细胞周期-课件

郑州大学基础医学院

医学遗传学教研室

姓名贺颖第二十二章细胞周期1细胞增殖周期（细胞周期）：细胞从一次有丝分裂结束开始，到下一次有丝分裂结束为止所经历的全过程。细胞周期间期interphase丝裂期（M期）mitoticphaseDNA合成前期（G1期）DNA合成期（S期）DNA合成后期（G2期）前期prophase中期premataphase后期anaphase末期talophaseG0期细胞周期中的细胞G1期G2期S期M期第一节细胞周期的一些基本概念2增殖周期中的细胞G1期G2期S期M期死亡不分裂细胞G0期暂不增殖细胞从增殖的角度来看，可将高等动物的细胞分为三类：连续分裂细胞连续分裂细胞(cyclingcell)在细胞周期中连续运转因而又称为周期细胞，如表皮生发层细胞、部分骨髓细胞。·休眠细胞(Go细胞)暂不分裂，但在适当的刺激下可重新进入细胞周期，称G0期细胞，如淋巴细胞、肝、肾细胞等。·终末分化细胞指不可逆地脱离细胞周期，不再分裂的细胞，又称终端细胞，如神经、肌肉、多形性白细胞、红细胞等等。3二、细胞周期同步化选择同步化选择同步化是根据细胞的体积、黏附性等的时相特征来对不同时相的细胞进行选择和分离，从而实现细胞的同步化。诱导同步法诱导同步法是在培养液中添加或去除某些成分，或者改变培养温度，从而对细胞的生长进行阻滞或回复，将不同步生长的细胞调整为同步生长，获得时相较为均一的细胞群。4细胞分裂收获法M期细胞由于细胞骨架的变化，而使细胞变园。因而，当细胞在培养皿表面贴壁生长时，由于M期细胞对培养皿的黏着力减弱，只要轻轻摇动这些细胞就被分离出来。用此法收集到的M期细胞构成一个同步化细胞群，它们几乎立即就将进入G1期。优点：操作简单，同步化程度高，细胞不受药物伤害。缺点：获得的细胞数量较少。5代谢抑制法胸苷是合成DNA的前体，是不可或缺的。其适当的浓度为10-7～10-5mol/L。如果给与过量的胸苷（10-3mol/L）则引起脱氧胸苷合成受到抑制，其结果DNA的合成也将终止。在培养中的细胞给与过量的胸苷后，则S期细胞都会向G2、M、G1前进，再次给药后，细胞大都被阻滞在G1/S期。优点是同步化程度高，适用于任何培养体系。可将几乎所有的细胞同步化。缺点是产生非均衡生长，个别细胞体积增大。6第二节细胞周期各时相的动态G1期：细胞生长、分裂决定和复制准备G1早期：合成三种RNA、cAMP、cGMP、核糖体、蛋白质以及糖类。氨基酸及糖的转运迅速进行。限制点：决定细胞将来是否分裂的关键点，又称R点。G1晚期：急剧合成与DNA合成有关的酶（DNA聚合酶、胸苷激酶）U蛋白、以及一种重要的酶调节物——钙调素，还进行H1组蛋白的磷酸化、组蛋白和非组蛋白RNA的合成。7限制点,R限制点（R点）：G1期对一些环境因素的敏感点，可限制正常细胞通过周期。是控制细胞增殖的关键。8S期S期：从DNA合成开始到DNA合成结束的全过程，是细胞增殖周期的关键阶段。主要特点：1.DNA的复制2.染色质组装3.中心粒的复制9G2期G2期:从DNA复制完成到有丝分裂开始前的时期，为有丝分裂进行物质条件和能量的准备（加速RNA和有丝分裂相关蛋白的合成）。合成微管蛋白等纺锤体的成分；合成染色质凝集相关蛋白；合成M期调控蛋白；4.

中心粒开始向两极移动，体积膨大。10M期M期:染色质螺旋化变为染色体，并均匀分配到两个子细胞的过程。同时伴有核的一系列变化和胞质分裂。11第三节细胞周期的驱动力一、细胞周期的引擎：Cyc-CdK蛋白磷酸化调控系统二、细胞周期的原动力：周期性基因表达三、细胞周期的清道夫：泛素化蛋白质降解系统四、细胞周期的外动力：生长因子信号转导系统12

Cyc-CdK蛋白磷酸化调控系统CdKCyclin，CycCdK是催化亚单位，Cyc是调节亚单位，两者结合才具有激酶活性。由于Cyc呈周期性表达和降解，而CdK的激酶活性是驱动细胞周期的关键。因此Cyc-CdK被称为细胞周期引擎（cellcycleengine)。

13如酵母细胞的周期蛋白：cln1、cln2、cln3、clb1、clb2、clb3、clb4、clb5、clb6；高等真核生物迄今为止已鉴定出周期蛋白有cyclinA(A1、A2)、B(B1、B2、B3)、C、D(D1、D2、D3)、E(E1、E2)、F、G、H等。TimothyHunt：首次发现了调节ＣＤＫ功能的物质cyclin（细胞周期蛋白）。一、周期蛋白14细胞周期蛋白(cyclin)cyclinAcyclinBcyclinCcyclinDcyclinE在G1期细胞越过R点向S期转变的过程中发挥调控作用。与S期的启动有关。在S期DNA合成的起始过程中起作用,当cyclinE降解后,其作用可延续至整个S期。G2/M。MPF的组成部分。15周期蛋白框PESTPESTPESTPESTPEST48X10348X10333X10332X10344X10366X10387X10329X103A2B1GFCln3EDC相对分子质量周期蛋白破坏框破坏框R42R42均含有一段相当保守的搭配序列——周期蛋白框（cyclinbox），周期蛋白框介导周期蛋白的周期蛋白依赖激酶（cyclindependentkinaseCDK）结合。16二、周期蛋白依赖激酶

这类基因所编码的蛋白产物均为P34Kd的蛋白，称为P34cdc2和P34cdc28,

它们本身不具有激酶活性，但和有关蛋白结合后，可使多种蛋白底物磷酸化，因而它们统称为周期蛋白依赖性激酶（cyclindependentkinase

cdk激酶）。

20世纪70年代初，哈特韦尔（LelandHarwell）和纳斯（PaulNurse）博士分别以不同种的酵母为材料，利用遗传学方法先后分离出cdc28和cdc2基因。17PSTAIREPSTAIREPSTAIREPV/STVREPSSALREPLSTIRENRTAIRECDK7(p40MO15)与Cdc序列相识度百分比例100%65%66%44%57%47%40%CDK蛋白Cdc2(CDK1)CDK3CDK4CDK5CDK6CDK2激酶活性区通过PCR技术测定的与cdc2类似的CDK蛋白分子图解。18某些CDK与周期蛋白配对关系及作用CDK种类可结合cyclin功能作用CDK1(cdc2)

CDK2

CDK3CDK4CDK5CDK6CDK7CDK8AB1、B2、B3AD1D2D3E?D1D2D3D1D2D3D1D2D3HCS/G2→MG2→M、早期ＭSG1G1→SG1G1G1G1→SMultiplephases19CDK在细胞周期中连续合成，含量稳定；cyclin的合成和降解随细胞周期的进程发生明显变化。CDK

水平MPF水平

SMSMcyclin

水平

CDK

、

cyclin

和MPF三者的关系206CdK1CdK121细胞越过G1期的R点时，CycD-CdK4/6被激活后进入细胞核，对RB蛋白进行磷酸化，解除RB对转录因子E2F的抑制。E2F激活表达G1/S转换和复制所需的一系列基因，产物包括CycE和E2F自身。CycE-CdK2结合，进一步对RB进行磷酸化，形成正反馈，激活复制相关基因的大量表达，实现复制的启动。22复制开始后，CycD/E和复制启动因子迅速被CycA-Cdk2磷酸化并降解，从而防止复制的重复启动。复制期间的蛋白磷酸化主要由CycA-Cdk2控制。23

M期的启动M期的启动由于磷酸酶Cdc25解除了Cdk1的磷酸化抑制。CyclinA/B-Cdk1又称为成熟促进因子（MPF)。

CycA/B-Cdk1结合后具有Ser/Thr(丝氨酸/苏氨酸)激酶活性，可使多种底物蛋白磷酸化。24CyclinA/BCdk1+有丝分裂染色质凝集组蛋白H1p核纤层解体核膜破裂核纤层蛋白p降低与DNA结合的能力,促进染色体的凝集某些DNA结合蛋白p细胞周期中微管动力学变化微管蛋白p25在细胞周期进程中，多种蛋白或酶直接或间接地参与细胞周期事件的调控，编码这些蛋白或酶的基因有规律、特异性的表达构成细胞周期调控的遗传基础。细胞分裂周期基因(celldivisioncyclegene,Cdc)是一类产物表达具有细胞周期依赖性或直接参与细胞周期调控的基因，主要包括Cyclin,CdK等，此外DNA聚合酶基因、DNA连接酶基因均属于Cdc基因。除Cdc基因外，在细胞周期调控中起着重要作用的另一大类基因还有癌基因和抑癌基因。它们的正常表达是细胞周期运行所必须的，当其发生突变或失活时，将导致细胞异常增殖或癌变。26CyclinBCdc2CyclinBCdc2ppCyclinA&BCdc2pP107&E2FCDK2CyclinEP107&E2FCDK2CyclinACyclinD1,2&3PCNACDK4,6E2FRBE2FpRBCyclinHCDK7⊕Cdc25A⊕⊕WeelMiklS期G2

期G1

期M期Cdc25C⊕Ras,Rat,Myc,Fos,JunMyc⊕生长因子限制点⊕p16p15TGFβp21p53p27TGFβ接触抑制与癌瘤相关的蛋白27泛素化蛋白质降解系统要实现细胞周期的时相转换：终止前一阶段的事件；2.解除对后一阶段事件的抑制。蛋白质降解系统可以选择性地清除某些活性蛋白和抑制蛋白，为细胞周期的进程扫清道路，保证细胞周期的方向。细胞内的选择性蛋白质降解主要由泛素化蛋白质降解系统来完成。28

泛素（ubiquitin)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。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，泛素相当于蛋白质被摧毁的标签。26S蛋白酶体是一个大型的蛋白酶，可将泛素化的蛋白质分解成短肽。泛素ubiquitin2930

蛋白质的泛素化修饰过程分为3个步骤:E1（泛素激活酶）水解ATP获取能量，通过其活性位置的半胱氨酸残基与泛素的羧基末端形成高能硫酯键而激活泛素，然后E1将泛素交给E2（泛素结合酶），最后在E3（泛素连接酶）的作用下将泛素转移到靶蛋白表面的赖氨酸残基上。E3是泛素化蛋白质降解的关键。参与细胞周期调控的泛素连接酶至少有两类，其中SCF负责将泛素连接到G1/S期周期蛋白和某些CKI上，APC负责将泛素连接到M期周期蛋白上。31

APCcdc20降解抑制因子securin释放分离酶降解染色单体间的连接蛋白cohesin姐妹染色单体分离

APCcdh1降解CycA/B-Cdk1启动M期退出机制完成细胞分裂

G1早期降解CdcD防止过早启动G1/S转换细胞越过R点，cdh1自我降解，APC失活，CycD/E积累，进入S期；进入S期后，CycD/E被SCF泛素化降解有效防止复制的重复启动APC的作用机理32

生长因子信号转导系统

生长因子是一类由细胞自分泌或旁分泌产生的多肽，主要通过激活细胞膜受体来启动相应的细胞信号转导途径，从而影响细胞周期的进程。33第四节细胞周期的检控点34一、Cdk活性的抑制控制细胞