細胞周期的教案

細胞周期的教案第1頁/共51頁2023/4/232★細胞的最終命運：細胞分裂(celldivision)及生長（相關(guān)物質(zhì)準備）→細胞增殖(cellproliferation)，受到嚴密的調(diào)控機制所監(jiān)控細胞死亡(celldeath)第2頁/共51頁2023/4/233受精卵及卵裂第3頁/共51頁2023/4/234DividingMuscleMyoblast(primativemusclecell)(SEMx8,000)第4頁/共51頁2023/4/235示植物細胞有絲分裂第5頁/共51頁2023/4/236第6頁/共51頁2023/4/2372001年10月8日，美國人Leland

Hartwell、英國人PaulNurse、Timothy

Hunt因?qū)毎芷谡{(diào)控機理的研究而榮獲諾貝爾生理醫(yī)學獎

。第7頁/共51頁2023/4/238標準的細胞周期：從G1期開始，歷經(jīng)S、G2，到M期結(jié)束。第8頁/共51頁2023/4/239

●細胞周期

●細胞周期時間(Tc)

G1(DNA合成前期)變異范圍大(0h~數(shù)年)

間期

S(DNA合成期)

8~30h

G2(DNA合成后期)

1~5h

分裂期(M)

0.5~1h

第一節(jié)細胞周期的基本概念細胞周期時間因細胞類型、狀態(tài)和環(huán)境而異。第9頁/共51頁2023/4/2310●細胞的增殖特性（機體細胞的狀態(tài)）1）增殖細胞（周期性細胞）：能夠增殖，不斷進入周期完成分裂。2）暫不增殖細胞（休眠細胞，G0細胞）：長期停留在G1晚期（G0期）而不越過限制點，未喪失分裂能力，在適當條件下可恢復到增殖狀態(tài)。3）永不增殖細胞（終末分化細胞）：始終停留在G1期，失去增殖能力直到衰老死亡。第10頁/共51頁2023/4/2311執(zhí)行某種生物學功能，或進行細胞分化，或走向死亡(限制點，R點)第11頁/共51頁2023/4/2312

●細胞周期研究方法（p183）細胞周期模型細胞周期同步化3H-TdR（氚標記胸苷）有絲分裂標記法流式細胞技術(shù)第12頁/共51頁2023/4/2313DNAsynthesiscycledemonstratedby3H-thymidineincorporationTMTSTcTG2應(yīng)用3H-TdR短期飼養(yǎng)細胞，數(shù)分鐘至半小時后，將3H-TdR洗脫，置換新鮮培養(yǎng)液并繼續(xù)培養(yǎng)。隨后，每隔半小時或1小時定期取樣，作放射自顯影觀察分析，從而確定細胞周期各個時相的長短。第13頁/共51頁2023/4/2314byflowcytometermicroscopy

第14頁/共51頁2023/4/2315●細胞周期檢驗點(checkpoint)

(p180)★G1晚期的R點(RestrictionPoint，限制點)★G1∕S的DNA損傷檢驗點

★G2∕M的DNA復制檢驗點

★中期∕后期的紡錘體組裝檢驗點(分裂檢驗點)

第15頁/共51頁2023/4/2316第16頁/共51頁2023/4/2317第二節(jié)細胞周期的主要事件一、G1期：細胞生長、分裂決定、復制準備

1.RNA、蛋白質(zhì)（與DNA復制有關(guān)的酶及與G1期向S期轉(zhuǎn)變相關(guān)的蛋白質(zhì)等）合成和代謝活動旺盛（→細胞的第一生長期）

2.分裂決定：越過限制點（R點）

3.DNA含量為2n第17頁/共51頁2023/4/2318二、S期：DNA合成、染色質(zhì)組裝、中心體復制1.DNA復制，2n→

4n2.組蛋白、非組蛋白合成3.染色質(zhì)復制（組裝成核小體）4.中心體復制第18頁/共51頁2023/4/2319ExperimentaldemonstrationofthecoordinatedSynthesisofDNAandhitones.第19頁/共51頁2023/4/2320第20頁/共51頁2023/4/2321第21頁/共51頁2023/4/2322三、G2期：復制檢查、分裂準備1.越過G2期檢驗點

2.RNA、蛋白質(zhì)（如微管蛋白、染色質(zhì)凝集相關(guān)蛋白、M期調(diào)控蛋白）合成（→細胞的第二生長期）

3.DNA含量4n第22頁/共51頁2023/4/2323四、M期：染色體分離、胞質(zhì)分裂DNA的精確分配4n2n2n有絲分裂有絲分裂減數(shù)分裂第23頁/共51頁2023/4/2324第三節(jié)細胞周期的運行機制一、周期性基因表達是細胞周期的原動力

如細胞分裂周期基因（celldivisioncyclegene，cdc基因）二、細胞周期引擎是cyclin-Cdk蛋白質(zhì)磷酸化調(diào)控系統(tǒng)

其中，G1期為cyclinD-Cdk4/6和cyclinE-Cdk2S期和G2為cyclinA-Cdk2M期為cyclinA/B-Cdk1第24頁/共51頁2023/4/2325cyclin-Cdk復合物：催化靶蛋白(如H1、H3、NHP、lamin、細胞骨架蛋白等)的磷酸化，參與周期的調(diào)控。周期蛋白(cyclin)：細胞周期中周期性合成和降解的蛋白質(zhì)，與Cdk結(jié)合，促Cdk對靶蛋白的磷酸化，是復合物的調(diào)節(jié)亞基。目前從酵母和各類動物中分離出的周期蛋白有30余種，在脊椎動物中為A1-2、B1-3

、C、

D1-3、E1-2、F、G、H等。依賴周期蛋白的蛋白激酶(cyclindependentkinase，Cdk)：催化靶蛋白的磷酸化，為復合物的催化亞基。CDK在動物中有7種。

第25頁/共51頁2023/4/2326第26頁/共51頁2023/4/2327Cyc-Cdk蛋白質(zhì)磷酸化調(diào)控系統(tǒng)的多樣性與周期變化第27頁/共51頁2023/4/2328HeLa細胞中cyclin的周期性表達第28頁/共51頁2023/4/2329M期cyclinA/B-Cdk1(成熟促進因子，MPF)

S期開始合成

G2期達峰值

M期后期到下一個G1早期被降解（p179）第29頁/共51頁2023/4/2330Cdk1Cdk1第30頁/共51頁2023/4/2331MPF

活性周期CDK1激酶活性首先依賴于CycB含量的積累。CycB的含量達到一定值并與CDK1蛋白結(jié)合，同時在其他一些因素的調(diào)節(jié)下，逐漸表現(xiàn)出最大激酶活性。第31頁/共51頁2023/4/2332MPF在M期的調(diào)節(jié)過程（p179）Cdk1激活APCRNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ核仁解體第32頁/共51頁2023/4/2333M期Cyclin的降解盒(破壞框)與降解途徑（蛋白酶體）（后期啟動復合物）三、細胞周期中蛋白質(zhì)的泛素化降解主要由APC和SCF引導（p179）多聚泛素鏈（泛素）第33頁/共51頁2023/4/2334E1：泛素激活酶E2：泛素結(jié)合酶E3：泛素連接酶，包括APC和SCF。

APC(后期啟動復合物)的活性變化是分裂中期/后期轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵問題。

SCF(蛋白降解復合體)自身則由APC蛋白來調(diào)控。第34頁/共51頁2023/4/2335Cyclin的降解：泛素是蛋白質(zhì)降解標簽。泛素化蛋白降解機制是細胞內(nèi)短壽命蛋白和一些異常蛋白降解的普遍途徑。被稱為細胞周期的清道夫。第35頁/共51頁2023/4/2336蛋白酶體是細胞用來調(diào)控特定蛋白質(zhì)如短壽命蛋白質(zhì)和除去錯誤折疊蛋白質(zhì)的主要機制。經(jīng)過蛋白酶體的降解，蛋白質(zhì)被切割為約7-8個氨基酸長的肽段；這些肽段可以被進一步降解為單個氨基酸分子，然后被用于合成新的蛋白質(zhì)。2004年諾貝爾化學獎的獲獎主題就是蛋白質(zhì)酶解在細胞中的重要性和泛素在酶解途徑的作用。第36頁/共51頁2023/4/2337四、生長因子是細胞周期的外在動力

沒有生長因子時，動物細胞不能越過R點，而不能進入S期。生長因子的作用主要是啟動細胞信號轉(zhuǎn)導途徑，激活CycD的表達。（p180）生長因子的作用機理第37頁/共51頁2023/4/2338◆生長因子對細胞增殖的影響

●目前發(fā)現(xiàn)的生長因子多達幾十種：多數(shù)有促進細胞增殖的功能，如表皮生長因子（EGF）、神經(jīng)生長因子（NGF）；少數(shù)具有抑制作用，如腫瘤壞死因子（TNF）；個別如轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)具有雙重調(diào)節(jié)作用，能促進一類細胞的增殖，而抑制另一類細胞。第38頁/共51頁2023/4/2339五、細胞周期運轉(zhuǎn)的阻遏(負調(diào)控)細胞至少可通過兩種不同機制阻遏細胞周期的運轉(zhuǎn)：

◆Cdk抑制蛋白(CKI)通過與CDK結(jié)合來抑制Cyclin-Cdk復合物的裝配或其活性，而將細胞阻止在不同的檢驗點。根據(jù)CKI的分子質(zhì)量，分別被命名為p15、p16、p21、p27、p53等。這些蛋白質(zhì)具有一定的同源性。（p179）

◆周期調(diào)控系統(tǒng)組分停止合成，如G0細胞，大部分Cyclin和Cdk都消失，這在多細胞生物尤其明顯。第39頁/共51頁2023/4/2340CKI

的抑制作用第40頁/共51頁2023/4/2341第41頁/共51頁2023/4/2342圖示p21抑制G1期CDK和PCNA(DNA聚合酶δ的輔助因子)第42頁/共51頁2023/4/2343p53基因：位于人類染色體17p13，表達的p53蛋白是一種核結(jié)合蛋白，能阻止DNA損傷或突變的細胞通過R點，從而將細胞阻于G1期，抑制細胞增殖。作用方式之一為p53依賴途徑之p53/p21

機制。（p182、180）▲抑癌基因：其產(chǎn)物主要是細胞周期負調(diào)控因子，如CKI，可抑制細胞的生長和分裂。如p53基因。（p182）第43頁/共51頁2023/4/2344DNA損傷導致細胞阻滯于G1期的p53/p21

機制P21主要對G1期Cdk起抑制作用，還直接抑制DNA復制。第44頁/共51頁2023/4/2345如果p53基因突變或缺失，等于失去了“分子警察”，DNA損傷引起的突變會導致細胞癌變，也就肆無忌憚了。p53基因與細胞凋亡和癌變第45頁/共51頁2023/4/2346甲狀旁腺良性瘤、乙型肝炎病毒誘發(fā)的肝癌、乳腺癌、淋巴細胞瘤和cyclinA或D等的過度表達有關(guān)。cyclinA與HBV基因的一段有同源性，故HBV可整合入cyclinA基因的（CCNA）處，其表達的嵌合蛋白缺乏cyclin的降解盒，而不能被降解，使cyclinA持久作