細(xì)胞周期及其調(diào)控ppt課件

1、細(xì)胞周期及其調(diào)控徐朝陽徐朝陽細(xì)胞生物學(xué)教研室細(xì)胞生物學(xué)教研室前言 細(xì)胞周期及其調(diào)控的重要性細(xì)胞周期及其調(diào)控的重要性 細(xì)胞周期及其調(diào)控的復(fù)雜性細(xì)胞周期及其調(diào)控的復(fù)雜性細(xì)胞周期細(xì)胞周期調(diào)控細(xì)胞周期與醫(yī)學(xué)經(jīng)過三部分的學(xué)習(xí)了解細(xì)胞周期細(xì)胞周期根本概念1.細(xì)胞周期同步化1.1 代謝抑制法 原理：選用原理：選用DNADNA合成的抑制劑，可逆地抑制合成的抑制劑，可逆地抑制DNADNA合合成，而不影響其他時期細(xì)胞的運轉(zhuǎn)，最終可將細(xì)成，而不影響其他時期細(xì)胞的運轉(zhuǎn)，最終可將細(xì)胞群阻斷在胞群阻斷在S S期或期或G/SG/S交界處。交界處。 優(yōu)點：同步化程度高，適用于任何培育體系。可優(yōu)點：同步化程度高，適用于任何培育

2、體系。可將幾乎一切的細(xì)胞同步化。將幾乎一切的細(xì)胞同步化。 缺陷：容易產(chǎn)生非平衡生長，個別細(xì)胞體積增大。缺陷：容易產(chǎn)生非平衡生長，個別細(xì)胞體積增大。 1.2 細(xì)胞分裂收獲法 方法：使單層培育的細(xì)胞處于對數(shù)增殖期，此時方法：使單層培育的細(xì)胞處于對數(shù)增殖期，此時分裂活潑，有絲分裂細(xì)胞變圓隆起，與培育皿的分裂活潑，有絲分裂細(xì)胞變圓隆起，與培育皿的附著性低，此時悄然振蕩，附著性低，此時悄然振蕩，M M期細(xì)胞脫離器壁，懸期細(xì)胞脫離器壁，懸浮于培育液中，搜集培育液，再參與新穎培育液，浮于培育液中，搜集培育液，再參與新穎培育液，依法繼續(xù)搜集，那么可獲得一定數(shù)量的中期細(xì)胞。依法繼續(xù)搜集，那么可獲得一定數(shù)量的中期

3、細(xì)胞。 優(yōu)點：操作簡單，同步化程度高，細(xì)胞不受藥物優(yōu)點：操作簡單，同步化程度高，細(xì)胞不受藥物損傷。損傷。 缺陷：獲得的細(xì)胞數(shù)量較少。分裂細(xì)胞約占缺陷：獲得的細(xì)胞數(shù)量較少。分裂細(xì)胞約占1%1%2%2% 2.1 有關(guān)名詞 TG1TG1：G1G1期的繼續(xù)時間期的繼續(xù)時間 TG2TG2：G2G2期的繼續(xù)時間期的繼續(xù)時間 TSTS： S S期的繼續(xù)時間期的繼續(xù)時間 TMTM： M M期的繼續(xù)時間期的繼續(xù)時間 TCTC： 一個細(xì)胞周期的繼續(xù)時間一個細(xì)胞周期的繼續(xù)時間 PLMPLM：標(biāo)志的有絲分裂細(xì)胞所占的比例：標(biāo)志的有絲分裂細(xì)胞所占的比例 TDRTDR：胸腺嘧啶核苷：胸腺嘧啶核苷Thymine Deoxy

4、riboside, Thymine Deoxyriboside, TDR TDR ，是，是DNADNA的特異前體，能被的特異前體，能被S S期細(xì)胞攝入，期細(xì)胞攝入，而摻進而摻進DNADNA中。通常運用的是中。通常運用的是3H3H或者或者14C14C標(biāo)志的標(biāo)志的TDRTDR。 2.細(xì)胞周期時間的測定 細(xì)胞周期時間的長短因細(xì)胞的類型、形狀細(xì)胞周期時間的長短因細(xì)胞的類型、形狀和環(huán)境而異。和環(huán)境而異。 標(biāo)志有絲分裂百分率法標(biāo)志有絲分裂百分率法percentage percentage labeled mitoseslabeled mitoses，PLMPLM是一種常用的測是一種常用的測定細(xì)胞周期時間的

5、方法。定細(xì)胞周期時間的方法。 其原理是對測定細(xì)胞進展脈沖標(biāo)志、定時其原理是對測定細(xì)胞進展脈沖標(biāo)志、定時取材、利用放射自顯影技術(shù)顯示標(biāo)志細(xì)胞，取材、利用放射自顯影技術(shù)顯示標(biāo)志細(xì)胞，經(jīng)過統(tǒng)計標(biāo)志有絲分裂細(xì)胞百分?jǐn)?shù)的方法經(jīng)過統(tǒng)計標(biāo)志有絲分裂細(xì)胞百分?jǐn)?shù)的方法來測定細(xì)胞周期。來測定細(xì)胞周期。2.1 有關(guān)名詞 TG1TG1：G1G1期的繼續(xù)時間期的繼續(xù)時間 TG2TG2：G2G2期的繼續(xù)時間期的繼續(xù)時間 TSTS：S S期的繼續(xù)時間期的繼續(xù)時間 TMTM：M M期的繼續(xù)時間期的繼續(xù)時間 TCTC：一個細(xì)胞周期的繼續(xù)時間：一個細(xì)胞周期的繼續(xù)時間 PLMPLM：標(biāo)志的有絲分裂細(xì)胞所占的比例：標(biāo)志的有絲分裂細(xì)胞

6、所占的比例 TDRTDR：胸腺嘧啶核苷，是：胸腺嘧啶核苷，是DNADNA的特異前體，能被的特異前體，能被S S期期細(xì)胞攝入，而摻進細(xì)胞攝入，而摻進DNADNA中。通常運用的是中。通常運用的是3H3H或者或者1414C C標(biāo)志的標(biāo)志的TDRTDR。2.2 PLM法原理 待測細(xì)胞經(jīng)待測細(xì)胞經(jīng)3H-TDR3H-TDR標(biāo)志后，一切標(biāo)志后，一切S S期細(xì)胞均期細(xì)胞均被標(biāo)志。被標(biāo)志。 S S期細(xì)胞經(jīng)期細(xì)胞經(jīng)G2G2期才進入期才進入M M期，所以一段時間期，所以一段時間內(nèi)內(nèi)PLM=0PLM=0。 開場出現(xiàn)標(biāo)志開場出現(xiàn)標(biāo)志M M期細(xì)胞時，表示處于期細(xì)胞時，表示處于S S期最期最后階段的細(xì)胞，已渡過后階段的細(xì)胞

7、，已渡過G2G2期，所以從期，所以從PLM=0PLM=0到出現(xiàn)到出現(xiàn)PLMPLM的時間間隔為的時間間隔為TG2TG2。 S S期細(xì)胞逐漸進入期細(xì)胞逐漸進入M M期，期，PLMPLM上升，到達(dá)最高上升，到達(dá)最高點的時候闡明來自處于點的時候闡明來自處于S S最后階段的細(xì)胞，最后階段的細(xì)胞，已完成已完成M M并進入并進入G1G1期。所以從開場出現(xiàn)標(biāo)志期。所以從開場出現(xiàn)標(biāo)志的的M M期細(xì)胞到期細(xì)胞到PLMPLM到達(dá)最高點到達(dá)最高點100%100%的的時間間隔就是時間間隔就是TMTM。 當(dāng)當(dāng)PLMPLM開場下降時，闡明處于開場下降時，闡明處于S S期最初階段期最初階段的細(xì)胞也已進入的細(xì)胞也已進入M M期

8、，所以出現(xiàn)期，所以出現(xiàn)LMLM到到PLMPLM又又開場下降的一段時間等于開場下降的一段時間等于TSTS。 從從LMLM出現(xiàn)到下一次出現(xiàn)到下一次LMLM出現(xiàn)的時間間隔就等出現(xiàn)的時間間隔就等于于TCTC，根據(jù)，根據(jù)TC=TG1+TS+TG2+TMTC=TG1+TS+TG2+TM即可求出的即可求出的TG1TG1長度長度 現(xiàn)實上由于一個細(xì)胞群體中現(xiàn)實上由于一個細(xì)胞群體中TCTC和各時相不和各時相不盡一樣，第一個峰常達(dá)不到盡一樣，第一個峰常達(dá)不到100%100%，以后的，以后的峰會發(fā)生衰減，峰會發(fā)生衰減，PLMPLM不一定會下降到零，所不一定會下降到零，所以實踐丈量時，常以以實踐丈量時，常以TG2+1/

9、2TMTG2+1/2TM-TG2-TG2的的方式求出方式求出TMTM。細(xì)胞周期 各時相的動態(tài) 1. G1期動態(tài) 早早G1G1期：細(xì)胞生長期：細(xì)胞生長 R R點：分裂決議點：分裂決議 晚晚G1G1期：復(fù)制預(yù)備期：復(fù)制預(yù)備細(xì)胞周期時間的長短主要由細(xì)胞周期時間的長短主要由G1G1期決議期決議2.S期動態(tài) DNADNA合成合成 染色質(zhì)組裝染色質(zhì)組裝 中心粒復(fù)制中心粒復(fù)制3.G2期動態(tài) 復(fù)制檢查復(fù)制檢查 分裂預(yù)備分裂預(yù)備G1-G2G1-G2期主要物質(zhì)的合成期主要物質(zhì)的合成4.M期動態(tài) 染色體分別染色體分別 胞質(zhì)分裂胞質(zhì)分裂細(xì)胞周期調(diào)控細(xì)胞周期驅(qū)動力細(xì)胞周期驅(qū)動力1.引擎：cyclin-CDK系統(tǒng)1.1

10、Cyclin-Cdk的類型1.2 Cylin-CDK的激活Cdk activating kinase(CAK) Cdk7Cdk7和和CyclinH CyclinH 一同構(gòu)成一同構(gòu)成CAK;CAK; 催化催化cdk2cdk2和和cdk4cdk4分子第分子第161161位蘇氨酸的磷酸位蘇氨酸的磷酸化，從而激活這些蛋白激酶的活性?；瑥亩せ钸@些蛋白激酶的活性。1.3 Cdk/Cyc在細(xì)胞周期中的調(diào)控作用A. G1期B. S期和G2期C. M期Cdc25 近來的研討資料闡明,3種Cdc25 亞型在G1/ S、G2/ M 轉(zhuǎn)變和M 期中都有作用。3 種亞型能協(xié)同啟動細(xì)胞進入S 期和調(diào)控G2/ M 的轉(zhuǎn)

11、變。 Cdc25A 對于有效地促進細(xì)胞進入S 期是必需的, Cdc25A 表達(dá)量的添加可促進G1/ S和G2/ M 檢驗點之間的轉(zhuǎn)變。 Cdc25B和Cdc25C 在控制進入M 期和G2/ M 檢驗點具有重要的作用。然而,Cdc25B 在G2/ M 檢驗點早期階段似乎具有更突出的作用,而Cdc25C控制G2/ M 檢驗點的后期階段。Cdc25 的作用機制 Cdk 激酶活性經(jīng)過Thr-14 和Tyr-15 (在Cdk1中) 的磷酸化作用而被負(fù)調(diào)控。 Cdk1 的抑制性激酶在高等真核細(xì)胞中是wee1 和myt1 蛋白激酶。 這些激酶經(jīng)過Cdc25 磷酸酶的催化作用而發(fā)生去磷酸化,導(dǎo)致Cdk1/ c

12、yclin B 發(fā)生活化作用。2.原動力：周期性基因表達(dá)3.清道夫：泛素化蛋白質(zhì)降解系統(tǒng)泛素介導(dǎo)的細(xì)胞周期調(diào)控蛋白的降解泛素介導(dǎo)的細(xì)胞周期調(diào)控蛋白的降解泛素被稱為蛋白質(zhì)降解泛素被稱為蛋白質(zhì)降解標(biāo)簽，結(jié)合了泛素的蛋標(biāo)簽，結(jié)合了泛素的蛋白質(zhì)能被白質(zhì)能被26S26S蛋白酶體蛋白酶體識別并分解成短肽；識別并分解成短肽；這是短命蛋白質(zhì)和一些這是短命蛋白質(zhì)和一些異常蛋白質(zhì)降解的普遍異常蛋白質(zhì)降解的普遍途徑。途徑。a.蛋白質(zhì)的泛素化修飾過程泛素先被合成為一種沒有泛素先被合成為一種沒有活性的前體，之后在活性的前體，之后在C C端端水解酶的作用下暴露雙水解酶的作用下暴露雙GlyGly位點而進展成熟化。位點而進展

13、成熟化。以后泛素依次被泛素激活以后泛素依次被泛素激活酶酶E1E1活化，轉(zhuǎn)移至結(jié)合酶活化，轉(zhuǎn)移至結(jié)合酶E2E2的半胱氨酸殘基上，被的半胱氨酸殘基上，被銜接酶銜接酶E3E3銜接到靶蛋白外銜接到靶蛋白外表的賴氨酸殘基上。表的賴氨酸殘基上。 b.蛋白質(zhì)的泛素化修飾作用4.外動力：生長因子信號系統(tǒng) 生長因子是一大類與細(xì)胞增殖有關(guān)的信號生長因子是一大類與細(xì)胞增殖有關(guān)的信號物質(zhì)，目前發(fā)現(xiàn)的生長因子多達(dá)幾十種，物質(zhì)，目前發(fā)現(xiàn)的生長因子多達(dá)幾十種，多數(shù)有促進細(xì)胞增殖的功能。多數(shù)有促進細(xì)胞增殖的功能。 生長因子不由特定腺體產(chǎn)生，主要經(jīng)過旁生長因子不由特定腺體產(chǎn)生，主要經(jīng)過旁分泌作用于臨近細(xì)胞。分泌作用于臨近細(xì)胞。

14、 細(xì)胞在生長因子的刺激下，細(xì)胞在生長因子的刺激下，G1G1期期cyclin Dcyclin D表達(dá)表達(dá) 。 表皮生長因子表皮生長因子 轉(zhuǎn)化生長因子轉(zhuǎn)化生長因子/ / 骨構(gòu)成蛋白骨構(gòu)成蛋白 神經(jīng)生長因子神經(jīng)生長因子 成纖維細(xì)胞生長因子成纖維細(xì)胞生長因子 粒細(xì)胞集落刺激因子粒細(xì)胞集落刺激因子 粒細(xì)胞粒細(xì)胞- -巨噬細(xì)胞集落刺激因子巨噬細(xì)胞集落刺激因子 血小板衍生生長因子血小板衍生生長因子 紅細(xì)胞生成素紅細(xì)胞生成素 血小板生成素血小板生成素 肝細(xì)胞生長子肝細(xì)胞生長子 . .生長因子的分類細(xì)胞周期檢控點細(xì)胞周期檢控點簡介 檢控點是檢查和控制細(xì)胞周期進程的信號通路。主要是檢查和控制細(xì)胞周期中的一些關(guān)鍵轉(zhuǎn)

15、換。 在細(xì)胞周期程序出現(xiàn)問題或者環(huán)境條件變化時被激活，經(jīng)過加強對Cdk的結(jié)合抑制和磷酸化來阻滯細(xì)胞周期進程，同時啟動DNA修復(fù)、細(xì)胞凋亡等應(yīng)對機制。1.Cdk抑制因子CKI2.2.細(xì)胞周期檢控點細(xì)胞周期檢控點細(xì)胞周期檢控點的作用 主要是調(diào)理細(xì)胞周期的時序轉(zhuǎn)換，以確保DNA復(fù)制、染色體分別等細(xì)胞重要生命活動的高度準(zhǔn)確性，并對DNA損傷、DNA復(fù)制受阻、紡錘體裝配和染色體分別異常等細(xì)胞損傷及時做出反響，阻滯細(xì)胞周期的運轉(zhuǎn)，誘導(dǎo)相關(guān)基因表達(dá)，使細(xì)胞有充分的時間對損傷進展修復(fù)，以防止突變和遺傳不穩(wěn)定的發(fā)生。 如細(xì)胞損傷過大而無法修復(fù)，檢控系統(tǒng)那么啟動相應(yīng)的細(xì)胞凋亡機制將損傷細(xì)胞加以去除，以確保細(xì)胞基因

16、組的完好性和遺傳的穩(wěn)定性。2.1 G1/S: DNA損傷檢控點DNA損傷ATM/ATR細(xì)胞周期檢測點激酶1/2 Cdc25激活激活磷酸化出核降解，不能解除細(xì)胞核內(nèi)Cdk2的磷酸化抑制，防止細(xì)胞進入S期Mdm2磷酸化不能結(jié)合p53，p53留在細(xì)胞核內(nèi)被磷酸化P21表達(dá)抑制cdk2/4/6活性，使細(xì)胞停滯在G1期非p53依賴途徑P53依賴途徑DNA損傷檢控的兩個途徑P53: gene regulatory protein. DNA damage activates p53 by an indirect mechanism. Mdm2 acts as a ubiquitin ligase that

17、targets p53 for destruction by proteasomes. Phosphrylated p53 reduce its binding to Mdm2.P21(CKI protein) binds to G1/S-Cdk and S-Cdk and inhibits their activities, thereby helping to block entry into S phase.2.2 G2/M: DNA2.2 G2/M: DNA復(fù)制檢控點復(fù)制檢控點DNA過失信號ATM/ATR細(xì)胞周期檢測點激酶1/2 Cdc25激活激活磷酸化出核降解，防止Cdk1磷酸化抑制

18、的解除Waf1/Cip1磷酸化激活Cdk1磷酸化抑制2.32.3中期中期/ /后期：分裂檢控點后期：分裂檢控點 An overview of the cell-cycle control systemG1aG1bG1cG1dSG2MG0PDGFREGFRp53p16, p15p21p27pRBp21p27Cyclin DCyclin ECyclin ECyclin ACyclin A,BE2FAppendix: 細(xì)胞周期調(diào)控蛋白細(xì)胞周期與醫(yī)學(xué)1.周期蛋白表達(dá)異常 Cyclin D over-expressed or amplified in a variety of human cancers

19、. Breast 50% Head & Neck 43%* Esophageal 30% Bladder 15% Liver 10% S.C. Lung 10% *over-expression at time of surgery associated with increased risk of recurrence2.周期蛋白降解異常Over-expression of Cyclin A or Cyclin E may result from failure to undergo ubiquitin-mediated degradation.Insertional Mutagen

20、esis of Cyclin A in Liver CancerCurr. Opin. Genet. Dev. 3:11, 1993Consequence:Protein is not degradedCyclin A over-expressed3.磷酸酶過表達(dá)cdc25A, cdc25B mRNA and protein over-expressed in: Aggressive Lymphomas (40-100%) Head and Neck tumorsNo over-expression in indolent lymphomas.cdc25C levels relatively low in all cancers.Deactivation of CDK activity by phosphorylation of ATP binding site or reactivation by phosphatases. Cancer Res. 57:2366, 2019Int. J. Cancer 89: 148, 20004.CAK活性異常Cdk7 moderately elevated in a variety of huma