细胞增殖与调控-2015may2893

1、 如果时光倒流如果时光倒流25年，在座的各位还只不年，在座的各位还只不过是父母身体里的一个细胞；他们相遇融过是父母身体里的一个细胞；他们相遇融合为一个细胞，经过不断地合为一个细胞，经过不断地细胞增殖细胞增殖及其及其对这个过程的精密对这个过程的精密调控调控，才长成了今天这，才长成了今天这样你。样你。 在今后漫长的人生中，你们身体里的大在今后漫长的人生中，你们身体里的大多数细胞还要继续增殖并受到调控，如果多数细胞还要继续增殖并受到调控，如果这个过程发生了异常，健康就会受到威这个过程发生了异常，健康就会受到威胁胁HeLa cell in culturev细胞增殖（细胞增殖（cell prolifer

2、ation）是细胞）是细胞生命活动的重要特征，包括细胞生长生命活动的重要特征，包括细胞生长和细胞分裂的过程。和细胞分裂的过程。v细胞生长（细胞生长（cell growth）v细胞分裂（细胞分裂（cell division）细胞增殖的生物学意义细胞增殖的生物学意义生物繁育的基础生物繁育的基础 细胞补充细胞补充创伤修复创伤修复一、一、 前期前期（prophase）早中期早中期（prometaphase）中期中期（ metaphase ）后期后期（ anaphase ）末期末期（ telophase ）胞质分裂胞质分裂（ cytokinesis ）细胞周期细胞周期G1期期（Gap1 phase）S

3、期期 （S phase）G2期期（Gap2 phase）interphaseM phase间期间期分裂期分裂期interphaseprometaphaseprophasemetaphaseanaphasetelophasecytokinesis细胞周期特点细胞周期特点细胞周期时间（细胞周期时间（tC）周期细胞（连续分裂细胞）周期细胞（连续分裂细胞）静止期细胞（休眠细胞、静止期细胞（休眠细胞、G0期细胞）期细胞）终末分化细胞（不分裂细胞）终末分化细胞（不分裂细胞）细胞分类细胞分类周期细胞周期细胞(cycling cell)静止期细胞静止期细胞(quiescent cell, G0)终末分化细胞终

4、末分化细胞细胞同步化细胞同步化 （synchronization of cells）v指在生理过程中自然发生的或经人为指在生理过程中自然发生的或经人为处理造成的使细胞处于同一细胞周期处理造成的使细胞处于同一细胞周期时相的方法。时相的方法。 自然同步化与人工同步化自然同步化与人工同步化 人工同步化人工同步化选择同步化选择同步化诱导同步化诱导同步化有丝分裂选择法有丝分裂选择法细胞沉降分离法细胞沉降分离法 DNA合成阻断法合成阻断法有丝分裂中期阻断法有丝分裂中期阻断法的细胞的细胞v振荡、收集、保存在振荡、收集、保存在4、多次重复、多次重复v缺点：分离出来的缺点：分离出来的M期细胞数量较少期细胞数量较

5、少有丝分裂选择法有丝分裂选择法(mitotic shake-off)有丝分裂有丝分裂选择法选择法HeLa cell in culture活细胞离心淘洗法活细胞离心淘洗法DNA合成阻断法合成阻断法TdR双阻断法双阻断法( double thymidine block)TdR双阻断法双阻断法重点，理解重点，理解有丝分裂中期阻断法有丝分裂中期阻断法利用某些药物（利用某些药物（ 秋水仙素秋水仙素,Taxol, nocodazole）抑制微管的聚合，抑制）抑制微管的聚合，抑制有丝分裂器的形成，从而把细胞阻断有丝分裂器的形成，从而把细胞阻断在有丝分裂中期在有丝分裂中期优点：操作简便、同步化效率较高优点：操

6、作简便、同步化效率较高缺点：阻断的可逆性差缺点：阻断的可逆性差Hela, Noc: 100ng/m, 16h G1 期期1G1期合成的蛋白质期合成的蛋白质细胞周期蛋白细胞周期蛋白( cyclin D, E( cyclin D, E等等) )S 期期v真核细胞真核细胞DNA复制特点复制特点DNA复制复制多个复制起点多个复制起点复制起点成簇活化复制起点成簇活化DNA复制不同步复制不同步GC含量较高的含量较高的DNA序列在早序列在早S期复制期复制AT含量较高的含量较高的DNA序列在晚序列在晚S期复制期复制常染色质先复制常染色质先复制异染色质在晚异染色质在晚S期复制期复制v 组蛋白与组蛋白与DNA的合

7、成是一种联动关系的合成是一种联动关系v 在细胞在细胞S期存在一个反馈机制，调节游期存在一个反馈机制，调节游离组蛋白水平，保证组蛋白形成的数离组蛋白水平，保证组蛋白形成的数量与量与DNA量相适应。量相适应。G2 期期G2 期期v纺锤体组装检验点纺锤体组装检验点(spindle assembly checkpoint)M 期期v无丝分裂（无丝分裂（amitosis）：是细胞的直）：是细胞的直接分裂方式接分裂方式;v减数分裂（减数分裂（meiosis）：在生殖细胞）：在生殖细胞的成熟过程中进行的成熟过程中进行;v有丝分裂有丝分裂在体细胞中在体细胞中进行，将其遗传物质载体平均分配进行，将其遗传物质载体

8、平均分配到两个子细胞中到两个子细胞中.v有丝分裂过程人为划分为有丝分裂过程人为划分为前期（前期（prophase）早中期（早中期（prometaphase）中期（中期（metaphase）后期（后期（anaphase）末期（末期（telophase） 胞质分裂（胞质分裂（cytokinesis）v纺锤体（纺锤体（spindle）中心粒中心粒中心粒周围物质中心粒周围物质v星体（星体（aster）v中心体（中心体（centrosome）星体微管星体微管动粒微管动粒微管极微管极微管Microtubule: a/b a/b-tubulin heterodimerChristiane Wiese, an

9、d Yixian Zheng, JCB, 2006Microtubule NucleationK-fiberInterpolar microtubuleA s t r a l microtubuleSpindle Microtubules:Key components of mitotic spindle中心体周期（中心体周期（centrosome cycle） 中心体周期中心体周期 Centrosome 前期（前期（prophase）早中期（早中期（prometaphase）中期（中期（metaphase）后期（后期（anaphase）Anaphase AAnaphase B末期（末期（te

10、lophase） 胞质分裂（胞质分裂（cytokinesis）胞质分裂胞质分裂一、一、难点：有点难，难点：有点难，但很重要喔！但很重要喔！v1960s，Leland Hartwell以以芽殖酵母为实验材料，芽殖酵母为实验材料，v发现发现cdc28基因基因vcdc28基因编码一个基因编码一个34KD的蛋白激酶，促进细胞通的蛋白激酶，促进细胞通过过G1/S检测点检测点研究背景研究背景budding yeastv1970s，Paul Nurse以裂殖酵母为以裂殖酵母为实验材料实验材料v发现发现cdc2基因基因vcdc2基因编码一个基因编码一个34KD的蛋白的蛋白激酶，促进细胞通过激酶，促进细胞通过G

11、2/M检测点检测点v命名为周期蛋白依赖性蛋白激酶命名为周期蛋白依赖性蛋白激酶 研究背景研究背景Fission yeastv1980s，Timothy Hunt以海胆为实验以海胆为实验材料材料v发现细胞周期蛋白（发现细胞周期蛋白（Cyclin A和和B）研究背景研究背景Leland H. Hartwell R. Timothy (Tim) Hunt Sir Paul M. Nurse v2001年年10月月8日日Hartwell、Nurse和和Hunt因对细因对细胞周期关键调控分子的研究而获诺贝尔生理学胞周期关键调控分子的研究而获诺贝尔生理学/医学奖。医学奖。周期蛋白（周期蛋白（Cyclin）周

12、期蛋白分类周期蛋白分类G1G1SG2Mconcentration周期蛋白依赖性蛋白激酶周期蛋白依赖性蛋白激酶（Cyclin dependent kinase, Cdk）CDK活性的调节因素活性的调节因素CyclinCDKCKIPSubstrateSubstratePCDK/Cyclinv活化位点：第活化位点：第161位的苏氨酸位的苏氨酸（T161） v抑制位点：第抑制位点：第14位位的苏氨酸（的苏氨酸（T14）v抑制位点：第抑制位点：第15位位的酪氨酸（的酪氨酸（Y15） CDK1磷酸化位点磷酸化位点CDK1CyclinBThr161Thr14Tyr15PPPPCDK1CyclinBThr16

13、1Thr14Tyr15PPCDK1CyclinBThr161Thr14Tyr15PCDK1Thr161Thr14Tyr15PCDK1Thr161Thr14Tyr15CyclinBCDK1Thr161Thr14Tyr15CyclinBC y c l i n B degradationActive MPFMitosisCdc25Wee1Myt1inactiveRegulation of CyclinB/CDK1磷酸化调节磷酸化调节蛋白质泛素化调节蛋白质泛素化调节CyclinBCdk1CyclinBCdk1UbUbUbUbCdc20APC/CB细胞周期的驱动细胞周期的驱动vG1期：期：CyclinD

14、与与Cdk4、Cdk6结合，结合，激活与激活与DNA复制相关的基因表达复制相关的基因表达vG1-S期：期：CyclinE与与Cdk2结合，促使结合，促使细胞通过细胞通过G1/S检测点，启动检测点，启动DNA合成合成vS期：期：CyclinA与与Cdk2结合，使结合，使DNA复制得以延续复制得以延续vM期：期：CyclinB与与Cdk1结合，促进有结合，促进有丝分裂事件的发生丝分裂事件的发生G1/S transitionCDK2/CyclinE CDK4/6/CyclinD 活化活化RB 磷酸化磷酸化E2F-1去抑制去抑制,激活转录激活转录G1S成熟促进因子成熟促进因子（maturation-p

15、romoting factor ，MPF ）CDK1CyclinBThr161Thr14Tyr15PG2MG2/M transition周期蛋白依赖性蛋白激酶抑制蛋白周期蛋白依赖性蛋白激酶抑制蛋白（CKI）CIP/KIP家族家族INK4家族家族CKI 对细胞周期的调控对细胞周期的调控CDKs/CyclinsMG1G2SCKIs: p15, p16, p21, p27Tumor suppressors: p53细胞周期调控细胞周期调控细胞周期检验点细胞周期检验点S checkpoint G1/S检验点检验点G1/S检验点检验点继续增殖细胞继续增殖细胞暂时不增殖细胞暂时不增殖细胞不增殖细胞不增殖细

16、胞DSBsSensorsTransducersEffectorsCell Cycle ArrestDNA RepairApoptosisDNA Damage Response (DDR)G2/M检验点检验点继续增殖细胞继续增殖细胞暂时不增殖细胞暂时不增殖细胞不增殖细胞不增殖细胞CDK1CDK1离子辐射离子辐射DNA损伤损伤激活细胞周期检验激活细胞周期检验点的信号传导通路点的信号传导通路p53CHK2Pp21CDC25APCDK2p21CyclinECDK2p21CyclinEPPATMMDC153BP1MRNBRCA1MDC153BP1MRNBRCA1ATMMDC153BP1MRNBRCA1A

17、TRCHK1PCDC25APCDK2CyclinE/APPCHK2PCHK1PATRCDC25PCDK1CyclinBPP G1 S G2 MDSBSSBResected DSBLobrich M and Jeggo PNature Rev. 200714-3-3degradationdegradationNuclear transportCDC25PSpindle assembly checkpoint (SAC)Varetti G and Musacchio A, Current BiologyMad2Bub3BubR1Cdc20APC/CCyclinBCdk1Mad2Bub3BubR1Cdc2