山大醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)課件11細(xì)胞分裂與細(xì)胞周期

1、第四篇 細(xì)胞的基本生命活動(dòng)山東大學(xué)醫(yī)學(xué)院細(xì)胞生物學(xué)研究所1個(gè)體發(fā)育過程中，細(xì)胞增殖與分化的結(jié)果第十一章 細(xì)胞分裂與細(xì)胞周期3細(xì)胞增殖(cell proliferation)的意義個(gè)體數(shù)量的增加；是多細(xì)胞生物繁殖的基礎(chǔ)；成體生物仍然需要細(xì)胞增殖；機(jī)體創(chuàng)傷愈合、組織再生、病理組織修復(fù)等。4基本事件：DNA復(fù)制 細(xì)胞分裂51.無絲分裂：低等生物細(xì)胞的增殖過程2.有絲分裂：形成有絲分裂器，遺傳物質(zhì)均等地 分配到兩個(gè)子細(xì)胞中。見于體細(xì)胞中.3.減數(shù)分裂： 生殖細(xì)胞成熟過程的分裂方式。第一節(jié) 細(xì)胞分裂（cell division）6一、無絲分裂(amitosis)無絲分裂直接分裂特點(diǎn)：直接快速，核保持完整

2、，染色質(zhì)不凝集，無有絲分裂器裝配表現(xiàn)：細(xì)胞生長(zhǎng)DNA復(fù)制細(xì)胞核拉長(zhǎng)核中部縊陷呈啞鈴形，核頸部有環(huán)狀微絲環(huán)繞（無絲分裂裝置）兩個(gè)子核形成胞質(zhì)分裂兩個(gè)子細(xì)胞。子細(xì)胞中的遺傳物質(zhì)可能變得不均等。 7無絲分裂Bacterial Reproduction8二、有絲分裂 (mitosis)有絲分裂間接分裂（indirect division）真核細(xì)胞的主要分裂方式，在分裂過程中既有紡錘體的形成，又能形成染色體，是能保證遺傳物質(zhì)均等分配的分裂方式。由于這一時(shí)期的主要特征出現(xiàn)紡錘體，故稱為有絲分裂。通常包括核分裂和胞質(zhì)分裂兩個(gè)過程。9根據(jù)細(xì)胞在有絲分裂過程中的形態(tài)學(xué)特征，可分為 細(xì)胞核 細(xì)胞質(zhì) 胞質(zhì)分裂分裂前

3、期分裂中期分裂后期分裂末期主要事件1011（一）分裂前期（prophase） 標(biāo)志：染色質(zhì)凝集成染色體分裂極的確定核仁消失，核膜解體紡錘體形成12(1)染色質(zhì)凝集成染色體 組蛋白發(fā)生磷酸化，促進(jìn)染色質(zhì)凝集。 染色質(zhì) 核小體串 染色質(zhì)絲 染色體。13（2）分裂極確定中心體：中心粒+無定形基質(zhì)星體：中心體+星體微管星體向細(xì)胞兩極移動(dòng)確定分裂方向標(biāo)志紡錘體裝配開始14中心體的復(fù)制周期和微管組織中心前期,兩個(gè)中心體向兩極移動(dòng) 15（3）核仁消失和核膜解體 發(fā)生在前期末，是前期結(jié)束的標(biāo)志。 核纖層蛋白磷酸化核纖層解聚核膜破裂以小泡形式分散在胞質(zhì)中。 核仁隨染色質(zhì)的凝集組裝到染色體中而消失。核膜的崩解與再

4、組裝機(jī)制16（4）紡錘體的形成（spindle）a. 紡錘體有絲分裂前期末出現(xiàn)，由星體微管（aster microtubule）、動(dòng)粒微管（kinetochore microtubule）和重疊微管 （overlap microtubule）縱向排列構(gòu)成。臨時(shí)性細(xì)胞器。 功能:將遺傳物質(zhì)均等分配到兩個(gè)子細(xì)胞。重疊微管 /極間微管 （polar microtubule）17紡錘體微管由間期動(dòng)態(tài)平衡中的微管重新裝配形成中心體的復(fù)制和微管組織中心微管依賴性馬達(dá)蛋白的作用染色體的作用b. 紡錘體的組裝18微管依賴性馬達(dá)蛋白的作用驅(qū)動(dòng)蛋白（kinesin）（大部分）向微管正極端運(yùn)動(dòng)重疊微管之間反向相對(duì)滑

5、動(dòng)的動(dòng)力；動(dòng)力蛋白（dynein）向微管負(fù)極端運(yùn)動(dòng)使微管負(fù)極端聚集而形成紡錘體兩極、重疊微管之間的聚集力。M-Cdk參與馬達(dá)蛋白的作用。19c.星體（aster）細(xì)胞分裂前期微管以中心體（centrosome）為核心組裝并向四周輻射，中心體與此種微管合稱為星體。20（二）分裂中期(metaphase)1.染色體達(dá)到最大程度的凝集。 標(biāo)志：染色體整齊排列在細(xì)胞赤道板（metaphase plate）上染色體列隊(duì)21中期赤道板的形成過程222. 主要事件：紡錘體(spindle)捕獲染色體動(dòng)粒；標(biāo)志：染色體劇烈地活動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、振蕩、徘徊于兩極之間，并被紡錘體“捕獲”（此過程隨機(jī)發(fā)生）。23中期赤道板

6、的形成過程中期赤道板形成的力243.有絲分裂器(mitotic apparatus) ： 中期分裂細(xì)胞中，染色體、紡錘體與兩極星體合稱有絲分裂器。25（三）分裂后期(anaphase)標(biāo)志：著絲粒斷裂，姐妹染色單體幾乎同時(shí)分開并分別向細(xì)胞兩極移動(dòng)；分為后期A和后期B；12m/min。26 27后期A（anaphase A）與后期B（anaphase B）后期A：指染色體向兩極移動(dòng)的過程。 染色體動(dòng)粒處動(dòng)力蛋白與微管解聚的作用而縮短。后期B：指兩極間距離拉大的過程。 極間微管延長(zhǎng):驅(qū)動(dòng)蛋白提供動(dòng)力; 星體微管去組裝:星體微管正極的馬達(dá)蛋白牽引.28微管動(dòng)力蛋白在后期染色體分離中的作用29（四）分

7、裂末期(telophase)標(biāo)志 兩子細(xì)胞形成（包括染色體解聚、紡錘 體消失、核膜重建和核仁出現(xiàn)） 胞質(zhì)分裂30子細(xì)胞形成過程： 染色體解旋形成染色質(zhì)(H1去磷酸化）； Golgi體和ER等細(xì)胞器重新形成并生長(zhǎng)；重新形成新的核膜，核孔重新組裝。 核纖層去磷酸化，重新形成核纖層； 核仁重新出現(xiàn)，rRNA合成恢復(fù)。3132胞質(zhì)分裂(cytokinesis)開始于細(xì)胞分裂后期，將細(xì)胞膜、細(xì)胞骨架、細(xì)胞器以及可溶性蛋白質(zhì)等分配給兩個(gè)子細(xì)胞的過程。紡錘體解體;收縮環(huán)*形成并縊縮使胞質(zhì)分裂形成兩個(gè)子細(xì)胞33分裂溝的形成 胞質(zhì)分裂開始時(shí)，赤道板周圍細(xì)胞表面下陷，形成環(huán)形皺褶，此結(jié)構(gòu)稱為分裂溝(cleavag

8、e furrow)。34收縮環(huán)（contractile ring)的形成收縮環(huán)：為胞質(zhì)分裂過程中的一種動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，胞質(zhì)分裂開始時(shí)，大量肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白等成分在赤道面質(zhì)膜下方組裝成微絲束并環(huán)繞細(xì)胞，由其不斷收縮完成細(xì)胞膜融合，最終形成兩個(gè)子細(xì)胞。 收縮環(huán)的位置由紡錘體決定。35收縮環(huán)與胞質(zhì)分裂36核分裂與胞質(zhì)分裂的關(guān)系： a. 胞質(zhì)分裂發(fā)生的時(shí)間部位與紡錘體的作用 密切相關(guān)； b. 核分裂及胞質(zhì)分裂：與細(xì)胞骨架密切相關(guān)； c. 與蛋白質(zhì)的磷酸化、去磷酸化密切相關(guān)：37植物細(xì)胞的分裂過程(百合細(xì)胞)38動(dòng)物細(xì)胞的分裂過程39三、減數(shù)分裂主要特征：染色體組數(shù)目減半 發(fā)生遺傳重組意義：生殖細(xì)胞進(jìn)行的產(chǎn)

9、生配子的分裂過程40meiosis41（一）第一次減數(shù)分裂（Meiosis I）兩個(gè)特點(diǎn)同源染色體分開，分別進(jìn)入兩個(gè)子細(xì)胞。同源染色體分開之前通常要發(fā)生交換、重組。在染色體組中，同源染色體的分離是隨機(jī)的，同源染色體組重新自由組合。421.前期I（The Stages of meiosis I）完成同源染色體的配對(duì)，在此過程中要發(fā)生配對(duì)同源染色體間的分子重組該期細(xì)分為細(xì)線期、偶線期、粗線期、 雙線期、終變期。43（1）細(xì)線期(leptotene tage) 又稱凝集期(condensation stage)染色體已加倍，并凝縮成細(xì)線狀，但 看不到染色體的雙重性。44（2）偶線期(zygotene

10、 stage) 又稱配對(duì)期(Pairing stage)同源染色體的聯(lián)會(huì)(synapsis) 聯(lián)會(huì)復(fù)合體(synatonemal complex)二價(jià)體（bivalent) 四分體(tetrad)Z-DNA合成同源染色體配對(duì)（聯(lián)會(huì)）45 側(cè)生組分：2040nm聯(lián)會(huì)復(fù)合體 中央組分 L-C纖維細(xì)絲 100nm46聯(lián)會(huì)與聯(lián)會(huì)復(fù)合體功能：(1)SC作為聯(lián)會(huì)時(shí)二價(jià)體的軸心；(2)SC參與同源染色體聯(lián)會(huì)和交換，為染色體重組提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。47（3）粗線期(pachytene stage) 又稱重組期(recomination stage)同源染色體之間發(fā)生DNA片段的交換，產(chǎn)生重組的基因組合。持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)

11、。合成特定組蛋白、P-DNA重組小結(jié)（Recombination noduble)48重組小結(jié)(recombination nodules)是同源染色體配對(duì)聯(lián)會(huì)復(fù)合體中的球形、橢圓型或棒狀的結(jié)節(jié)，直徑為90nm?？煞植级鄠€(gè)。是一種含有多種酶的重組機(jī)器，橫跨100nm的SC寬度，將來自父本、母本的單體DNA的局部區(qū)域結(jié)合在一起，通過它發(fā)生活躍的重組過程。49（4）雙線期(diplotene stage) 又稱合成期(synthesis stage) 同源染色體分開，明顯可見四分體； 出現(xiàn)交叉 交叉端化50染色體重組-交換與交叉在同源染色體聯(lián)會(huì)期間，同源染色體要發(fā)生 斷裂和重接，在此過程中發(fā)生同源

12、染色體間 的交換，在顯微鏡下可見到交叉（chiasma）交叉(crossover)是交換的結(jié)果。51同源染色體間的交換重組52（5）終變期(diakinesis) 又稱再凝集期(recondensation stage) 染色體變成緊密凝集狀態(tài)；大多數(shù)核仁消失,持續(xù)交叉端化, 姐妹 染色體由著絲粒連接在一起。532. 中期I核被膜的破裂是前期向中期轉(zhuǎn)化的標(biāo)志。紡錘體侵入核區(qū),分散于核中的四分體開始向細(xì)胞中部移動(dòng)。與有絲分裂不同的是,四分體上有兩個(gè)著絲點(diǎn), 一側(cè)紡錘體只和同側(cè)的著絲點(diǎn)相連。最后染色體排列在赤道板上。543.后期I同源染色體分開，發(fā)生數(shù)量的減半；每極含有兩套染色體；不同的同源染色體

13、隨機(jī)、獨(dú)立的移向兩極。父方、母方來源的染色體發(fā)生隨機(jī)組合,有利于減數(shù)分裂產(chǎn)物的基因組變異。55染色體組的重組合564.末期I在自然界中,末期的類型有二：沒有明顯可見的染色體去凝集完全逆轉(zhuǎn)到間期核的狀態(tài)57（二）間期大多數(shù)種類, 間期是在第一次及第二次減數(shù)分裂期之間的短暫停頓,在所知的生物中,未見有DNA的合成。58（三）第二次減數(shù)分裂（Meiosis II） 分為前期II、中期II、后期II、末期II，最后形成4個(gè)單倍體細(xì)胞59減數(shù)分裂I和減數(shù)分裂II60減數(shù)分裂與有絲分裂的比較6162減數(shù)分裂的生物學(xué)意義保證了染色體數(shù)目在世代交替中的恒定, 先減半成1n, 形成合子時(shí), 又成為2n;染色體間

14、分離時(shí)的重組,提供了遺傳的多樣性;同源染色體配對(duì)時(shí)交換重組,提高了基因內(nèi)、基因間重組的頻率,加快了進(jìn)化的速度。 【在減數(shù)分裂過程中發(fā)生了兩種方式的遺傳重組同源染色體的部分交換（基因重組）染色體分離時(shí)的自由組合（染色體組重組）】。63第二節(jié) 細(xì)胞周期及其調(diào)控（cell cycle）一、細(xì)胞周期的基本概念細(xì)胞周期（cell cycle）一個(gè)細(xì)胞經(jīng)過一系列生化事件而復(fù)制它的組分，然后一分為二，這種周期性的復(fù)制和分裂過程稱為細(xì)胞周期。所需的時(shí)間稱為細(xì)胞周期時(shí)間（ TC ）。關(guān)鍵事件： 復(fù)制S期, DNA復(fù)制 分裂M期,染色單體分開細(xì)胞周期 分裂間期：細(xì)胞生長(zhǎng)階段（、） 分裂期：核、質(zhì)分裂（） TC T

15、G1 + TS + TG2 + TM前期中期后期末期G1（DNA合成前期）分裂期G2（DNA合成后期） S（DNA合成期）間期TC長(zhǎng)短主要取決于G1期時(shí)間限制點(diǎn)（restriction point，R點(diǎn)）： 調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖周期開和關(guān)的“閥門”。 它接受多種環(huán)境信號(hào)的調(diào)節(jié)，控制著細(xì)胞 周期的進(jìn)程，是細(xì)胞增殖與否的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。細(xì)胞類群：繼續(xù)增殖細(xì)胞：在細(xì)胞周期中連續(xù)分裂的細(xì)胞。靜止期細(xì)胞（G0期細(xì)胞）：一般情況下不增殖，受到一定刺激后，可重新進(jìn)入細(xì)胞周期，恢復(fù)增殖能力。終末分化細(xì)胞：某些細(xì)胞分化程度很高，完全失去 增殖能力。二、細(xì)胞周期各時(shí)相的動(dòng)態(tài) 與生物大分子的合成G1期S期G2期M期（一）G1期 （

16、DNA合成前期） 細(xì)胞生長(zhǎng)和DNA合成準(zhǔn)備期，合成大量RNA和蛋白質(zhì)G1早期細(xì)胞生長(zhǎng)大分子物質(zhì)的合成和細(xì)胞器的裝配G1期限制點(diǎn)G0期細(xì)胞（R點(diǎn)）G1晚期為S期DNA合成作準(zhǔn)備DNA復(fù)制所需酶、因子、底物細(xì)胞周期蛋白、觸發(fā)蛋白、鈣調(diào)蛋白等組蛋白、非組蛋白、相關(guān)蛋白激酶的磷酸化（二）S期 （DNA復(fù)制期）DNA合成的啟動(dòng)DNA復(fù)制主要事件在復(fù)制單位內(nèi)同時(shí)進(jìn)行，由數(shù)個(gè)至上百個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)組成蛋白質(zhì)合成活躍合成與DNA復(fù)制相關(guān)的酶：如：胸苷激酶、胸苷酸合成酶、DNA聚合酶等合成周期蛋白等組蛋白與染色體合成關(guān)聯(lián)、同步中心粒復(fù)制DNA復(fù)制與組蛋白合成同步S期的復(fù)制（黑色銀顆粒）72中心體的復(fù)制周期和微管組織

17、中心前期兩個(gè)中心體向兩極移動(dòng) （三）G2期（有絲分裂準(zhǔn)備期）成熟促進(jìn)因子（MPFmaturation promoting factor）由Cyclin B與CDK1組成凝集素等微管蛋白的合成中心體生長(zhǎng)、分離（四）M期（有絲分裂期） 染色體等分到兩個(gè)子細(xì)胞中去的過程細(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)酶和蛋白,然后自身失活(正調(diào)控)確保每一時(shí)相事件的全部完成(負(fù)調(diào)控) 對(duì)外界環(huán)境因子起反應(yīng)（如多細(xì)胞生物對(duì)增殖信號(hào)的反應(yīng)）三、細(xì)胞周期的調(diào)控Prize citation: for their discoveries of key regulators of the cell

18、 cycle The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2001 Leland Hartwell, born 1939.Fred Hutchinson Cancer Research Center, Seattle, WA, USA. 發(fā)現(xiàn)了一類細(xì)胞周期調(diào)控基因；引入了“檢測(cè)點(diǎn)（checkpoint）”概念，Paul Nurse, born 1949.Imperial Cancer Research Fund, Lincolns Inn Fields, London, UK. 首次鑒定、克隆出細(xì)胞周期的關(guān)鍵調(diào)控子之CDK分子。他還發(fā)現(xiàn)CDK在進(jìn)化中高度

19、保守，它可使其他蛋白質(zhì)磷酸化，從而調(diào)控細(xì)胞周期。Tim Hunt, born 1943.Imperial Cancer Research Fund, Clare Hall Laboratories, South Mimms, UK. 第一個(gè)發(fā)現(xiàn)了周期素(cyclin)，這是一類蛋白質(zhì)，是CDK的調(diào)控分子。細(xì)胞分裂周期基因（cdc gene）： 其產(chǎn)物可以調(diào)節(jié)細(xì)胞周期的進(jìn)程或者是基因本身的表達(dá)依賴于細(xì)胞周期。Cdc28芽殖酵母細(xì)胞Cdc2裂殖酵母細(xì)胞（一）細(xì)胞周期調(diào)控系統(tǒng)的組成細(xì)胞周期蛋白與細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶（細(xì)胞周期調(diào)控系統(tǒng)的核心 ）Cdk活性抑制因子促進(jìn)Cdk調(diào)節(jié)因子降解的酶復(fù)合物1.細(xì)

20、胞周期蛋白（cyclin） 在真核細(xì)胞分裂周期中，其濃度有規(guī)律地升高和降低的蛋白，它可以激活周期蛋白依賴性激酶（CDK）的活性，調(diào)控細(xì)胞周期的進(jìn)程。特點(diǎn)細(xì)胞周期中含量周期性變化結(jié)合并調(diào)控Cdk活性周期性變化調(diào)節(jié)亞單位存在周期蛋白框（cyclin box）家族成員：高等真核細(xì)胞為AH, T不同成員表達(dá)時(shí)間不同，執(zhí)行功能不同Cyclins的種類及表達(dá)時(shí)相Cyclin+Cdk=細(xì)胞周期引擎細(xì)胞周期蛋白可分為三（四）類：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：存在約100個(gè)aa組成的與Cdk結(jié)合的周期蛋白框2.細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶 （cyclin-dependent kinase, Cdk）（1）特點(diǎn):含有Cdk激酶結(jié)構(gòu)域，通過

21、與 細(xì)胞周期蛋白結(jié)合并被激活 Cyclin 水平升高和降低是Cdk活性主要決定因素是細(xì)胞周期調(diào)控的催化亞單位作用于細(xì)胞周期事件的靶蛋白磷酸化而產(chǎn)生相應(yīng)的生理效應(yīng)，促進(jìn)細(xì)胞周期的不斷運(yùn)行自身可被磷酸化，多為絲/蘇氨酸磷酸化激酶成員：Cdk18（9？）Cyclin-Cdk復(fù)合物的多樣性 G1 S G2/M Cyclin-Cdk Cyclin-Cdk Cyclin-Cdk Budding Yeas CLN1,2,3-CDC28 CLB5,(3,4)-CDC28 CLB1,2(3,4)-CDC28 Fission Yeast CIG1-CDC2 CIG2-CDC2 CIG13-CDC2 Higher

22、Eukaryotes CyclinD1,2,3-CDK4/6 CyclinA-CDK2 CyclinB-CDC2 CyclinE1,2-CDK2 （CDK1）G1 SubstratesS SubstratesG2/M SubstratesGrowth and MorphogenesisDNA ReplicationMitosisCyclin-CdK Complexes at Different Stages of the CycleModified from Figure 17-3, from: Molecular Cell Biology by Lodish etal. 2000（2）CDK

23、的活性調(diào)節(jié)Cdk活性促進(jìn)因子 Cyclin ：CDK的激酶活性需要結(jié)合cyclin并經(jīng)磷酸化作用才能被激活。Cdk 活化激酶（Cdk activating kinase, CAK）起重要的催化作用由Cyclin H、Cdk7和P36組成（脊椎動(dòng)物）CAK通過磷酸化作用， 活化絕大多數(shù)Cdk激酶， 在多個(gè)細(xì)胞周期時(shí)相的 轉(zhuǎn)換與前進(jìn)中發(fā)揮調(diào)控 作用.在整個(gè)細(xì)胞周期中維持 恒定的高水平。CDK的活化機(jī)理注：weel絲氨酸/蘇氨酸激酶Cdk1Cdk1CDK的活化機(jī)理通過磷酸化和蛋白降解調(diào)節(jié)Cdc253. CDK激酶抑制物（CdK inhibitor,CKI）p294Cdk活性抑制因子對(duì)CDK激酶起負(fù)性

24、調(diào)控作用的蛋白質(zhì)直接結(jié)合CDK或cyclin-CDK復(fù)合物作用：抑制CDK激酶活性，延遲或阻斷細(xì)胞周期 運(yùn)行，將細(xì)胞阻止在不同的檢測(cè)點(diǎn)，主要作用于 G1和S期 在DNA受損后，細(xì)胞將停留于G1 Checkpoint ， 待DNA修復(fù)或者凋亡哺乳動(dòng)物中，包括：CIP/KIP家族: p21、p27、p57 Cdk2/4INK4家族: p16、p15、p18、p19 Cdk4/6P27對(duì)CDK的抑制作用4. 促進(jìn)cyclin和CKI降解的酶復(fù)合物細(xì)胞周期各個(gè)時(shí)相的過渡需要細(xì)胞周期蛋白和其他蛋白質(zhì)的降解泛素化途徑能降解Cyclin、CKI等天然蛋白質(zhì)，是細(xì)胞周期調(diào)控的基礎(chǔ)。對(duì)細(xì)胞周期調(diào)控的泛素化途徑

25、依賴SCF和APC/C的泛素化途徑。SCF和APC/C都是泛素連接酶E3，它們分別在細(xì)胞周期不同的時(shí)期被激活，而實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞周期的不同時(shí)期的調(diào)節(jié)作用。E1（ubiquitin-activating enzyme，泛素激活酶）E2（ubiquitin-conjugating enzyme，泛素結(jié)合酶E3（ubiquitin-ligase，泛素連接酶）泛素-依賴性的蛋白質(zhì)水解E1E2E326S proteosome底物eNH2ATP泛素The control of Anaphase: SCF and APC activities during the cell cycleCohesin細(xì)胞周期中SC

26、F與APC的活性: SCF和APC是多亞基復(fù)合體，它們將底物蛋白泛素化，致使底物由蛋白酶體降解。SCF (SKP1, CUL1, Fox-蛋白) 泛素 E3 連接酶復(fù)合物識(shí)別并泛素化CKI及某些cyclinSCF主要在間期有活性，從G1期一直延續(xù)到S期末。SKP1FBSKP2 (F-box 蛋白)LRRCUL1ROC1底物結(jié)合E2SKP2:底物結(jié)合特異性蛋白APC(Anaphase- promoting complex) 有絲分裂后期促進(jìn)復(fù)合物，是促進(jìn)Cdk失活的主要機(jī)制識(shí)別并泛素化cyclinAPC的活性存在于M期的中期到G1向S期過渡的這段時(shí)間。APC有兩種(1113個(gè)亞單位)， 它們的區(qū)

27、別在于激活時(shí)分別含Cdc20或Cdh1亞基，亞基改變APC識(shí)別的底物。有絲分裂中，APCCdc20比APCCdh1早激活。 G1期中cyclin-Cdk復(fù)合物的作用S期中cyclin-Cdk復(fù)合物的作用G2/M期轉(zhuǎn)換中cyclin-Cdk復(fù)合物的作用M期中cyclin-Cdk復(fù)合物的作用5. Cyclin-Cdk的調(diào)控作用（1） G1期中cyclin-Cdk復(fù)合物的作用激活物： CyclinD-CDK4：R點(diǎn)之前 CyclinD-CDK6：R點(diǎn)檢測(cè) CyclinE-CDK2：?jiǎn)?dòng)S期 抑制活性：SCF識(shí)別并泛素化CKI及某些cyclin， 從G1期一直延續(xù)到S期末。（2）S期中cyclin-C

28、dk復(fù)合物的作用CyclinA-Cdk2（SCdK）：該蛋白復(fù)合體控制DNA準(zhǔn)確復(fù)制通過控制DNA復(fù)制的啟動(dòng)以防止重復(fù)復(fù)制。細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)S期起始調(diào)控的分子機(jī)理S期的DNA復(fù)制真核細(xì)胞復(fù)制起始點(diǎn)上結(jié)合有起始識(shí)別復(fù)合體（Origin recognition complex, ORC）。調(diào)節(jié)因子Cdc6結(jié)合在ORC上，在ATP供能下，促進(jìn)Mcm復(fù)合體和其他一些蛋白結(jié)合到ORC上，形成 預(yù)復(fù)制復(fù)合體（pre-replicative complex, pre-RC）； Mcm：微小染色體維持蛋白，6個(gè)亞單位構(gòu)成,具DNA解旋酶（helicase）活性。S-CDK觸發(fā)pre-RC的啟動(dòng)，同時(shí)將Cdc6磷酸

29、化，使其脫離ORC，被SCF參與的泛素化途徑降解。預(yù)復(fù)制復(fù)合體（pre-replicative complex，pre-RC）包括：起始識(shí)別復(fù)合體（Origin recognition complex, ORC）CDC6 Mcm蛋白S期DNA復(fù)制準(zhǔn)確性的保證S-CDK將Cdc6磷酸化，使其脫離ORC，被SCF參與的泛素化途徑降解，pre-RC去組裝。S-CDK還可以將某些Mcm磷酸化，使其被輸出細(xì)胞核，不再與ORC結(jié)合，保證了DNA僅復(fù)制一次。Mcm“DNA復(fù)制執(zhí)照因子” ，經(jīng)G1進(jìn)入S期，隨DNA的復(fù)制在核內(nèi)減弱并消失；G2期細(xì)胞核不再含有“執(zhí)照”，故DNA復(fù)制不能再起始。S-CDK在G2早

30、期保持高水平，阻止Cdc6和Mcm在起始點(diǎn)重組裝；M-CDK磷酸化Cdc6和Mcm。顯微注射實(shí)驗(yàn)：孕酮誘導(dǎo)卵母細(xì)胞成熟；成熟卵細(xì)胞質(zhì) 中 M-Cdk（MPF）是卵母細(xì)胞成熟的因子（3） G2/M期中cyclin-Cdk復(fù)合物的作用激活物： CyclinB-CDK1（cdc2）：G2晚期形成M-Cdk（有絲分裂促進(jìn)因子，成熟促進(jìn)因子, Maturation-Promoting Factor, MPF ）M期的進(jìn)入細(xì)胞融合技術(shù)顯示PCC早熟染色體凝集超前凝集染色體（premature condensed chromosome, PCC） 由于M期的MPF活性最高，用M期細(xì)胞和間期細(xì)胞進(jìn)行融合，可以

31、使間期細(xì)胞出現(xiàn)類似于有絲分裂期的變化：染色質(zhì)凝集、核膜破裂及核仁消失等，將這種經(jīng)過誘導(dǎo)、在間期細(xì)胞中形成的染色體稱為超前凝集染色體。M-Cdk周期性變化M期cyclinB的積累及激活CdK的激酶活性M-Cdk周期性變化： cyclinB： G2期開始合成M中期達(dá)高峰后期驟 然下降A(chǔ)PC泛素化途徑被降解。 MPF活性： G2晚期活性升高M(jìn)中期達(dá)高峰后期 驟然下降。 激活機(jī)制： M-Cdk：使多種底物蛋白磷酸化 組成： M-CdkCyclinB-Cdk1 調(diào)節(jié)亞單位細(xì)胞周期蛋白B（cyclin B，p56） 具有激活p34cdc2 激酶和選擇激酶底物的功能 催化亞單位細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶 1 (

32、 Cdk1，p34cdc2 ） 具有Ser/Thr激酶活性功能：?jiǎn)?dòng)細(xì)胞從G2期進(jìn)入M期的相關(guān)事件M-Cdk激活機(jī)制有絲分裂事件的觸發(fā)早期事件包括：紡錘體裝配染色質(zhì)凝集核膜崩解核仁消失動(dòng)粒微管與染色體動(dòng)粒連接胞質(zhì)骨架重排細(xì)胞器（ER、Golgi complex等）的再組裝（4）M期中cyclin-Cdk復(fù)合物的作用113染色質(zhì)的凝集 在間期DNA復(fù)制完成后，黏著蛋白(cohesin)復(fù)合物介導(dǎo)兩條染色單體聚集在一起。四亞基蛋白質(zhì)復(fù)合體. Scc1,Scc3,Smc1,Smc3114黏著蛋白的作用：對(duì)抗來自紡錘體兩極微管引起的張力，使細(xì)胞將兩條經(jīng)復(fù)制過程生成的一致的染色體識(shí)別為姐妹染色單體；伴隨

33、其解離，使姐妹染色單體準(zhǔn)確分離分配到兩個(gè)子代細(xì)胞中去。 The structure of Cohesin and condensin115凝集素 （Condensin）與M-Cdk磷酸化有關(guān) 進(jìn)入有絲分裂前期開始，部分由于凝集素（Condensin）的磷酸化作用而致染色體凝集。 黏著蛋白逐漸向著絲粒區(qū)集中。 晚期事件：APC在后期染色體分離中的作用117 有絲分裂后期促進(jìn)復(fù)合體（APC） M-Cdk失活 分離酶抑制蛋白securin降解 分離酶(separase)活化 黏著蛋白亞基降解 姐妹染色單體分離有絲分裂后期促進(jìn)復(fù)合體 M期的退出 MPF失活，CyclinB被降解相應(yīng)蛋白的去磷酸化，導(dǎo)致

34、紡錘體去裝配染色體去凝集核膜、核仁重建胞質(zhì)骨架重建M-Cdk周期性變化（二）細(xì)胞周期檢測(cè)點(diǎn)（cell cycle checkpoint）在長(zhǎng)期的進(jìn)化過程中，細(xì)胞發(fā)展出了一套保證細(xì)胞周期中DNA復(fù)制和染色體分配質(zhì)量的檢查機(jī)制，通常稱為細(xì)胞周期檢測(cè)點(diǎn) (checkpoint)。這是一類負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制。S Checkpoint（Check for DNA replication）1.未復(fù)制DNA檢測(cè)點(diǎn) DNA復(fù)制是否完成？在G2期之前介導(dǎo)因子：ATR激酶（感受蛋白）， Chk1激酶作用方式：局部單鏈DNA 依賴ATR的應(yīng)答 Chk1-Cdc25- （Ser216/287） Cdc25失活 Cycli

35、nB-CDK1不能去磷酸化，暫時(shí)失活 DNA復(fù)制 PP2.紡錘體組裝檢測(cè)點(diǎn)動(dòng)粒是否正確連接到紡錘體上？阻滯后期啟動(dòng)限制中期后期轉(zhuǎn)換進(jìn)程的調(diào)控系統(tǒng)介導(dǎo)因子：Mad2（感受蛋白）作用方式：Mad2 +Cdc20 APC-Cdc20 分離酶抑制蛋白securin不能被降解 姐妹染色單體不能分離3.染色體分離檢測(cè)點(diǎn) 子代染色體是否正確分離，并移向細(xì)胞兩極？在M期的后期向末期轉(zhuǎn)換之前介導(dǎo)因子： 有絲分裂退出系統(tǒng)（MEN） （GTPase Tem1,(GEF)Ltel,Bub2和Bfal） Cdc14磷酸酶作用方式：（正常狀態(tài)下）有絲分裂退出系統(tǒng) Cdc14- 活化Cdh1的去磷酸化cyclinB被泛素化

36、降解 末期P釀酒酵母細(xì)胞磷酸酶Cdc14的激活4.DNA損傷檢測(cè)點(diǎn)DNA是否有損傷？在G1，S， G2期介導(dǎo)因子：ATM/ATR（感受蛋白，激酶）， Chk1/2（效應(yīng)激酶），P53DNA損傷時(shí)，ATR被招募到損傷位點(diǎn)作用方式DNA損傷與檢查G1G2（三）細(xì)胞周期的胞外調(diào)控因素溫度、pH、營(yíng)養(yǎng)、藥物、感染、射線生長(zhǎng)因子通過與細(xì)胞膜上特異受體結(jié)合，調(diào)節(jié)細(xì)胞周期的多肽類物質(zhì)。 PDGF、EGF、IL、TGF、FGF 、NGF 激素:蛋白類激素: R在細(xì)胞膜上 固醇類激素: R在細(xì)胞質(zhì)中信號(hào)傳導(dǎo)系統(tǒng)有絲分裂原: 主要作用于G1期而調(diào)控細(xì)胞分裂速度1.生長(zhǎng)因子能夠克服細(xì)胞增殖限制的刺激信號(hào)分子大多是生

37、長(zhǎng)因子 血小板衍生生長(zhǎng)因子 (platelet-derived growth factor, PDGF ） 表皮生長(zhǎng)因子(epidermal growth factor,EGF) 白介素（interleukin,IL） 轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子（transforming growth factor,TGF）等。 生長(zhǎng)因子的多樣性 沒有種屬特異性，但有很強(qiáng)的組織特異性 特點(diǎn)：（1）不同種類的細(xì)胞具有不同的生長(zhǎng)因子受體 （GFR），而每種細(xì)胞又可具有幾種不同的GFR， 接受不同生長(zhǎng)因子的順序性調(diào)節(jié)； （2）不同生長(zhǎng)因子對(duì)細(xì)胞增殖的調(diào)節(jié)方式不同。 生長(zhǎng)因子的協(xié)同性正常細(xì)胞的增殖需要多種生長(zhǎng)因子共同調(diào)節(jié), 促進(jìn)增

38、殖。 啟動(dòng)因子、推進(jìn)因子生長(zhǎng)因子對(duì)細(xì)胞增殖的促進(jìn)效應(yīng)Growth Factor Stimulation 2.抑素(chalone)（1）抑素：是一種細(xì)胞自身分泌的糖蛋白，對(duì)細(xì)胞周期進(jìn)程有抑制作用。其參與調(diào)節(jié)的 途徑與生長(zhǎng)因子類似。（2） 特性 對(duì)細(xì)胞周期的作用是無毒可逆的，具有很強(qiáng)的細(xì)胞系特異性； 種類隨細(xì)胞類型的不同而有所變化（3）調(diào)節(jié)途徑：類似生長(zhǎng)因子。 抑素與膜受體結(jié)合引起信號(hào)轉(zhuǎn)換并傳遞影響細(xì)胞周期相關(guān)蛋白表達(dá)。 作用于兩個(gè)調(diào)控點(diǎn)：G1 S S M3.cAMP和cGMPcAMP負(fù)調(diào)控細(xì)胞分裂cGMP促進(jìn)細(xì)胞分裂中組蛋白及DNA的合成4. SR蛋白及SR蛋白特異的激酶（SRPK1） 通過R

39、NA剪接調(diào)控細(xì)胞周期RNA剪接因子SR蛋白的磷酸化或去磷酸化SRPK1專一性作用于SR蛋白（1）SR蛋白：含大量S-R（絲-精）二肽重復(fù)序列作用：核斑的組裝與去組裝。通過磷酸化與去磷酸化調(diào)節(jié)RNA剪接。N端有RNA結(jié)合域，與前體RNA結(jié)合,識(shí)別、選擇剪接位點(diǎn)，起始剪接。周期性變化： 間期合成磷酸化并聚集（組裝）成核斑啟動(dòng)剪接去磷酸化M期核斑消失（剪接完畢）。（2）SR蛋白激酶(SRPK1,SR protein-specific kinase): 專一作用于SR蛋白的激酶，呈周期性變化，可促進(jìn)SR蛋白磷酸化。四、癌基因和抑癌基因 在細(xì)胞周期調(diào)控中的作用（一）癌基因家族原癌基因 (proto-on

40、cogene,c-onc): 其所編碼的蛋白質(zhì)為細(xì)胞存活、增殖、分化及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等正常生命活動(dòng)所必需，在進(jìn)化上高度保守。 結(jié)構(gòu)與V-onc相似的DNA同源序列V-oncogenecellular oncogene(C-onc) proto-oncogene癌基因(oncogene)：原癌基因活化則變?yōu)榘┗颉?如: Src、Myc、Fos、Ras、Jun 表達(dá)產(chǎn)物：生長(zhǎng)因子：如sis，生長(zhǎng)因子受體：如c-fms、V-erbB，蛋白激酶及其它信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)組分：如src、ras、raf細(xì)胞周期蛋白：如bcl-1，細(xì)胞凋亡調(diào)控因子：如bcl-2，轉(zhuǎn)錄因子：如myc、fos、jun。（二）抑癌基因 正常細(xì)胞

41、所具有的起負(fù)調(diào)控作用的一類基因，主要是抑制細(xì)胞增殖，促進(jìn)細(xì)胞分化和抑制細(xì)胞遷移。抑癌基因的產(chǎn)物：轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子：如Rb、p53，周期蛋白依賴性激酶抑制因子（CKI）： 如p15、 p16、p21，信號(hào)通路的抑制因子： 如ras GTP酶活化蛋白(NF-1),磷脂酶（PTEN）； DNA修復(fù)因子：如BRCA1、BRCA2，（1）Rb基因 Rb基因即遺傳性視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤(retinoblastoma)基因，是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的抑癌基因。位于染色體13q14 ,基因產(chǎn)物p105Rb, 分布在核中。 作用：與轉(zhuǎn)錄因子E2F結(jié)合，通過磷酸化和去磷酸化，活化或抑制E2F活性，調(diào)節(jié)G1/S期。Retinoblas

42、toma 作用機(jī)理：Rb蛋白含有鋅指結(jié)構(gòu)，可插入DNA大溝中發(fā)揮作用。在G0和G1期，p105Rb以去磷酸化狀態(tài)存在，與E2F結(jié)合，阻斷S期所需蛋白的轉(zhuǎn)錄。當(dāng)p105Rb磷酸化，釋放E2F，基因轉(zhuǎn)錄，細(xì)胞進(jìn)入S期.Rb bind with E2F transcription factorEg: 抑癌基因的失活與腫瘤發(fā)生結(jié)構(gòu)：N 端酸性轉(zhuǎn)錄激活區(qū) ：180位aa，含磷酸化位點(diǎn)?？杉せ钷D(zhuǎn)錄, 介導(dǎo)蛋白間相互作用。這一區(qū)域還可以與MDM2蛋白-p53的負(fù)調(diào)控因子結(jié)合。序列特異性結(jié)合區(qū) ( 核 心區(qū) )：102290位aa，保守、重要，含有特異性結(jié)合 DNA 的功能寡聚區(qū) ：介導(dǎo) p53 蛋白自身聚合

43、形 成四聚體。 羧基端 ：可與 DNA 非特異性結(jié)合 , 參與核心區(qū)與 DNA 結(jié)合的錯(cuò)構(gòu)調(diào)節(jié)。（2）P53基因P53蛋白的作用：野生型p53蛋白有強(qiáng)的抑癌作用。當(dāng)DNA損傷時(shí)， p53蛋白水平升高 , p53蛋白與DNA相應(yīng)部位結(jié)合（起轉(zhuǎn)錄因子作用），激活一系列下游靶基因包括 P21 、 GADD45 、 MDM2 、 BAX 、 IGF-BP3 和 PIG3 等的轉(zhuǎn)錄 , 誘導(dǎo)細(xì)胞周期停止于G1 期、細(xì)胞凋亡和細(xì)胞分化 , 保護(hù)基因組的 完整性以及抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)等。p53 gene五、卵母細(xì)胞減數(shù)分裂及其調(diào)控非洲蟾蜍卵母細(xì)胞成熟與激活成熟激活G2卵母細(xì)胞減數(shù)分裂1期減數(shù)分裂間期停留在減數(shù)分裂中期的卵受精卵第一次有絲分裂MPF是有絲分裂和減數(shù)分裂共同的調(diào)節(jié)因子來源于胚胎細(xì)胞或者體細(xì)胞以及成熟卵細(xì)胞MPF具有相同的生物學(xué)功能受精一、細(xì)胞周期與組織再生生理性再生與補(bǔ)償性再生干細(xì)胞工程是根據(jù)細(xì)胞增殖分