细胞周期课件

2023/11/131蒲淑萍根底医学院细胞生物学及遗传学教研室

细胞周期(cellcycle)2023/11/132★细胞的最终命运：细胞分裂(celldivision)及生长(相关物质准备和积累)→细胞增殖(cellproliferation)，受到严密的调控机制所监控细胞死亡(celldeath)2023/11/133受精卵及卵裂2023/11/134DividingMuscleMyoblast(primativemusclecell)(SEMx8,000)2023/11/135示植物细胞有丝分裂2023/11/1362023/11/1372001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

。2023/11/138标准的细胞周期：从G1期开始，历经S、G2，到M期结束。2023/11/139

●细胞周期

●细胞周期时间(Tc)

G1(DNA合成前期)变异范围大(0h~数年)

间期

S(DNA合成期)

8~30h

G2(DNA合成后期)

0h;1~5h

分裂期(M)

0.5~1h

第一节细胞周期的根本概念细胞周期时间因细胞类型、状态和环境而异。2023/11/1310●细胞的增殖特性1〕连续增殖细胞〔周期性细胞〕：能够增殖，不断进入周期完成分裂。2〕暂不增殖细胞〔休眠细胞，G0细胞〕：长期停留在G1晚期(G0期)而不越过限制点，未丧失分裂能力，在适当条件下可恢复到增殖状态。3〕永不增殖细胞〔终末分化细胞〕：始终停留在G1期，失去增殖能力直到衰老死亡。(p189)2023/11/1311执行某种生物学功能，或进行细胞分化，或走向死亡；或回到细胞周期。(限制点，R点)(p204)2023/11/1312

●细胞周期研究方法细胞周期模型细胞周期同步化

如细胞分裂收获法流式细胞技术2023/11/1313byflowcytometermicroscopy

(包括G0)2023/11/1314●细胞周期检验点(checkpoint)★G1∕S之DNA损伤检验点，限制点，R点

★S期之DNA复制检验点★G2∕M之DNA损伤检查点★M期中期∕后期之纺锤体组装检验点(p204)2023/11/1315DNA复制是否完成？

damageS期检验点2023/11/1317第二节细胞周期的主要事件一、G1期：细胞生长、分裂决定、复制准备1.RNA、蛋白质(如与DNA复制有关的酶及与G1期向S期转变相关的蛋白质等)合成和代谢活动旺盛〔→细胞的第一生长期〕2.分裂决定：越过G1期检验点3.DNA含量为2n2023/11/1318二、S期：DNA合成、染色质组装、中心体复制、通过S期检查点1.DNA复制，2n→4n2.组蛋白、非组蛋白合成3.染色质复制〔组装成核小体〕4.中心体复制2023/11/1319DNA复制与组蛋白合成同步的实验2023/11/13202023/11/1321三、G2期：DNA损伤检查、分裂准备1.越过G2期检验点2.RNA、蛋白质(如微管蛋白、染色质凝集相关蛋白之成熟促进因子、M期调控蛋白)合成〔→细胞的第二生长期〕3.DNA含量4n2023/11/1322四、M期：染色体别离、胞质分裂DNA的精确分配4n2n2n有丝分裂有丝分裂减数分裂2023/11/1323第三节细胞周期的调控一、周期性基因表达是细胞周期的原动力

cyclin-Cdk蛋白质磷酸化调控系统是细胞周期的引擎分子：催化靶蛋白(如H1、H3、NHP如RNA聚合酶、lamin、其它骨架蛋白等)的磷酸化，参与周期的调控。其中，G1期为cyclinD-Cdk4/6和cyclinE-Cdk2S期为cyclinA-Cdk2G2/M期为cyclinA/B-Cdk1〔p201〕2023/11/1324周期蛋白(cyclin)：细胞周期中周期性合成和降解的蛋白质，与Cdk结合，促Cdk对靶蛋白的磷酸化，是复合物的调节亚基。目前从酵母和各类动物中别离出的周期蛋白有30余种，在脊椎动物中为A1-2、B1-3、C、D1-3、E1-2、F、G、H等。所有cyclin含保守的周期蛋白框(cyclinbox)。M期周期蛋白(cyclinA、B)有降解盒(destructionbox)，G1期周期蛋白(cyclinC、D、E)有PEST序列，与这些蛋白质的降解有关。依赖周期蛋白的蛋白激酶(cyclindependentkinase，Cdk)：催化靶蛋白的磷酸化，为复合物的催化亚基。Cdk在动物中有9种。各种Cdk以其激酶结构域与周期蛋白框结合。2023/11/1325cyclin-Cdk组合的多样性与活性的周期性变化2023/11/1327HeLa细胞中cyclin的周期性表达2023/11/1329

M期引擎分子：cyclinB-Cdk1

(成熟或有丝分裂促进因子，MPF)

S期已开始合成

G2期达峰值

M期后期被降解cyclinB〔p201〕2023/11/1330(Cdk1)(Cdk1)2023/11/1331MPF

活性周期Cdk1激酶活性首先依赖于cyclinB含量的积累。cyclinB的含量到达一定值并与Cdk1蛋白结合，同时在其他一些因素的调节下，在M期逐渐表现出最大激酶活性。2023/11/1332MPF在M期的调节作用：启动细胞从G2期进入M期的相关事件。〔p202〕Cdk1激活APCRNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ核仁解体染色体凝集核膜破裂纺锤体形成2023/11/1333M期cyclin的降解盒(破坏框)与泛素化降解〔蛋白酶体〕〔后期启动复合物〕二、细胞周期的清道夫——周期性蛋白质的泛素化降解多聚泛素链〔泛素〕2023/11/1334泛素〔Ubiquitin，Ub〕是一种高度保守的小蛋白〔含76个氨基酸〕，普遍存在于真核细胞内。如人类和酵母的泛素有96%的相似性。泛素共价地结合于底物蛋白质的赖氨酸残基，被泛素标记的蛋白质将被蛋白酶体特异性地识别并迅速降解。E1：泛素激活酶E2：泛素结合酶E3：泛素连接酶，泛素化的关键酶，包括APC、SCF等。APC(后期启动复合物)的活性变化是分裂中期/后期转化的关键问题。SCF(蛋白酶解复合体)(A)SCF介导CKI(cdk抑制蛋白)的降解；(B)APC介导M-cyclin的降解。细胞周期运转到分裂中期后，M期周期蛋白A和B迅速降解，Cdk1激酶活性丧失，细胞周期便从M期中期向后期转化。S期周期蛋白D和E降解后，推动细胞进入G2期。2023/11/1337泛素是蛋白质降解标签。泛素化蛋白降解机制是细胞内短寿命蛋白和一些异常蛋白降解的普遍途径，是非溶酶体的蛋白质分解系统。2023/11/1338蛋白酶体：26S，一种巨型蛋白质复合物，特异识别泛素化的蛋白质并降解之，蛋白质被切割为约7-8个氨基酸长的肽段；这些肽段可以被进一步降解为单个氨基酸分子，然后被用于合成新的蛋白质。2004年诺贝尔化学奖的获奖主题是泛素调节的蛋白质酶解过程的发现。三位获奖者为阿龙·切哈诺沃、阿夫拉姆·赫什科和欧文·罗斯。

2023/11/1340三、细胞周期的负调控细胞至少可通过两种不同机制阻遏细胞周期的运转：◆Cdk抑制因子(CKI)：主要通过与Cdk结合来抑制cyclin-Cdk复合物的装配或其活性，而将细胞阻止在不同的检验点。根据CKI的分子质量，分别被命名为p15、p16、p21、p27、p53等。这些蛋白质具有一定的同源性。◆周期调控系统组分停止合成，如G0细胞，大局部cyclin和Cdk都消失，这在多细胞生物尤其明显。〔p199，200〕2023/11/1341CKI

的抑制作用2023/11/1342p21抑制G1期Cdk和PCNA(DNA聚合酶δ的辅助因子)2023/11/1343p53基因：属于抑癌基因，其产物主要是细胞周期负调控因子，可抑制细胞的生长和分裂。位于人类染色体17p13，表达的p53蛋白是一种入核蛋白，能阻止DNA损伤或突变的细胞通过DNA损伤检验点，从而将细胞阻于G1期，抑制细胞增殖。作用方式之一为p53/p21联合机制。〔p201，图15-11〕2023/11/1344p21主要对G1期Cdk起抑制作用，还直接抑制DNA复制。DNA损伤导致细胞阻滞于G1期的p53/p21机制DNA损伤通过一种间接机制活化p53：正常细胞中，p53高度不稳定且浓度很低，这是由于p53与Mdm2相互作用，Mdm2作为泛素连接酶使p53成为蛋白酶破坏的靶蛋白。DNA损伤激活磷酸化p53的蛋白激酶，降低它与Mdm2的结合，使p53浓度增高，也增强了p53促进基因转录的能力。2023/11/1345如果p53基因突变或缺失，等于失去了“分子警察〞，DNA损伤引起的突变会导致细胞癌变。p53基因与周期负调控、细胞凋亡和癌变2023/11/1346甲状旁腺良性瘤、乙型肝炎病毒诱发的肝癌、乳腺癌、淋巴细胞瘤和cyclinA或D等的过度表达有关。cyclinA与HBV基因的一段有同源性，故HBV可整合入cyclinA基因，使其表达的嵌合蛋白缺乏cyclin的降解盒，而不能被降解，使cyclinA持久作用，促细胞恶性增殖。原发性食道磷状细胞癌及家族性黑色素瘤中发现INK4基因有移位、缺失，而它编码的P16是Cdk4/Cdk6的抑制蛋白。第四节细胞周期与疾病2023/11/1347AIDS病病毒HIV感染时，使T细胞的Cdk1的酪氨酸残基过分磷酸化而失活，