第七章細胞增殖及其調控

1、1 第七章第七章 細胞增殖及其調控細胞增殖及其調控 27.1 7.1 細胞增殖細胞增殖 細胞分裂之前，必須進行一定的物質準備。細胞分裂之前，必須進行一定的物質準備。物質準備和細胞分裂連續(xù)不斷進行的結果物質準備和細胞分裂連續(xù)不斷進行的結果是細胞數(shù)量不斷增加即是細胞數(shù)量不斷增加即細胞增殖。細胞增殖。 細胞增殖細胞增殖是細胞生命活動的重要特征，是是細胞生命活動的重要特征，是生物繁育的基礎。生物繁育的基礎。 細胞增殖細胞增殖受到嚴密的調控機制所監(jiān)控，必受到嚴密的調控機制所監(jiān)控，必須遵循一定的規(guī)律。須遵循一定的規(guī)律。37.2 7.2 細胞周期細胞周期 經(jīng)過物質準備之后，細胞開始進行經(jīng)過物質準備之后，細胞

2、開始進行分裂，子代細胞形成之后，又將開始新分裂，子代細胞形成之后，又將開始新一輪的物質積累，準備下一輪的細胞分一輪的物質積累，準備下一輪的細胞分裂，如此周而復始，細胞數(shù)目不斷增加。裂，如此周而復始，細胞數(shù)目不斷增加。這種細胞物質積累與細胞分裂的循環(huán)過這種細胞物質積累與細胞分裂的循環(huán)過程稱為程稱為細胞周期細胞周期。 連續(xù)分裂的細胞連續(xù)分裂的細胞, ,從一次有絲分裂結從一次有絲分裂結束后開始，經(jīng)過物質累積過程，直到下束后開始，經(jīng)過物質累積過程，直到下一次細胞分裂為止所經(jīng)歷的全過程，稱一次細胞分裂為止所經(jīng)歷的全過程，稱為為一個細胞周期。一個細胞周期。4 7.2.1 7.2.1 細胞周期時相細胞周期時

3、相 細胞周期時相細胞周期時相 g g1 1期即從期即從m m期結束到期結束到s s期開始前的一段間歇期開始前的一段間歇期期; ; s s期期, ,即即dnadna合成期合成期; ; g g2 2期期, , 即即dnadna合成后合成后(s(s期期) )到有絲分裂前的一到有絲分裂前的一個間歇期個間歇期; ; m m期期, ,即有絲分裂期。即有絲分裂期。56標準細胞周期標準細胞周期: : 細胞周期時間的長短：細胞周期時間的長短： 同種細胞，細胞周期時間長短相似或相同；同種細胞，細胞周期時間長短相似或相同； 不同細胞種類，細胞周期時間長短差別很大；不同細胞種類，細胞周期時間長短差別很大； 高等生物體

4、的細胞周期時間長短主要差別在高等生物體的細胞周期時間長短主要差別在g1g1期。期。7多細胞生物體中的多細胞生物體中的細胞類群細胞類群 周期中細胞：持續(xù)分裂細胞周期中細胞：持續(xù)分裂細胞 g g0 0期細胞：期細胞：又稱靜止期細胞。又稱靜止期細胞。 是周期中細胞暫時脫離細胞周期是周期中細胞暫時脫離細胞周期, ,停止分停止分裂增殖裂增殖, ,去執(zhí)行一定的生物學功能去執(zhí)行一定的生物學功能, ,如某些免如某些免疫淋巴細胞疫淋巴細胞, , 肝細胞肝細胞, ,腎細胞等。腎細胞等。 終末分化細胞：終末分化細胞： 永久性失去了分裂能力的細胞。永久性失去了分裂能力的細胞。（周期中細胞）（周期中細胞）信號刺激信號刺

5、激g1g08細胞周期時相細胞周期時相 97.2.2 7.2.2 細胞周期各時相細胞周期各時相及其主要事件及其主要事件 g g1 1期期 合成活動：合成活動： 起始點起始點: : 最初指芽殖酵母細胞出芽的開始，事實是芽殖最初指芽殖酵母細胞出芽的開始，事實是芽殖酵母酵母g g1 1期晚期的一個特定階段，控制著新一輪期晚期的一個特定階段，控制著新一輪細胞周期的運轉。細胞周期的運轉。 是是g g1 1期晚期的一個基本事件，細胞只有在期晚期的一個基本事件，細胞只有在內在內在和和外在外在因素共同作用下才能通過起始點，順利因素共同作用下才能通過起始點，順利通過通過g g1 1期，進入期，進入s s期并合成期

6、并合成dnadna。 cdc基因：基因：10 限制點限制點 高等真核細胞，尤其是哺乳動物細胞中，高等真核細胞，尤其是哺乳動物細胞中，類似于芽殖酵母起始點的類似于芽殖酵母起始點的g g1 1期晚期的一期晚期的一個特定階段。個特定階段。檢驗點：檢驗點： 是細胞周期研究領域中應用的術語。是細胞周期研究領域中應用的術語。是細胞周期進程中的是細胞周期進程中的監(jiān)控機制監(jiān)控機制，可以鑒，可以鑒別細胞周期進程中的錯誤，并誘導產(chǎn)生別細胞周期進程中的錯誤，并誘導產(chǎn)生特異的抑制因子，阻止細胞周期進一步特異的抑制因子，阻止細胞周期進一步運行。運行。11 g g1 1期檢驗點：期檢驗點： 檢測細胞的大小和環(huán)境狀態(tài)，如果

7、檢測細胞的大小和環(huán)境狀態(tài)，如果條件合適，就會激發(fā)條件合適，就會激發(fā)dnadna復制，使細胞周復制，使細胞周期進程向前移動。在一些真核生物中，期進程向前移動。在一些真核生物中，g g1 1期檢驗點是細胞周期的主要控制點，期檢驗點是細胞周期的主要控制點，它決定細胞能否分裂。它決定細胞能否分裂。12 由由g g1 1期向期向s s期轉換的影響因素：期轉換的影響因素： 外在因素：營養(yǎng)供給和相關的激素刺激等。外在因素：營養(yǎng)供給和相關的激素刺激等。 內在因素：與內在因素：與cdc基因調控相關的因素?；蛘{控相關的因素。 s s期期dnadna合成期合成期 合成活動：合成合成活動：合成dnadna和組蛋白并

8、組裝成核小體和組蛋白并組裝成核小體結構。結構。 dnadna合成受多種細胞周期調節(jié)因素的嚴密調控。合成受多種細胞周期調節(jié)因素的嚴密調控。13g g2 2期期 合成活動：合成活動： 合成著絲粒蛋白、細胞周期蛋白合成著絲粒蛋白、細胞周期蛋白b b和微管和微管蛋白等大量蛋白質。蛋白等大量蛋白質。 g g2 2期檢驗點：控制細胞周期能否順利進入進入期檢驗點：控制細胞周期能否順利進入進入m m期。期。 m m期期 細胞分裂活動：細胞分裂活動： m m期檢驗點：檢測所有的染色體是否都與紡錘體相連，期檢驗點：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。否則不能進行有絲分裂和胞質分并排列在赤道板上。

9、否則不能進行有絲分裂和胞質分裂。裂。 14細胞周期運轉規(guī)律細胞周期運轉規(guī)律 15細胞細胞周期周期調控調控的的研究研究20012001年年諾貝爾諾貝爾生理學生理學/ /醫(yī)學醫(yī)學獎得主獎得主1620012001年諾貝爾生理學與醫(yī)學獎年諾貝爾生理學與醫(yī)學獎: :利蘭利蘭哈特韋爾哈特韋爾發(fā)現(xiàn)了發(fā)現(xiàn)了控制細胞周期的控制細胞周期的基因基因，其中一種被稱為，其中一種被稱為“start” 的基的基因對控制各個細胞周期的最初階段具有因對控制各個細胞周期的最初階段具有決定性的作用。決定性的作用。保羅保羅納西納西的貢獻是發(fā)現(xiàn)了的貢獻是發(fā)現(xiàn)了cdk。蒂莫西蒂莫西亨特亨特的貢獻是發(fā)現(xiàn)了調節(jié)的貢獻是發(fā)現(xiàn)了調節(jié)cdk的功能

10、物質的功能物質周期蛋白周期蛋白.177.2.3 7.2.3 細胞周期調控細胞周期調控7.2.3.1 7.2.3.1 蛋白激酶在細胞周期調控中的蛋白激酶在細胞周期調控中的作用的研究作用的研究染色體超前凝集（染色體超前凝集（pccpcc）的發(fā)現(xiàn)）的發(fā)現(xiàn) 研究者：研究者：19701970年，年，coloradocolorado（科羅拉多）大（科羅拉多）大學的學的 robert johnsonrobert johnson 和和 potu rao potu rao 18研究方法：研究方法： g g1 1期期helahela細胞與細胞與s s期細胞融合，結果發(fā)現(xiàn)期細胞融合，結果發(fā)現(xiàn)g g1 1期細胞中的期

11、細胞中的dnadna開始復制；開始復制； s s期細胞與期細胞與g g2 2期細胞融期細胞融合，結果發(fā)現(xiàn)合，結果發(fā)現(xiàn)g g2 2期細胞核中已經(jīng)復制過的期細胞核中已經(jīng)復制過的dnadna沒有沒有再復制。再復制。 結論：正在進行結論：正在進行dnadna復制的細胞的細胞質中含復制的細胞的細胞質中含有促進有促進g g1 1期細胞進行期細胞進行dnadna復制的起始因子，而這種復制的起始因子，而這種起始因子對于已經(jīng)進行了起始因子對于已經(jīng)進行了dnadna復制的復制的g g2 2期細胞沒有期細胞沒有作用。作用。 19 m m期細胞與處于細胞周期其他階段的細期細胞與處于細胞周期其他階段的細胞融合，結果發(fā)現(xiàn)

12、與胞融合，結果發(fā)現(xiàn)與m m期細胞融合的其他期細胞融合的其他間期細胞均發(fā)生了形態(tài)各異的染色體凝間期細胞均發(fā)生了形態(tài)各異的染色體凝集，集，稱為染色體超前凝集（稱為染色體超前凝集（pccpcc）。）。 結論：結論： m m 期細胞中一定有一種能促期細胞中一定有一種能促使染色體凝集的因子，稱為細胞促分裂使染色體凝集的因子，稱為細胞促分裂因子。因子。20g g1 1期細胞與期細胞與m m期細胞融合期細胞融合21s s期細胞與期細胞與m m期細胞融合期細胞融合22g g2 2期細胞與期細胞與m m期細胞融合期細胞融合23mpfmpf的發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn) 促成熟因子促成熟因子(maturation-promotin

13、g (maturation-promoting factorfactor，mpfmpf）, ,早期稱為早期稱為m-m-期促進因子期促進因子(m-(m-phase promoting factor, mpf)phase promoting factor, mpf)，是指是指m m期期細胞中存在的促進細胞分裂的因子。細胞中存在的促進細胞分裂的因子。19711971年，科學家通過試驗認為，在非洲爪年，科學家通過試驗認為，在非洲爪蟾成熟的卵細胞的細胞質中必然有一種物蟾成熟的卵細胞的細胞質中必然有一種物質，可以誘導卵母細胞成熟，并明確提出質，可以誘導卵母細胞成熟，并明確提出將其稱為促成熟因子，即將其稱為

14、促成熟因子，即mpfmpf。24mpfmpf的結構組成及特性的結構組成及特性是由兩個不同的亞基組成的異質二聚體，是一種是由兩個不同的亞基組成的異質二聚體，是一種蛋白激酶蛋白激酶: : 催化亞基：催化亞基：p32p32cdc2cdc2 是絲氨酸是絲氨酸/ /蘇氨酸型蛋白激酶蘇氨酸型蛋白激酶 其活性依賴于周期蛋白，故稱為周期依賴其活性依賴于周期蛋白，故稱為周期依賴性蛋白激酶性蛋白激酶(cyclin-dependent protein (cyclin-dependent protein kinases, cdks); kinases, cdks); 調節(jié)亞基：調節(jié)亞基：p45-p45-周期蛋白周期蛋

15、白(cyclin)(cyclin)。25mpfmpf的的結結構構26 p34p34cdc2 cdc2 激酶及其與激酶及其與mpfmpf的關系的關系cdccdc（cell division cyclecell division cycle）基因：）基因：p34p34cdc2cdc2是是cdccdc2 2基因的表達產(chǎn)物，具有蛋基因的表達產(chǎn)物，具有蛋白激酶活性。在裂殖酵母細胞周期調控白激酶活性。在裂殖酵母細胞周期調控過程中起關鍵性調節(jié)作用，促進過程中起關鍵性調節(jié)作用，促進g2/mg2/m轉轉換。換。p34p34cdc2cdc2本身并沒有激酶活性，只有當與本身并沒有激酶活性，只有當與有關蛋白結合后，其

16、激酶活性才能表現(xiàn)有關蛋白結合后，其激酶活性才能表現(xiàn)出來。出來。裂殖酵母細胞裂殖酵母細胞mpfmpf中的中的p34p34cdc2cdc2與蛙與蛙mpfmpf中中的的p32p32cdc2cdc2是同源物，都具有激酶活性。是同源物，都具有激酶活性。27細胞周期蛋白的鑒定細胞周期蛋白的鑒定19831983年，年，tim hunttim hunt（美）報道，在海膽卵細（美）報道，在海膽卵細胞中存在兩種特殊蛋白質，即周期蛋白。胞中存在兩種特殊蛋白質，即周期蛋白。周期蛋白周期蛋白 其含量隨細胞周期進程變化而變化，一般其含量隨細胞周期進程變化而變化，一般在細胞間期內積累，在細胞分裂期內消失，在細胞間期內積累，

17、在細胞分裂期內消失，在下一細胞周期又重復這一消長現(xiàn)象。在下一細胞周期又重復這一消長現(xiàn)象。 非洲爪蟾的非洲爪蟾的mpfmpf中的另一種主要成份是周期中的另一種主要成份是周期蛋白蛋白b b。28至此確定的至此確定的mpfmpf生化組成成分生化組成成分 cdc2cdc2蛋白蛋白: :蛋白激酶催化亞單位蛋白激酶催化亞單位 周期蛋白：蛋白激酶調解亞單位周期蛋白：蛋白激酶調解亞單位周期蛋白種類及功能的執(zhí)行周期蛋白種類及功能的執(zhí)行周期蛋白種類周期蛋白種類 酵母中的周期蛋白酵母中的周期蛋白 高等動物的周期蛋白高等動物的周期蛋白 g1期周期蛋白期周期蛋白 m期周期蛋白期周期蛋白29 表1 不同類型的周期蛋白 激

18、酶復合體脊椎動物芽殖酵母cyclin cdk cyclincdk g1-cdk cyclin dcdk4 、6 cln 3 cdk1(cdc28) g1/s-cdk cyclin e cdk2cln 1、2cdk1(cdc28)s-cdk cyclin acdk2cln 5、6cdk1(cdc28)m-cdk cyclin b cdk1(cdk2)cln 1-4 cdk1(cdc28)30周期蛋白功能的執(zhí)行周期蛋白功能的執(zhí)行 不同的周期蛋白在細胞周期內表達的不同的周期蛋白在細胞周期內表達的時期不同，并與不同的時期不同，并與不同的cdk結合，調節(jié)結合，調節(jié)不同的不同的cdk激酶的活性。激酶的活性

19、。 周期蛋白與周期蛋白與cdk結合的關鍵結構是結合的關鍵結構是周周期蛋白框期蛋白框 31 g1g1期期cyclin dcyclin d表達，并與表達，并與cdk4cdk4、cdk6cdk6結合，使結合，使下游的蛋白質如下游的蛋白質如rbrb磷酸化，磷酸化的磷酸化，磷酸化的rbrb釋放出釋放出轉錄因子轉錄因子e2fe2f，促進許多基因的轉錄，如編碼，促進許多基因的轉錄，如編碼cyclinecycline、a a和和cdk1cdk1的基因。的基因。 圖 cyclin d與cdk結合使rb釋放結合的轉錄因子e2f 32 在在g1-sg1-s期，期， cyclinecycline與與cdk2cdk2結

20、合，促進細胞通過結合，促進細胞通過g1/sg1/s限制點而進入限制點而進入s s期。期。 向細胞內注射向細胞內注射cyclinecycline的抗體能使細胞停滯于的抗體能使細胞停滯于g1g1期，說期，說明細胞進入明細胞進入s s期需要期需要cyclinecycline的參與。的參與。 同樣將同樣將cyclinacyclina的抗體注射到細胞內，發(fā)現(xiàn)能抑制細胞的抗體注射到細胞內，發(fā)現(xiàn)能抑制細胞的的dnadna合成，推測合成，推測cyclinacyclina是是dnadna復制所必需的。復制所必需的。 在在g2-mg2-m期，期，cyclinacyclina、cyclinbcyclinb與與cdk

21、1cdk1結合，結合，cdk1cdk1使底使底物蛋白磷酸化、將組蛋白物蛋白磷酸化、將組蛋白h1h1磷酸化導致染色體凝縮，磷酸化導致染色體凝縮，核纖層蛋白磷酸化使核膜解體等下游細胞周期事件。核纖層蛋白磷酸化使核膜解體等下游細胞周期事件。 33cdkcdk激酶激酶 周期蛋白依賴性蛋白激酶周期蛋白依賴性蛋白激酶 與周期蛋白結合，并以周期蛋白作為其與周期蛋白結合，并以周期蛋白作為其調節(jié)亞單位，進而表現(xiàn)出蛋白激酶活性。調節(jié)亞單位，進而表現(xiàn)出蛋白激酶活性。 不同不同cdkcdk激酶所要求結合的周期蛋白不同，激酶所要求結合的周期蛋白不同，在細胞周期中執(zhí)行的調解功能也不同。在細胞周期中執(zhí)行的調解功能也不同。

22、cdkcdk分子中有一些重要位點，通過磷酸化分子中有一些重要位點，通過磷酸化修飾對修飾對cdkcdk激酶活性起重要調節(jié)作用。激酶活性起重要調節(jié)作用。 細胞內存在多種因子，通過對細胞內存在多種因子，通過對cdkcdk分子結分子結構進行修飾，參與構進行修飾，參與cdkcdk激酶活性調節(jié)。激酶活性調節(jié)。 34cdkcdk激酶抑制物（激酶抑制物（cdkicdki）細胞內存在的一些對細胞內存在的一些對cdkcdk激酶活性起負性激酶活性起負性調控，即對調控，即對cdkcdk激酶起抑制作用的蛋白質，激酶起抑制作用的蛋白質，稱為稱為cdkcdk激酶抑制物。激酶抑制物。35其他內在因素和外在因素在細胞周期調其他內在因素和外在因素在細胞周期調控中的作用控中的作用1.1. 內在因素內在因素癌基因和抑癌基因癌基因和抑癌基因2.2. 外在因素外在因素離子輻射、化學物質作用、病離子輻射、化學物質作用、病毒感染、溫度變化、毒感染、溫度變化、phph變化等。變化等。36細胞周期運行的調控機制細胞周期運行的調控機制 細胞周期運轉受到細胞內