版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
2001年10月8日美国人Leland
Hartwell、英国人PaulNurse、Timothy
Hunt因对细胞周期调控机理的研究而荣获诺贝尔生理医学奖
第2页/共65页第1页/共65页第一页,共66页。第一节
细胞周期及调控的概述第3页/共65页第2页/共65页第二页,共66页。细胞周期间期(interphase)分裂期
(M)G1期(合成前期)S期(DNA合成期)G2期(合成后期)前期(prophase)中期
(metaphase)后期
(anaphase)末期
(telophase)一、细胞周期(cellcycle)有丝分裂(mitosis)胞质分裂(cytokinesis)第4页/共65页第3页/共65页第三页,共66页。第5页/共65页第4页/共65页第四页,共66页。细胞周期的不同时相(phase)G0裂殖酵母第6页/共65页第5页/共65页第五页,共66页。二、细胞周期调控的主要分子机制细胞周期引擎——异二聚体蛋白激酶复合体
包括二个亚单位:调节亚单位:细胞周期蛋白(cyclin)
cyclin浓度随细胞周期不断变化催化亚单位:细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclin-dependentkinase,CDK)-CDK单独存在时无活性,与cyclin结合才具有激酶的活性;-cyclin不仅起激活CDK的作用,还决定了CDK何时、何处、将何种底物磷酸化。第7页/共65页第6页/共65页第六页,共66页。三种控制细胞周期进程的细胞周期蛋白-CDK复合体:
G1、S期和有丝分裂-CDK复合体(G1-CDK复合体的合成和活性的调节是细胞周期的主要调控机制)前复制复合体(pre-replicationcomplex,pre-RC):
其磷酸化既可启动DNA的复制,又可防止新的前复制复合体组装翻译后调节机制:蛋白磷酸化、泛素依赖的蛋白降解第8页/共65页第7页/共65页第七页,共66页。三、研究细胞周期调控的实验体系(一)细胞的DNA含量提示其所处的细胞周期时相
用与DNA结合的荧光染料处理细胞,再用流式细胞术(FCM)测定每一细胞的DNA含量。荧光激活的细胞分选仪(FACS)(二)细胞融合实验(三)互补实验第9页/共65页第8页/共65页第八页,共66页。G0+G1SG2+MG0+G1SG2+MControlDrug-treated细胞周期阻滞于S期第10页/共65页第9页/共65页第九页,共66页。ControlG0+G1G0+G1G0+G1G0+G1G2+MG2+MG2+MG2+MSSSS细胞周期阻滞于G2期第11页/共65页第10页/共65页第十页,共66页。参与细胞周期调控的分子第二节第12页/共65页第11页/共65页第十一页,共66页。一、细胞周期蛋白(cyclin)种类:
目前分离出30余种脊椎动物:A1-2、B1-3、CD1-3、E1-2、F、G、H等人类:A、B、C、D、E。分类:不同时相发挥作用
G1周期蛋白:在G1期发挥作用(CDE)
(S和)M期周期蛋白:AB
在G2/M调控点发挥作用第13页/共65页第12页/共65页第十二页,共66页。一、细胞周期蛋白(cyclin)共同结构:均含有一段约100~150个氨基酸的保守序列,称为周期蛋白盒(cyclinbox),是与CDK结合的关键区。功能:不同的cyclin识别不同的CDK,组成不同的cyclin-CDK复合物,表现出不同的CDK激酶的活性。第14页/共65页第13页/共65页第十三页,共66页。G1周期蛋白表达顺序:先cyclinCD,再cyclinEcyclinD和E,为细胞通过限制点所必需cyclinD亚类:D1D2D3cyclinDCDK:4、6cyclinD功能:使下游蛋白磷酸化如:CDK4/6-cyclinD使视网膜母细胞瘤(retinoblastoma,Rb)蛋白磷酸化释放转录因子E2F促进CDK2、cyclinE表达进一步磷酸化Rb阳性反馈回路*此时细胞周期不依赖CDK4/6-cyclinD复合体的活性第15页/共65页第14页/共65页第十四页,共66页。细胞周期的调控
CDK1/CycB*CyclinD和E在G1期表达,为细胞通过限制点所必需第16页/共65页第15页/共65页第十五页,共66页。S和M期周期蛋白合成顺序:A早于B(1)
cyclinA:
与CDK1和CDK2形成复合物(2)cyclinB亚类:B1B2B3合成:
在胚胎细胞周期中连续合成,但在有丝分裂后期(晚期)迅速降解。
??
CDK:1第17页/共65页第16页/共65页第十六页,共66页。二、细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK)种类:目前动物中发现9种,人类7种(1~7)共同结构:相似的激酶结构域,是一段保守序列,与周期蛋白的结合有关。至少有两个结构域:T-loop、ATP结合位点激活:Cyclin与CDK结合为CDK发挥酶活性所必需但CDK仅与Cyclin结合并不能使CDK激活只有T-loop中的Thr161残基磷酸化才能使CDK激活。第18页/共65页第17页/共65页第十七页,共66页。二、细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK)功能:在不同细胞时相,特定的CDK与特定的cyclin形成细胞周期特异的蛋白激酶复合体,调节细胞周期进程。激活的CDK1可将靶蛋白磷酸化而产生相应的生理效应。第19页/共65页第18页/共65页第十八页,共66页。脊椎动物细胞CDK-细胞周期蛋白复合体
CDK细胞周期蛋白功能CDK1cyclinB1,B2,B3
有丝分裂
cyclinAG2/MCDK2cyclinAS期
cyclinEG1/SCDK3?G1/S?CDK4/6cyclinD1,D2,D3G1期第20页/共65页第19页/共65页第十九页,共66页。三、泛素与APC泛素(ubiquitin)组成和分布:由76个氨基酸组成,高度保守,普遍存在于真核细胞,故名泛素;作用:共价结合泛素的蛋白质能被蛋白酶体识别和降解,这是细胞内短寿命蛋白和一些异常蛋白降解的普遍途径。第21页/共65页第20页/共65页第二十页,共66页。把泛素加到周期蛋白或其他蛋白需要3个酶:泛素激活酶(E1):泛素-CO~S-Cys-E1(活化)泛素结合酶(E2):泛素-CO~S-Cys-E2(转硫酯)泛素连接酶(E3):泛素-CO~NH-Lys-底物蛋白(标记)
泛素与被选择降解的蛋白质形成共价连接,使后者标记并被激活,称为泛素化。蛋白酶体可迅速将泛素化的底物蛋白降解后期促进复合体(anaphasepromotingcomplex,APC
)就是一种E3,可将泛素连到M期周期蛋白上作用机制:第22页/共65页第21页/共65页第二十一页,共66页。分裂期周期蛋白B的N端有一段序列与其降解有关,称破坏作用盒(destructionbox);APC使E2-泛素复合体找到破坏作用盒,并将泛素转移到位于盒C端的Lys残基;泛素化---多泛素化共价结合一串泛素的过程,称为多泛素化(polyubiquitination)。周期蛋白B被蛋白酶体识别而降解周期蛋白B(cyclinB)如何降解?第23页/共65页第22页/共65页第二十二页,共66页。细胞周期蛋白的破坏作用盒与降解途径第24页/共65页第23页/共65页第二十三页,共66页。其他蛋白的降解G1期周期蛋白也通过类似的途径降解,但其N端没有破环作用盒,C端有一段PEST序列与其降解有关。
PEST序列:指富含脯氨酸(P)、谷氨酸(E)、天冬氨酸、丝氨酸(S)和苏氨酸(T)的残基序列缺氧诱导因子-1α(Hypoxiainduciblefactor–1α,HIF-1α)第25页/共65页第24页/共65页第二十四页,共66页。ExpressionandactivationofHIF-1αareregulatedbytheoxygenconcentration
*Undernormoxicconditions:
hydroxylationinteractionwithvonHippel-Lindau(pVHL)pVHLis
animportantcomponentoftheE3ubiquitinligasecomplex.ubiquitinizationanddegradation*Underhypoxicconditions:InhibitionofhydroxylationSuppressionofdegradationaccumulationHypoxiainduciblefactor–1
α
(HIF-1α)第26页/共65页第25页/共65页第二十五页,共66页。四、生长因子(growthfactor)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;多数有促进细胞增殖的功能,故又称有丝分裂原(mitogen),如表皮生长因子(EGF)、神经生长因子(NGF)等;少数具有抑制作用(或称生长抑制因子)如抑素(chalone)、肿瘤坏死因子(TNF)、c-mos原癌基因产物、p39mos(Mos)。第27页/共65页第26页/共65页第二十六页,共66页。生长因子的作用机理
第28页/共65页第27页/共65页第二十七页,共66页。五、周期蛋白-激酶抑制因子
(CDK-kinase
inhibitor,CKI)
CKI对细胞周期起负调控作用CKI分为两大家族:
※INK4(Inhibitorofkinase4)家族
※CIP/KIP家族
CIP:CDKinhibitoryproteinKIP:Kinaseinhibitoryprotein第29页/共65页第28页/共65页第二十八页,共66页。一、INK4家族的CKI包括:P16(INK4a)、P15(INK4b)、P18(INK4c)、P19(INK4d)共同结构:
4个锚(ankyrin)重复序列CDK:识别CDK4、6,不识别CDK2功能:通过与cyclinD竞争结合CDK4而引起细胞周期在G1期停滞第30页/共65页第29页/共65页第二十九页,共66页。一、INK4家族的CKI(一)P16功能:结合CDK4和CDK6,抑制CDK-cyclinD复合体的催化活性使细胞周期在G1期停滞意义:P16的严格调节对维持细胞的正常生长是必需的常在肿瘤和癌细胞中缺失或灭活(甲基化)第31页/共65页第30页/共65页第三十页,共66页。一、INK4家族的CKI(二)P15诱导剂:转化生长因子(TGF-β)意义:甲基化使P15启动子沉默在血液恶性病变中起重要作用P15的异常甲基化对估计预后具有意义※P15和P16都具有抑制端粒酶活性和抑制细胞生长的作用(具有肿瘤抑制作用)第32页/共65页第31页/共65页第三十一页,共66页。二、CIP/KIP
家族的CKI包括::
P21(CIP1/WAF1/SDI)、P27(KIP1)、P57(kip2)等共同结构:N端CDK抑制性功能域功能:抑制CDK2-细胞周期蛋白A和CDK2-细胞周期蛋白E的激酶活性。过多表达引起G1期细胞周期蛋白停滞。P21和P27是CDK4的激活因子。第33页/共65页第32页/共65页第三十二页,共66页。(一)P21结构特点:启动子上有P53结合位点功能:DNA损伤时G1期停滞的关键性决定因素在G2/M转折中起作用参与细胞的终末分化和衰老与DNA聚合酶δ的辅助因子PCNA结合,直接抑制DNA的合成。表达调节:P53的转录激活调节P53-非依赖的调节:P202、STAT信号通路、癌基因产物的负性调节(c-Myc、Set、Her2)第34页/共65页第33页/共65页第三十三页,共66页。第35页/共65页第34页/共65页第三十四页,共66页。
(二)P27表达调节:上调信号:phosphataseandtensionhomolog(PTEN)Forkhead转录因子
(Afx、Fkhr、Fkhr-L1)下调信号:CpG岛过度甲基化癌蛋白(c-Myc、Her2)(三)P57
在Beckwith-Wiedeman综合征(BWS)中丢失受IGF-II的负调节第36页/共65页第35页/共65页第三十五页,共66页。三、新的CKI-14-3-3σ14-3-3家族的成员之一与细胞分裂周期(celldivisioncycle,CDC)有关的基因CDC2、CDK2和CDK4相互作用抑制CDK活性阻断细胞周期进展第37页/共65页第36页/共65页第三十六页,共66页。Cellcycle主要直接依赖于一系列异二聚体蛋白激酶复合体的调节;蛋白激酶复合体的活性依赖于各种cyclins的合成与降解;Cyclins的合成受各种生长因子影响;Cyclins的降解与泛素降解途径有关;蛋白激酶复合体的活性还受CKI抑制。小结第38页/共65页第37页/共65页第三十七页,共66页。第三节细胞周期的运行第39页/共65页第38页/共65页第三十八页,共66页。细胞周期和其他的一些细胞生理过程就像多米诺骨牌
第40页/共65页第39页/共65页第三十九页,共66页。细胞在生长因子的刺激下,G1期cyclinD表达;并与CDK4、CDK6结合而活化激酶;G1-CDK使下游的蛋白质如Rb磷酸化,磷酸化的Rb释放出转录因子E2F;促进许多基因的转录,如编码cyclinE、A和CDK1\2的基因。在G1-S期,cyclinE与CDK2结合,促进细胞通过G1/S限制点而进入S期。
一、细胞周期的启动(G0→G1)第41页/共65页第40页/共65页第四十页,共66页。生长因子促进细胞进入细胞周期第42页/共65页第41页/共65页第四十一页,共66页。CyclinD与CDK结合
使Rb释放结合的转录因子E2F
第43页/共65页第42页/共65页第四十二页,共66页。二、DNA复制(G1→S
)在G1-S期,cyclinE与CDK2结合,促进细胞通过G1/S限制点而进入S期。DNA的复制是由复制起始点(originsofreplication)开始的;复制起始点也就是自主复制序列,散布在染色体上;在整个细胞周期中,复制起始点上结合有起始识别复合体(Originrecognitioncomplex,ORC);第44页/共65页第43页/共65页第四十三页,共66页。CDC6是一个调节因子,在G1期CDC6含量瞬间提高;细胞分裂周期(celldivisioncycle,CDC)
基因CDC6结合在ORC上,在ATP供能下,促进6个亚单位构成的小染色体维持蛋白(mini-chromatinmaintenanceprotein,
MCM)复合体和其他一些蛋白结合到ORC上,形成前复制复合体(pre-RC);-MCM实际上就是DNA解螺旋酶(helicase)
第45页/共65页第44页/共65页第四十四页,共66页。起始识别复合体起始复制点第46页/共65页第45页/共65页第四十五页,共66页。S-CDK触发pre-RC的启动,同时阻止了DNA再次进行复制;
因为S-CDK将CDC6磷酸化,使其脱离ORC;磷酸化的CDC6随后被SCF(skpi-cullin-F-boxprotein)参与的泛素化途径降解;
(SCF复合体将泛素连接到G1/S期cyclin)S-CDK还可以将某些MCM磷酸化,使其被输出细胞核;其它一些CDK也参与阻止pre-RC的再次形成,从而保证了DNA仅复制一次。第47页/共65页第46页/共65页第四十六页,共66页。每条染色体在一个细胞周期仅复制一次第48页/共65页第47页/共65页第四十七页,共66页。三、进入M期(G2-M)在G2-M期,cyclinA、cyclinB与CDK1结合,形成M-CDK;M期CDK的激活起始于分裂期cyclin的积累,在胚胎细胞周期中cyclin一直在合成,其浓度决定于降解的速度;但在大多数细胞的有丝分裂周期中,cyclin的积累是因为在G2-M期M-cyclin基因转录的增强;第49页/共65页第48页/共65页第四十八页,共66页。随着M-cyclin的积累,结合周期蛋白的M-CDK(CDK1)增加,但是没有活性;
---因为抑制因子Wee1激酶将CDK1的Thr14和Tyr15磷酸化#52---这种机制保证了CDK-cyclin能够不断积累,然后在需要的时候突然释放。
#53.第50页/共65页第49页/共65页第四十九页,共66页。CDK1的激活——需要Thr14和Tyr15去磷酸化和Thr161的磷酸化,它是在CDK激酶(CDKactivatingkinase,CAK)的作用下完成的
第51页/共65页第50页/共65页第五十页,共66页。在M期,一方面Wee1的活性下降;另一方面CDC25使CDK去磷酸化,去除了CDK活化的障碍;CDC25可被两种激酶激活,一是polo激酶,另一个是M-CDK本身;激活的M-CDK还可以抑制它的抑制因子Wee1的活性,形成一个正反馈循环;只要有少量的CDK1被CDC25或polo激酶激活,立即就会有大量的CDK被活化。第52页/共65页第51页/共65页第五十一页,共66页。在中期当成熟促进因子
(maturationpromotingfactor,MPF)或称为有丝分裂和减数分裂促进因子(mitosisandmeiosispromotingfactor,MPF)活性达到最高时,激活APC;APC将泛素连接在cyclinB上,导致cyclinB被蛋白酶体(proteasome)降解;完成一个细胞周期。第53页/共65页第52页/共65页第五十二页,共66页。CyclinB的降解途径
第54页/共65页第53页/共65页第五十三页,共66页。第四节细胞周期检验点与周期阻滞第55页/共65页第54页/共65页第五十四页,共66页。细胞要分裂,必须正确复制DNA和达到一定的体积,在获得足够物质支持分裂以前,细胞不可能进行分裂;细胞周期的运行,是在一系列称为细胞周期检验点(checkpoint)的严格监控下进行的;检验点的作用:当DNA受到损伤时,复制不完全或纺锤体形成不正常,周期将被阻断。检验点的组成:由感受异常事件的感受器、信号传导通路和效应器构成。第56页/共65页第55页/共65页第五十五页,共66页。主要检验点有:G0/G1检验点:控制从静止状态的G0期进入G1期G1/S检验点:
在哺乳动物中称限制点(restrictionpoint)或简称R点,控制细胞由G1进入DNA合成期。#17
细胞可能的3种命运:继续增殖、暂不增殖、不增殖而分化S期检验点:DNA复制是否完成?G2/M检验点:是决定细胞一分为二的控制点。相关的事件包括:DNA损伤?细胞体积足够大?中-后期检验点(纺锤体组装检验点):任何一个着丝点没有正确连接到纺锤体上,都会引起细胞周期中断。第57页/共65页第56页/共65页第五十六页,共66页。主要的检验点
第58页/共65页第57页/共65页第五十七页,共66页。第
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 浙江横店影视职业学院《原理及现代电子系统含实验》2023-2024学年第一学期期末试卷
- 中国科学技术大学《制冷工程》2023-2024学年第一学期期末试卷
- 郑州工业安全职业学院《理论力学5》2023-2024学年第一学期期末试卷
- 肇庆医学高等专科学校《传统中国画研习》2023-2024学年第一学期期末试卷
- 企业员工职业装着装规范与要求
- DB2201T 66.2-2024 肉牛牛舍建设规范 第2部分:种公牛
- 专业案例(动力专业)-注册公用设备工程师(动力专业)《专业案例》真题汇编2
- 房地产经纪操作实务-2020年房地产经纪人协理《房地产经纪操作实务》真题汇编
- 七夕保险新品推广模板
- 下基层调研须注重实效
- 《城市环境污染》课件
- 食材质量控制方案
- 2024-2025学年外研版七年级英语下册 Unit1单词背诵(不带音标)
- 餐厅清洁与打扫服务合同范本
- 期末试题-2024-2025学年人教PEP版英语六年级上册 (含答案)
- 重症专科护士理论考试试题及答案
- 医疗器械经营质量体系文件-质量管理制度
- 刘润年度演讲2024
- 考研计算机学科专业基础(408)研究生考试试题与参考答案(2025年)
- 2024年浙江省普通高中学业水平适应性考试历史试题(解析版)
- 4《试种一粒籽》第二课时(教学设计)2023-2024学年统编版道德与法治二年级下册
评论
0/150
提交评论