細(xì)胞生物學(xué)-下第13章增殖調(diào)控

13.3細(xì)胞周期調(diào)控細(xì)胞周期的運(yùn)轉(zhuǎn)需要控制，保證有序的事件依次完成。細(xì)胞長(zhǎng)到一定大小——DNA復(fù)制——DNA復(fù)制完成——有絲分裂。

連鎖反應(yīng)協(xié)同反應(yīng)13.3.1細(xì)胞周期調(diào)節(jié)因子－MPF

MPF

-成熟促進(jìn)因子(maturation-promotingfactor)

-M期促進(jìn)因子(Mphase-promotingfactor)-有絲分裂促進(jìn)因子(mitosis-promotingfactor)1MPF的發(fā)現(xiàn)P.N.Rao和R.T.Johnson(1970年)將Hela細(xì)胞同步于M期，然后與處于不同時(shí)期的間期細(xì)胞混合，在滅活仙臺(tái)病毒介導(dǎo)下，誘導(dǎo)細(xì)胞融合。將處于M期的細(xì)胞與處于不同時(shí)期的間期細(xì)胞融合,間期細(xì)胞發(fā)生了形態(tài)各異的染色體凝縮,這種現(xiàn)象稱(chēng)為早熟染色體凝縮(prematurechromosomecondensation,PCC)。

此種染色體稱(chēng)為早熟染色體。PCC單線(xiàn)狀粉末狀雙線(xiàn)染色體狀（a）M+G1(b)M+S(c)M+G21971年，Y.

Masui和C.Markert用誘導(dǎo)成熟的非洲爪蟾卵做細(xì)胞質(zhì)移植實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在成熟的卵細(xì)胞質(zhì)中，存在一種物質(zhì)，可以誘導(dǎo)卵母細(xì)胞成熟，稱(chēng)為成熟促進(jìn)因子，即MPF。研究細(xì)胞周期調(diào)控

爪蟾卵母細(xì)胞爪蟾的卵母細(xì)胞處在減數(shù)分裂I的M期之前（G2）在孕酮的作用下，卵母細(xì)胞發(fā)育為成熟的卵細(xì)胞處在減數(shù)分裂II的M期（MII）MPF被發(fā)現(xiàn)后，不少學(xué)者便著手MPF的純化工作。直到1988年，Maller實(shí)驗(yàn)室的Lohka等以非洲爪蟾卵細(xì)胞為材料，分離獲得微克級(jí)的MPF，證明主要含有p32和p45兩種蛋白。這二者結(jié)合后，表現(xiàn)出蛋白激酶的活性，因此證明MPF是一種蛋白激酶。PaulNurse以裂殖酵母為材料和L.Hartwell以芽殖酵母為材料，分別發(fā)現(xiàn)并分離鑒定了與MPF具有相似功能的蛋白激酶p34cdc2和p34cdc28，而且這二者本身不具有激酶活性，只有與特定的蛋白質(zhì)結(jié)合后，才表現(xiàn)出激酶活性，如必須與p56cdc13結(jié)合。TimHunt以海膽卵為材料發(fā)現(xiàn)蛋白含量隨著細(xì)胞周期變化的周期蛋白（cyclinB）。2001年10月8日，美國(guó)人LelandHartwell、英國(guó)人PaulNurse、TimothyHunt因?qū)?xì)胞周期調(diào)控機(jī)理的研究而榮獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。兩個(gè)不同的蛋白亞基組成的異質(zhì)二聚體。實(shí)質(zhì)是一種使多種底物蛋白磷酸化的蛋白激酶，由細(xì)胞周期蛋白(cyclin)與周期蛋白依賴(lài)性蛋白激酶(cyclin-dependentproteinkinase,CDK)形成的復(fù)合物。2MPF的結(jié)構(gòu)MPF=CDK1復(fù)合物=CDK1(p34cdc2)+cyclinB。p34cdc2是裂殖酵母細(xì)胞中cdc2基因編碼的一種相對(duì)分子質(zhì)量為34kD的蛋白，在細(xì)胞周期中含量相對(duì)穩(wěn)定。cyclinB是在G2/M轉(zhuǎn)換中起作用的周期蛋白。cdc(celldivisioncycle)基因是與細(xì)胞分裂和細(xì)胞周期調(diào)控有關(guān)的基因。

Cyclin濃度在間期穩(wěn)定的增加分裂期達(dá)到頂峰，分裂期末迅速下降CDK活性隨著Cyclin的濃度發(fā)生變化蛙胚細(xì)胞酵母cyclin

：周期性合成（周期蛋白）CDK

：連續(xù)合成，含量穩(wěn)定細(xì)胞進(jìn)入分裂狀態(tài)和完成分裂活動(dòng)直接受周期蛋白周期性合成和降解及CDK的磷酸化和去磷酸化的調(diào)節(jié)。13.3.2周期蛋白和CDK

1983年，在海膽卵細(xì)胞中第一次鑒定到與MPF中的周期蛋白，命名為周期蛋白B(cyclinB)。各種生物（酵母和人類(lèi)等）分離克隆了數(shù)十種周期蛋白，人體中已發(fā)現(xiàn)的有25中。共同結(jié)構(gòu)特征：周期蛋白框和破壞框1周期蛋白2CDK（細(xì)胞周期蛋白依賴(lài)性蛋白激酶）目前在人體中已發(fā)現(xiàn)有13種。酵母只有一種CDK(裂殖酵母是Cdc2，芽殖酵母是Cdc28）各種CDK分子均含有一段類(lèi)似的CDK激酶結(jié)構(gòu)域，其中PSTAIRE序列非常保守。CDK分子有很多磷酸化修飾位點(diǎn)，細(xì)胞內(nèi)多種因子可以對(duì)該位點(diǎn)進(jìn)行修飾來(lái)調(diào)節(jié)CDK的活性。13.3.3細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)控1G2/M期轉(zhuǎn)換CDK1復(fù)合物即MPF,或p34cdc2激酶通過(guò)使某些底物磷酸化，改變其下游的某些靶蛋白的結(jié)構(gòu)和啟動(dòng)其功能，實(shí)現(xiàn)其調(diào)控細(xì)胞周期的作用。MPF的作用(下游事件）使H1磷酸化，引起染色體的凝縮。使核纖層蛋白磷酸化，造成核纖層解體、核膜破裂使某些微管結(jié)合蛋白磷酸化，引起微管在細(xì)胞中的重新分布，形成有絲分裂紡錘體。這些效應(yīng)的最終結(jié)果是細(xì)胞周期的不斷運(yùn)行。因此，CDK和cyclin又被稱(chēng)作細(xì)胞周期引擎。

2G1/S期轉(zhuǎn)換S期促進(jìn)因子（S-phasepromotingfactor，SPF）G1期的核立即進(jìn)入S期‘S期核繼續(xù)DNA的復(fù)制G2期的核停在G2期S期核繼續(xù)DNA的復(fù)制G2期的核停在G2期G1期的核根據(jù)自己的時(shí)間表進(jìn)入S期SPF實(shí)質(zhì)是G1期周期蛋白和與其結(jié)合的CDK。G1/S期轉(zhuǎn)換受CDK活性所控制。在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，G1期周期蛋白主要包括CyclinD、E，與他們結(jié)合的CDK主要包括CDK2、CDK4和CDK6等。3周期蛋白降解與周期調(diào)控SPF和MPF的激活，需要cyclin和CDK的結(jié)合及CDK的磷酸化和去磷酸化。SPF和MPF的失活，依賴(lài)于cyclin的降解。通過(guò)泛素（遍在蛋白）途徑降解參與細(xì)胞周期調(diào)控的泛素連接酶至少有兩類(lèi)：促后期復(fù)合物APC(anaphasepromotingcomplex)

負(fù)責(zé)將泛素連接到M期周期蛋白上。

SCF（skp1-cullin-F-boxprotein，三個(gè)蛋白構(gòu)成的復(fù)合體）負(fù)責(zé)將泛素連接到G1/S期周期蛋白和某些CKI(CDK

inhibitor)上。M期周期蛋白N端有一段序列與其降解有關(guān)，稱(chēng)破壞框(destructionbox)。G1周期蛋白也通過(guò)類(lèi)似的途徑降解，但其N(xiāo)端沒(méi)有破壞框，C端有一段PEST序列與其降解有關(guān)。APC介導(dǎo)的蛋白水解作用SCF介導(dǎo)的CKI的降解作用靶蛋白如CKI的磷酸化，被始終為激活狀態(tài)的SCF識(shí)別，SCF在E1和E2的幫助下，將多個(gè)泛素分子轉(zhuǎn)移到靶蛋白上，泛素化的靶蛋白立即被識(shí)別，在蛋白酶體中降解。4CDK抑制蛋白（CKI）與周期調(diào)控CKI如p27，p21p53：一種抑癌基因。DNA的損傷可以通過(guò)p53激活p21的表達(dá)，使細(xì)胞不能進(jìn)入S期，細(xì)胞周期阻滯于G1期，以修復(fù)損傷的DNA,如不能修復(fù)則啟動(dòng)凋亡程序。p53的突變使這種剎車(chē)機(jī)制失靈，細(xì)胞突變率增加，極易發(fā)生癌變。Mdm2與p53的結(jié)合，使p53在蛋白酶體中降解p53磷酸化處于激活狀態(tài)，與Mdm2分離，使p53積累激活的p53與p21(CKI)基因的調(diào)控區(qū)結(jié)合，使p21轉(zhuǎn)錄、翻譯p21與G1/S–CDK和S-CDK結(jié)合，使其失活。5細(xì)胞周期的檢驗(yàn)點(diǎn)（checkpoint）G1檢驗(yàn)點(diǎn)（啟動(dòng)點(diǎn)或限制點(diǎn)，靠近G1末期）在酵母中稱(chēng)start點(diǎn)，在哺乳動(dòng)物中稱(chēng)R點(diǎn)(restrictionpoint)，控制細(xì)胞由靜止?fàn)顟B(tài)的G1進(jìn)入DNA合成期。相關(guān)的事件包括：

DNA是否損傷？細(xì)胞內(nèi)環(huán)境是否適宜？細(xì)胞體積是否足夠大？

G2檢驗(yàn)點(diǎn)（在G2期結(jié)束點(diǎn)）是決定細(xì)胞一分為二的控制點(diǎn)相關(guān)的事件包括：

DNA是否正確復(fù)制和是否復(fù)制完全？細(xì)胞體積是否足夠大？環(huán)境因素是否適合細(xì)胞分裂？中期檢驗(yàn)點(diǎn)（紡錘體組裝檢驗(yàn)點(diǎn)，在中期末）：任何一個(gè)著絲點(diǎn)沒(méi)有正確連接到紡錘體上，引起細(xì)胞周