(diǎn)：在細(xì)胞周期中呈周期性變化。含有一段約100個(gè)氨基酸的保守序列，稱為周期蛋白框，介導(dǎo)與CDK結(jié)合。作

10、用：激活和引導(dǎo)CDK作用于不同底物。已知30余種，分為4類：G1型、G1/S型、S型、M型。不同類型的CDK/cyclin復(fù)合體*包括D1-3，各亞型cyclin D在不同細(xì)胞中的表達(dá)量不同，但具有相同的功效。CELL CYCLE REGULATION中期當(dāng)MPF活性達(dá)到最高時(shí)，激活A(yù)PC，通過(guò)泛素化途徑降解cyclin B，完成細(xì)胞周期。分裂期周期蛋白N端具有降解盒。泛素由76個(gè)氨基酸組成，高度保守。共價(jià)結(jié)合泛素的蛋白能被蛋白酶體識(shí)別和降解，是細(xì)胞內(nèi)短壽命蛋白和異常蛋白降解的普遍途徑。Destruction Box in CyclinsTwo types unbiqutin ligase26

11、S蛋白酶體是大型的蛋白酶，可將泛素化的蛋白質(zhì)分解成短肽。Sister chromatids separatingCohesin and condensinM期CDK的激活起始于分裂期cyclin的積累。結(jié)合cyclin B的CDK1被Wee1將Thr14和Tyr15磷酸化而不具有活性，使CDK/cyclin不斷積累。在M期，Wee1的活性下降，cdc25使CDK去磷酸化，去除了CDK活化的障礙。CDK的激活需要Thr161的磷酸化，它是在CDK激酶(CDK activating kinase CAK)的作用下完成的。 五、M期CDK的激活CDK ACTIVATING六、細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)（chec

12、k point）組成：感受器、信號(hào)傳導(dǎo)通路、效應(yīng)器。主要檢驗(yàn)點(diǎn)：G1/S檢驗(yàn)點(diǎn)：DNA是否損傷？細(xì)胞外環(huán)境是否適宜？細(xì)胞體積是否足夠大？在酵母中稱start點(diǎn)，在哺乳動(dòng)物中稱R點(diǎn)(restriction point)。S期檢驗(yàn)點(diǎn)：DNA復(fù)制是否完成？G2/M檢驗(yàn)點(diǎn)：DNA是否損傷？細(xì)胞體積是否足夠大？中-后期檢驗(yàn)點(diǎn)：紡錘體組裝檢驗(yàn)點(diǎn)。FOUR CHECKPOINTSATM（ataxia telangiectasia-mutated gene）最早發(fā)現(xiàn)于毛細(xì)血管擴(kuò)張性共濟(jì)失調(diào)癥患者，人類中大約有1%的人是ATM缺失的雜合子，表現(xiàn)出對(duì)電離輻射敏感和易患癌癥。ATM編碼一個(gè)蛋白激酶，結(jié)合在損傷的DN

13、A上，其信號(hào)通路有兩條。激活Chk1（checkpoint kinase）, 使cdc25的Ser216磷酸化失去活性，抑制M-CDK的活性，中斷細(xì)胞周期。激活Chk2，使P53被磷酸化而激活，然后P53作為轉(zhuǎn)錄因子，導(dǎo)致P21表達(dá)，P21抑制G1-S期CDK的活性，中斷細(xì)胞周期。七、生長(zhǎng)因子對(duì)細(xì)胞增殖的影響生長(zhǎng)因子是與細(xì)胞增殖有關(guān)的信號(hào)物質(zhì)，已知幾十種，多數(shù)能促進(jìn)細(xì)胞增殖。作用方式：旁分泌。信號(hào)通路：ras、cAMP、磷脂酰肌醇途徑。如通過(guò)ras途徑，激活MAPK，MAPK進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，激活c-myc，myc作為轉(zhuǎn)錄因子促進(jìn)cyclin D、SCF、E2F等G1-S有關(guān)的基因表達(dá)，細(xì)胞進(jìn)入G1期。 蛋白名稱或類別在細(xì)胞周期中的作用CDK激酶，使底物磷酸化，調(diào)節(jié)底物活性。Cyclin與CDK結(jié)合，激活CDK，并引導(dǎo)CDK作用于特定的底物。CAK磷酸化CDK的激活位點(diǎn)，激活CDK。Wee 1磷酸化CDK的抑制位點(diǎn)，抑制CDK1的活性。CDC 25屬于磷脂酶，去除CDK抑制位點(diǎn)的磷酸化修飾。p27抑制G1/S和S期CDK的活性，當(dāng)細(xì)胞進(jìn)入終末分化時(shí)，使其退出細(xì)胞周期。p21當(dāng)DNA損傷時(shí)，抑制G1/S和S期CDK的活性。p16抑制G1期CDK的活性。APC/C屬于泛素連接酶，參與securin和S、M期周期蛋白的降解，觸發(fā)中期向后期的轉(zhuǎn)變。CDC 20APC/C的激活因子，引導(dǎo)