第14章 细胞增殖调控与癌细胞

1、1第十四章第十四章 细胞增值调控细胞增值调控 与癌细胞与癌细胞第一节 细胞增殖调控 MPF的发现及作用的发现及作用 p34 cdc2蛋白激酶的发现及与MPF的关系 周期蛋白 CDK 细胞周期运转调控23一、一、MPF的发现及作用的发现及作用成熟促进因子成熟促进因子(maturation promoting factor，MPF）,早期称为早期称为M-期促进因期促进因子子(M-phase promoting factor, MPF)，是指是指M期细胞中存在的促进细胞分裂期细胞中存在的促进细胞分裂的因子的因子4研究背景 1970s Rao等发现与M期细胞(Hela)融合的间期细胞染色体发生凝缩，称

2、为早熟凝集染色体（PCC）。 G1期PCC为单线状，因DNA未复制。 S期PCC为粉末状，因DNA由多个部位开始复制。 G2期PCC为双线染色体，说明DNA复制已完成。 图 不同类的M期细胞都可诱导PCC产生，说明M期细胞具有促进间期细胞进行分裂的因子，即成熟促进因子( MPF)。5prematurely condensed chromosome，PCCG1SG26非洲爪蟾卵发育的实验非洲爪蟾卵发育的实验研究思路研究思路实验设计实验设计（注意关键步骤的用意！）（注意关键步骤的用意！）材料的选择：卵母细胞发育的第材料的选择：卵母细胞发育的第期，期，含有一个较大的小核，易辨认。含有一个较大的小核，

3、易辨认。方法：方法：实验结果：实验结果：7卵细卵细胞提胞提取物取物注射注射实验实验8二、p34 cdc2蛋白激酶的发现及与MPF的关系 p34 cdc2蛋白激酶的发现 周期蛋白的发现 MPF的组成9p34 cdc2蛋白激酶的发现： Hartwell 1960s, Nurse 1970s 分别以芽殖酵母和裂殖酵母为材料，利用温度敏感突变株，发现许多与细胞分裂有关的基因( cdc)。如： 裂殖酵母cdc2、 芽殖酵母cdc28突变型在限制温度下无法分裂； cdc2和cdc28都编码一个34KD的蛋白激酶（称为p34 cdc2蛋白和p34 cdc28蛋白），促进细胞周期的进行，若该基因发生突变，细胞

4、周期就会停止在某一点，细胞就不会再分裂。10细胞周期蛋白的鉴定细胞周期蛋白的鉴定T. Hunt 1980s等以以同步化的受精的海胆卵为材料同步化的受精的海胆卵为材料进行研究，进行研究，发现海胆的卵裂过程中两种蛋白质的含量随细胞周期振荡，命名为周期蛋白（cyclin ）A和B，其mRNA能诱导蛙卵成熟。 1988年Lohka将非洲爪蟾的MPF纯化。经鉴定MPF由34KD和45KD两种蛋白组成，是一种丝氨 酸 / 苏 氨 酸 激 酶 。 进 一 步 的 研 究 发 现MPF=cdc2+clyclin B11MPFMPF的结构组成的结构组成是由两个不同的亚基组成的异质二聚体是由两个不同的亚基组成的异

5、质二聚体: :催化亚基催化亚基 是丝氨酸是丝氨酸/ /苏氨酸型蛋白激酶苏氨酸型蛋白激酶 其活性有赖于周期蛋白，故蛋白称为周期其活性有赖于周期蛋白，故蛋白称为周期依赖性蛋白激酶依赖性蛋白激酶(CDK);调节亚基：周期蛋白调节亚基：周期蛋白(cyclin)。 图图12MPMPF F的的结结构构13三、细胞周期蛋白cyclin 特点：在细胞周期中呈周期性变化。含有一段约100个氨基酸的保守序列，称为周期蛋白框，介导与CDK结合。 M期周期蛋白N端有破坏框，参与周期蛋白A和B的降解。 作用：激活和引导CDK作用于不同底物。已知30余种，在脊椎动物中为A1-2、B1-3 、C、 D1-3、E1-2、F、

6、G、H等。可分为4类：G1型、G1/S型、S型、M型。14四、CDK cdc2与细胞周期蛋白结合才具有激酶的活性，故名细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK)。 cdc2又称CDK1，可将特定蛋白磷酸化，如： 将核纤肽磷酸化导致核纤层解体、核膜消失； 将H1磷酸化导致染色体的凝缩等。 在动物中已知7种CDK。均含PSTAIRE保守序列，与周期蛋白的结合有关。15不同类型的CDK/cyclin复合体 *包括D1-3，各亚型cyclin D在不同细胞中的表达量不同，但具有相同的功效。16 G1期，在生长因子的刺激下，cyclin D表达，并与CDK4、CDK6结合，使下游的蛋白质如Rb磷酸化，释放转录因子

7、E2F，促进许多基因的转录，如编码cyclinE、A和CDK1的基因。 G1-S期，cyclinE与CDK2结合，激活DNA复制。 G2-M期，cyclinA、cyclinB与CDK1结合，CDK1引起染色体凝缩、核膜解体等。17cell cycle regulation18Leland H. Hartwell R. Timothy (Tim) Hunt Sir Paul M. Nurse 2001年10月8日美国人Leland Hartwell、英国人Paul Nurse、Timothy Hunt因对细胞周期调控机理的研究而获诺贝尔生理医学奖。19五、细胞周期运转调控（一）（一）G2/G2/

8、M M期转化及调控期转化及调控（下图）（下图）20M期调控示意图期调控示意图123421（二）中期向后期的转化：（二）中期向后期的转化：周期蛋白周期蛋白A A和和B B的降解的降解 周期蛋白周期蛋白N端破坏框端破坏框(destruction box)22 泛素与周期蛋白的降解泛素与周期蛋白的降解 图图多多泛素泛素化作用化作用 泛素泛素活化酶活化酶 （E1） 泛素泛素缀合酶（缀合酶（E2）：将活化的泛素）：将活化的泛素连接在周期蛋白连接在周期蛋白B上上 泛素泛素连接酶（连接酶（E3）：形成多聚泛素）：形成多聚泛素链链蛋白酶体的降解作用蛋白酶体的降解作用 ：周期蛋白周期蛋白B中的中的破坏框起调节作

9、用破坏框起调节作用后期促进因子（后期促进因子（APC) 23Polyubiquitination24APCAPC的活性调节控制周期蛋白的活性调节控制周期蛋白B B的降解的降解当当MPFMPF的活性在有丝分裂中期达到最高峰时的活性在有丝分裂中期达到最高峰时, , 它将它将APCAPC磷酸化并将其激活；磷酸化并将其激活；接着发生周期蛋白接着发生周期蛋白B B泛素多聚化泛素多聚化, , 引起周期蛋引起周期蛋白白B B的降解；的降解；由于周期蛋白由于周期蛋白B B是是MPFMPF的一个必需亚基的一个必需亚基, , 它的降它的降解势必导致解势必导致MPFMPF的失活；的失活；在在G G1 1期的后期期的

10、后期,APC,APC失活失活, ,使得周期蛋白使得周期蛋白B B的浓度的浓度升高升高, ,同时提高同时提高MPFMPF的活性的活性, , 以便进入下一个有以便进入下一个有丝分裂期。丝分裂期。25Regulation of mitotic cyclin levels in cycling cells26真核生物细胞周期调控的一般模型真核生物细胞周期调控的一般模型三类周期蛋白三类周期蛋白-CDK-CDK复合物复合物: : G G1 1期周期蛋白期周期蛋白-CDK-CDK复合物复合物 S S期周期蛋白期周期蛋白-CDK-CDK复合物复合物 有丝分裂周期蛋白有丝分裂周期蛋白-CDK-CDK复合物复合物

11、三个关键的过渡三个关键的过渡 G G1 1期期S S期期 中期中期后期后期 后期后期末期及胞质分裂期过渡末期及胞质分裂期过渡27第二节第二节 癌细胞癌细胞癌症是一种严重威胁人类生命安全的疾病。动物癌症是一种严重威胁人类生命安全的疾病。动物体内细胞分裂调节失控而无限增殖的细胞称为肿体内细胞分裂调节失控而无限增殖的细胞称为肿瘤细胞瘤细胞(tumor cell)。具有转移能力的肿瘤称为。具有转移能力的肿瘤称为恶恶性肿瘤性肿瘤（malignancy）。单一细胞癌变就会形成）。单一细胞癌变就会形成癌症。癌症。28一癌细胞的基本特征癌细胞的基本特征细胞生长与分裂失去控制，具有无限增殖能力细胞生长与分裂失去

12、控制，具有无限增殖能力具有浸润性和扩散性恶性肿瘤细胞（癌细胞）具有浸润性和扩散性恶性肿瘤细胞（癌细胞）的细胞间粘着性下降，具有侵润性和和扩散性的细胞间粘着性下降，具有侵润性和和扩散性，这是癌细胞的基本特征，在分化程度上癌细，这是癌细胞的基本特征，在分化程度上癌细胞低于良性肿瘤细胞，且失去了许多原组织细胞低于良性肿瘤细胞，且失去了许多原组织细胞的结构和功能胞的结构和功能细胞间相互作用改变细胞间相互作用改变表达谱系（如表达谱系（如mRNA转录谱系）或蛋白活性改转录谱系）或蛋白活性改变变29扩散性：扩散性：染色体非染色体非整倍性整倍性30体外培养的恶性转化细胞的特征体外培养的恶性转化细胞的特征 恶性

13、转化细胞同癌细胞一样具有无限增殖的潜能恶性转化细胞同癌细胞一样具有无限增殖的潜能 在体外培养时贴壁性下降在体外培养时贴壁性下降失去接触抑制失去接触抑制培养时培养时对血清依赖性降低对血清依赖性降低当将恶性转化细胞注入易感动物体内，往往会形成肿瘤当将恶性转化细胞注入易感动物体内，往往会形成肿瘤31体外培体外培养的恶养的恶性转化性转化细胞细胞32一、原癌基因一、原癌基因：33二、癌基因与抑癌基因：二、癌基因与抑癌基因：1.癌基因：癌基因：存在于细胞基因组中存在于细胞基因组中(c-onc)，编码多种类，编码多种类型的蛋白质；型的蛋白质；癌基因功能获得性突变癌基因功能获得性突变(显性突变显性突变)，其产

14、，其产物量增加或活性升高，促进细胞癌变物量增加或活性升高，促进细胞癌变2.抑癌基因抑癌基因这类基因编码的蛋白抑制细胞增殖，使这类基因编码的蛋白抑制细胞增殖，使细胞停留于检验点细胞停留于检验点抑癌基因的突变是功能丧失性突变抑癌基因的突变是功能丧失性突变(隐性隐性突变突变) P53基因（发现的第一个抑癌基因）突基因（发现的第一个抑癌基因）突变将导致细胞癌变或凋亡变将导致细胞癌变或凋亡 3435三、癌症产生是基因突变积累和自然选三、癌症产生是基因突变积累和自然选择的结果择的结果癌症主要是体细胞突变产生的遗传病，涉及到癌症主要是体细胞突变产生的遗传病，涉及到两大类与细胞增殖相关的基因的突变。两大类与细胞增殖相关的基因的突变。促进细胞增殖相关基因突变：原癌基因促进细胞增殖相关基因突变：原癌基因(proto-oncogene)突变形成癌基因突变形成癌基因(oncogene)抑制细胞增殖相关基因突变：肿瘤抑制基因抑制细胞增殖相关基因突变：肿瘤抑制基因(tumor-suppressor gene)，抑癌基因，抑癌基因细胞癌变是基因突变