细胞生物学-下第13章增殖调控

13.3细胞周期调控细胞周期的运转需要控制，保证有序的事件依次完成。细胞长到一定大小——DNA复制——DNA复制完成——有丝分裂。

连锁反应协同反应13.3.1细胞周期调节因子－MPF

MPF

-成熟促进因子(maturation-promotingfactor)

-M期促进因子(Mphase-promotingfactor)-有丝分裂促进因子(mitosis-promotingfactor)1MPF的发现P.N.Rao和R.T.Johnson(1970年)将Hela细胞同步于M期，然后与处于不同时期的间期细胞混合，在灭活仙台病毒介导下，诱导细胞融合。将处于M期的细胞与处于不同时期的间期细胞融合,间期细胞发生了形态各异的染色体凝缩,这种现象称为早熟染色体凝缩(prematurechromosomecondensation,PCC)。

此种染色体称为早熟染色体。PCC单线状粉末状双线染色体状（a）M+G1(b)M+S(c)M+G21971年，Y.

Masui和C.Markert用诱导成熟的非洲爪蟾卵做细胞质移植实验，发现在成熟的卵细胞质中，存在一种物质，可以诱导卵母细胞成熟，称为成熟促进因子，即MPF。研究细胞周期调控

爪蟾卵母细胞爪蟾的卵母细胞处在减数分裂I的M期之前（G2）在孕酮的作用下，卵母细胞发育为成熟的卵细胞处在减数分裂II的M期（MII）MPF被发现后，不少学者便着手MPF的纯化工作。直到1988年，Maller实验室的Lohka等以非洲爪蟾卵细胞为材料，分离获得微克级的MPF，证明主要含有p32和p45两种蛋白。这二者结合后，表现出蛋白激酶的活性，因此证明MPF是一种蛋白激酶。PaulNurse以裂殖酵母为材料和L.Hartwell以芽殖酵母为材料，分别发现并分离鉴定了与MPF具有相似功能的蛋白激酶p34cdc2和p34cdc28，而且这二者本身不具有激酶活性，只有与特定的蛋白质结合后，才表现出激酶活性，如必须与p56cdc13结合。TimHunt以海胆卵为材料发现蛋白含量随着细胞周期变化的周期蛋白（cyclinB）。2001年10月8日，美国人LelandHartwell、英国人PaulNurse、TimothyHunt因对细胞周期调控机理的研究而荣获诺贝尔生理医学奖。两个不同的蛋白亚基组成的异质二聚体。实质是一种使多种底物蛋白磷酸化的蛋白激酶，由细胞周期蛋白(cyclin)与周期蛋白依赖性蛋白激酶(cyclin-dependentproteinkinase,CDK)形成的复合物。2MPF的结构MPF=CDK1复合物=CDK1(p34cdc2)+cyclinB。p34cdc2是裂殖酵母细胞中cdc2基因编码的一种相对分子质量为34kD的蛋白，在细胞周期中含量相对稳定。cyclinB是在G2/M转换中起作用的周期蛋白。cdc(celldivisioncycle)基因是与细胞分裂和细胞周期调控有关的基因。

Cyclin浓度在间期稳定的增加分裂期达到顶峰，分裂期末迅速下降CDK活性随着Cyclin的浓度发生变化蛙胚细胞酵母cyclin

：周期性合成（周期蛋白）CDK

：连续合成，含量稳定细胞进入分裂状态和完成分裂活动直接受周期蛋白周期性合成和降解及CDK的磷酸化和去磷酸化的调节。13.3.2周期蛋白和CDK

1983年，在海胆卵细胞中第一次鉴定到与MPF中的周期蛋白，命名为周期蛋白B(cyclinB)。各种生物（酵母和人类等）分离克隆了数十种周期蛋白，人体中已发现的有25中。共同结构特征：周期蛋白框和破坏框1周期蛋白2CDK（细胞周期蛋白依赖性蛋白激酶）目前在人体中已发现有13种。酵母只有一种CDK(裂殖酵母是Cdc2，芽殖酵母是Cdc28）各种CDK分子均含有一段类似的CDK激酶结构域，其中PSTAIRE序列非常保守。CDK分子有很多磷酸化修饰位点，细胞内多种因子可以对该位点进行修饰来调节CDK的活性。13.3.3细胞周期运转调控1G2/M期转换CDK1复合物即MPF,或p34cdc2激酶通过使某些底物磷酸化，改变其下游的某些靶蛋白的结构和启动其功能，实现其调控细胞周期的作用。MPF的作用(下游事件）使H1磷酸化，引起染色体的凝缩。使核纤层蛋白磷酸化，造成核纤层解体、核膜破裂使某些微管结合蛋白磷酸化，引起微管在细胞中的重新分布，形成有丝分裂纺锤体。这些效应的最终结果是细胞周期的不断运行。因此，CDK和cyclin又被称作细胞周期引擎。

2G1/S期转换S期促进因子（S-phasepromotingfactor，SPF）G1期的核立即进入S期‘S期核继续DNA的复制G2期的核停在G2期S期核继续DNA的复制G2期的核停在G2期G1期的核根据自己的时间表进入S期SPF实质是G1期周期蛋白和与其结合的CDK。G1/S期转换受CDK活性所控制。在哺乳动物细胞中，G1期周期蛋白主要包括CyclinD、E，与他们结合的CDK主要包括CDK2、CDK4和CDK6等。3周期蛋白降解与周期调控SPF和MPF的激活，需要cyclin和CDK的结合及CDK的磷酸化和去磷酸化。SPF和MPF的失活，依赖于cyclin的降解。通过泛素（遍在蛋白）途径降解参与细胞周期调控的泛素连接酶至少有两类：促后期复合物APC(anaphasepromotingcomplex)

负责将泛素连接到M期周期蛋白上。

SCF（skp1-cullin-F-boxprotein，三个蛋白构成的复合体）负责将泛素连接到G1/S期周期蛋白和某些CKI(CDK

inhibitor)上。M期周期蛋白N端有一段序列与其降解有关，称破坏框(destructionbox)。G1周期蛋白也通过类似的途径降解，但其N端没有破坏框，C端有一段PEST序列与其降解有关。APC介导的蛋白水解作用SCF介导的CKI的降解作用靶蛋白如CKI的磷酸化，被始终为激活状态的SCF识别，SCF在E1和E2的帮助下，将多个泛素分子转移到靶蛋白上，泛素化的靶蛋白立即被识别，在蛋白酶体中降解。4CDK抑制蛋白（CKI）与周期调控CKI如p27，p21p53：一种抑癌基因。DNA的损伤可以通过p53激活p21的表达，使细胞不能进入S期，细胞周期阻滞于G1期，以修复损伤的DNA,如不能修复则启动凋亡程序。p53的突变使这种刹车机制失灵，细胞突变率增加，极易发生癌变。Mdm2与p53的结合，使p53在蛋白酶体中降解p53磷酸化处于激活状态，与Mdm2分离，使p53积累激活的p53与p21(CKI)基因的调控区结合，使p21转录、翻译p21与G1/S–CDK和S-CDK结合，使其失活。5细胞周期的检验点（checkpoint）G1检验点（启动点或限制点，靠近G1末期）在酵母中称start点，在哺乳动物中称R点(restrictionpoint)，控制细胞由静止状态的G1进入DNA合成期。相关的事件包括：

DNA是否损伤？细胞内环境是否适宜？细胞体积是否足够大？

G2检验点（在G2期结束点）是决定细胞一分为二的控制点相关的事件包括：

DNA是否正确复制和是否复制完全？细胞体积是否足够大？环境因素是否适合细胞分裂？中期检验点（纺锤体组装检验点，在中期末）：任何一个着丝点没有正确连接到纺锤体上，引起细胞周