第六章細(xì)胞周期與腫瘤

第六章細(xì)胞周期與腫瘤演示文稿現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期五第六章細(xì)胞周期與腫瘤現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期五生命是如何生長(zhǎng)，生存，繁衍和死亡？在每一個(gè)生命個(gè)體中都存在一個(gè)精密的程序，或生物鐘。生物鐘決定著細(xì)胞是否、何時(shí)生長(zhǎng)、分裂、或死亡。這就是細(xì)胞周期調(diào)控機(jī)制，它在相關(guān)基因的控制下，依據(jù)一定的規(guī)則和節(jié)奏運(yùn)行著，調(diào)控細(xì)胞的生長(zhǎng)、分裂和死亡。在胚胎細(xì)胞，細(xì)胞周期保持快速運(yùn)行，在一些成年細(xì)胞中其運(yùn)行慢得多，而在神經(jīng)元細(xì)胞細(xì)胞周期幾乎完全不運(yùn)行。在生長(zhǎng)過(guò)程中的細(xì)胞，如果細(xì)胞周期不能運(yùn)行，結(jié)果是死亡。而在成熟細(xì)胞，細(xì)胞周期不正確的運(yùn)行，結(jié)果則是腫瘤的發(fā)生?，F(xiàn)在是3頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期五第一節(jié)

歷史回顧一、生命復(fù)制之謎的揭開(kāi)

1.1858年建立細(xì)胞理論：生命的基本形式是細(xì)胞，機(jī)體由細(xì)胞構(gòu)成，細(xì)胞的生長(zhǎng)復(fù)制形成了生物體的生長(zhǎng)繁衍，細(xì)胞的異?；蛩劳鰧?dǎo)致機(jī)體的疾病或死亡細(xì)胞生長(zhǎng)中有兩種形式：有絲分裂期和細(xì)胞間期現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期五1951年發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞分裂周期：G1SG2MG0隨著成熟刺激因子（maturationpromotingfactor,MPF），

細(xì)胞周期素（cyclin），細(xì)胞周期素依賴(lài)性蛋白激酶的發(fā)現(xiàn)使對(duì)細(xì)胞周期及與腫瘤的發(fā)生發(fā)展關(guān)系的研究有了很大進(jìn)展現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期五細(xì)胞分裂周期圖現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期五二、腫瘤發(fā)生、發(fā)展與生命復(fù)制研究的會(huì)合通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)了1.存在于正常細(xì)胞內(nèi)的原癌基因發(fā)生錯(cuò)誤轉(zhuǎn)變?yōu)榘┗?.一些基因失活后正常細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)榘┘?xì)胞—抑癌基因。經(jīng)過(guò)70年代的癌基因時(shí)代，80年代的抑癌基因時(shí)代90年代的多基因時(shí)代或癌基因蛋白網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，提出了一系列的理論：腫瘤多步驟里論、DNA修復(fù)理論、細(xì)胞凋亡理論，進(jìn)一步闡明細(xì)胞周期核心機(jī)制、細(xì)胞周期啟動(dòng)機(jī)制、細(xì)胞周期檢測(cè)點(diǎn)機(jī)制現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期五三、腫瘤與細(xì)胞周期研究的重大突破（一）腫瘤是多步驟發(fā)生多基因突變的進(jìn)行性疾病：二次打擊學(xué)說(shuō)，腫瘤的發(fā)生發(fā)展是一個(gè)細(xì)胞克隆進(jìn)化的過(guò)程（二）腫瘤是一類(lèi)細(xì)胞周期疾病各種基因的功效會(huì)聚到細(xì)胞周期機(jī)制形成腫瘤現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期五細(xì)胞各時(shí)相的動(dòng)態(tài)變化１、G1期

RNA在此期大量合成，導(dǎo)致蛋白質(zhì)量明顯增加。S期所需的DNA復(fù)制相關(guān)的酶系，如DNA聚合酶，G1期向S期轉(zhuǎn)變相關(guān)的蛋白質(zhì)如觸發(fā)蛋白、鈣調(diào)蛋白、細(xì)胞周期蛋白等均在此期合成。

現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期五觸發(fā)蛋白是一種不穩(wěn)定蛋白，它對(duì)細(xì)胞從G1期進(jìn)入S期是必須的。只有當(dāng)其含量積累到臨界值，細(xì)胞周期才能朝DNA合成方向進(jìn)行。鈣調(diào)蛋白是真核細(xì)胞內(nèi)重要的鈣受體，它調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)鈣的水平，鈣調(diào)蛋白的含量，在G1晚期可達(dá)峰值，用抗鈣調(diào)蛋白藥物處理細(xì)胞，可延緩其從G1期到S期的進(jìn)程。G1期蛋白質(zhì)量的增加，可能與蛋白質(zhì)合成增強(qiáng)有關(guān)，而另一原因則可能使其降解的減弱?，F(xiàn)在是10頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期五

蛋白質(zhì)的磷酸化作用在G1期開(kāi)始增加，，這將有利于G1晚期染色體結(jié)構(gòu)成分的重排。非組蛋白、一些蛋白激酶在G1期也可發(fā)生磷酸化，已知大多數(shù)蛋白激酶磷酸化發(fā)生于其絲氨酸或蘇氨酸、酪氨酸部位?，F(xiàn)在是11頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期五２、S期

S期是細(xì)胞進(jìn)行大量DNA復(fù)制的階段，組蛋白及非組蛋白也在此期大量合成，最后完成染色體的復(fù)制（１）、DNA復(fù)制需要多種酶的參與包括DNA聚合酶、DNA連接酶、胸腺嘧啶核苷酸激酶、核苷酸還原酶等。隨著細(xì)胞由G1期進(jìn)入S期，這些酶的含量或活性可顯著增高現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期五（２）、DNA復(fù)制具有嚴(yán)格的時(shí)間順序通常，GC含量較高的DNA序列在早S期復(fù)制，晚S期復(fù)制的主要為ＡＴ含量高的DNA序列；就染色體而言，常染色質(zhì)的復(fù)制較異染色質(zhì)要早，典型的例子如人女性的細(xì)胞中，當(dāng)其它染色體都被復(fù)制完以后，才開(kāi)始進(jìn)行純化的X染色體復(fù)制?，F(xiàn)在是13頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期五（３）、S期是細(xì)胞合成的主要時(shí)相此時(shí)細(xì)胞質(zhì)中可出現(xiàn)大量的組蛋白mRNA，新合成的組蛋白從胞質(zhì)進(jìn)入胞核，與復(fù)制后的DNA迅速結(jié)合，但繞成核小體，進(jìn)而形成具有兩條單體的染色體。除了蛋白質(zhì)合成以外，在S期細(xì)胞中不斷進(jìn)行著組蛋白的持續(xù)磷酸化。現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期五（４）、中心粒的復(fù)制也在S期完成原本垂直的一對(duì)中心粒發(fā)生分離，各自在其垂直方向形成一個(gè)子中心粒，由此形成的兩對(duì)中心粒在以后的細(xì)胞周期進(jìn)程中，將發(fā)揮微管組織中心的作用，紡錘體微管，星體微管的形成均與此相關(guān)。現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期五３、G2期為細(xì)胞分裂準(zhǔn)備期，細(xì)胞中合成一些與M期結(jié)構(gòu)功能相關(guān)的蛋白質(zhì)，與核膜破裂，染色體凝集相關(guān)的成熟促進(jìn)因子在此期合成。微管蛋白G２期合成達(dá)高峰，為M期紡錘體微管的形成提供了豐富的來(lái)源。已經(jīng)復(fù)制的中心粒在G2期逐漸長(zhǎng)大，并開(kāi)始向細(xì)胞兩極分離?，F(xiàn)在是16頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期五４、M期為細(xì)胞有絲分裂期。在此期細(xì)胞中，染色體凝集后發(fā)生姊妹染色單體的分離，核膜核仁破裂后再重建，胞質(zhì)中有紡錘體收縮環(huán)出現(xiàn)，隨著兩個(gè)子核的形成，胞質(zhì)也一分為二，由此完成細(xì)胞分裂?，F(xiàn)在是17頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期五細(xì)胞分裂周期及主要調(diào)控機(jī)制現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期五第二節(jié)

細(xì)胞周期機(jī)制的核心－CDK調(diào)控機(jī)制一、CDK調(diào)控中心細(xì)胞周期機(jī)制的核心，是一組蛋白激酶，它們各自在細(xì)胞周期內(nèi)特定的時(shí)間激活，通過(guò)對(duì)相應(yīng)的底物磷酸化，驅(qū)使細(xì)胞完成細(xì)胞周期。這些蛋白激酶的細(xì)胞周期特異性或時(shí)相性激活，依賴(lài)于一類(lèi)細(xì)胞周期特異性或時(shí)相性表達(dá)、累及與分解的蛋白質(zhì)，稱(chēng)為細(xì)胞周期素，而前者被稱(chēng)為細(xì)胞周期依賴(lài)性蛋白激酶。這一核心調(diào)控機(jī)制來(lái)源于科學(xué)家對(duì)酵母、非洲爪蟾卵、果蠅和人類(lèi)細(xì)胞的研究，由于其億萬(wàn)年進(jìn)化后仍被高度保守下來(lái)。現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期五1.Wee1/CDC25（Wee1基因）：真核生物的基因，編碼酪氨酸蛋白激酶，通過(guò)對(duì)P34CDC進(jìn)行磷酸化而抑制細(xì)胞分裂周期。2.CDC２５gene（細(xì)胞周期基因２５）：釀酒酵母中編碼NEF因子的基因，能激活酵母RAS蛋白以及Ha-Ras蛋白。NEF因子是一種病毒調(diào)節(jié)蛋白?，F(xiàn)在是20頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期五3.人類(lèi)主要的CDK有７種：CDK1-74.人類(lèi)主要的cyclin有８類(lèi)１１種：cyclin－A,cyclin-B(B1:B2),cyclinC,cyclinD(D1,D2,D3),cyclin-E,cyclin-F,cyclin-G,cyclin-H.

細(xì)胞周期素與CDKs結(jié)合后，CDKs才具有活性，它們兩者的結(jié)合使細(xì)胞周期有序進(jìn)行。具體結(jié)合方式如下：現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期五（１）

CDK2、CDK4與cyclin-E結(jié)合，而CDK２、CDK４、CDK５、CDK６與cyclin－Ｄ結(jié)合是G1期運(yùn)行的必備條件。（２）

CDK２與cyclin-E結(jié)合是S期啟動(dòng)的必要條件。（３）

CDK２與cyclin-A的結(jié)合是G2期啟動(dòng)和進(jìn)行的必要條件。（４）

CDC2(CDC1)與cyclin-B1的結(jié)合是M期事件啟動(dòng)和進(jìn)行的必要條件現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期五二、細(xì)胞周期素（cyclins）是調(diào)控CDK活性的主要成分起初人們定義cyclin時(shí)，是根據(jù)其蛋白質(zhì)水平在細(xì)胞周期內(nèi)呈時(shí)相性起伏的特征?，F(xiàn)在看來(lái)，正確的定義，應(yīng)根據(jù)該蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)上是否存在能與CDK催化亞單位結(jié)合、激活的特異性區(qū)域。所有的cyclin蛋白分子結(jié)構(gòu)上，都有一個(gè)由１００多個(gè)氨基酸組成的相對(duì)保守的區(qū)域，人們稱(chēng)為細(xì)胞周期盒。Cyclinbox的主要功能是與cyclin結(jié)合并激活之，如果該區(qū)域突變，cyclin與CDK的結(jié)合能力和激活功能同時(shí)喪失。

現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期五

Cyclin的功能調(diào)控主要依靠其蛋白水平的細(xì)胞周期特異性起伏。Cyclin蛋白質(zhì)水平的細(xì)胞周期時(shí)相性起伏與它們的mRNA起伏也有密切關(guān)系，但機(jī)制不清楚?，F(xiàn)在是24頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期五Cyclin蛋白質(zhì)還含有特別的區(qū)間，能將相應(yīng)的CDK引到特定的底物或亞細(xì)胞部位，因此，cyclin蛋白質(zhì)除了激活相應(yīng)的CDK外，還有加強(qiáng)CDK對(duì)特定的物的作用。這一功能可能是因?yàn)閏yclin與特定的物質(zhì)之間的正反應(yīng)所致。

現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期五三、Thr160/161磷酸化：CDK的激活，除了必須與相應(yīng)的cyclin結(jié)合外，還需要在其保守的蘇氨酸殘基上進(jìn)行磷酸化。在人類(lèi)細(xì)胞的CDC2，這一關(guān)鍵性的磷酸化是在１６１位的蘇氨酸殘基（Thr16１），CDK2則在１６０位的蘇氨酸殘基（Thr16０）CDK7與cyclinH結(jié)合后，不僅可以使CDC2和CDK2磷酸化，還能使較遠(yuǎn)的的CDK家族成員CDK4磷酸化。所以一種CAK能使細(xì)胞周期調(diào)控中心的所有重要的CDK-cyclin底物磷酸化而激活。這種CAK導(dǎo)致的某一種CDK-cyclin底物磷酸化，與cyclin的時(shí)相性起伏相平行?，F(xiàn)在是26頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期五四、Thr14/Tyr15磷酸化和去磷酸化。CDC2的激活過(guò)程是Thr160/161磷酸化和Thr14/Tyr15磷酸化過(guò)程，CDC2激活后去激活大蛋白激酶或抑制磷酸酶使Weel滅活最終是細(xì)胞進(jìn)入有絲分裂

五、細(xì)胞周期依賴(lài)性蛋白激酶抑制物：（CKI）CKI主要有兩大家族，一類(lèi)是p21(CIP1/WAF1/CAP20/SDI1)和p27(KIP1),它們主要與CDK2、CDK4的抑制有關(guān)；另一類(lèi)是p16INK4和p15INK4B，主要與CDK4、CDK6的抑制密切相關(guān)。現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期五

作用機(jī)制：未完全清楚，大多數(shù)CKI是通過(guò)直接與Thr160/161磷酸化后的CDK-cyclin復(fù)合物密切結(jié)合，直接抑制其蛋白激酶活性?，F(xiàn)較為肯定的是p21，其調(diào)控水平在基因轉(zhuǎn)錄的層面，當(dāng)DNA損傷和細(xì)胞衰老時(shí)，具有轉(zhuǎn)錄因子作用的p53增高，抑制其蛋白激酶活性，阻滯細(xì)胞周期的進(jìn)行。現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期五第三節(jié)

細(xì)胞周期的兩大機(jī)制

細(xì)胞周期得以進(jìn)行的核心機(jī)制是在一系列cyclin時(shí)相起伏的調(diào)控下，相應(yīng)的CDK依次激活，驅(qū)使細(xì)胞通過(guò)G1,S,G2期，達(dá)到M期，細(xì)胞一分為二，實(shí)現(xiàn)忠于親代的細(xì)胞復(fù)制。這一過(guò)程的順利完成取決于是否啟動(dòng)和能否忠于運(yùn)行，達(dá)到忠實(shí)復(fù)制，是細(xì)胞周期調(diào)控的兩大生物學(xué)機(jī)制。現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期五一、細(xì)胞周期的啟動(dòng)機(jī)制細(xì)胞周期能否啟動(dòng)進(jìn)行細(xì)胞增殖，主要的調(diào)控點(diǎn)在G1期，它決定細(xì)胞是否通過(guò)G1期進(jìn)入S期。這一調(diào)控點(diǎn)首先在芽殖酵母的研究中被認(rèn)識(shí)，人們稱(chēng)其為“起始點(diǎn)”（START）。一旦細(xì)胞通過(guò)start,它們勢(shì)必進(jìn)入S期，完成整個(gè)細(xì)胞分裂周期。因此start有時(shí)酵母細(xì)胞周期的“決定點(diǎn)”?，F(xiàn)在是30頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期五在人體細(xì)胞增殖中，在G1期存在相似的調(diào)控機(jī)制。在G1期較晚時(shí)，也有一個(gè)決定點(diǎn)，稱(chēng)為“限制點(diǎn)”（restrictionpoint），與酵母的START功能類(lèi)似，不同的是，人類(lèi)細(xì)胞是否通過(guò)“限制點(diǎn)”，進(jìn)入細(xì)胞周期，主要受與細(xì)胞增殖有關(guān)的細(xì)胞外生長(zhǎng)因子的調(diào)控，而不是營(yíng)養(yǎng)素。只要有相應(yīng)的生長(zhǎng)因子存在，細(xì)胞就能通過(guò)R點(diǎn)進(jìn)入S期，完成整個(gè)細(xì)胞周期?；氐紾0/1期。相反，如果細(xì)胞在G1期就缺乏相應(yīng)的生長(zhǎng)因子，細(xì)胞周期的運(yùn)行將停止在R點(diǎn)，此時(shí)細(xì)胞進(jìn)入“安靜狀態(tài)，稱(chēng)之為G0期?，F(xiàn)在是31頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期五

連接信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與細(xì)胞周期有兩條途徑，一是cyclin－D/CDK4，二是cyclinE/CDK2。二者都是G1期進(jìn)行的限速步驟，即cyclinD或cyclinE的過(guò)度表達(dá)，均能縮短G1期時(shí)間或加速G1期進(jìn)行現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期五二、細(xì)胞周期的監(jiān)控機(jī)制（一）

DNA損傷檢測(cè)點(diǎn)抑癌基因p53在人類(lèi)細(xì)胞周期G1期檢測(cè)點(diǎn)起著關(guān)鍵性作用。還存在G2期檢測(cè)點(diǎn)。（二）

時(shí)相次序監(jiān)測(cè)點(diǎn)有MPF(有絲分裂促進(jìn)因子)，可以誘導(dǎo)所有細(xì)胞周期時(shí)相的細(xì)胞核發(fā)生染色體凝集。

SPF(S期促進(jìn)因子)，只能誘發(fā)G1期細(xì)胞進(jìn)入S期而不能使