細胞周期與瘤

1、 細胞周期與腫瘤細胞周期與腫瘤 目前從多方面對腫瘤進行了深入研究（流行病學、病因?qū)W、遺傳），腫瘤是多因素，多步驟，多階段的。但是腫瘤的惡性增生從生物學角度看，主要表現(xiàn)在兩個方面：一是腫瘤細胞的不滅性，即細胞凋亡障礙；二是細胞增殖失控，程序發(fā)生紊亂，只是增殖超常加快。這兩方面均已成為腫瘤發(fā)生發(fā)展研究的熱點。 生命是如何生長，生存，繁衍和死亡？在每一個生命個體中都存在一個精密的程序，或生物鐘。生物鐘決定著細胞是否、何時生長、分裂、或死亡。這就是細胞周期調(diào)控機制，它在相關(guān)基因的控制下，依據(jù)一定的規(guī)則和節(jié)奏運行著，調(diào)控細胞的生長、分裂和死亡。在胚胎細胞，細胞周期保持快速運行，在一些成年細胞中其運行慢得

2、多，而在神經(jīng)元細胞細胞周期幾乎完全不運行。在生長過程中的細胞，如果細胞周期不能運行，結(jié)果是死亡。而在成熟細胞，細胞周期不正確的運行，結(jié)果則是腫瘤的發(fā)生。第一節(jié)第一節(jié) 歷史回顧歷史回顧 一、生命復制之謎的揭開 1.1858年建立細胞理論： 生命的基本形式是細胞，機體由細胞構(gòu)成，細胞的生長復制形成了生物體的生長繁衍，細胞的異常或死亡導致機體的疾病或死亡 細胞生長中有兩種形式： 有絲分裂期和細胞間期 1951年發(fā)現(xiàn)了細胞分裂周期：g1 s g2 m g0 隨著成熟刺激因子（maturation promoting factor,mpf）， 細胞周期素（cyclin），細胞周期素依賴性蛋白激酶的發(fā)現(xiàn)使

3、對細胞周期及與腫瘤的發(fā)生發(fā)展關(guān)系的研究有了很大進展細胞分裂周期圖細胞分裂周期圖二、腫瘤發(fā)生、發(fā)展與生命復制研究的會合 通過研究發(fā)現(xiàn)了1.存在于正常細胞內(nèi)的原癌基因發(fā)生錯誤轉(zhuǎn)變?yōu)榘┗?.一些基因失活后正常細胞轉(zhuǎn)變?yōu)榘┘毎职┗?。?jīng)過70年代的癌基因時代，80年代的抑癌基因時代90年代的多基因時代或癌基因蛋白網(wǎng)絡(luò)時代，提出了一系列的理論：腫瘤多步驟里論、dna修復理論、細胞凋亡理論，進一步闡明細胞周期核心機制、細胞周期啟動機制、細胞周期檢測點機制三、腫瘤與細胞周期研究的重大突破 （一）腫瘤是多步驟發(fā)生多基因突變的進行性疾?。憾未驌魧W說，腫瘤的發(fā)生發(fā)展是一個細胞克隆進化的過程 （二）腫瘤是一類

4、細胞周期疾病 各種基因的功效會聚到細胞周期機制形成腫瘤 細胞各時相的動態(tài)變化細胞各時相的動態(tài)變化 、g1期 rna在此期大量合成，導致蛋白質(zhì)量明顯增加。s期所需的dna復制相關(guān)的酶系，如dna聚合酶，g1期向s期轉(zhuǎn)變相關(guān)的蛋白質(zhì)如觸發(fā)蛋白、鈣調(diào)蛋白、細胞周期蛋白等均在此期合成。 觸發(fā)蛋白是一種不穩(wěn)定蛋白，它對細胞從g1期進入s期是必須的。只有當其含量積累到臨界值，細胞周期才能朝dna合成方向進行。 鈣調(diào)蛋白是真核細胞內(nèi)重要的鈣受體，它調(diào)節(jié)細胞內(nèi)鈣的水平，鈣調(diào)蛋白的含量，在g1晚期可達峰值，用抗鈣調(diào)蛋白藥物處理細胞，可延緩其從g1期到s期的進程。g1期蛋白質(zhì)量的增加，可能與蛋白質(zhì)合成增強有關(guān)，而

5、另一原因則可能使其降解的減弱。 蛋白質(zhì)的磷酸化作用在g1期開始增加，這將有利于g1晚期染色體結(jié)構(gòu)成分的重排。非組蛋白、一些蛋白激酶在g1期也可發(fā)生磷酸化，已知大多數(shù)蛋白激酶磷酸化發(fā)生于其絲氨酸或蘇氨酸、酪氨酸部位。 、s期 s期是細胞進行大量dna復制的階段，組蛋白及非組蛋白也在此期大量合成，最后完成染色體的復制 （）、dna復制需要多種酶的參與 包括dna聚合酶、dna連接酶、胸腺嘧啶核苷酸激酶、核苷酸還原酶等。隨著細胞由g1期進入s期，這些酶的含量或活性可顯著增高 （）、dna復制具有嚴格的時間順序 通常，gc含量較高的dna序列在早s期復制，晚s期復制的主要為含量高的dna序列；就染色體

6、而言，常染色質(zhì)的復制較異染色質(zhì)要早，典型的例子如人女性的細胞中，當其它染色體都被復制完以后，才開始進行純化的x染色體復制。 （）、s期是細胞合成的主要時相 此時細胞質(zhì)中可出現(xiàn)大量的組蛋白mrna，新合成的組蛋白從胞質(zhì)進入胞核，與復制后的dna迅速結(jié)合，但繞成核小體，進而形成具有兩條單體的染色體。除了蛋白質(zhì)合成以外，在s期細胞中不斷進行著組蛋白的持續(xù)磷酸化。 （）、中心粒的復制也在s期完成 原本垂直的一對中心粒發(fā)生分離，各自在其垂直方向形成一個子中心粒，由此形成的兩對中心粒在以后的細胞周期進程中，將發(fā)揮微管組織中心的作用，紡錘體微管，星體微管的形成均與此相關(guān)。 、g2期 為細胞分裂準備期，細胞中

7、合成一些與m期結(jié)構(gòu)功能相關(guān)的蛋白質(zhì)，與核膜破裂，染色體凝集相關(guān)的成熟促進因子在此期合成。 微管蛋白g期合成達高峰，為m期紡錘體微管的形成提供了豐富的來源。 已經(jīng)復制的中心粒在g2期逐漸長大，并開始向細胞兩極分離。 、m期 為細胞有絲分裂期。在此期細胞中，染色體凝集后發(fā)生姊妹染色單體的分離，核膜核仁破裂后再重建，胞質(zhì)中有紡錘體收縮環(huán)出現(xiàn)，隨著兩個子核的形成，胞質(zhì)也一分為二，由此完成細胞分裂。細胞分裂周期及主要調(diào)控機制細胞分裂周期及主要調(diào)控機制第二節(jié)第二節(jié) 細胞周期機制的核心細胞周期機制的核心cdk調(diào)控機制調(diào)控機制 一、cdk調(diào)控中心 細胞周期機制的核心，是一組蛋白激酶，它們各自在細胞周期內(nèi)特定的

8、時間激活，通過對相應的底物磷酸化，驅(qū)使細胞完成細胞周期。這些蛋白激酶的細胞周期特異性或時相性激活，依賴于一類細胞周期特異性或時相性表達、累及與分解的蛋白質(zhì)，稱為細胞周期素，而前者被稱為細胞周期依賴性蛋白激酶。這一核心調(diào)控機制來源于科學家對酵母、非洲爪蟾卵、果蠅和人類細胞的研究，由于其億萬年進化后仍被高度保守下來。 1.wee1/cdc25（wee1基因）： 真核生物的基因，編碼酪氨酸蛋白激酶，通過對p34cdc進行磷酸化而抑制細胞分裂周期。 2.cdc gene（細胞周期基因）： 釀酒酵母中編碼nef因子的基因，能激活酵母ras蛋白以及ha-ras蛋白。nef因子是一種病毒調(diào)節(jié)蛋白。 3.人類

9、主要的cdk有種：cdk1-7 4.人類主要的cyclin有類種： cyclina, cyclin-b(b1:b2), cyclinc, cyclind(d1,d2,d3), cyclin-e, cyclin-f, cyclin-g, cyclin-h. 細胞周期素與cdks結(jié)合后，cdks才具有活性，它們兩者的結(jié)合使細胞周期有序進行。具體結(jié)合方式如下： （） cdk2、 cdk4與cyclin-e結(jié)合，而cdk、 cdk、 cdk、 cdk與cyclin結(jié)合是g1期運行的必備條件。 （） cdk與cyclin-e結(jié)合是s期啟動的必要條件。 （） cdk與cyclin-a的結(jié)合是g2期啟動和進

10、行的必要條件。 （） cdc2(cdc1)與cyclin-b1的結(jié)合是m期事件啟動和進行的必要條件二、細胞周期素（cyclins）是調(diào)控cdk活性的主要成分 起初人們定義cyclin時，是根據(jù)其蛋白質(zhì)水平在細胞周期內(nèi)呈時相性起伏的特征。現(xiàn)在看來，正確的定義，應根據(jù)該蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)上是否存在能與cdk催化亞單位結(jié)合、激活的特異性區(qū)域。所有的cyclin蛋白分子結(jié)構(gòu)上，都有一個由多個氨基酸組成的相對保守的區(qū)域，人們稱為細胞周期盒。cyclin box的主要功能是與cyclin結(jié)合并激活之，如果該區(qū)域突變，cyclin與cdk的結(jié)合能力和激活功能同時喪失。 cyclin的功能調(diào)控主要依靠其蛋白水平的細胞

11、周期特異性起伏。cyclin蛋白質(zhì)水平的細胞周期時相性起伏與它們的m rna起伏也有密切關(guān)系，但機制不清楚。 cyclin蛋白質(zhì)還含有特別的區(qū)間，能將相應的cdk引到特定的底物或亞細胞部位，因此，cyclin蛋白質(zhì)除了激活相應的cdk外，還有加強cdk對特定的物的作用。這一功能可能是因為cyclin與特定的物質(zhì)之間的正反應所致。 三、thr160/161磷酸化： cdk的激活，除了必須與相應的 cyclin結(jié)合外，還需要在其保守的蘇氨酸殘基上進行磷酸化。在人類細胞的cdc2，這一關(guān)鍵性的磷酸化是在位的蘇氨酸殘基（thr16），cdk2則在位的蘇氨酸殘基（thr16） cdk7與cyclinh結(jié)

12、合后，不僅可以使cdc2 和cdk2磷酸化，還能使較遠的的cdk家族成員cdk4磷酸化。所以一種cak能使細胞周期調(diào)控中心的所有重要的cdk-cyclin底物磷酸化而激活。這種cak導致的某一種cdk-cyclin底物磷酸化，與cyclin的時相性起伏相平行。 四、thr14/tyr15磷酸化和去磷酸化。 cdc2的激活過程是thr160/161磷酸化和thr14/tyr15磷酸化過程，cdc2激活后去激活大蛋白激酶或抑制磷酸酶使weel滅活最終是細胞進入有絲分裂 五、細胞周期依賴性蛋白激酶抑制物：（cki） c k i 主 要 有 兩 大 家 族 ， 一 類 是 p21(cip1/waf1/

13、cap20/sdi1)和p27(kip1),它們主要與cdk2、 cdk4的抑制有關(guān)；另一類是p16ink4和 p15ink4b，主要與cdk4 、cdk6的抑制密切相關(guān)。 作用機制：未完全清楚，大多數(shù)cki是通過直接與thr160/161磷酸化后的cdk-cyclin復合物密切結(jié)合，直接抑制其蛋白激酶活性。 現(xiàn)較為肯定的是p21，其調(diào)控水平在基因轉(zhuǎn)錄的層面，當dna損傷和細胞衰老時，具有轉(zhuǎn)錄因子作用的p53增高，抑制其蛋白激酶活性，阻滯細胞周期的進行。第三節(jié)第三節(jié) 細胞周期的兩大機制細胞周期的兩大機制 細胞周期得以進行的核心機制是在一系列cyclin時相起伏的調(diào)控下，相應的cdk依次激活，驅(qū)

14、使細胞通過g1,s,g2期，達到m期，細胞一分為二，實現(xiàn)忠于親代的細胞復制。這一過程的順利完成取決于是否啟動和能否忠于運行，達到忠實復制，是細胞周期調(diào)控的兩大生物學機制。 一、細胞周期的啟動機制 細胞周期能否啟動進行細胞增殖，主要的調(diào)控點在g1期，它決定細胞是否通過g1期進入s期。這一調(diào)控點首先在芽殖酵母的研究中被認識，人們稱其為“起始點”（start）。一旦細胞通過start,它們勢必進入s期，完成整個細胞分裂周期。因此start有時酵母細胞周期的“決定點”。 在人體細胞增殖中，在g1期存在相似的調(diào)控機制。在g1期較晚時，也有一個決定點，稱為“限制點”（restriction point），

15、與酵母的start功能類似，不同的是，人類細胞是否通過“限制點”，進入細胞周期，主要受與細胞增殖有關(guān)的細胞外生長因子的調(diào)控，而不是營養(yǎng)素。只要有相應的生長因子存在，細胞就能通過r點進入s期，完成整個細胞周期?；氐絞0/1期。相反，如果細胞在g1期就缺乏相應的生長因子，細胞周期的運行將停止在r點，此時細胞進入“安靜狀態(tài)，稱之為g0期。 連接信號轉(zhuǎn)導與細胞周期有兩條途徑，一是cyclind/cdk4，二是cycline/cdk2。二者都是g1期進行的限速步驟，即cyclind或cycline的過度表達，均能縮短g1期時間或加速g1期進行 二、細胞周期的監(jiān)控機制 （一） dna損傷檢測點 抑癌基因p

16、53在人類細胞周期g1期檢測點起著關(guān)鍵性作用。還存在g2期檢測點。 （二） 時相次序監(jiān)測點 有mpf(有絲分裂促進因子)，可以誘導所有細胞周期時相的細胞核發(fā)生染色體凝集。 spf(s期促進因子)，只能誘發(fā)g1期細胞進入s期而不能使g2期細胞進入m期。第四節(jié)第四節(jié) 細胞周期的界面機制細胞周期的界面機制 一、 細胞周期與dna修復 所有的真核細胞中都高度保守者這一整套完整的精密機制，承擔著dna損傷、錯誤地發(fā)現(xiàn)，并將其信號傳遞給相應的機制，去阻滯細胞周期的運行，并同時進行dna損傷的修復。然后視修復情況，細胞基因的突變。決定繼續(xù)分裂或死亡，執(zhí)行一系列細胞的重要生命活動。 dna修復方式 切除修復

17、錯配修復 : 將局部一段錯配的寡核苷酸鏈切除，重新合成之堿基切除修復核苷酸切除修復全基因組切除修復轉(zhuǎn)錄切除修復 二、 細胞周期與細胞凋亡 細胞凋亡存在有細胞周期特異性，不同因素誘導的細胞凋亡發(fā)生在細胞周期不同的時相 三、 細胞周期與細胞分化 細胞周期不僅與細胞增殖、細胞凋亡有關(guān)，還調(diào)控著細胞分化第五節(jié)第五節(jié) 腫瘤細胞周期機制的腫瘤細胞周期機制的破壞破壞 一、 細胞周期檢控機制的破壞 細胞周期中檢測dna損傷的檢測點至少有兩處，一處在g1-s過渡期，另一處在g2-m過渡期?？刂七M入s期的檢測點，防止dna受損細胞進入s期的dna復制。控制進入m期的檢測點，防止受損的dna和未完成復制的dna進入有絲分裂。 這些dna損傷檢測點的主要機制有二：一是p53依賴性機制，另一是p53非依賴性機制每一個完整的檢測點應由四部分組成，即發(fā)現(xiàn)或傳感器（detect或sensor）、制動或拘留（stop or arrest）、修復（repair）、決定（decision,divide or death）。理論上說監(jiān)測點的任何一部分出了問題，都會導致功能的異常，結(jié)果是遺傳不穩(wěn)定，基因受損的細胞存活和復制或細胞遺傳物質(zhì)的改變，如此細胞多步驟進化，最終成為失控性生長的腫瘤細胞。 腫瘤的發(fā)生