細(xì)胞周期課件

2023/11/131蒲淑萍根底醫(yī)學(xué)院細(xì)胞生物學(xué)及遺傳學(xué)教研室

細(xì)胞周期(cellcycle)2023/11/132★細(xì)胞的最終命運(yùn)：細(xì)胞分裂(celldivision)及生長(zhǎng)(相關(guān)物質(zhì)準(zhǔn)備和積累)→細(xì)胞增殖(cellproliferation)，受到嚴(yán)密的調(diào)控機(jī)制所監(jiān)控細(xì)胞死亡(celldeath)2023/11/133受精卵及卵裂2023/11/134DividingMuscleMyoblast(primativemusclecell)(SEMx8,000)2023/11/135示植物細(xì)胞有絲分裂2023/11/1362023/11/1372001年10月8日，美國(guó)人Leland

Hartwell、英國(guó)人PaulNurse、Timothy

Hunt因?qū)?xì)胞周期調(diào)控機(jī)理的研究而榮獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)

。2023/11/138標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)胞周期：從G1期開(kāi)始，歷經(jīng)S、G2，到M期結(jié)束。2023/11/139

●細(xì)胞周期

●細(xì)胞周期時(shí)間(Tc)

G1(DNA合成前期)變異范圍大(0h~數(shù)年)

間期

S(DNA合成期)

8~30h

G2(DNA合成后期)

0h;1~5h

分裂期(M)

0.5~1h

第一節(jié)細(xì)胞周期的根本概念細(xì)胞周期時(shí)間因細(xì)胞類型、狀態(tài)和環(huán)境而異。2023/11/1310●細(xì)胞的增殖特性1〕連續(xù)增殖細(xì)胞〔周期性細(xì)胞〕：能夠增殖，不斷進(jìn)入周期完成分裂。2〕暫不增殖細(xì)胞〔休眠細(xì)胞，G0細(xì)胞〕：長(zhǎng)期停留在G1晚期(G0期)而不越過(guò)限制點(diǎn)，未喪失分裂能力，在適當(dāng)條件下可恢復(fù)到增殖狀態(tài)。3〕永不增殖細(xì)胞〔終末分化細(xì)胞〕：始終停留在G1期，失去增殖能力直到衰老死亡。(p189)2023/11/1311執(zhí)行某種生物學(xué)功能，或進(jìn)行細(xì)胞分化，或走向死亡；或回到細(xì)胞周期。(限制點(diǎn)，R點(diǎn))(p204)2023/11/1312

●細(xì)胞周期研究方法細(xì)胞周期模型細(xì)胞周期同步化

如細(xì)胞分裂收獲法流式細(xì)胞技術(shù)2023/11/1313byflowcytometermicroscopy

(包括G0)2023/11/1314●細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)(checkpoint)★G1∕S之DNA損傷檢驗(yàn)點(diǎn)，限制點(diǎn)，R點(diǎn)

★S期之DNA復(fù)制檢驗(yàn)點(diǎn)★G2∕M之DNA損傷檢查點(diǎn)★M期中期∕后期之紡錘體組裝檢驗(yàn)點(diǎn)(p204)2023/11/1315DNA復(fù)制是否完成？

damageS期檢驗(yàn)點(diǎn)2023/11/1317第二節(jié)細(xì)胞周期的主要事件一、G1期：細(xì)胞生長(zhǎng)、分裂決定、復(fù)制準(zhǔn)備1.RNA、蛋白質(zhì)(如與DNA復(fù)制有關(guān)的酶及與G1期向S期轉(zhuǎn)變相關(guān)的蛋白質(zhì)等)合成和代謝活動(dòng)旺盛〔→細(xì)胞的第一生長(zhǎng)期〕2.分裂決定：越過(guò)G1期檢驗(yàn)點(diǎn)3.DNA含量為2n2023/11/1318二、S期：DNA合成、染色質(zhì)組裝、中心體復(fù)制、通過(guò)S期檢查點(diǎn)1.DNA復(fù)制，2n→4n2.組蛋白、非組蛋白合成3.染色質(zhì)復(fù)制〔組裝成核小體〕4.中心體復(fù)制2023/11/1319DNA復(fù)制與組蛋白合成同步的實(shí)驗(yàn)2023/11/13202023/11/1321三、G2期：DNA損傷檢查、分裂準(zhǔn)備1.越過(guò)G2期檢驗(yàn)點(diǎn)2.RNA、蛋白質(zhì)(如微管蛋白、染色質(zhì)凝集相關(guān)蛋白之成熟促進(jìn)因子、M期調(diào)控蛋白)合成〔→細(xì)胞的第二生長(zhǎng)期〕3.DNA含量4n2023/11/1322四、M期：染色體別離、胞質(zhì)分裂DNA的精確分配4n2n2n有絲分裂有絲分裂減數(shù)分裂2023/11/1323第三節(jié)細(xì)胞周期的調(diào)控一、周期性基因表達(dá)是細(xì)胞周期的原動(dòng)力

cyclin-Cdk蛋白質(zhì)磷酸化調(diào)控系統(tǒng)是細(xì)胞周期的引擎分子：催化靶蛋白(如H1、H3、NHP如RNA聚合酶、lamin、其它骨架蛋白等)的磷酸化，參與周期的調(diào)控。其中，G1期為cyclinD-Cdk4/6和cyclinE-Cdk2S期為cyclinA-Cdk2G2/M期為cyclinA/B-Cdk1〔p201〕2023/11/1324周期蛋白(cyclin)：細(xì)胞周期中周期性合成和降解的蛋白質(zhì)，與Cdk結(jié)合，促Cdk對(duì)靶蛋白的磷酸化，是復(fù)合物的調(diào)節(jié)亞基。目前從酵母和各類動(dòng)物中別離出的周期蛋白有30余種，在脊椎動(dòng)物中為A1-2、B1-3、C、D1-3、E1-2、F、G、H等。所有cyclin含保守的周期蛋白框(cyclinbox)。M期周期蛋白(cyclinA、B)有降解盒(destructionbox)，G1期周期蛋白(cyclinC、D、E)有PEST序列，與這些蛋白質(zhì)的降解有關(guān)。依賴周期蛋白的蛋白激酶(cyclindependentkinase，Cdk)：催化靶蛋白的磷酸化，為復(fù)合物的催化亞基。Cdk在動(dòng)物中有9種。各種Cdk以其激酶結(jié)構(gòu)域與周期蛋白框結(jié)合。2023/11/1325cyclin-Cdk組合的多樣性與活性的周期性變化2023/11/1327HeLa細(xì)胞中cyclin的周期性表達(dá)2023/11/1329

M期引擎分子：cyclinB-Cdk1

(成熟或有絲分裂促進(jìn)因子，MPF)

S期已開(kāi)始合成

G2期達(dá)峰值

M期后期被降解cyclinB〔p201〕2023/11/1330(Cdk1)(Cdk1)2023/11/1331MPF

活性周期Cdk1激酶活性首先依賴于cyclinB含量的積累。cyclinB的含量到達(dá)一定值并與Cdk1蛋白結(jié)合，同時(shí)在其他一些因素的調(diào)節(jié)下，在M期逐漸表現(xiàn)出最大激酶活性。2023/11/1332MPF在M期的調(diào)節(jié)作用：?jiǎn)?dòng)細(xì)胞從G2期進(jìn)入M期的相關(guān)事件?！瞤202〕Cdk1激活A(yù)PCRNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ核仁解體染色體凝集核膜破裂紡錘體形成2023/11/1333M期cyclin的降解盒(破壞框)與泛素化降解〔蛋白酶體〕〔后期啟動(dòng)復(fù)合物〕二、細(xì)胞周期的清道夫——周期性蛋白質(zhì)的泛素化降解多聚泛素鏈〔泛素〕2023/11/1334泛素〔Ubiquitin，Ub〕是一種高度保守的小蛋白〔含76個(gè)氨基酸〕，普遍存在于真核細(xì)胞內(nèi)。如人類和酵母的泛素有96%的相似性。泛素共價(jià)地結(jié)合于底物蛋白質(zhì)的賴氨酸殘基，被泛素標(biāo)記的蛋白質(zhì)將被蛋白酶體特異性地識(shí)別并迅速降解。E1：泛素激活酶E2：泛素結(jié)合酶E3：泛素連接酶，泛素化的關(guān)鍵酶，包括APC、SCF等。APC(后期啟動(dòng)復(fù)合物)的活性變化是分裂中期/后期轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵問(wèn)題。SCF(蛋白酶解復(fù)合體)(A)SCF介導(dǎo)CKI(cdk抑制蛋白)的降解；(B)APC介導(dǎo)M-cyclin的降解。細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)到分裂中期后，M期周期蛋白A和B迅速降解，Cdk1激酶活性喪失，細(xì)胞周期便從M期中期向后期轉(zhuǎn)化。S期周期蛋白D和E降解后，推動(dòng)細(xì)胞進(jìn)入G2期。2023/11/1337泛素是蛋白質(zhì)降解標(biāo)簽。泛素化蛋白降解機(jī)制是細(xì)胞內(nèi)短壽命蛋白和一些異常蛋白降解的普遍途徑，是非溶酶體的蛋白質(zhì)分解系統(tǒng)。2023/11/1338蛋白酶體：26S，一種巨型蛋白質(zhì)復(fù)合物，特異識(shí)別泛素化的蛋白質(zhì)并降解之，蛋白質(zhì)被切割為約7-8個(gè)氨基酸長(zhǎng)的肽段；這些肽段可以被進(jìn)一步降解為單個(gè)氨基酸分子，然后被用于合成新的蛋白質(zhì)。2004年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)主題是泛素調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)酶解過(guò)程的發(fā)現(xiàn)。三位獲獎(jiǎng)?wù)邽榘垺で泄Z沃、阿夫拉姆·赫什科和歐文·羅斯。

2023/11/1340三、細(xì)胞周期的負(fù)調(diào)控細(xì)胞至少可通過(guò)兩種不同機(jī)制阻遏細(xì)胞周期的運(yùn)轉(zhuǎn)：◆Cdk抑制因子(CKI)：主要通過(guò)與Cdk結(jié)合來(lái)抑制cyclin-Cdk復(fù)合物的裝配或其活性，而將細(xì)胞阻止在不同的檢驗(yàn)點(diǎn)。根據(jù)CKI的分子質(zhì)量，分別被命名為p15、p16、p21、p27、p53等。這些蛋白質(zhì)具有一定的同源性?！糁芷谡{(diào)控系統(tǒng)組分停止合成，如G0細(xì)胞，大局部cyclin和Cdk都消失，這在多細(xì)胞生物尤其明顯?！瞤199，200〕2023/11/1341CKI

的抑制作用2023/11/1342p21抑制G1期Cdk和PCNA(DNA聚合酶δ的輔助因子)2023/11/1343p53基因：屬于抑癌基因，其產(chǎn)物主要是細(xì)胞周期負(fù)調(diào)控因子，可抑制細(xì)胞的生長(zhǎng)和分裂。位于人類染色體17p13，表達(dá)的p53蛋白是一種入核蛋白，能阻止DNA損傷或突變的細(xì)胞通過(guò)DNA損傷檢驗(yàn)點(diǎn)，從而將細(xì)胞阻于G1期，抑制細(xì)胞增殖。作用方式之一為p53/p21聯(lián)合機(jī)制?！瞤201，圖15-11〕2023/11/1344p21主要對(duì)G1期Cdk起抑制作用，還直接抑制DNA復(fù)制。DNA損傷導(dǎo)致細(xì)胞阻滯于G1期的p53/p21機(jī)制DNA損傷通過(guò)一種間接機(jī)制活化p53：正常細(xì)胞中，p53高度不穩(wěn)定且濃度很低，這是由于p53與Mdm2相互作用，Mdm2作為泛素連接酶使p53成為蛋白酶破壞的靶蛋白。DNA損傷激活磷酸化p53的蛋白激酶，降低它與Mdm2的結(jié)合，使p53濃度增高，也增強(qiáng)了p53促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄的能力。2023/11/1345如果p53基因突變或缺失，等于失去了“分子警察〞，DNA損傷引起的突變會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞癌變。p53基因與周期負(fù)調(diào)控、細(xì)胞凋亡和癌變2023/11/1346甲狀旁腺良性瘤、乙型肝炎病毒誘發(fā)的肝癌、乳腺癌、淋巴細(xì)胞瘤和cyclinA或D等的過(guò)度表達(dá)有關(guān)。cyclinA與HBV基因的一段有同源性，故HBV可整合入cyclinA基因，使其表達(dá)的嵌合蛋白缺乏cyclin的降解盒，而不能被降解，使cyclinA持久作用，促細(xì)胞惡性增殖。原發(fā)性食道磷狀細(xì)胞癌及家族性黑色素瘤中發(fā)現(xiàn)INK4基因有移位、缺失，而它編碼的P16是Cdk4/Cdk6的抑制蛋白。第四節(jié)細(xì)胞周期與疾病2023/11/1347AIDS病病毒HIV感染時(shí)，使T細(xì)胞的Cdk1的酪氨酸殘基過(guò)分磷酸化而失活，