細胞周期調(diào)控

關(guān)于細胞周期調(diào)控課件ⅠMPF的發(fā)現(xiàn)及其作用:MPF,即卵細胞促成熟因子(maturation-promotingfactor),或細胞促分裂因子(mitosis-promotingfactor),或M期促進因子(M

phase-promotingfactor).背景一:Rao和Johnson(1970、1972、1974)將Hela細胞同步于不同階段，然后與M期細胞在滅活仙臺病毒介導(dǎo)下誘導(dǎo)細胞融合，發(fā)現(xiàn)與M期細胞融合的間期細胞產(chǎn)生了形態(tài)各異的染色體凝集,稱之為染色體超前凝集(prematurelycondensedchromosome，PCC)。如圖所示:第2頁,共20頁，2024年2月25日，星期天G1期PCC為單線狀，S期PCC為粉末狀，G2期PCC為雙線染色體，

因DNA未復(fù)制;因DNA由多個部位開始復(fù)制;說明DNA復(fù)制已完成。第3頁,共20頁，2024年2月25日，星期天人M期細胞與袋鼠（Ptk）G1、S、G2期細胞融合誘導(dǎo)PCC：

這就意味著M期細胞具有某種促進間期細胞進行分裂的因子，稱為細胞促分裂因子。不僅同類M期細胞可以誘導(dǎo)PCC，不同類的M期細胞也可以誘導(dǎo)PCC產(chǎn)生:第4頁,共20頁，2024年2月25日，星期天背景二：1971年,Masui和Markert用非洲爪蟾做實驗，明確提出了MPF這一概念。非洲爪蟾卵細胞發(fā)育過程分為六個階段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ期。前四個時期為卵母細胞生成和生長階段。其中第Ⅳ期時細胞核較大，稱為生發(fā)泡(germinalvesicle,GV),此時細胞就停留在該時期，等待成熟。第5頁,共20頁，2024年2月25日，星期天因此，在成熟卵細胞的細胞質(zhì)中必然有一種物質(zhì)，可以誘導(dǎo)卵母細胞成熟，稱之為促成熟因子，MPF。

進一步實驗表明：在成熟卵母細胞中，MPF已經(jīng)存在，只是處于非活性狀態(tài)，稱為前體MPF(preMPF)。非活性態(tài)的前體MPF通過翻譯后修飾，可以轉(zhuǎn)化為活性態(tài)的MPF。第6頁,共20頁，2024年2月25日，星期天分離純化出MPF：直到1988年，Maller實驗室的Lohka等人才以非洲爪蟾為材料，分離得到了微克級的純化的MPF。證明其含有p32和p45兩種蛋白。二者結(jié)合后表現(xiàn)出蛋白激酶活性，可以使多種蛋白質(zhì)底物磷酸化。證明，MPF是一種蛋白激酶。第7頁,共20頁，2024年2月25日，星期天Ⅱp34cdc2激酶的發(fā)現(xiàn)及其與MPF的關(guān)系：另一批生物學(xué)家以酵母為材料,從另一個側(cè)面對細胞周期調(diào)控進行著深入研究.如:L.Hartwell以芽殖酵母為實驗材料,P.Nurse以裂殖酵母為實驗材料。他們的實驗原理都相同：均是在不同溫度下培養(yǎng)酵母,獲得不同的溫度敏感突變體,這些不同的突變體在限定溫度下，會滯留在細胞周期的某個階段以及表現(xiàn)出不同的形態(tài)結(jié)構(gòu)。這些與細胞分裂和周期調(diào)控有關(guān)的基因被稱為(celldivisioncycle)cdc基因，根據(jù)被發(fā)現(xiàn)的先后順序被命名。第8頁,共20頁，2024年2月25日，星期天P.Nurse在裂殖酵母中發(fā)現(xiàn)的cdc2基因就是第一個被分離出來的cdc基因。其表達產(chǎn)物是一種相對分子量為34×103的蛋白，被稱為p34cdc2,進一步研究發(fā)現(xiàn)，p34cdc2具有激酶活性，可使多種蛋白底物磷酸化，在裂殖酵母周期調(diào)控中起關(guān)鍵性調(diào)節(jié)作用。

L.Hartwell在芽殖酵母中發(fā)現(xiàn)的cdc28基因是第二個被分離出的cdc基因，其表達產(chǎn)物也是一種相對分子量為34×103的蛋白，被稱為p34cdc28，它也是一種蛋白激酶，在G2/M轉(zhuǎn)換過程中起中心調(diào)節(jié)作用。第9頁,共20頁，2024年2月25日，星期天由此得出p34cdc2與p34cdc28是同源物。進一步研究發(fā)現(xiàn)：二者本身并不具有激酶活性，只有當(dāng)其與有關(guān)蛋白結(jié)合后，其激酶活性才能夠表現(xiàn)出來。例如：p34cdc2必須與另一種蛋白p56cdc13結(jié)合后才具有激酶活性。很快Maller＋Nurse證明：MPF中的p32可以被p34cdc2特異抗體所識別，并且p34cdc2多肽片斷可以加速MPF活性，表明二者是同源物。第10頁,共20頁，2024年2月25日，星期天Hartwell還通過研究酵母菌細胞對放射線的感受性，提出了checkpoint（細胞周期檢驗點）的概念，意指當(dāng)DNA受到損傷時，細胞周期會停下來。

芽殖酵母及其細胞周期第11頁,共20頁，2024年2月25日，星期天裂殖酵母及其細胞周期第12頁,共20頁，2024年2月25日，星期天在研究酵母的同時，以TimHunt為代表的另一批科學(xué)家正在以海膽卵為材料，對細胞周期調(diào)控進行著深入研究。他們發(fā)現(xiàn)：有兩種蛋白質(zhì)的含量隨細胞周期進程的變化而變化，一般在細胞間期內(nèi)積累，在細胞分裂期內(nèi)消失，在下一個周期中又重復(fù)這一消長現(xiàn)象。因此稱這兩種蛋白為細胞周期蛋白(cyclin)。并很快被分離和克隆出來，證明其廣泛存在于從酵母到人類等各種真核生物中，而且在功能上存在互補性。Maller＋Hunt合作證明：MPF中的另一種成分是周期蛋白B。序列分析證明，周期蛋白B與酵母的p56cdc13是同源物。第13頁,共20頁，2024年2月25日，星期天由此MPF的生化成分得到確定：

MPF=

p34cdc2+cyclinB

（催化亞單位）（調(diào)節(jié)亞單位）第14頁,共20頁，2024年2月25日，星期天2001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(xué)獎第15頁,共20頁，2024年2月25日，星期天Ⅲ周期蛋白：自1983年首次發(fā)現(xiàn)周期蛋白后，許多科學(xué)家紛紛開展周期蛋白研究，短短10年就從各種生物中克隆分離了數(shù)十種周期蛋白，如酵母的Cln1、Cln2、Cln3、Clb1-Clb6，高等動物的周期蛋白A1-2、B1-3、C、D1-3、E1-2、F、G、H等等。各種周期蛋白均含有100個左右的保守氨基酸序列，稱為周期蛋白框，它可介導(dǎo)周期蛋白與CDK結(jié)合。M期周期蛋白(A2,B1)分子的N端含有破壞框。G1期周期蛋白分子的C端含有一個PEST序列。第16頁,共20頁，2024年2月25日，星期天部分周期蛋白分子結(jié)構(gòu)特征圖中除Cln3外，均為人的周期蛋白分子，所有這些分子均含有一個周期蛋白框。第17頁,共20頁，2024年2月25日，星期天細胞周期蛋白的破壞框與降解途徑G1周期蛋白也通過類似的途徑降解，但其N端沒有破壞框，C端有一段PEST序列與其降解有關(guān)。第18頁,共20頁，2024年2月25日，星期天