11--12細(xì)胞周期-36(1)

1、2024/3/30,1,蒲淑萍基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院細(xì)胞生物學(xué)及遺傳學(xué)教研室 2012年5月,細(xì)胞周期（cell cycle）,2024/3/30,2,★細(xì)胞的最終命運(yùn)：細(xì)胞分裂(cell division)及生長(zhǎng)（相關(guān)物質(zhì)準(zhǔn)備）→細(xì)胞增殖(cell proliferation)，受到嚴(yán)密的調(diào)控機(jī)制所監(jiān)控細(xì)胞死亡(cell death),2024/3/30,3,受精卵及卵裂,2024/3/30,4,Dividing Muscle Myo

2、blast (primative muscle cell) (SEM x8,000),2024/3/30,5,示植物細(xì)胞有絲分裂,2024/3/30,6,2024/3/30,7,,2001年10月8日，美國(guó)人Leland Hartwell、英國(guó)人Paul Nurse、Timothy Hunt因?qū)?xì)胞周期調(diào)控機(jī)理的研究而榮獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng) 。,2024/3/30,8,標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)胞周期：從G1期開(kāi)始，歷經(jīng)S、G2，到M期

3、結(jié)束。,2024/3/30,9,●細(xì)胞周期 ●細(xì)胞周期時(shí)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,,,

4、第一節(jié) 細(xì)胞周期的基本概念,細(xì)胞周期時(shí)間因細(xì)胞類型、狀態(tài)和環(huán)境而異。,2024/3/30,10,●細(xì)胞的增殖特性（機(jī)體細(xì)胞的狀態(tài)）,1）增殖細(xì)胞（周期性細(xì)胞）：能夠增殖，不斷進(jìn)入周期完成分裂。2）暫不增殖細(xì)胞（休眠細(xì)胞，G0細(xì)胞）：長(zhǎng)期停留在G1晚期（ G0期 ）而不越過(guò)限制點(diǎn)，未喪失分裂能力，在適當(dāng)條件下可恢復(fù)到增殖狀態(tài)。3）永不增殖細(xì)胞（終末分化細(xì)胞）：始終停留在G1期 ，失去增殖能力直到衰老死亡。,,2024/3/30

5、,11,執(zhí)行某種生物學(xué)功能，或進(jìn)行細(xì)胞分化，或走向死亡,,(限制點(diǎn)，R點(diǎn)),2024/3/30,12,●細(xì)胞周期研究方法（p183）,細(xì)胞周期模型細(xì)胞周期同步化3H-TdR（氚標(biāo)記胸苷）有絲分裂標(biāo)記法流式細(xì)胞技術(shù),2024/3/30,13,DNA synthesis cycle demonstrated by 3H-thymidine incorporation,,,,,TM,TS,Tc,TG2,,,,,應(yīng)用3H-TdR短期飼養(yǎng)細(xì)

6、胞，數(shù)分鐘至半小時(shí)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(shí)或1小時(shí)定期取樣，作放射自顯影觀察分析，從而確定細(xì)胞周期各個(gè)時(shí)相的長(zhǎng)短。,2024/3/30,14,by flow cytometer microscopy,2024/3/30,15,●細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)(check point) (p180),★G1晚期的R點(diǎn)(Restriction Point，限制點(diǎn))★G1∕S

7、的DNA損傷檢驗(yàn)點(diǎn) ★G2∕M的DNA復(fù)制檢驗(yàn)點(diǎn) ★中期∕后期的紡錘體組裝檢驗(yàn)點(diǎn)(分裂檢驗(yàn)點(diǎn)),2024/3/30,16,2024/3/30,17,第二節(jié) 細(xì)胞周期的主要事件,一、G1期：細(xì)胞生長(zhǎng)、分裂決定、復(fù)制準(zhǔn)備,1. RNA、蛋白質(zhì)（與DNA復(fù)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(dòng)旺盛 （→細(xì)胞的第一生長(zhǎng)期） 2. 分裂決定：越過(guò)限制點(diǎn)（R點(diǎn)）

8、 3. DNA含量為2n,2024/3/30,18,二、S期： DNA合成、染色質(zhì)組裝、中心體復(fù)制,1. DNA復(fù)制，2n → 4n2. 組蛋白、非組蛋白合成3. 染色質(zhì)復(fù)制（組裝成核小體）4. 中心體復(fù)制,2024/3/30,19,Experimental demonstration of the coordinated Synthesis of DNA and hitones.,2024/3/30,20,,2024

9、/3/30,21,2024/3/30,22,三、G2期：復(fù)制檢查、分裂準(zhǔn)備,1. 越過(guò)G2期檢驗(yàn)點(diǎn) 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(xì)胞的第二生長(zhǎng)期） 3. DNA含量4n,2024/3/30,23,四、M期：染色體分離、胞質(zhì)分裂,DNA的精確分配,4n,2n,2n,,,有絲分裂,有絲分裂減數(shù)分裂,,2024/3/30,24,第三節(jié) 細(xì)胞周期的運(yùn)行機(jī)制,一、周期性基因表達(dá)是細(xì)胞周期的原

10、動(dòng)力 如細(xì)胞分裂周期基因（cell division cycle gene，cdc基因）二、細(xì)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cyclin D-Cdk4/6和cyclin E-Cdk2 S期和G2為cyclin A-Cdk2 M期為cyclin A/B-Cdk1,2024/3/30,25,cyclin-Cdk復(fù)合物：催化靶蛋白(如 H1

11、、H3、NHP、lamin、細(xì)胞骨架蛋白等)的磷酸化，參與周期的調(diào)控。周期蛋白(cyclin)： 細(xì)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(duì)靶蛋白的磷酸化，是復(fù)合物的調(diào)節(jié)亞基。目前從酵母和各類動(dòng)物中分離出的周期蛋白有30余種，在脊椎動(dòng)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(cyclin dependent kinase，Cdk)：催化靶蛋白的磷酸化，為復(fù)合物的

12、催化亞基。 CDK在動(dòng)物中有7種。,2024/3/30,26,2024/3/30,27,,Cyc-Cdk蛋白質(zhì)磷酸化調(diào)控系統(tǒng)的多樣性與周期變化,2024/3/30,28,HeLa細(xì)胞中cyclin的周期性表達(dá),,,,,,,,2024/3/30,29,M期cyclin A/B-Cdk1 (成熟促進(jìn)因子，MPF),S期開(kāi)始合成 G2期達(dá)峰值 M期后期到下一個(gè)G1早期被降解,,（p179）,,2024/3/30,30,,Cdk

13、1,Cdk1,2024/3/30,31,MPF 活性周期,CDK1激酶活性首先依賴于Cyc B含量的積累。 Cyc B的含量達(dá)到一定值并與CDK1蛋白結(jié)合，同時(shí)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。,2024/3/30,32,MPF在M期的調(diào)節(jié)過(guò)程（p179）,Cdk1,,激活A(yù)PC,RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,,,核仁解體,2024/3/30,33,M期Cyclin的降解盒(破壞框)與降解途徑,（蛋白酶體）,（后期啟動(dòng)復(fù)合物）,

14、三、細(xì)胞周期中蛋白質(zhì)的泛素化降解主要由APC和SCF引導(dǎo) （p179）,多聚泛素鏈,,（泛素）,2024/3/30,34,E1：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(dòng)復(fù)合物)的活性變化是分裂中期/后期轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵問(wèn)題。 SCF(蛋白降解復(fù)合體)自身則由APC蛋白來(lái)調(diào)控。,2024/3/30,35,Cyclin 的降解：泛素是蛋白質(zhì)降解標(biāo)簽。泛素化蛋白降解機(jī)制是細(xì)胞內(nèi)短壽命蛋白和一

15、些異常蛋白降解的普遍途徑。被稱為細(xì)胞周期的清道夫。,2024/3/30,36,蛋白酶體是細(xì)胞用來(lái)調(diào)控特定蛋白質(zhì)如短壽命蛋白質(zhì)和除去錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)的主要機(jī)制。經(jīng)過(guò)蛋白酶體的降解，蛋白質(zhì)被切割為約7-8個(gè)氨基酸長(zhǎng)的肽段；這些肽段可以被進(jìn)一步降解為單個(gè)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(xué)獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)主題就是蛋白質(zhì)酶解在細(xì)胞中的重要性和泛素在酶解途徑的作用。,2024/3/30,37,四、生長(zhǎng)因子是細(xì)胞周期的外在動(dòng)力

16、 沒(méi)有生長(zhǎng)因子時(shí)，動(dòng)物細(xì)胞不能越過(guò)R點(diǎn)，而不能進(jìn)入S期。生長(zhǎng)因子的作用主要是啟動(dòng)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，激活CycD的表達(dá)。（p180）,生長(zhǎng)因子的作用機(jī)理,2024/3/30,38,◆生長(zhǎng)因子對(duì)細(xì)胞增殖的影響,●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)細(xì)胞增殖的功能，如表皮生長(zhǎng)因子（EGF）、神經(jīng)生長(zhǎng)因子（NGF）；少數(shù)具有抑制作用，如腫瘤壞死因子（TNF）；個(gè)別如轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(TGF-β)具有雙重調(diào)節(jié)作用，能促進(jìn)一類細(xì)胞的

17、增殖，而抑制另一類細(xì)胞。,2024/3/30,39,五、細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)的阻遏(負(fù)調(diào)控),細(xì)胞至少可通過(guò)兩種不同機(jī)制阻遏細(xì)胞周期的運(yùn)轉(zhuǎn)： ◆Cdk抑制蛋白(CKI)通過(guò)與CDK結(jié)合來(lái)抑制Cyclin-Cdk復(fù)合物的裝配或其活性，而將細(xì)胞阻止在不同的檢驗(yàn)點(diǎn)。 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(xì)胞，大部分Cyclin和

18、Cdk都消失，這在多細(xì)胞生物尤其明顯。,2024/3/30,40,CKI 的抑制作用,2024/3/30,41,2024/3/30,42,圖示p21抑制G1期CDK和PCNA(DNA聚合酶δ的輔助因子),2024/3/30,43,p53基因：位于人類染色體17p13，表達(dá)的p53蛋白是一種核結(jié)合蛋白，能阻止DNA損傷或突變的細(xì)胞通過(guò)R點(diǎn)，從而將細(xì)胞阻于G1期，抑制細(xì)胞增殖。 作用方式之一為p53依賴途徑之p53/p21 機(jī)制。 （p1

19、82、180）,▲抑癌基因：其產(chǎn)物主要是細(xì)胞周期負(fù)調(diào)控因子，如CKI，可抑制細(xì)胞的生長(zhǎng)和分裂。如p53基因。 （p182）,2024/3/30,44,DNA損傷導(dǎo)致細(xì)胞阻滯于G1期的p53/p21 機(jī)制,P21主要對(duì)G1期Cdk起抑制作用，還直接抑制DNA復(fù)制。,2024/3/30,45,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(huì)導(dǎo)致細(xì)胞癌變，也就肆無(wú)忌憚了。,p53基因與細(xì)胞凋亡和癌變,2024/3/30

20、,46,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(xì)胞瘤和cyclinA或D等的過(guò)度表達(dá)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(dá)的嵌合蛋白缺乏cyclin的降解盒，而不能被降解，使cyclinA持久作用，促細(xì)胞惡性增殖。乳腺癌中cyclin A，B，D1，E等基因高度表達(dá)，且有23%的人有這些基因的擴(kuò)增。（ cyclin D1基因位人11q13 。）原

21、發(fā)性食道磷狀細(xì)胞癌及家族性黑色素瘤中發(fā)現(xiàn)INK4基因有移位、缺失，而它編碼的P16是CDK4/CDK6的抑制蛋白。,第四節(jié) 細(xì)胞周期與疾病,2024/3/30,47,AIDS與細(xì)胞周期——,AIDS病病毒HIV感染時(shí)，使T細(xì)胞的Cdk1的酪氨酸殘基過(guò)分磷酸化而失活，并使cyclinB積累，造成細(xì)胞停留于G2期而不能進(jìn)入Ｍ期，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。,2024/3/30,48,細(xì)胞周期調(diào)控因子在腫瘤中的異常,2024/3/30,49,（七）