细胞周期及其调控

1、细胞周期及其调控前言 细胞周期及其调控的重要性细胞周期及其调控的重要性 细胞周期及其调控的复杂性细胞周期及其调控的复杂性细胞周期细胞周期调控细胞周期与医学通过三部分的学习了解细胞周期细胞周期基本概念1.细胞周期同步化1.1 代谢抑制法 原理：原理：选用选用dnadna合成的抑制剂，可逆地抑制合成的抑制剂，可逆地抑制dnadna合合成，而不影响其他时期细胞的运转，最终可将细成，而不影响其他时期细胞的运转，最终可将细胞群阻断在胞群阻断在s s期或期或g/sg/s交界处。交界处。 优点：优点：同步化程度高，适用于任何培养体系。可同步化程度高，适用于任何培养体系。可将几乎所有的细胞同步化。将几乎所有的

2、细胞同步化。 缺点：缺点：容易产生非均衡生长，个别细胞体积增大。容易产生非均衡生长，个别细胞体积增大。 1.2 细胞分裂收获法 方法：方法：使单层培养的细胞处于对数增殖期，此时使单层培养的细胞处于对数增殖期，此时分裂活跃，分裂活跃，有丝分裂细胞变圆隆起，与培养皿的有丝分裂细胞变圆隆起，与培养皿的附着性低，此时轻轻振荡，附着性低，此时轻轻振荡，m m期细胞脱离器壁，悬期细胞脱离器壁，悬浮于培养液中，收集培养液，再加入新鲜培养液，浮于培养液中，收集培养液，再加入新鲜培养液，依法继续收集，则可获得一定数量的中期细胞。依法继续收集，则可获得一定数量的中期细胞。 优点：优点：操作简单，同步化程度高，细胞

3、不受药物操作简单，同步化程度高，细胞不受药物伤害。伤害。 缺点：缺点：获得的细胞数量较少。（分裂细胞约占获得的细胞数量较少。（分裂细胞约占1%1%2%2%） 2.1 有关名词 tg1tg1：g1g1期的持续时间期的持续时间 tg2tg2：g2g2期的持续时间期的持续时间 tsts： s s期的持续时间期的持续时间 tmtm： m m期的持续时间期的持续时间 tctc： 一个细胞周期的持续时间一个细胞周期的持续时间 plmplm：标记的有丝分裂细胞所占的比例：标记的有丝分裂细胞所占的比例 tdrtdr：胸腺嘧啶核苷（：胸腺嘧啶核苷（thymine deoxyriboside, tdr ），是，是

4、dnadna的特异前体，能被的特异前体，能被s s期细胞摄入，期细胞摄入，而掺进而掺进dnadna中。通常使用的是中。通常使用的是3 3h h或者或者1414c c标记的标记的tdrtdr。 2.细胞周期时间的测定 细胞周期时间的长短因细胞的类型、状态细胞周期时间的长短因细胞的类型、状态和环境而异。和环境而异。 标记有丝分裂百分率法（标记有丝分裂百分率法（percentage percentage labeled mitoseslabeled mitoses，plmplm）是一种常用的测）是一种常用的测定细胞周期时间的方法。定细胞周期时间的方法。 其原理是对测定细胞进行脉冲标记、定时其原理是对

5、测定细胞进行脉冲标记、定时取材、利用放射自显影技术显示标记细胞，取材、利用放射自显影技术显示标记细胞，通过统计标记有丝分裂细胞百分数的办法通过统计标记有丝分裂细胞百分数的办法来测定细胞周期。来测定细胞周期。2.1 有关名词 tg1tg1：g1g1期的持续时间期的持续时间 tg2tg2：g2g2期的持续时间期的持续时间 tsts：s s期的持续时间期的持续时间 tmtm：m m期的持续时间期的持续时间 tctc：一个细胞周期的持续时间：一个细胞周期的持续时间 plmplm：标记的有丝分裂细胞所占的比例：标记的有丝分裂细胞所占的比例 tdrtdr：胸腺嘧啶核苷，是：胸腺嘧啶核苷，是dnadna的特

6、异前体，能被的特异前体，能被s s期期细胞摄入，而掺进细胞摄入，而掺进dnadna中。通常使用的是中。通常使用的是3h3h或者或者14c14c标记的标记的tdrtdr。2.2 plm法原理 待测细胞经待测细胞经3 3h-tdrh-tdr标记后，所有标记后，所有s s期细胞均期细胞均被标记。被标记。 s s期细胞经期细胞经g2g2期才进入期才进入m m期，所以一段时间期，所以一段时间内内plm=0plm=0。 开始出现标记开始出现标记m m期细胞时，表示处于期细胞时，表示处于s s期最期最后阶段的细胞，已渡过后阶段的细胞，已渡过g2g2期，所以从期，所以从plm=0plm=0到出现到出现plmp

7、lm的时间间隔为的时间间隔为tg2tg2。 s s期细胞逐渐进入期细胞逐渐进入m m期，期，plmplm上升，到达最高上升，到达最高点的时候说明来自处于点的时候说明来自处于s s最后阶段的细胞，最后阶段的细胞，已完成已完成m m并进入并进入g1g1期。所以从开始出现标记期。所以从开始出现标记的的m m期细胞到期细胞到plmplm达到最高点（达到最高点（100%100%）的）的时间间隔就是时间间隔就是tmtm。 当当plmplm开始下降时，表明处于开始下降时，表明处于s s期最初阶段期最初阶段的细胞也已进入的细胞也已进入m m期，所以出现期，所以出现lmlm到到plmplm又又开始下降的一段时间

8、等于开始下降的一段时间等于tsts。 从从lmlm出现到下一次出现到下一次lmlm出现的时间间隔就等出现的时间间隔就等于于tctc，根据，根据tc=tg1+ts+tg2+tmtc=tg1+ts+tg2+tm即可求出的即可求出的tg1tg1长度长度 事实上由于一个细胞群体中事实上由于一个细胞群体中tctc和各时相不和各时相不尽相同，第一个峰常达不到尽相同，第一个峰常达不到100%100%，以后的，以后的峰会发生衰减，峰会发生衰减，plmplm不一定会下降到零，所不一定会下降到零，所以实际测量时，常以（以实际测量时，常以（tg2+1/2tmtg2+1/2tm）-tg2-tg2的的方式求出方式求出t

9、mtm。细胞周期 各时相的动态 1. g1期动态 早早g1g1期：细胞生长期：细胞生长 r r点：分裂决定点：分裂决定 晚晚g1g1期：复制准备期：复制准备细胞周期时间的长短主要由细胞周期时间的长短主要由g1g1期决定期决定2.s期动态 dnadna合成合成 染色质组装染色质组装 中心粒复制中心粒复制3.g2期动态 复制检查复制检查 分裂准备分裂准备g1-g2g1-g2期主要物质的合成期主要物质的合成4.m期动态 染色体分离染色体分离 胞质分裂胞质分裂细胞周期调控细胞周期驱动力细胞周期驱动力1.引擎：cyclin-cdk系统1.1 cyclin-cdk的类型1.2 cylin-cdk的激活cd

10、k activating kinase(cak) cdk7cdk7和和cyclinh cyclinh 一起形成一起形成cak;cak; 催化催化cdk2cdk2和和cdk4cdk4分子第分子第161161位苏氨酸的磷酸位苏氨酸的磷酸化，从而激活这些蛋白激酶的活性。化，从而激活这些蛋白激酶的活性。1.3 cdk/cyc在细胞周期中的调控作用a. g1期b. s期和g2期c. m期cdc25 近来的研究资料表明,3种cdc25 亚型在g1/ s、g2/ m 转变和m 期中都有作用。3 种亚型能协同启动细胞进入s 期和调控g2/ m 的转变。 cdc25a 对于有效地促进细胞进入s 期是必需的, c

11、dc25a 表达量的增加可促进g1/ s和g2/ m 检验点之间的转变。 cdc25b和cdc25c 在控制进入m 期和g2/ m 检验点具有重要的作用。然而,cdc25b 在g2/ m 检验点早期阶段似乎具有更突出的作用,而cdc25c控制g2/ m 检验点的后期阶段。cdc25 的作用机制 cdk 激酶活性通过thr-14 和tyr-15 (在cdk1中) 的磷酸化作用而被负调控。 cdk1 的抑制性激酶在高等真核细胞中是wee1 和myt1 蛋白激酶。 这些激酶通过cdc25 磷酸酶的催化作用而发生去磷酸化,导致cdk1/ cyclin b 发生活化作用。2.原动力：周期性基因表达3.清

12、道夫：泛素化蛋白质降解系统泛素介导的细胞周期调控蛋白的降解泛素介导的细胞周期调控蛋白的降解泛素被称为蛋白质降解泛素被称为蛋白质降解标签，结合了泛素的蛋标签，结合了泛素的蛋白质能被白质能被26s26s蛋白酶体蛋白酶体识别并分解成短肽；识别并分解成短肽；这是短命蛋白质和一些这是短命蛋白质和一些异常蛋白质降解的普遍异常蛋白质降解的普遍途径。途径。a.蛋白质的泛素化修饰过程泛素先被合成为一种没有泛素先被合成为一种没有活性的前体，之后在活性的前体，之后在c c端端水解酶的作用下暴露双水解酶的作用下暴露双glygly位点而进行成熟化。位点而进行成熟化。此后泛素依次被泛素激活此后泛素依次被泛素激活酶酶e1e

13、1活化，转移至结合酶活化，转移至结合酶e2e2的半胱氨酸残基上，被的半胱氨酸残基上，被连接酶连接酶e3e3连接到靶蛋白表连接到靶蛋白表面的赖氨酸残基上。面的赖氨酸残基上。 b.蛋白质的泛素化修饰作用4.外动力：生长因子信号系统 生长因子是一大类与细胞增殖有关的信号生长因子是一大类与细胞增殖有关的信号物质，目前发现的生长因子多达几十种，物质，目前发现的生长因子多达几十种，多数有促进细胞增殖的功能。多数有促进细胞增殖的功能。 生长因子不由特定腺体产生，主要通过旁生长因子不由特定腺体产生，主要通过旁分泌作用于邻近细胞。分泌作用于邻近细胞。 细胞在生长因子的刺激下，细胞在生长因子的刺激下，g1g1期期

14、cyclin dcyclin d表达表达 。 表皮生长因子表皮生长因子 转化生长因子转化生长因子/ / 骨形成蛋白骨形成蛋白 神经生长因子神经生长因子 成纤维细胞生长因子成纤维细胞生长因子 粒细胞集落刺激因子粒细胞集落刺激因子 粒细胞粒细胞- -巨噬细胞集落刺激因子巨噬细胞集落刺激因子 血小板衍生生长因子血小板衍生生长因子 红细胞生成素红细胞生成素 血小板生成素血小板生成素 肝细胞生长子肝细胞生长子 .生长因子的分类细胞周期检控点细胞周期检控点简介 检控点是检查和控制细胞周期进程的信号通路。主要是检查和控制细胞周期中的一些关键转换。 在细胞周期程序出现问题或者环境条件变化时被激活，通过增强对c

15、dk的结合抑制和磷酸化来阻滞细胞周期进程，同时启动dna修复、细胞凋亡等应对机制。1.cdk抑制因子（cki）2.2.细胞周期检控点细胞周期检控点细胞周期检控点的作用 主要是调节细胞周期的时序转换，以确保dna复制、染色体分离等细胞重要生命活动的高度精确性，并对dna损伤、dna复制受阻、纺锤体装配和染色体分离异常等细胞损伤及时做出反应，阻滞细胞周期的运行，诱导相关基因表达，使细胞有充分的时间对损伤进行修复，以防止突变和遗传不稳定的发生。 如细胞损伤过大而无法修复，检控系统则启动相应的细胞凋亡机制将损伤细胞加以清除，以确保细胞基因组的完整性和遗传的稳定性。2.1 g1/s: dna损伤检控点d

16、na损伤atm/atr细胞周期检测点激酶1/2 cdc25激活激活磷酸化出核降解，不能解除细胞核内cdk2的磷酸化抑制，防止细胞进入s期mdm2磷酸化不能结合p53，p53留在细胞核内被磷酸化p21表达抑制cdk2/4/6活性，使细胞停滞在g1期非p53依赖途径p53依赖途径dna损伤检控的两个途径p53: gene regulatory protein. dna damage activates p53 by an indirect mechanism. mdm2 acts as a ubiquitin ligase that targets p53 for destruction by p

17、roteasomes. phosphrylated p53 reduce its binding to mdm2.p21(cki protein) binds to g1/s-cdk and s-cdk and inhibits their activities, thereby helping to block entry into s phase.2.2 g2/m: dna2.2 g2/m: dna复制检控点复制检控点dna差错信号atm/atr细胞周期检测点激酶1/2 cdc25激活激活磷酸化出核降解，防止cdk1磷酸化抑制的解除waf1/cip1磷酸化激活cdk1磷酸化抑制2.32.3

18、中期中期/ /后期：分裂检控点后期：分裂检控点 an overview of the cell-cycle control systemg1ag1bg1cg1dsg2mg0pdgfregfrp53p16, p15p21p27prbp21p27cyclin dcyclin ecyclin ecyclin acyclin a,be2fappendix: 细胞周期调控蛋白细胞周期与医学1.周期蛋白表达异常 cyclin d over-expressed or amplified in a variety of human cancers. breast 50% head & neck 43%* es

19、ophageal 30% bladder 15% liver 10% s.c. lung 10% *over-expression at time of surgery associated with increased risk of recurrence2.周期蛋白降解异常over-expression of cyclin a or cyclin e may result from failure to undergo ubiquitin-mediated degradation.insertional mutagenesis of cyclin a in liver cancercurr

20、. opin. genet. dev. 3:11, 1993consequence:protein is not degradedcyclin a over-expressed3.磷酸酶过表达cdc25a, cdc25b mrna and protein over-expressed in: aggressive lymphomas (40-100%) head and neck tumorsno over-expression in indolent lymphomas.cdc25c levels relatively low in all cancers.deactivation of cdk activity by phosphorylation of atp binding site or reactivation by phosphatases. cancer res. 57:2366, 1997int. j. cancer 89: 148, 20004.cak活性异常cdk7 moderately elevated in a variety of human t