第十三章-細(xì)胞分裂與細(xì)胞周期

第十三章細(xì)胞分裂與細(xì)胞周期

第一節(jié)細(xì)胞分裂

第二節(jié)細(xì)胞周期及其調(diào)控

第四節(jié)細(xì)胞周期與醫(yī)學(xué)的關(guān)系內(nèi)容三細(xì)胞周期的調(diào)控

細(xì)胞周期的進(jìn)程是高度有序及不可逆的，受到細(xì)胞內(nèi)外多種因素嚴(yán)格的調(diào)節(jié)、控制。第二節(jié)細(xì)胞周期及其調(diào)控一、細(xì)胞周期重要的調(diào)節(jié)因子（一）細(xì)胞周期蛋白(cyclin)（二）周期蛋白依賴性激酶(cyclindependentkinase,Cdk)（一）細(xì)胞周期蛋白(cyclin)1.細(xì)胞周期蛋白的概念是指隨細(xì)胞周期的變化呈周期性的出現(xiàn)與消失，控制細(xì)胞周期運(yùn)行的一組蛋白質(zhì)。細(xì)胞周期蛋白周期蛋白依賴性激酶細(xì)胞周期蛋白細(xì)胞周期蛋白G1期周期蛋白：如cyclinC、

D、E，G1期周期蛋白

存在時(shí)間相對(duì)較短；S期周期蛋白：如cyclinAM期周期蛋白：如cyclinB，M期周期蛋白相對(duì)穩(wěn)定2.細(xì)胞周期蛋白類型目前發(fā)現(xiàn)，Cyclin有八個(gè)成員，分別叫做CyclinA、B、C、D、E、F、G、H，它們可在細(xì)胞周期的不同階段相繼表達(dá)，與細(xì)胞中的周期蛋白依賴性激酶（CDK）結(jié)合后，參與細(xì)胞周期相關(guān)活動(dòng)的調(diào)節(jié)。細(xì)胞周期蛋白的結(jié)構(gòu)G1期周期蛋白不含破壞框，但含有PEST序列細(xì)胞周期蛋白框：

aa組成保守，由100個(gè)左右aa殘基組成。介導(dǎo)周期蛋白（Cyclin）與周期蛋白依賴性激酶（CDK）形成復(fù)合物。

破壞框:

由9個(gè)aa殘基構(gòu)成，參與泛素介導(dǎo)的cyclinA、B的快速降解。3.細(xì)胞周期蛋白的結(jié)構(gòu)PEST序列：

介導(dǎo)cyclin發(fā)生降解。CyclinA/B經(jīng)多聚泛素化途徑被降解（二）周期蛋白依賴性激酶(cyclindependentkinase,Cdk)1.周期蛋白依賴性激酶的概念為一類能被細(xì)胞周期蛋白激活、調(diào)節(jié)細(xì)胞周期活動(dòng)的激酶。周期蛋白依賴性激酶周期蛋白依賴性激酶周期蛋白依賴性激酶的活化2.周期蛋白依賴性激酶的活化無活性完全激活部分激活Cdk激活激酶活化的磷酸2.周期蛋白依賴性激酶的活化

2.Cdk與cyclin結(jié)合使T環(huán)結(jié)構(gòu)位移、縮回，Cdk底物附著位點(diǎn)由此轉(zhuǎn)向其袋狀催化活性部位分布，Cdk具有了部分活性。

3.Cdk將完全激活還需T環(huán)上的特定位點(diǎn)發(fā)生磷酸化。1.無活性的Cdk分子中含有一彎曲的T環(huán)結(jié)構(gòu)，將Cdk的袋狀催化活性部位入口封閉，阻止了蛋白底物對(duì)活性位點(diǎn)的附著。（三）cyclin-Cdk復(fù)合物對(duì)細(xì)胞周期的調(diào)控cyclin-Cdk復(fù)合物是細(xì)胞周期調(diào)控體系的核心；其周期性的形成及降解，引發(fā)了細(xì)胞周期進(jìn)程中特定事件的出現(xiàn)。

并促成了G1期向S期、G2期向M期、中期向后期等關(guān)鍵過程不可逆的轉(zhuǎn)換?！羧愔芷诘鞍?CDK復(fù)合物:●G1期周期蛋白-CDK復(fù)合物●S期周期蛋白-CDK復(fù)合物●有絲分裂周期蛋白-CDK復(fù)合物真核生物細(xì)胞周期調(diào)控的一般模型1.cyclin-Cdk復(fù)合物結(jié)構(gòu)與功能結(jié)構(gòu)：調(diào)節(jié)亞單位:cyclin

催化亞單位:Cdk功能：在細(xì)胞周期不同階段,選擇性地磷酸化不同蛋白,進(jìn)而對(duì)細(xì)胞周期進(jìn)程進(jìn)行調(diào)節(jié)。2.cyclin-Cdk復(fù)合物在G1/S轉(zhuǎn)化中的作用R限制點(diǎn):G1晚期的一個(gè)特定時(shí)期，只有越過此點(diǎn)，細(xì)胞才能進(jìn)入S期。

在G1期起主要作用的cyclin-Cdk復(fù)合物是由G1期周期蛋白D、E與Cdk4/6結(jié)合構(gòu)成，這些復(fù)合物能使G1晚期的細(xì)胞跨越限制點(diǎn)，向S期發(fā)生轉(zhuǎn)換。cyclin-Cdk復(fù)合物cyclinD-Cdk復(fù)合物在G1/S轉(zhuǎn)化中的關(guān)鍵作用

在一些向S期轉(zhuǎn)變的G0期細(xì)胞中，存在cyclinD的轉(zhuǎn)錄及表達(dá)，而當(dāng)cyclinD抗體加入后，G0期細(xì)胞的這一轉(zhuǎn)變將受阻。cyclinE-Cdk復(fù)合物為S期的啟動(dòng)所必需，啟動(dòng)與DNA復(fù)制相關(guān)基因的表達(dá)在G1/S轉(zhuǎn)化中，cyclin-Cdk復(fù)合物泛素化被降解3.cyclin-Cdk復(fù)合物對(duì)S期的調(diào)節(jié)

cyclinA-Cdk復(fù)合物是S期中最主要的cyclin-Cdk復(fù)合物，能啟動(dòng)DNA的復(fù)制，并阻止已復(fù)制的DNA再發(fā)生復(fù)制。

當(dāng)細(xì)胞進(jìn)入S期后，cyclin-Cdk復(fù)合物發(fā)生的主要變化包括：cyclinD/E-Cdk復(fù)合物中的cyclin發(fā)生降解；cyclinA-Cdk復(fù)合物形成；因cyclinD/E的降解是不可逆的，使得已進(jìn)入S期的細(xì)胞將無法向G1期逆轉(zhuǎn)。4.cyclin-Cdk復(fù)合物對(duì)M期的調(diào)節(jié)

成熟促進(jìn)因子（MPF）：

為cyclinB-Cdk復(fù)合物，在啟動(dòng)M期起著關(guān)鍵作用。

（1）MPF的發(fā)現(xiàn)

有絲分裂促進(jìn)因子（M-Phase-promoting，MPF）：

M期及間期細(xì)胞融合：間期細(xì)胞染色質(zhì)均會(huì)出現(xiàn)早熟凝集，都能向M期轉(zhuǎn)換。

顯微注射非洲爪蟾成熟卵細(xì)胞胞質(zhì)到未成熟的、處于G2期的爪蟾卵母細(xì)胞中，這些細(xì)胞將被誘導(dǎo)向M期轉(zhuǎn)化，進(jìn)而成熟。成熟促進(jìn)因子（maturationpromotingfactor,MPF）

MPF的結(jié)構(gòu)組成◆是由兩個(gè)不同的亞基組成的異質(zhì)二聚體:●催化亞基▲是絲氨酸/蘇氨酸型蛋白激酶▲其活性有賴于周期蛋白，故蛋白稱為周期依賴性蛋白激酶(cyclin-dependentproteinkinases,Cdks);●調(diào)節(jié)亞基：周期蛋白(cyclin)。MPF的結(jié)構(gòu)

有絲分裂的退出：周期蛋白B的降解N端破壞框(destructionbox)泛素蛋白與周期蛋白的降解（泛素化）泛素活化酶(E1)泛素結(jié)合酶(E2)泛素連接酶(E3)（也稱為后期促進(jìn)復(fù)合物，APC）后期促進(jìn)復(fù)合物（APC）

后期促進(jìn)復(fù)合物（APC）的活性調(diào)節(jié)控制周期蛋白B的降解◆當(dāng)MPF的活性在有絲分裂中期達(dá)到最高峰時(shí),它將APC磷酸化并將其激活；◆接著發(fā)生周期蛋白B泛素化,引起周期蛋白B的降解；◆由于周期蛋白B是MPF的一個(gè)必需亞基,它的降解勢(shì)必導(dǎo)致MPF的失活；◆在G1期的后期,APC失活,使得周期蛋白B的濃度升高,同時(shí)提高M(jìn)PF的活性,以便進(jìn)入下一個(gè)有絲分裂期。（2）MPF活性的周期性變化MPF活性增加：細(xì)胞進(jìn)入M期MPF活性達(dá)高峰（M期中期）：染色單體分開MPF活性下降：細(xì)胞退出M期

Cdk類型結(jié)合的cyclin主要作用時(shí)期作用特點(diǎn)

Cdk1cyclinA

G2

促進(jìn)G2期向M期轉(zhuǎn)換

cyclinBG2、M磷酸化多種與有絲分裂相關(guān)的蛋白，促進(jìn)G2期向M期轉(zhuǎn)換

Cdk2cyclinAS能啟動(dòng)S期的DNA的復(fù)制，并阻止已復(fù)制的DNA再發(fā)生復(fù)制

cyclinE

G1晚期向S期發(fā)生轉(zhuǎn)換

Cdk3?G1Cdk4cyclinD(D1\D2\D3)G1中、晚期使晚G1期細(xì)胞跨越限制點(diǎn)向S期發(fā)生轉(zhuǎn)換

Cdk5?G0？

Cdk6cyclinD(D1\D2\D3)G1中、晚期使晚G1期細(xì)胞跨越限制點(diǎn)向S期發(fā)生轉(zhuǎn)換cyclin-Cdk復(fù)合物對(duì)細(xì)胞周期調(diào)節(jié)總結(jié)Cdk類型結(jié)合的cyclin主要作用時(shí)期作用特點(diǎn)Cdk1CyclinAG2促進(jìn)G2期向M期轉(zhuǎn)換cyclinBG2、M磷酸化多種與有絲分裂相關(guān)的蛋白，促進(jìn)G2期向M期轉(zhuǎn)換Cdk2cyclinAS能啟動(dòng)S期的DNA的復(fù)制，并阻止已復(fù)制的DNA再發(fā)生復(fù)制cyclinEG1晚期向S期發(fā)生轉(zhuǎn)換Cdk3?G1Cdk4cyclinD(D1\D2\D3)G1中、晚期使晚G1期細(xì)胞跨越限制點(diǎn)向S期發(fā)生轉(zhuǎn)換Cdk5?G0？Cdk6

cyclinD(D1\D2\D3)G1中、晚期使晚G1期細(xì)胞跨越限制點(diǎn)向S期發(fā)生轉(zhuǎn)換cyclin-Cdk復(fù)合物對(duì)細(xì)胞周期調(diào)節(jié)總結(jié)二、細(xì)胞周期檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)控細(xì)胞周期的活動(dòng)（一）細(xì)胞周期檢測(cè)點(diǎn)（checkpoint）概念

為了保證細(xì)胞染色體數(shù)目的完整性及細(xì)胞周期正常運(yùn)轉(zhuǎn)，細(xì)胞中存在著一系列監(jiān)控系統(tǒng)，可對(duì)細(xì)胞周期發(fā)生的重要事件及出現(xiàn)的故障加以檢測(cè)，只有當(dāng)這些事件完成、故障修復(fù)后，才允許細(xì)胞周期進(jìn)一步運(yùn)行，該監(jiān)控系統(tǒng)即為檢測(cè)點(diǎn)。包括未復(fù)制DNA檢測(cè)點(diǎn)、紡錘體組裝檢測(cè)點(diǎn)、染色體分離檢測(cè)點(diǎn)及DNA損傷檢測(cè)點(diǎn)。（二）細(xì)胞周期檢測(cè)點(diǎn)類型細(xì)胞周期檢測(cè)點(diǎn)的特點(diǎn)及作用機(jī)制

檢測(cè)點(diǎn)類型作用特點(diǎn)與作用相關(guān)的主要蛋白質(zhì)未復(fù)制-DNA檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)控DNA復(fù)制，決定細(xì)胞是否進(jìn)入M期ATR、Chl1、Cdc25、cyclinA/B-Cdk1紡錘體組裝檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)控紡錘體組裝，決定細(xì)胞是否進(jìn)入后期Mad2、APC、securin染色體分離檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)控后期末子代染色體在細(xì)胞中的位置，決定細(xì)胞是否進(jìn)入末期及發(fā)生胞質(zhì)分裂Tem1、Cdc14、M期cyclinDNA損傷檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)控DNA損傷的修復(fù)，決定細(xì)胞周期是否繼續(xù)進(jìn)行ATM/ATR、ChK1/2、p53、Cdc25、cyclinE/A-Cdk2（一）生長因子（Growthfactor）（二）抑素（chalone）（三）cAMP與cGMP（四）MicroRNA(miRNA)與細(xì)胞周期的調(diào)控

三、與細(xì)胞周期調(diào)控相關(guān)的多種因子通過與特異的、高親和的細(xì)胞膜受體結(jié)合，調(diào)節(jié)細(xì)胞生長與其他細(xì)胞功能等多效應(yīng)的多肽類物質(zhì)，可激活細(xì)胞內(nèi)多種蛋白激酶，促進(jìn)或抑制細(xì)胞周期進(jìn)程相關(guān)的蛋白表達(dá)。（一）生長因子（Growthfactor）如：表皮生長因子（EGF）、白介素（IL）（二）抑素（chalone）一類由細(xì)胞自身產(chǎn)生的、終止細(xì)胞增殖的信號(hào)分子，在成體形態(tài)穩(wěn)定性的維持結(jié)構(gòu)中，起著一種信息的作用（三）cAMP與cGMPcAMP:腺苷-3’,5’-環(huán)化一磷酸(環(huán)化腺核苷一磷酸)，一種環(huán)狀核苷酸，是由三磷酸腺苷(ATP)脫掉兩個(gè)磷酸縮合而成的。

對(duì)細(xì)胞分裂有負(fù)調(diào)控作用。cGMP：環(huán)磷酸鳥苷，促進(jìn)細(xì)胞分裂中DNA和組蛋白的合成（四）MicroRNA(miRNA)與細(xì)胞周期的調(diào)控

DNA前體RNARNA剪接剪接因子SR蛋白SR特異激酶（一）癌基因（oncogene）

癌基因是一類在正常情況下為細(xì)胞生長、增殖所必需，突變或過度表達(dá)后將導(dǎo)致細(xì)胞增殖異常，引起癌變的基因。四、細(xì)胞周期調(diào)控中癌基因和抑癌基因的

作用（二）抑癌基因（antioncogene）

抑癌基因?yàn)檎＜?xì)胞所具有的、一類能抑制細(xì)胞惡性增殖的基因。

這類基因編碼的蛋白質(zhì)通常能與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合或本身即為轉(zhuǎn)錄因子，可作為負(fù)調(diào)控因子，從多種途徑影響細(xì)胞周期相關(guān)蛋白的合成及DNA復(fù)制，調(diào)節(jié)細(xì)胞周期的進(jìn)程。（一）細(xì)胞周期與組織再生第四節(jié)細(xì)胞周期與醫(yī)學(xué)的關(guān)系組織再生—機(jī)體不斷的產(chǎn)生新細(xì)胞，以補(bǔ)充因生理或病理原因死亡的細(xì)胞的過程。組織再生的基礎(chǔ)：細(xì)胞分裂及增值組織再生生理性再生補(bǔ)償性再生如：人體骨骼、皮膚表皮、腸上皮等組織中：因損傷而引起的再生：新細(xì)胞代替衰老的細(xì)胞，

維持?jǐn)?shù)量上的基本恒定臨床上，一些細(xì)胞因子、生長因子相關(guān)的制劑用于創(chuàng)傷組織的修復(fù)、愈合治療中（二)細(xì)胞周期與腫瘤人體正常器官、組織的細(xì)胞周期進(jìn)程中發(fā)生R點(diǎn)的消失、自分泌大量生長因子等異常情況時(shí)，其生長、分裂將失去控制，由此形成贅生物——腫瘤人正常細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞周期時(shí)間的比較正常細(xì)胞周期時(shí)間（h）腫瘤細(xì)胞周期時(shí)間（h）食道上皮144食管癌250.8胃上皮66胃癌80結(jié)腸上皮24～28結(jié)腸癌22～125骨髓細(xì)胞24～40急性白血病48～96

腫瘤細(xì)胞群體包括了三類細(xì)胞周期行為不同的細(xì)胞，即：增殖型細(xì)胞、暫不增殖型細(xì)胞與不增殖型細(xì)胞。

增殖型細(xì)胞在腫瘤中所占的數(shù)量比例，將決定腫瘤惡性的程度。

暫不增殖型細(xì)胞可因外界某些環(huán)境因素的刺激，而重新進(jìn)入細(xì)胞周期，是腫瘤復(fù)發(fā)的根源。腫瘤細(xì)胞的類型增值型細(xì)胞A暫不增殖型細(xì)胞B不增殖型細(xì)胞C腫瘤的增殖比率

除高增殖比率外，腫瘤細(xì)胞周期中某些重要調(diào)節(jié)因子發(fā)生異常，正負(fù)調(diào)節(jié)因子間作用失去平衡是導(dǎo)致腫瘤增殖無限性的又一重要原因。二、腫瘤細(xì)胞周