第十三章-细胞分裂与细胞周期

第十三章细胞分裂与细胞周期

第一节细胞分裂

第二节细胞周期及其调控

第四节细胞周期与医学的关系内容三细胞周期的调控

细胞周期的进程是高度有序及不可逆的，受到细胞内外多种因素严格的调节、控制。第二节细胞周期及其调控一、细胞周期重要的调节因子（一）细胞周期蛋白(cyclin)（二）周期蛋白依赖性激酶(cyclindependentkinase,Cdk)（一）细胞周期蛋白(cyclin)1.细胞周期蛋白的概念是指随细胞周期的变化呈周期性的出现与消失，控制细胞周期运行的一组蛋白质。细胞周期蛋白周期蛋白依赖性激酶细胞周期蛋白细胞周期蛋白G1期周期蛋白：如cyclinC、

D、E，G1期周期蛋白

存在时间相对较短；S期周期蛋白：如cyclinAM期周期蛋白：如cyclinB，M期周期蛋白相对稳定2.细胞周期蛋白类型目前发现，Cyclin有八个成员，分别叫做CyclinA、B、C、D、E、F、G、H，它们可在细胞周期的不同阶段相继表达，与细胞中的周期蛋白依赖性激酶（CDK）结合后，参与细胞周期相关活动的调节。细胞周期蛋白的结构G1期周期蛋白不含破坏框，但含有PEST序列细胞周期蛋白框：

aa组成保守，由100个左右aa残基组成。介导周期蛋白（Cyclin）与周期蛋白依赖性激酶（CDK）形成复合物。

破坏框:

由9个aa残基构成，参与泛素介导的cyclinA、B的快速降解。3.细胞周期蛋白的结构PEST序列：

介导cyclin发生降解。CyclinA/B经多聚泛素化途径被降解（二）周期蛋白依赖性激酶(cyclindependentkinase,Cdk)1.周期蛋白依赖性激酶的概念为一类能被细胞周期蛋白激活、调节细胞周期活动的激酶。周期蛋白依赖性激酶周期蛋白依赖性激酶周期蛋白依赖性激酶的活化2.周期蛋白依赖性激酶的活化无活性完全激活部分激活Cdk激活激酶活化的磷酸2.周期蛋白依赖性激酶的活化

2.Cdk与cyclin结合使T环结构位移、缩回，Cdk底物附着位点由此转向其袋状催化活性部位分布，Cdk具有了部分活性。

3.Cdk将完全激活还需T环上的特定位点发生磷酸化。1.无活性的Cdk分子中含有一弯曲的T环结构，将Cdk的袋状催化活性部位入口封闭，阻止了蛋白底物对活性位点的附着。（三）cyclin-Cdk复合物对细胞周期的调控cyclin-Cdk复合物是细胞周期调控体系的核心；其周期性的形成及降解，引发了细胞周期进程中特定事件的出现。

并促成了G1期向S期、G2期向M期、中期向后期等关键过程不可逆的转换。◆三类周期蛋白-CDK复合物:●G1期周期蛋白-CDK复合物●S期周期蛋白-CDK复合物●有丝分裂周期蛋白-CDK复合物真核生物细胞周期调控的一般模型1.cyclin-Cdk复合物结构与功能结构：调节亚单位:cyclin

催化亚单位:Cdk功能：在细胞周期不同阶段,选择性地磷酸化不同蛋白,进而对细胞周期进程进行调节。2.cyclin-Cdk复合物在G1/S转化中的作用R限制点:G1晚期的一个特定时期，只有越过此点，细胞才能进入S期。

在G1期起主要作用的cyclin-Cdk复合物是由G1期周期蛋白D、E与Cdk4/6结合构成，这些复合物能使G1晚期的细胞跨越限制点，向S期发生转换。cyclin-Cdk复合物cyclinD-Cdk复合物在G1/S转化中的关键作用

在一些向S期转变的G0期细胞中，存在cyclinD的转录及表达，而当cyclinD抗体加入后，G0期细胞的这一转变将受阻。cyclinE-Cdk复合物为S期的启动所必需，启动与DNA复制相关基因的表达在G1/S转化中，cyclin-Cdk复合物泛素化被降解3.cyclin-Cdk复合物对S期的调节

cyclinA-Cdk复合物是S期中最主要的cyclin-Cdk复合物，能启动DNA的复制，并阻止已复制的DNA再发生复制。

当细胞进入S期后，cyclin-Cdk复合物发生的主要变化包括：cyclinD/E-Cdk复合物中的cyclin发生降解；cyclinA-Cdk复合物形成；因cyclinD/E的降解是不可逆的，使得已进入S期的细胞将无法向G1期逆转。4.cyclin-Cdk复合物对M期的调节

成熟促进因子（MPF）：

为cyclinB-Cdk复合物，在启动M期起着关键作用。

（1）MPF的发现

有丝分裂促进因子（M-Phase-promoting，MPF）：

M期及间期细胞融合：间期细胞染色质均会出现早熟凝集，都能向M期转换。

显微注射非洲爪蟾成熟卵细胞胞质到未成熟的、处于G2期的爪蟾卵母细胞中，这些细胞将被诱导向M期转化，进而成熟。成熟促进因子（maturationpromotingfactor,MPF）

MPF的结构组成◆是由两个不同的亚基组成的异质二聚体:●催化亚基▲是丝氨酸/苏氨酸型蛋白激酶▲其活性有赖于周期蛋白，故蛋白称为周期依赖性蛋白激酶(cyclin-dependentproteinkinases,Cdks);●调节亚基：周期蛋白(cyclin)。MPF的结构

有丝分裂的退出：周期蛋白B的降解N端破坏框(destructionbox)泛素蛋白与周期蛋白的降解（泛素化）泛素活化酶(E1)泛素结合酶(E2)泛素连接酶(E3)（也称为后期促进复合物，APC）后期促进复合物（APC）

后期促进复合物（APC）的活性调节控制周期蛋白B的降解◆当MPF的活性在有丝分裂中期达到最高峰时,它将APC磷酸化并将其激活；◆接着发生周期蛋白B泛素化,引起周期蛋白B的降解；◆由于周期蛋白B是MPF的一个必需亚基,它的降解势必导致MPF的失活；◆在G1期的后期,APC失活,使得周期蛋白B的浓度升高,同时提高MPF的活性,以便进入下一个有丝分裂期。（2）MPF活性的周期性变化MPF活性增加：细胞进入M期MPF活性达高峰（M期中期）：染色单体分开MPF活性下降：细胞退出M期

Cdk类型结合的cyclin主要作用时期作用特点

Cdk1cyclinA

G2

促进G2期向M期转换

cyclinBG2、M磷酸化多种与有丝分裂相关的蛋白，促进G2期向M期转换

Cdk2cyclinAS能启动S期的DNA的复制，并阻止已复制的DNA再发生复制

cyclinE

G1晚期向S期发生转换

Cdk3?G1Cdk4cyclinD(D1\D2\D3)G1中、晚期使晚G1期细胞跨越限制点向S期发生转换

Cdk5?G0？

Cdk6cyclinD(D1\D2\D3)G1中、晚期使晚G1期细胞跨越限制点向S期发生转换cyclin-Cdk复合物对细胞周期调节总结Cdk类型结合的cyclin主要作用时期作用特点Cdk1CyclinAG2促进G2期向M期转换cyclinBG2、M磷酸化多种与有丝分裂相关的蛋白，促进G2期向M期转换Cdk2cyclinAS能启动S期的DNA的复制，并阻止已复制的DNA再发生复制cyclinEG1晚期向S期发生转换Cdk3?G1Cdk4cyclinD(D1\D2\D3)G1中、晚期使晚G1期细胞跨越限制点向S期发生转换Cdk5?G0？Cdk6

cyclinD(D1\D2\D3)G1中、晚期使晚G1期细胞跨越限制点向S期发生转换cyclin-Cdk复合物对细胞周期调节总结二、细胞周期检测点监控细胞周期的活动（一）细胞周期检测点（checkpoint）概念

为了保证细胞染色体数目的完整性及细胞周期正常运转，细胞中存在着一系列监控系统，可对细胞周期发生的重要事件及出现的故障加以检测，只有当这些事件完成、故障修复后，才允许细胞周期进一步运行，该监控系统即为检测点。包括未复制DNA检测点、纺锤体组装检测点、染色体分离检测点及DNA损伤检测点。（二）细胞周期检测点类型细胞周期检测点的特点及作用机制

检测点类型作用特点与作用相关的主要蛋白质未复制-DNA检测点监控DNA复制，决定细胞是否进入M期ATR、Chl1、Cdc25、cyclinA/B-Cdk1纺锤体组装检测点监控纺锤体组装，决定细胞是否进入后期Mad2、APC、securin染色体分离检测点监控后期末子代染色体在细胞中的位置，决定细胞是否进入末期及发生胞质分裂Tem1、Cdc14、M期cyclinDNA损伤检测点监控DNA损伤的修复，决定细胞周期是否继续进行ATM/ATR、ChK1/2、p53、Cdc25、cyclinE/A-Cdk2（一）生长因子（Growthfactor）（二）抑素（chalone）（三）cAMP与cGMP（四）MicroRNA(miRNA)与细胞周期的调控

三、与细胞周期调控相关的多种因子通过与特异的、高亲和的细胞膜受体结合，调节细胞生长与其他细胞功能等多效应的多肽类物质，可激活细胞内多种蛋白激酶，促进或抑制细胞周期进程相关的蛋白表达。（一）生长因子（Growthfactor）如：表皮生长因子（EGF）、白介素（IL）（二）抑素（chalone）一类由细胞自身产生的、终止细胞增殖的信号分子，在成体形态稳定性的维持结构中，起着一种信息的作用（三）cAMP与cGMPcAMP:腺苷-3’,5’-环化一磷酸(环化腺核苷一磷酸)，一种环状核苷酸，是由三磷酸腺苷(ATP)脱掉两个磷酸缩合而成的。

对细胞分裂有负调控作用。cGMP：环磷酸鸟苷，促进细胞分裂中DNA和组蛋白的合成（四）MicroRNA(miRNA)与细胞周期的调控

DNA前体RNARNA剪接剪接因子SR蛋白SR特异激酶（一）癌基因（oncogene）

癌基因是一类在正常情况下为细胞生长、增殖所必需，突变或过度表达后将导致细胞增殖异常，引起癌变的基因。四、细胞周期调控中癌基因和抑癌基因的

作用（二）抑癌基因（antioncogene）

抑癌基因为正常细胞所具有的、一类能抑制细胞恶性增殖的基因。

这类基因编码的蛋白质通常能与转录因子结合或本身即为转录因子，可作为负调控因子，从多种途径影响细胞周期相关蛋白的合成及DNA复制，调节细胞周期的进程。（一）细胞周期与组织再生第四节细胞周期与医学的关系组织再生—机体不断的产生新细胞，以补充因生理或病理原因死亡的细胞的过程。组织再生的基础：细胞分裂及增值组织再生生理性再生补偿性再生如：人体骨骼、皮肤表皮、肠上皮等组织中：因损伤而引起的再生：新细胞代替衰老的细胞，

维持数量上的基本恒定临床上，一些细胞因子、生长因子相关的制剂用于创伤组织的修复、愈合治疗中（二)细胞周期与肿瘤人体正常器官、组织的细胞周期进程中发生R点的消失、自分泌大量生长因子等异常情况时，其生长、分裂将失去控制，由此形成赘生物——肿瘤人正常细胞与肿瘤细胞周期时间的比较正常细胞周期时间（h）肿瘤细胞周期时间（h）食道上皮144食管癌250.8胃上皮66胃癌80结肠上皮24～28结肠癌22～125骨髓细胞24～40急性白血病48～96

肿瘤细胞群体包括了三类细胞周期行为不同的细胞，即：增殖型细胞、暂不增殖型细胞与不增殖型细胞。

增殖型细胞在肿瘤中所占的数量比例，将决定肿瘤恶性的程度。

暂不增殖型细胞可因外界某些环境因素的刺激，而重新进入细胞周期，是肿瘤复发的根源。肿瘤细胞的类型增值型细胞A暂不增殖型细胞B不增殖型细胞C肿瘤的增殖比率

除高增殖比率外，肿瘤细胞周期中某些重要调节因子发生异常，正负调节因子间作用失去平衡是导致肿瘤增殖无限性的又一重要原因。二、肿瘤细胞周