第六章細胞周期與腫瘤

第六章細胞周期與腫瘤演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有37頁\編輯于星期五第六章細胞周期與腫瘤現(xiàn)在是2頁\一共有37頁\編輯于星期五生命是如何生長，生存，繁衍和死亡？在每一個生命個體中都存在一個精密的程序，或生物鐘。生物鐘決定著細胞是否、何時生長、分裂、或死亡。這就是細胞周期調控機制，它在相關基因的控制下，依據(jù)一定的規(guī)則和節(jié)奏運行著，調控細胞的生長、分裂和死亡。在胚胎細胞，細胞周期保持快速運行，在一些成年細胞中其運行慢得多，而在神經(jīng)元細胞細胞周期幾乎完全不運行。在生長過程中的細胞，如果細胞周期不能運行，結果是死亡。而在成熟細胞，細胞周期不正確的運行，結果則是腫瘤的發(fā)生。現(xiàn)在是3頁\一共有37頁\編輯于星期五第一節(jié)

歷史回顧一、生命復制之謎的揭開

1.1858年建立細胞理論：生命的基本形式是細胞，機體由細胞構成，細胞的生長復制形成了生物體的生長繁衍，細胞的異常或死亡導致機體的疾病或死亡細胞生長中有兩種形式：有絲分裂期和細胞間期現(xiàn)在是4頁\一共有37頁\編輯于星期五1951年發(fā)現(xiàn)了細胞分裂周期：G1SG2MG0隨著成熟刺激因子（maturationpromotingfactor,MPF），

細胞周期素（cyclin），細胞周期素依賴性蛋白激酶的發(fā)現(xiàn)使對細胞周期及與腫瘤的發(fā)生發(fā)展關系的研究有了很大進展現(xiàn)在是5頁\一共有37頁\編輯于星期五細胞分裂周期圖現(xiàn)在是6頁\一共有37頁\編輯于星期五二、腫瘤發(fā)生、發(fā)展與生命復制研究的會合通過研究發(fā)現(xiàn)了1.存在于正常細胞內(nèi)的原癌基因發(fā)生錯誤轉變?yōu)榘┗?.一些基因失活后正常細胞轉變?yōu)榘┘毎职┗?。?jīng)過70年代的癌基因時代，80年代的抑癌基因時代90年代的多基因時代或癌基因蛋白網(wǎng)絡時代，提出了一系列的理論：腫瘤多步驟里論、DNA修復理論、細胞凋亡理論，進一步闡明細胞周期核心機制、細胞周期啟動機制、細胞周期檢測點機制現(xiàn)在是7頁\一共有37頁\編輯于星期五三、腫瘤與細胞周期研究的重大突破（一）腫瘤是多步驟發(fā)生多基因突變的進行性疾?。憾未驌魧W說，腫瘤的發(fā)生發(fā)展是一個細胞克隆進化的過程（二）腫瘤是一類細胞周期疾病各種基因的功效會聚到細胞周期機制形成腫瘤現(xiàn)在是8頁\一共有37頁\編輯于星期五細胞各時相的動態(tài)變化１、G1期

RNA在此期大量合成，導致蛋白質量明顯增加。S期所需的DNA復制相關的酶系，如DNA聚合酶，G1期向S期轉變相關的蛋白質如觸發(fā)蛋白、鈣調蛋白、細胞周期蛋白等均在此期合成。

現(xiàn)在是9頁\一共有37頁\編輯于星期五觸發(fā)蛋白是一種不穩(wěn)定蛋白，它對細胞從G1期進入S期是必須的。只有當其含量積累到臨界值，細胞周期才能朝DNA合成方向進行。鈣調蛋白是真核細胞內(nèi)重要的鈣受體，它調節(jié)細胞內(nèi)鈣的水平，鈣調蛋白的含量，在G1晚期可達峰值，用抗鈣調蛋白藥物處理細胞，可延緩其從G1期到S期的進程。G1期蛋白質量的增加，可能與蛋白質合成增強有關，而另一原因則可能使其降解的減弱。現(xiàn)在是10頁\一共有37頁\編輯于星期五

蛋白質的磷酸化作用在G1期開始增加，，這將有利于G1晚期染色體結構成分的重排。非組蛋白、一些蛋白激酶在G1期也可發(fā)生磷酸化，已知大多數(shù)蛋白激酶磷酸化發(fā)生于其絲氨酸或蘇氨酸、酪氨酸部位。現(xiàn)在是11頁\一共有37頁\編輯于星期五２、S期

S期是細胞進行大量DNA復制的階段，組蛋白及非組蛋白也在此期大量合成，最后完成染色體的復制（１）、DNA復制需要多種酶的參與包括DNA聚合酶、DNA連接酶、胸腺嘧啶核苷酸激酶、核苷酸還原酶等。隨著細胞由G1期進入S期，這些酶的含量或活性可顯著增高現(xiàn)在是12頁\一共有37頁\編輯于星期五（２）、DNA復制具有嚴格的時間順序通常，GC含量較高的DNA序列在早S期復制，晚S期復制的主要為ＡＴ含量高的DNA序列；就染色體而言，常染色質的復制較異染色質要早，典型的例子如人女性的細胞中，當其它染色體都被復制完以后，才開始進行純化的X染色體復制?，F(xiàn)在是13頁\一共有37頁\編輯于星期五（３）、S期是細胞合成的主要時相此時細胞質中可出現(xiàn)大量的組蛋白mRNA，新合成的組蛋白從胞質進入胞核，與復制后的DNA迅速結合，但繞成核小體，進而形成具有兩條單體的染色體。除了蛋白質合成以外，在S期細胞中不斷進行著組蛋白的持續(xù)磷酸化。現(xiàn)在是14頁\一共有37頁\編輯于星期五（４）、中心粒的復制也在S期完成原本垂直的一對中心粒發(fā)生分離，各自在其垂直方向形成一個子中心粒，由此形成的兩對中心粒在以后的細胞周期進程中，將發(fā)揮微管組織中心的作用，紡錘體微管，星體微管的形成均與此相關。現(xiàn)在是15頁\一共有37頁\編輯于星期五３、G2期為細胞分裂準備期，細胞中合成一些與M期結構功能相關的蛋白質，與核膜破裂，染色體凝集相關的成熟促進因子在此期合成。微管蛋白G２期合成達高峰，為M期紡錘體微管的形成提供了豐富的來源。已經(jīng)復制的中心粒在G2期逐漸長大，并開始向細胞兩極分離?，F(xiàn)在是16頁\一共有37頁\編輯于星期五４、M期為細胞有絲分裂期。在此期細胞中，染色體凝集后發(fā)生姊妹染色單體的分離，核膜核仁破裂后再重建，胞質中有紡錘體收縮環(huán)出現(xiàn)，隨著兩個子核的形成，胞質也一分為二，由此完成細胞分裂?，F(xiàn)在是17頁\一共有37頁\編輯于星期五細胞分裂周期及主要調控機制現(xiàn)在是18頁\一共有37頁\編輯于星期五第二節(jié)

細胞周期機制的核心－CDK調控機制一、CDK調控中心細胞周期機制的核心，是一組蛋白激酶，它們各自在細胞周期內(nèi)特定的時間激活，通過對相應的底物磷酸化，驅使細胞完成細胞周期。這些蛋白激酶的細胞周期特異性或時相性激活，依賴于一類細胞周期特異性或時相性表達、累及與分解的蛋白質，稱為細胞周期素，而前者被稱為細胞周期依賴性蛋白激酶。這一核心調控機制來源于科學家對酵母、非洲爪蟾卵、果蠅和人類細胞的研究，由于其億萬年進化后仍被高度保守下來。現(xiàn)在是19頁\一共有37頁\編輯于星期五1.Wee1/CDC25（Wee1基因）：真核生物的基因，編碼酪氨酸蛋白激酶，通過對P34CDC進行磷酸化而抑制細胞分裂周期。2.CDC２５gene（細胞周期基因２５）：釀酒酵母中編碼NEF因子的基因，能激活酵母RAS蛋白以及Ha-Ras蛋白。NEF因子是一種病毒調節(jié)蛋白?，F(xiàn)在是20頁\一共有37頁\編輯于星期五3.人類主要的CDK有７種：CDK1-74.人類主要的cyclin有８類１１種：cyclin－A,cyclin-B(B1:B2),cyclinC,cyclinD(D1,D2,D3),cyclin-E,cyclin-F,cyclin-G,cyclin-H.

細胞周期素與CDKs結合后，CDKs才具有活性，它們兩者的結合使細胞周期有序進行。具體結合方式如下：現(xiàn)在是21頁\一共有37頁\編輯于星期五（１）

CDK2、CDK4與cyclin-E結合，而CDK２、CDK４、CDK５、CDK６與cyclin－Ｄ結合是G1期運行的必備條件。（２）

CDK２與cyclin-E結合是S期啟動的必要條件。（３）

CDK２與cyclin-A的結合是G2期啟動和進行的必要條件。（４）

CDC2(CDC1)與cyclin-B1的結合是M期事件啟動和進行的必要條件現(xiàn)在是22頁\一共有37頁\編輯于星期五二、細胞周期素（cyclins）是調控CDK活性的主要成分起初人們定義cyclin時，是根據(jù)其蛋白質水平在細胞周期內(nèi)呈時相性起伏的特征。現(xiàn)在看來，正確的定義，應根據(jù)該蛋白質結構上是否存在能與CDK催化亞單位結合、激活的特異性區(qū)域。所有的cyclin蛋白分子結構上，都有一個由１００多個氨基酸組成的相對保守的區(qū)域，人們稱為細胞周期盒。Cyclinbox的主要功能是與cyclin結合并激活之，如果該區(qū)域突變，cyclin與CDK的結合能力和激活功能同時喪失。

現(xiàn)在是23頁\一共有37頁\編輯于星期五

Cyclin的功能調控主要依靠其蛋白水平的細胞周期特異性起伏。Cyclin蛋白質水平的細胞周期時相性起伏與它們的mRNA起伏也有密切關系，但機制不清楚。現(xiàn)在是24頁\一共有37頁\編輯于星期五Cyclin蛋白質還含有特別的區(qū)間，能將相應的CDK引到特定的底物或亞細胞部位，因此，cyclin蛋白質除了激活相應的CDK外，還有加強CDK對特定的物的作用。這一功能可能是因為cyclin與特定的物質之間的正反應所致。

現(xiàn)在是25頁\一共有37頁\編輯于星期五三、Thr160/161磷酸化：CDK的激活，除了必須與相應的cyclin結合外，還需要在其保守的蘇氨酸殘基上進行磷酸化。在人類細胞的CDC2，這一關鍵性的磷酸化是在１６１位的蘇氨酸殘基（Thr16１），CDK2則在１６０位的蘇氨酸殘基（Thr16０）CDK7與cyclinH結合后，不僅可以使CDC2和CDK2磷酸化，還能使較遠的的CDK家族成員CDK4磷酸化。所以一種CAK能使細胞周期調控中心的所有重要的CDK-cyclin底物磷酸化而激活。這種CAK導致的某一種CDK-cyclin底物磷酸化，與cyclin的時相性起伏相平行。現(xiàn)在是26頁\一共有37頁\編輯于星期五四、Thr14/Tyr15磷酸化和去磷酸化。CDC2的激活過程是Thr160/161磷酸化和Thr14/Tyr15磷酸化過程，CDC2激活后去激活大蛋白激酶或抑制磷酸酶使Weel滅活最終是細胞進入有絲分裂

五、細胞周期依賴性蛋白激酶抑制物：（CKI）CKI主要有兩大家族，一類是p21(CIP1/WAF1/CAP20/SDI1)和p27(KIP1),它們主要與CDK2、CDK4的抑制有關；另一類是p16INK4和p15INK4B，主要與CDK4、CDK6的抑制密切相關。現(xiàn)在是27頁\一共有37頁\編輯于星期五

作用機制：未完全清楚，大多數(shù)CKI是通過直接與Thr160/161磷酸化后的CDK-cyclin復合物密切結合，直接抑制其蛋白激酶活性。現(xiàn)較為肯定的是p21，其調控水平在基因轉錄的層面，當DNA損傷和細胞衰老時，具有轉錄因子作用的p53增高，抑制其蛋白激酶活性，阻滯細胞周期的進行?，F(xiàn)在是28頁\一共有37頁\編輯于星期五第三節(jié)

細胞周期的兩大機制

細胞周期得以進行的核心機制是在一系列cyclin時相起伏的調控下，相應的CDK依次激活，驅使細胞通過G1,S,G2期，達到M期，細胞一分為二，實現(xiàn)忠于親代的細胞復制。這一過程的順利完成取決于是否啟動和能否忠于運行，達到忠實復制，是細胞周期調控的兩大生物學機制?，F(xiàn)在是29頁\一共有37頁\編輯于星期五一、細胞周期的啟動機制細胞周期能否啟動進行細胞增殖，主要的調控點在G1期，它決定細胞是否通過G1期進入S期。這一調控點首先在芽殖酵母的研究中被認識，人們稱其為“起始點”（START）。一旦細胞通過start,它們勢必進入S期，完成整個細胞分裂周期。因此start有時酵母細胞周期的“決定點”。現(xiàn)在是30頁\一共有37頁\編輯于星期五在人體細胞增殖中，在G1期存在相似的調控機制。在G1期較晚時，也有一個決定點，稱為“限制點”（restrictionpoint），與酵母的START功能類似，不同的是，人類細胞是否通過“限制點”，進入細胞周期，主要受與細胞增殖有關的細胞外生長因子的調控，而不是營養(yǎng)素。只要有相應的生長因子存在，細胞就能通過R點進入S期，完成整個細胞周期?；氐紾0/1期。相反，如果細胞在G1期就缺乏相應的生長因子，細胞周期的運行將停止在R點，此時細胞進入“安靜狀態(tài)，稱之為G0期?，F(xiàn)在是31頁\一共有37頁\編輯于星期五

連接信號轉導與細胞周期有兩條途徑，一是cyclin－D/CDK4，二是cyclinE/CDK2。二者都是G1期進行的限速步驟，即cyclinD或cyclinE的過度表達，均能縮短G1期時間或加速G1期進行現(xiàn)在是32頁\一共有37頁\編輯于星期五二、細胞周期的監(jiān)控機制（一）

DNA損傷檢測點抑癌基因p53在人類細胞周期G1期檢測點起著關鍵性作用。還存在G2期檢測點。（二）

時相次序監(jiān)測點有MPF(有絲分裂促進因子)，可以誘導所有細胞周期時相的細胞核發(fā)生染色體凝集。

SPF(S期促進因子)，只能誘發(fā)G1期細胞進入S期而不能使