第七章 細(xì)胞增殖及其調(diào)控課件

第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控

1第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控7.1

細(xì)胞增殖

細(xì)胞分裂之前，必須進(jìn)行一定的物質(zhì)準(zhǔn)備。物質(zhì)準(zhǔn)備和細(xì)胞分裂連續(xù)不斷進(jìn)行的結(jié)果是細(xì)胞數(shù)量不斷增加即細(xì)胞增殖。細(xì)胞增殖是細(xì)胞生命活動的重要特征，是生物繁育的基礎(chǔ)。細(xì)胞增殖受到嚴(yán)密的調(diào)控機(jī)制所監(jiān)控，必須遵循一定的規(guī)律。2第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控7.2

細(xì)胞周期

經(jīng)過物質(zhì)準(zhǔn)備之后，細(xì)胞開始進(jìn)行分裂，子代細(xì)胞形成之后，又將開始新一輪的物質(zhì)積累，準(zhǔn)備下一輪的細(xì)胞分裂，如此周而復(fù)始，細(xì)胞數(shù)目不斷增加。這種細(xì)胞物質(zhì)積累與細(xì)胞分裂的循環(huán)過程稱為細(xì)胞周期。連續(xù)分裂的細(xì)胞,從一次有絲分裂結(jié)束后開始，經(jīng)過物質(zhì)累積過程，直到下一次細(xì)胞分裂為止所經(jīng)歷的全過程，稱為一個(gè)細(xì)胞周期。3第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控

7.2.1細(xì)胞周期時(shí)相

細(xì)胞周期時(shí)相

◆G1期即從M期結(jié)束到S期開始前的一段間歇期;◆S期,即DNA合成期;◆G2期,即DNA合成后(S期)到有絲分裂前的一個(gè)間歇期;

◆M期,即有絲分裂期。4第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控5第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控

標(biāo)準(zhǔn)細(xì)胞周期:

細(xì)胞周期時(shí)間的長短：同種細(xì)胞，細(xì)胞周期時(shí)間長短相似或相同；不同細(xì)胞種類，細(xì)胞周期時(shí)間長短差別很大；高等生物體的細(xì)胞周期時(shí)間長短主要差別在G1期。6第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控

多細(xì)胞生物體中的細(xì)胞類群◆周期中細(xì)胞：持續(xù)分裂細(xì)胞◆G0期細(xì)胞：又稱靜止期細(xì)胞。

是周期中細(xì)胞暫時(shí)脫離細(xì)胞周期,停止分裂增殖,去執(zhí)行一定的生物學(xué)功能,如某些免疫淋巴細(xì)胞,肝細(xì)胞,腎細(xì)胞等。

◆終末分化細(xì)胞：

永久性失去了分裂能力的細(xì)胞。（周期中細(xì)胞）信號刺激G1G07第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控細(xì)胞周期時(shí)相

8第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控7.2.2細(xì)胞周期各時(shí)相

及其主要事件⒈

G1期

⑴合成活動：

⑵

起始點(diǎn):最初指芽殖酵母細(xì)胞出芽的開始，事實(shí)是芽殖酵母G1期晚期的一個(gè)特定階段，控制著新一輪細(xì)胞周期的運(yùn)轉(zhuǎn)。是G1期晚期的一個(gè)基本事件，細(xì)胞只有在內(nèi)在和外在因素共同作用下才能通過起始點(diǎn)，順利通過G1期，進(jìn)入S期并合成DNA。cdc基因：9第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控⑶限制點(diǎn)高等真核細(xì)胞，尤其是哺乳動物細(xì)胞中，類似于芽殖酵母起始點(diǎn)的G1期晚期的一個(gè)特定階段。⑷檢驗(yàn)點(diǎn)：是細(xì)胞周期研究領(lǐng)域中應(yīng)用的術(shù)語。是細(xì)胞周期進(jìn)程中的監(jiān)控機(jī)制，可以鑒別細(xì)胞周期進(jìn)程中的錯(cuò)誤，并誘導(dǎo)產(chǎn)生特異的抑制因子，阻止細(xì)胞周期進(jìn)一步運(yùn)行。10第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控⑸

G1期檢驗(yàn)點(diǎn)：檢測細(xì)胞的大小和環(huán)境狀態(tài)，如果條件合適，就會激發(fā)DNA復(fù)制，使細(xì)胞周期進(jìn)程向前移動。在一些真核生物中，G1期檢驗(yàn)點(diǎn)是細(xì)胞周期的主要控制點(diǎn)，它決定細(xì)胞能否分裂。11第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控⑹由G1期向S期轉(zhuǎn)換的影響因素：①外在因素：營養(yǎng)供給和相關(guān)的激素刺激等。②內(nèi)在因素：與cdc基因調(diào)控相關(guān)的因素。⒉

S期——DNA合成期合成活動：合成DNA和組蛋白并組裝成核小體結(jié)構(gòu)。DNA合成受多種細(xì)胞周期調(diào)節(jié)因素的嚴(yán)密調(diào)控。12第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控◆G2期合成活動：合成著絲粒蛋白、細(xì)胞周期蛋白B和微管蛋白等大量蛋白質(zhì)。G2期檢驗(yàn)點(diǎn)：控制細(xì)胞周期能否順利進(jìn)入進(jìn)入M期?！鬗期細(xì)胞分裂活動：M期檢驗(yàn)點(diǎn)：檢測所有的染色體是否都與紡錘體相連，并排列在赤道板上。否則不能進(jìn)行有絲分裂和胞質(zhì)分裂。13第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律

14第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控細(xì)胞

周期

調(diào)控

的

研究2001年

諾貝爾生理學(xué)/醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主15第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控2001年諾貝爾生理學(xué)與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng):◆利蘭·哈特韋爾發(fā)現(xiàn)了控制細(xì)胞周期的基因，其中一種被稱為“START”的基因?qū)刂聘鱾€(gè)細(xì)胞周期的最初階段具有決定性的作用?！舯Ａ_·納西的貢獻(xiàn)是發(fā)現(xiàn)了CDK?！舻倌鳌ず嗵氐呢暙I(xiàn)是發(fā)現(xiàn)了調(diào)節(jié)CDK的功能物質(zhì)周期蛋白.16第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控7.2.3細(xì)胞周期調(diào)控7.2.3.1蛋白激酶在細(xì)胞周期調(diào)控中的

作用的研究

染色體超前凝集（PCC）的發(fā)現(xiàn)

◆研究者：1970年，Colorado（科羅拉多）大學(xué)的RobertJohnson

和PotuRao17第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控◆研究方法：⑴G1期Hela細(xì)胞與S期細(xì)胞融合，結(jié)果發(fā)現(xiàn)G1期細(xì)胞中的DNA開始復(fù)制；

S期細(xì)胞與G2期細(xì)胞融合，結(jié)果發(fā)現(xiàn)G2期細(xì)胞核中已經(jīng)復(fù)制過的DNA沒有再復(fù)制。

結(jié)論：正在進(jìn)行DNA復(fù)制的細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中含有促進(jìn)G1期細(xì)胞進(jìn)行DNA復(fù)制的起始因子，而這種起始因子對于已經(jīng)進(jìn)行了DNA復(fù)制的G2期細(xì)胞沒有作用。

18第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控⑵M期細(xì)胞與處于細(xì)胞周期其他階段的細(xì)胞融合，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與M期細(xì)胞融合的其他間期細(xì)胞均發(fā)生了形態(tài)各異的染色體凝集，稱為染色體超前凝集（PCC）。

結(jié)論：M期細(xì)胞中一定有一種能促使染色體凝集的因子，稱為細(xì)胞促分裂因子。19第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控G1期細(xì)胞與M期細(xì)胞融合20第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控S期細(xì)胞與M期細(xì)胞融合21第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控G2期細(xì)胞與M期細(xì)胞融合22第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控

MPF的發(fā)現(xiàn)

◆

促成熟因子(maturation-promotingfactor，MPF）,早期稱為M-期促進(jìn)因子(M-phasepromotingfactor,MPF)，是指M期細(xì)胞中存在的促進(jìn)細(xì)胞分裂的因子?！?971年，科學(xué)家通過試驗(yàn)認(rèn)為，在非洲爪蟾成熟的卵細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中必然有一種物質(zhì)，可以誘導(dǎo)卵母細(xì)胞成熟，并明確提出將其稱為促成熟因子，即MPF。23第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控

MPF的結(jié)構(gòu)組成及特性◆是由兩個(gè)不同的亞基組成的異質(zhì)二聚體，是一種蛋白激酶:●催化亞基：p32cdc2

▲是絲氨酸/蘇氨酸型蛋白激酶▲其活性依賴于周期蛋白，故稱為周期依賴性蛋白激酶(cyclin-dependentproteinkinases,CDKs);

●調(diào)節(jié)亞基：p45---周期蛋白(cyclin)。24第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控MPF的結(jié)構(gòu)25第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控

p34cdc2激酶及其與MPF的關(guān)系◆cdc（celldivisioncycle）基因：◆p34cdc2是cdc2基因的表達(dá)產(chǎn)物，具有蛋白激酶活性。在裂殖酵母細(xì)胞周期調(diào)控過程中起關(guān)鍵性調(diào)節(jié)作用，促進(jìn)G2/M轉(zhuǎn)換?！魀34cdc2本身并沒有激酶活性，只有當(dāng)與有關(guān)蛋白結(jié)合后，其激酶活性才能表現(xiàn)出來?！袅阎辰湍讣?xì)胞MPF中的p34cdc2與蛙MPF中的p32cdc2是同源物，都具有激酶活性。26第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控

細(xì)胞周期蛋白的鑒定◆1983年，TimHunt（美）報(bào)道，在海膽卵細(xì)胞中存在兩種特殊蛋白質(zhì)，即周期蛋白。◆周期蛋白●其含量隨細(xì)胞周期進(jìn)程變化而變化，一般在細(xì)胞間期內(nèi)積累，在細(xì)胞分裂期內(nèi)消失，在下一細(xì)胞周期又重復(fù)這一消長現(xiàn)象?！穹侵拮傅腗PF中的另一種主要成份是周期蛋白B。27第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控◆至此確定的MPF生化組成成分●Cdc2蛋白:蛋白激酶催化亞單位●周期蛋白：蛋白激酶調(diào)解亞單位周期蛋白種類及功能的執(zhí)行◆周期蛋白種類●酵母中的周期蛋白

●高等動物的周期蛋白●G1期周期蛋白●M期周期蛋白28第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控表1不同類型的周期蛋白激酶復(fù)合體脊椎動物芽殖酵母CyclinCDKCyclinCDKG1-CDKCyclinDCDK4、6Cln3CDK1(Cdc28)G1/S-CDKCyclinECDK2Cln1、2CDK1(Cdc28)S-CDKCyclinACDK2Cln5、6CDK1(Cdc28)M-CDKCyclinBCDK1(CDK2)Cln1-4CDK1(Cdc28)29第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控◆周期蛋白功能的執(zhí)行

●不同的周期蛋白在細(xì)胞周期內(nèi)表達(dá)的時(shí)期不同，并與不同的CDK結(jié)合，調(diào)節(jié)不同的CDK激酶的活性?！裰芷诘鞍着cCDK結(jié)合的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)是周期蛋白框

30第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控G1期cyclinD表達(dá)，并與CDK4、CDK6結(jié)合，使下游的蛋白質(zhì)如Rb磷酸化，磷酸化的Rb釋放出轉(zhuǎn)錄因子E2F，促進(jìn)許多基因的轉(zhuǎn)錄，如編碼cyclinE、A和CDK1的基因。

圖CyclinD與CDK結(jié)合使Rb釋放結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子E2F31第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控在G1-S期，cyclinE與CDK2結(jié)合，促進(jìn)細(xì)胞通過G1/S限制點(diǎn)而進(jìn)入S期。向細(xì)胞內(nèi)注射CyclinE的抗體能使細(xì)胞停滯于G1期，說明細(xì)胞進(jìn)入S期需要CyclinE的參與。同樣將CyclinA的抗體注射到細(xì)胞內(nèi)，發(fā)現(xiàn)能抑制細(xì)胞的DNA合成，推測CyclinA是DNA復(fù)制所必需的。在G2-M期，cyclinA、cyclinB與CDK1結(jié)合，CDK1使底物蛋白磷酸化、將組蛋白H1磷酸化導(dǎo)致染色體凝縮，核纖層蛋白磷酸化使核膜解體等下游細(xì)胞周期事件。

32第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控CDK激酶◆周期蛋白依賴性蛋白激酶◆與周期蛋白結(jié)合，并以周期蛋白作為其調(diào)節(jié)亞單位，進(jìn)而表現(xiàn)出蛋白激酶活性?！舨煌珻DK激酶所要求結(jié)合的周期蛋白不同，在細(xì)胞周期中執(zhí)行的調(diào)解功能也不同?！鬋DK分子中有一些重要位點(diǎn)，通過磷酸化修飾對CDK激酶活性起重要調(diào)節(jié)作用。◆細(xì)胞內(nèi)存在多種因子，通過對CDK分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾，參與CDK激酶活性調(diào)節(jié)。

33第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控CDK激酶抑制物（CDKI）◆細(xì)胞內(nèi)存在的一些對CDK激酶活性起負(fù)性調(diào)控，即對CDK激酶起抑制作用的蛋白質(zhì)，稱為CDK激酶抑制物。34第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控

其他內(nèi)在因素和外在因素在細(xì)胞周期調(diào)控中的作用內(nèi)在因素——癌基因和抑癌基因外在因素——離子輻射、化學(xué)物質(zhì)作用、病毒感染、溫度變化、pH變化等。35第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控

細(xì)胞周期運(yùn)行的調(diào)控機(jī)制細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)受到細(xì)胞內(nèi)外各種因素的精密調(diào)控，細(xì)胞內(nèi)因是調(diào)控依據(jù)。CDK激酶是細(xì)胞周期調(diào)控中的重要因素，是細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)的引擎分子。各種不同的CDK激酶都至少含有兩個(gè)亞單位，即周期蛋白和CDK蛋白。周期蛋白是調(diào)節(jié)亞單位，CDK蛋白是催化亞單位。不同種類的周期蛋白分別與不同的CDK蛋白結(jié)合，在細(xì)胞周期的不同時(shí)相起調(diào)節(jié)作用。36第七章細(xì)胞增殖及其調(diào)控CDK激酶通過磷酸化其底物蛋白而對細(xì)胞周期進(jìn)行調(diào)控。CDK激酶活性受到多種因素的綜合調(diào)節(jié)，除周期蛋白外還有各種修飾性調(diào)控因子、CDK激酶抑制物等。除CDK激酶及其直接的活性調(diào)節(jié)因子外，