第七章 细胞增殖及其调控课件

第七章细胞增殖及其调控

1第七章细胞增殖及其调控7.1

细胞增殖

细胞分裂之前，必须进行一定的物质准备。物质准备和细胞分裂连续不断进行的结果是细胞数量不断增加即细胞增殖。细胞增殖是细胞生命活动的重要特征，是生物繁育的基础。细胞增殖受到严密的调控机制所监控，必须遵循一定的规律。2第七章细胞增殖及其调控7.2

细胞周期

经过物质准备之后，细胞开始进行分裂，子代细胞形成之后，又将开始新一轮的物质积累，准备下一轮的细胞分裂，如此周而复始，细胞数目不断增加。这种细胞物质积累与细胞分裂的循环过程称为细胞周期。连续分裂的细胞,从一次有丝分裂结束后开始，经过物质累积过程，直到下一次细胞分裂为止所经历的全过程，称为一个细胞周期。3第七章细胞增殖及其调控

7.2.1细胞周期时相

细胞周期时相

◆G1期即从M期结束到S期开始前的一段间歇期;◆S期,即DNA合成期;◆G2期,即DNA合成后(S期)到有丝分裂前的一个间歇期;

◆M期,即有丝分裂期。4第七章细胞增殖及其调控5第七章细胞增殖及其调控

标准细胞周期:

细胞周期时间的长短：同种细胞，细胞周期时间长短相似或相同；不同细胞种类，细胞周期时间长短差别很大；高等生物体的细胞周期时间长短主要差别在G1期。6第七章细胞增殖及其调控

多细胞生物体中的细胞类群◆周期中细胞：持续分裂细胞◆G0期细胞：又称静止期细胞。

是周期中细胞暂时脱离细胞周期,停止分裂增殖,去执行一定的生物学功能,如某些免疫淋巴细胞,肝细胞,肾细胞等。

◆终末分化细胞：

永久性失去了分裂能力的细胞。（周期中细胞）信号刺激G1G07第七章细胞增殖及其调控细胞周期时相

8第七章细胞增殖及其调控7.2.2细胞周期各时相

及其主要事件⒈

G1期

⑴合成活动：

⑵

起始点:最初指芽殖酵母细胞出芽的开始，事实是芽殖酵母G1期晚期的一个特定阶段，控制着新一轮细胞周期的运转。是G1期晚期的一个基本事件，细胞只有在内在和外在因素共同作用下才能通过起始点，顺利通过G1期，进入S期并合成DNA。cdc基因：9第七章细胞增殖及其调控⑶限制点高等真核细胞，尤其是哺乳动物细胞中，类似于芽殖酵母起始点的G1期晚期的一个特定阶段。⑷检验点：是细胞周期研究领域中应用的术语。是细胞周期进程中的监控机制，可以鉴别细胞周期进程中的错误，并诱导产生特异的抑制因子，阻止细胞周期进一步运行。10第七章细胞增殖及其调控⑸

G1期检验点：检测细胞的大小和环境状态，如果条件合适，就会激发DNA复制，使细胞周期进程向前移动。在一些真核生物中，G1期检验点是细胞周期的主要控制点，它决定细胞能否分裂。11第七章细胞增殖及其调控⑹由G1期向S期转换的影响因素：①外在因素：营养供给和相关的激素刺激等。②内在因素：与cdc基因调控相关的因素。⒉

S期——DNA合成期合成活动：合成DNA和组蛋白并组装成核小体结构。DNA合成受多种细胞周期调节因素的严密调控。12第七章细胞增殖及其调控◆G2期合成活动：合成着丝粒蛋白、细胞周期蛋白B和微管蛋白等大量蛋白质。G2期检验点：控制细胞周期能否顺利进入进入M期。◆M期细胞分裂活动：M期检验点：检测所有的染色体是否都与纺锤体相连，并排列在赤道板上。否则不能进行有丝分裂和胞质分裂。13第七章细胞增殖及其调控细胞周期运转规律

14第七章细胞增殖及其调控细胞

周期

调控

的

研究2001年

诺贝尔生理学/医学奖得主15第七章细胞增殖及其调控2001年诺贝尔生理学与医学奖:◆利兰·哈特韦尔发现了控制细胞周期的基因，其中一种被称为“START”的基因对控制各个细胞周期的最初阶段具有决定性的作用。◆保罗·纳西的贡献是发现了CDK。◆蒂莫西·亨特的贡献是发现了调节CDK的功能物质周期蛋白.16第七章细胞增殖及其调控7.2.3细胞周期调控7.2.3.1蛋白激酶在细胞周期调控中的

作用的研究

染色体超前凝集（PCC）的发现

◆研究者：1970年，Colorado（科罗拉多）大学的RobertJohnson

和PotuRao17第七章细胞增殖及其调控◆研究方法：⑴G1期Hela细胞与S期细胞融合，结果发现G1期细胞中的DNA开始复制；

S期细胞与G2期细胞融合，结果发现G2期细胞核中已经复制过的DNA没有再复制。

结论：正在进行DNA复制的细胞的细胞质中含有促进G1期细胞进行DNA复制的起始因子，而这种起始因子对于已经进行了DNA复制的G2期细胞没有作用。

18第七章细胞增殖及其调控⑵M期细胞与处于细胞周期其他阶段的细胞融合，结果发现与M期细胞融合的其他间期细胞均发生了形态各异的染色体凝集，称为染色体超前凝集（PCC）。

结论：M期细胞中一定有一种能促使染色体凝集的因子，称为细胞促分裂因子。19第七章细胞增殖及其调控G1期细胞与M期细胞融合20第七章细胞增殖及其调控S期细胞与M期细胞融合21第七章细胞增殖及其调控G2期细胞与M期细胞融合22第七章细胞增殖及其调控

MPF的发现

◆

促成熟因子(maturation-promotingfactor，MPF）,早期称为M-期促进因子(M-phasepromotingfactor,MPF)，是指M期细胞中存在的促进细胞分裂的因子。◆1971年，科学家通过试验认为，在非洲爪蟾成熟的卵细胞的细胞质中必然有一种物质，可以诱导卵母细胞成熟，并明确提出将其称为促成熟因子，即MPF。23第七章细胞增殖及其调控

MPF的结构组成及特性◆是由两个不同的亚基组成的异质二聚体，是一种蛋白激酶:●催化亚基：p32cdc2

▲是丝氨酸/苏氨酸型蛋白激酶▲其活性依赖于周期蛋白，故称为周期依赖性蛋白激酶(cyclin-dependentproteinkinases,CDKs);

●调节亚基：p45---周期蛋白(cyclin)。24第七章细胞增殖及其调控MPF的结构25第七章细胞增殖及其调控

p34cdc2激酶及其与MPF的关系◆cdc（celldivisioncycle）基因：◆p34cdc2是cdc2基因的表达产物，具有蛋白激酶活性。在裂殖酵母细胞周期调控过程中起关键性调节作用，促进G2/M转换。◆p34cdc2本身并没有激酶活性，只有当与有关蛋白结合后，其激酶活性才能表现出来。◆裂殖酵母细胞MPF中的p34cdc2与蛙MPF中的p32cdc2是同源物，都具有激酶活性。26第七章细胞增殖及其调控

细胞周期蛋白的鉴定◆1983年，TimHunt（美）报道，在海胆卵细胞中存在两种特殊蛋白质，即周期蛋白。◆周期蛋白●其含量随细胞周期进程变化而变化，一般在细胞间期内积累，在细胞分裂期内消失，在下一细胞周期又重复这一消长现象。●非洲爪蟾的MPF中的另一种主要成份是周期蛋白B。27第七章细胞增殖及其调控◆至此确定的MPF生化组成成分●Cdc2蛋白:蛋白激酶催化亚单位●周期蛋白：蛋白激酶调解亚单位周期蛋白种类及功能的执行◆周期蛋白种类●酵母中的周期蛋白

●高等动物的周期蛋白●G1期周期蛋白●M期周期蛋白28第七章细胞增殖及其调控表1不同类型的周期蛋白激酶复合体脊椎动物芽殖酵母CyclinCDKCyclinCDKG1-CDKCyclinDCDK4、6Cln3CDK1(Cdc28)G1/S-CDKCyclinECDK2Cln1、2CDK1(Cdc28)S-CDKCyclinACDK2Cln5、6CDK1(Cdc28)M-CDKCyclinBCDK1(CDK2)Cln1-4CDK1(Cdc28)29第七章细胞增殖及其调控◆周期蛋白功能的执行

●不同的周期蛋白在细胞周期内表达的时期不同，并与不同的CDK结合，调节不同的CDK激酶的活性。●周期蛋白与CDK结合的关键结构是周期蛋白框

30第七章细胞增殖及其调控G1期cyclinD表达，并与CDK4、CDK6结合，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的基因。

图CyclinD与CDK结合使Rb释放结合的转录因子E2F31第七章细胞增殖及其调控在G1-S期，cyclinE与CDK2结合，促进细胞通过G1/S限制点而进入S期。向细胞内注射CyclinE的抗体能使细胞停滞于G1期，说明细胞进入S期需要CyclinE的参与。同样将CyclinA的抗体注射到细胞内，发现能抑制细胞的DNA合成，推测CyclinA是DNA复制所必需的。在G2-M期，cyclinA、cyclinB与CDK1结合，CDK1使底物蛋白磷酸化、将组蛋白H1磷酸化导致染色体凝缩，核纤层蛋白磷酸化使核膜解体等下游细胞周期事件。

32第七章细胞增殖及其调控CDK激酶◆周期蛋白依赖性蛋白激酶◆与周期蛋白结合，并以周期蛋白作为其调节亚单位，进而表现出蛋白激酶活性。◆不同CDK激酶所要求结合的周期蛋白不同，在细胞周期中执行的调解功能也不同。◆CDK分子中有一些重要位点，通过磷酸化修饰对CDK激酶活性起重要调节作用。◆细胞内存在多种因子，通过对CDK分子结构进行修饰，参与CDK激酶活性调节。

33第七章细胞增殖及其调控CDK激酶抑制物（CDKI）◆细胞内存在的一些对CDK激酶活性起负性调控，即对CDK激酶起抑制作用的蛋白质，称为CDK激酶抑制物。34第七章细胞增殖及其调控

其他内在因素和外在因素在细胞周期调控中的作用内在因素——癌基因和抑癌基因外在因素——离子辐射、化学物质作用、病毒感染、温度变化、pH变化等。35第七章细胞增殖及其调控

细胞周期运行的调控机制细胞周期运转受到细胞内外各种因素的精密调控，细胞内因是调控依据。CDK激酶是细胞周期调控中的重要因素，是细胞周期运转的引擎分子。各种不同的CDK激酶都至少含有两个亚单位，即周期蛋白和CDK蛋白。周期蛋白是调节亚单位，CDK蛋白是催化亚单位。不同种类的周期蛋白分别与不同的CDK蛋白结合，在细胞周期的不同时相起调节作用。36第七章细胞增殖及其调控CDK激酶通过磷酸化其底物蛋白而对细胞周期进行调控。CDK激酶活性受到多种因素的综合调节，除周期蛋白外还有各种修饰性调控因子、CDK激酶抑制物等。除CDK激酶及其直接的活性调节因子外，