醫(yī)學(xué)專題-第二十二章-細(xì)胞周期及其調(diào)控

細(xì)胞周期及其調(diào)控(diàokònɡ)徐朝陽(yáng)(cháoyáng)細(xì)胞生物學(xué)教研室第一頁(yè)，共八十一頁(yè)。.前言(qiányán)細(xì)胞周期及其調(diào)控(diàokònɡ)的重要性細(xì)胞周期及其調(diào)控的復(fù)雜性第二頁(yè)，共八十一頁(yè)。.細(xì)胞周期細(xì)胞周期調(diào)控(diàokònɡ)細(xì)胞周期與醫(yī)學(xué)(yīxué)通過(tōngguò)三部分的學(xué)習(xí)了解細(xì)胞周期第三頁(yè)，共八十一頁(yè)。.細(xì)胞周期第四頁(yè)，共八十一頁(yè)。.基本概念第五頁(yè)，共八十一頁(yè)。.1.細(xì)胞周期的基本概念細(xì)胞周期（cellcycle）

細(xì)胞周期是細(xì)胞增殖周期的簡(jiǎn)稱，指細(xì)胞從分裂結(jié)束后開始生長(zhǎng)(shēngzhǎng)，到再次分裂終了所經(jīng)歷的全過程。第六頁(yè)，共八十一頁(yè)。.2.細(xì)胞周期的基本(jīběn)階段第七頁(yè)，共八十一頁(yè)。.3.機(jī)體(jītǐ)細(xì)胞的狀態(tài)第八頁(yè)，共八十一頁(yè)。.細(xì)胞周期的主要(zhǔyào)事件第九頁(yè)，共八十一頁(yè)。.1.G1期動(dòng)態(tài)(dòngtài)早G1期：細(xì)胞生長(zhǎng)R點(diǎn)：分裂(fēnliè)決定晚G1期：復(fù)制準(zhǔn)備細(xì)胞周期時(shí)間的長(zhǎng)短主要(zhǔyào)由G1期決定第十頁(yè)，共八十一頁(yè)。.2.S期動(dòng)態(tài)(dòngtài)DNA合成(héchéng)染色質(zhì)組裝中心粒復(fù)制第十一頁(yè)，共八十一頁(yè)。.中心(zhōngxīn)體的復(fù)制和分離第十二頁(yè)，共八十一頁(yè)。.3.G2期動(dòng)態(tài)(dòngtài)復(fù)制檢查(jiǎnchá)分裂準(zhǔn)備第十三頁(yè)，共八十一頁(yè)。.G1-G2期主要物質(zhì)(wùzhì)的合成第十四頁(yè)，共八十一頁(yè)。.4.M期動(dòng)態(tài)(dòngtài)染色體分離(fēnlí)胞質(zhì)分裂第十五頁(yè)，共八十一頁(yè)。.細(xì)胞周期調(diào)控(diàokònɡ)第十六頁(yè)，共八十一頁(yè)。.分裂期細(xì)胞（左）與G1期細(xì)胞（右）融合后產(chǎn)生的混合細(xì)胞。來自分裂期細(xì)胞的因子引起間期細(xì)胞的核膜收回進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（圖中可見核膜消失）。這些因子也造成(zàochénɡ)了G1期細(xì)胞染色體凝聚。中期細(xì)胞(xìbāo)內(nèi)可擴(kuò)散因子的存在可以誘導(dǎo)間期細(xì)胞(xìbāo)進(jìn)入有絲分裂第十七頁(yè)，共八十一頁(yè)。.EntryintotheCellCycleCellGrowth:increaseinmassCellProliferation:celldivisionThe“growthcycle”andthe“celldivisioncycle”areinextricablylinkedCheckpointsandsensorsmonitorgrowthcycle第十八頁(yè)，共八十一頁(yè)。.TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine2001FredHutchinsonCancerResearchCenterSeattle,WA,USAImperialCancerResearchFundLondon,UnitedKingdomImperialCancerResearchFundLondon,UnitedKingdom第十九頁(yè)，共八十一頁(yè)。.TheNobelAssemblyatKarolinskaInstitutethasawardedtheNobelPrizeinPhysiologyorMedicinejointlytoLelandHartwell,TimHuntandPaulNursefortheirdiscoveriesof"keyregulatorsofthecellcycle".Usinggeneticandbiochemicalmethods,theyidentifiedthemoleculesCDKandcyclinthatcontrolthecellcycleineukaryoticorganisms.Thesefundamentaldiscoverieshaveaprofoundimpactonmanyaspectsofbiologyandmedicine.CDKandcyclinarekeymoleculesthatcontrolandcoordinateDNA-synthesis,chromosomeseparationandcelldivision.CDKandcyclintogetherdrivethecellfromonecellcyclephasetothenext.第二十頁(yè)，共八十一頁(yè)。.細(xì)胞周期驅(qū)動(dòng)力第二十一頁(yè)，共八十一頁(yè)。.1.原動(dòng)力：周期性基因(jīyīn)表達(dá)第二十二頁(yè)，共八十一頁(yè)。.第二十三頁(yè)，共八十一頁(yè)。.2.引擎(yǐnqíng)：周期性蛋白質(zhì)磷酸化第二十四頁(yè)，共八十一頁(yè)。.2.1Cyclin-Cdk的類型(lèixíng)第二十五頁(yè)，共八十一頁(yè)。.2.2Cylin-CDK的激活(jīhuó)第二十六頁(yè)，共八十一頁(yè)。.Cdkactivatingkinase(CAK)Cdk7和CyclinH一起形成(xíngchéng)CAK;催化cdk2和cdk4分子第161位蘇氨酸的磷酸化，從而激活這些蛋白激酶的活性。第二十七頁(yè)，共八十一頁(yè)。.Cdk抑制(yìzhì)因子（CKI）第二十八頁(yè)，共八十一頁(yè)。.2.3Cdk/Cyc在細(xì)胞周期中的調(diào)控(diàokònɡ)作用第二十九頁(yè)，共八十一頁(yè)。.A.G1期第三十頁(yè)，共八十一頁(yè)。.B.S期和G2期第三十一頁(yè)，共八十一頁(yè)。.C.M期第三十二頁(yè)，共八十一頁(yè)。.Cdc25近來的研究資料表明,3種Cdc25亞型在G1/S、G2/M轉(zhuǎn)變和M期中都有作用。3種亞型能協(xié)同啟動(dòng)細(xì)胞(xìbāo)進(jìn)入S期和調(diào)控G2/M的轉(zhuǎn)變。Cdc25A對(duì)于有效地促進(jìn)細(xì)胞進(jìn)入S期是必需的,其表達(dá)量的增加可促進(jìn)G1/S和G2/M檢驗(yàn)點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)變。Cdc25B和Cdc25C在控制進(jìn)入M期和G2/M檢驗(yàn)點(diǎn)具有重要的作用。然而,Cdc25B在G2/M檢驗(yàn)點(diǎn)早期階段似乎具有更突出的作用,而Cdc25C控制G2/

M檢驗(yàn)點(diǎn)的后期階段。第三十三頁(yè)，共八十一頁(yè)。.

Cdc25的作用(zuòyòng)機(jī)制Cdk激酶活性通過Thr-14和Tyr-15(在Cdk1中)的磷酸化作用(zuòyòng)而被負(fù)調(diào)控。Cdk1的抑制性激酶在高等真核細(xì)胞中是wee1和myt1蛋白激酶。

這些激酶通過Cdc25磷酸酶的催化作用而發(fā)生去磷酸化,導(dǎo)致Cdk1/cyclinB發(fā)生活化作用。第三十四頁(yè)，共八十一頁(yè)。.3.清道夫：周期性蛋白質(zhì)降解(jiànɡjiě)泛素介導(dǎo)的細(xì)胞周期調(diào)控蛋白(dànbái)的降解泛素被稱為蛋白質(zhì)降解標(biāo)簽，結(jié)合了泛素的蛋白質(zhì)能被26S蛋白酶體識(shí)別并分解成短肽；這是短命(duǎnmìnɡ)蛋白質(zhì)和一些異常蛋白質(zhì)降解的普遍途徑。第三十五頁(yè)，共八十一頁(yè)。.第三十六頁(yè)，共八十一頁(yè)。.3.1蛋白質(zhì)的泛素化修飾(xiūshì)過程泛素先被合成為一種沒有活性的前體，之后在C端水解酶的作用下暴露雙Gly位點(diǎn)而進(jìn)行成熟化。此后泛素依次被泛素激活酶E1活化，轉(zhuǎn)移至結(jié)合(jiéhé)酶E2的半胱氨酸殘基上，被連接酶E3連接到靶蛋白表面的賴氨酸殘基上。

第三十七頁(yè)，共八十一頁(yè)。.E3activitycomplexSCF(Skp1+Cullin+F-box)complexActivefromlateG1toearlymitosisMediatesthedestructionofG1cyclins,Cdkinhibitors,etal.APC(anaphasepromotingComplex)

Degradeanubmerofkeymitoticproteins,includingthemitoticcyclins.Destructionofthemallowsacelltoexitmitosisandenteranewcellcycle.第三十八頁(yè)，共八十一頁(yè)。.SCFDegradeCyclinD/EinSphase,preventingtherepetitivestartofreplication.第三十九頁(yè)，共八十一頁(yè)。.ThefunctionofAPC第四十頁(yè)，共八十一頁(yè)。.UnlinkingofsisterchromatidsinitiatesanaphaseModelforcontrolofentryintoanaphasebyAPC-regulateddegradationofthecohesinlinkbetweensisterchromatids.第四十一頁(yè)，共八十一頁(yè)。.3.2蛋白質(zhì)的泛素化修飾(xiūshì)作用第四十二頁(yè)，共八十一頁(yè)。.4.細(xì)胞周期檢查點(diǎn)檢查點(diǎn)是檢查和控制細(xì)胞周期進(jìn)程的信號(hào)通路。主要是檢查和控制細(xì)胞周期中的一些關(guān)鍵轉(zhuǎn)換。在細(xì)胞周期程序出現(xiàn)問題或者環(huán)境條件變化時(shí)被激活，通過增強(qiáng)對(duì)Cdk的結(jié)合抑制和磷酸化來阻滯(zǔzhì)細(xì)胞周期進(jìn)程，同時(shí)啟動(dòng)DNA修復(fù)、細(xì)胞凋亡等應(yīng)對(duì)機(jī)制。第四十三頁(yè)，共八十一頁(yè)。.細(xì)胞周期檢控(jiǎnkònɡ)點(diǎn)的作用主要是調(diào)節(jié)細(xì)胞周期的時(shí)序轉(zhuǎn)換，以確保DNA復(fù)制、染色體分離等細(xì)胞重要生命活動(dòng)的高度精確性，并對(duì)DNA損傷、DNA復(fù)制受阻、紡錘體裝配和染色體分離異常等細(xì)胞損傷及時(shí)做出反應(yīng)，阻滯細(xì)胞周期的運(yùn)行，誘導(dǎo)相關(guān)基因表達(dá)(biǎodá)，使細(xì)胞有充分的時(shí)間對(duì)損傷進(jìn)行修復(fù)，以防止突變和遺傳不穩(wěn)定的發(fā)生。如細(xì)胞損傷過大而無法修復(fù)，檢控系統(tǒng)則啟動(dòng)相應(yīng)的細(xì)胞凋亡機(jī)制將損傷細(xì)胞加以清除，以確保細(xì)胞基因組的完整性和遺傳的穩(wěn)定性。第四十四頁(yè)，共八十一頁(yè)。.第四十五頁(yè)，共八十一頁(yè)。.4.1R點(diǎn)R點(diǎn)是G1期細(xì)胞能否(nénɡfǒu)順利進(jìn)入S期的關(guān)鍵。R點(diǎn)受細(xì)胞體積、接觸抑制、營(yíng)養(yǎng)條件、生長(zhǎng)因子、發(fā)育、藥物、DNA損傷情況等多方面因素的影響，其中生長(zhǎng)因子的存在是細(xì)胞越過R點(diǎn)的必要條件。第四十六頁(yè)，共八十一頁(yè)。.生長(zhǎng)因子是一大類與細(xì)胞增殖有關(guān)的信號(hào)物質(zhì)，目前發(fā)現(xiàn)的生長(zhǎng)因子多達(dá)幾十種，多數(shù)有促進(jìn)(cùjìn)細(xì)胞增殖的功能。生長(zhǎng)因子不由特定腺體產(chǎn)生，主要通過旁分泌作用于鄰近細(xì)胞。細(xì)胞在生長(zhǎng)因子的刺激下，G1期cyclinD表達(dá)。第四十七頁(yè)，共八十一頁(yè)。.表皮生長(zhǎng)因子轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子α/β骨形成蛋白(dànbái)

神經(jīng)生長(zhǎng)因子成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子粒細(xì)胞集落刺激因子粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子血小板衍生生長(zhǎng)因子紅細(xì)胞生成素血小板生成素肝細(xì)胞生長(zhǎng)子………..第四十八頁(yè)，共八十一頁(yè)。.生長(zhǎng)因子的分類(fēnlèi)第四十九頁(yè)，共八十一頁(yè)。.Checkpoints第五十頁(yè)，共八十一頁(yè)。.4.2DNA損傷(sǔnshāng)檢控點(diǎn)第五十一頁(yè)，共八十一頁(yè)。.DNA損傷(sǔnshāng)ATM/ATR細(xì)胞周期檢測(cè)點(diǎn)激酶(jīméi)1/2Cdc25激活(jīhuó)激活磷酸化出核降解，不能解除細(xì)胞核內(nèi)Cdk2的磷酸化抑制，防止細(xì)胞進(jìn)入S期Mdm2磷酸化不能結(jié)合p53，p53留在細(xì)胞核內(nèi)被磷酸化P21表達(dá)抑制cdk2/4/6活性，使細(xì)胞停滯在G1期非p53依賴途徑P53依賴途徑DNA損傷檢控的兩個(gè)途徑第五十二頁(yè)，共八十一頁(yè)。.P53:generegulatoryprotein.DNAdamageactivatesp53byanindirectmechanism.Mdm2actsasaubiquitinligasethattargetsp53fordestructionbyproteasomes.Phosphrylatedp53reduceitsbindingtoMdm2.P21(CKIprotein)bindstoG1/S-CdkandS-Cdkandinhibitstheiractivities,therebyhelpingtoblockentryintoSphase.第五十三頁(yè)，共八十一頁(yè)。.p53gene,cancerriskandaginginmicep53allelesinthismousestrain:+=wildtype-=lossoffunctionm=mutationGoodnews!Themalleleappearstoconferresistancetotumors(6%vs>45%)BadNews!Themalleleappearstohaveacostintermsofaging(dieoffsoonerthanp53+/+wildtypes)第五十四頁(yè)，共八十一頁(yè)。.4.3DNA復(fù)制(fùzhì)檢控點(diǎn)DNA差錯(cuò)(chācuò)信號(hào)ATM/ATR細(xì)胞周期檢測(cè)點(diǎn)激酶(jīméi)1/2Cdc25激活激活磷酸化出核降解，防止Cdk1磷酸化抑制的解除Waf1/Cip1磷酸化激活Cdk1磷酸化抑制第五十五頁(yè)，共八十一頁(yè)。.4.4中期/后期(hòuqī)：分裂檢控點(diǎn)第五十六頁(yè)，共八十一頁(yè)。.Anoverviewofthecell-cyclecontrolsystem第五十七頁(yè)，共八十一頁(yè)。.G1aG1bG1cG1dSG2MG0PDGFREGFRp53p16,p15p21p27pRBp21p27CyclinDCDK4,6CyclinECDK2CyclinECDK2CyclinACDK2Cyclin

A,BCDK1E2F第五十八頁(yè)，共八十一頁(yè)。.Appendix:細(xì)胞周期調(diào)控(diàokònɡ)蛋白第五十九頁(yè)，共八十一頁(yè)。.細(xì)胞周期與醫(yī)學(xué)(yīxué)第六十頁(yè)，共八十一頁(yè)。.1.周期蛋白(dànbái)表達(dá)異常CyclinDover-expressedoramplifiedinavarietyofhumancancers.Breast50%Head&Neck43%*Esophageal30%Bladder15%Liver10%S.C.Lung10%*over-expressionattimeofsurgeryassociatedwithincreasedriskofrecurrence第六十一頁(yè)，共八十一頁(yè)。.2.周期蛋白降解(jiànɡjiě)異常Over-expressionofCyclinAorCyclinEmayresultfromfailuretoundergoubiquitin-mediateddegradation.第六十二頁(yè)，共八十一頁(yè)。.InsertionalMutagenesisofCyclinAinLiverCancerCurr.Opin.Genet.Dev.3:11,1993Consequence:ProteinisnotdegradedCyclinAover-expressed第六十三頁(yè)，共八十一頁(yè)。.3.磷酸酶過表達(dá)(biǎodá)cdc25A,cdc25BmRNAandproteinover-expressedin:AggressiveLymphomas(40-100%)HeadandNecktumorsNoover-expressioninindolentlymphomas.cdc25Clevelsrelativelylowinallcancers.DeactivationofCDKactivitybyphosphorylationofATPbindingsiteorreactivationbyphosphatases.CancerRes.57:2366,1997Int.J.Cancer89:148,2000第六十四頁(yè)，共八十一頁(yè)。.4.CAK活性異常(yìcháng)Cdk7moderatelyelevatedinavarietyofhumantumorcelllinesandbiopsyspecimens.

RetinoblastomaFibrosarcomaOsteosarcomaCervixSoftTissueSarcomaInt.J.Cancer66:732,1996第六十五頁(yè)，共八十一頁(yè)。.5.CKI缺失(quēshī)p16Deletion(9p21)MostcommondeletioninGlioblastoma(GBM)MorecommoninprimarythansecondaryGBMAssociatedwithEGFRamplificationNotassociatedwithp53mutationConferssignificantlyhigherratesofproliferation,andpoorprognosis第六十六頁(yè)，共八十一頁(yè)。.Science264:436,1994第六十七頁(yè)，共八十一頁(yè)。.p27-/-Increasedanimalsizeandorganovergrowth(particularlyspleenandthymus)Femaleinfertility,DisorganizationofretinaPituitaryhyperplasia(adenoma)NodefectinresponsetoTGF-B第六十八頁(yè)，共八十一頁(yè)。.p27KnockoutMouseLittermatesat12weeksThymusGlandsCell85:710,1996p27+/+p27-/-第六十九頁(yè)，共八十一頁(yè)。.6.生長(zhǎng)因子及其受體突變(tūbiàn)第七十頁(yè)，共八十一頁(yè)。.細(xì)胞周期研究(yánjiū)方法第七十一頁(yè)，共八十一頁(yè)。.1.細(xì)胞周期同步化第七十二頁(yè)，共八十一頁(yè)。.1.1代謝(dàixiè)抑制法原理：選用DNA合成的抑制劑，可逆地抑制DNA合成，而不影響其他時(shí)期細(xì)胞的運(yùn)轉(zhuǎn)，最終可將細(xì)胞群阻斷在S期或G/S交界處。優(yōu)點(diǎn)：同步化程度(chéngdù)高，適用于任何培養(yǎng)體系。可將幾乎所有的細(xì)胞同步化。缺點(diǎn)：容易產(chǎn)生非均衡生長(zhǎng)，個(gè)別細(xì)胞體積增大。第七十三頁(yè)，共八十一頁(yè)。.1.2細(xì)胞分裂收獲(shōuhuò)法

方法：使單層培養(yǎng)的細(xì)胞處于對(duì)數(shù)增殖期，此時(shí)分裂活躍，有絲分裂細(xì)胞變圓隆起，與培養(yǎng)皿的附著性低，此時(shí)輕輕振蕩，M期細(xì)胞脫離器壁，懸浮于培養(yǎng)液中，收集培養(yǎng)液，再加入新鮮培養(yǎng)液，依法繼續(xù)(jìxù)收集，則可獲得一定數(shù)量的中期細(xì)胞。優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，同步化程度高，細(xì)胞不受藥物傷害。缺點(diǎn)：獲得的細(xì)胞數(shù)量較少。（分裂細(xì)胞約占1%～2%）第七十四頁(yè)，共八十一頁(yè)。.2.1有關(guān)(yǒuguān)名詞

TG1：G1期的持續(xù)時(shí)間TG2：G2期的持續(xù)時(shí)間TS：S期的持續(xù)時(shí)間TM：M期的持續(xù)時(shí)間TC：一個(gè)細(xì)胞周期的持續(xù)時(shí)間PLM：標(biāo)記的有絲分裂(yǒusīfēnliè)細(xì)胞所占的比例TDR：胸腺嘧啶核苷（ThymineDeoxyriboside,TDR），是DNA的特異前體，能被S期細(xì)胞攝入，而摻進(jìn)DNA中。通常使用的是3H或者14C標(biāo)記的TDR。第七十五頁(yè)，共八十一頁(yè)。.2.細(xì)胞周期時(shí)間(shíjiān)的測(cè)定細(xì)胞周期時(shí)間的長(zhǎng)短因細(xì)胞的類型、狀態(tài)和環(huán)境而異。標(biāo)記有絲分裂百分率法（percentagelabeledmitoses，PLM）是一種常用的測(cè)定細(xì)胞周期時(shí)間的方法(fāngfǎ)。其原理是對(duì)測(cè)定細(xì)胞進(jìn)行脈沖標(biāo)記、定時(shí)取材、利用放射自顯影技術(shù)