細胞周期課件

1、CELL CYCLE第十三章 細胞周期細胞增殖是生命的基本特征。初生嬰兒1012個細胞，成人1014個，約200種類型。成人每秒鐘有數(shù)百萬新細胞產(chǎn)生。一個大腸桿菌若按20分鐘分裂一次，并保持這一速度，則兩天即可超過地球的重量。第一節(jié)什么是細胞周期 Eucaryotic Cell Cycle 根據(jù)細胞周期可將高等動物細胞分為3類：連續(xù)分裂細胞，如表皮生發(fā)層、骨髓干細胞。休眠細胞，稱G0期細胞。不分裂細胞，又稱終端細胞，如神經(jīng)、肌肉、多形核細胞等。一、細胞分裂的類型Amitosis，Remark 1841Mitosis，F(xiàn)leming 1882，Strasburger 1880MeiosisGam

2、eticSporicZygoticSomaticAmitosis Mitosis ProphaseTwo centrosomes, and their forming radial arrays of astral microtubules separating on the surface of an early prophase newt lung cell nucleus. 圖片來自/圖片來自Spindle Microtubules and Motors in the spindlePremetaphaseMetaphaseAnaphaseAnaphase A and BTelophas

3、eCytokinesis Dividing Muscle Myoblast (SEM x8,000)Telophase in plant cellsMeiosis synaptonemal complexMeiosis in mouse spermatogenesis Zygotic meiosisGametic meiosisSporic meiosisChromosome recombination 1Chromosome recombination 2二、細胞周期時間的測定G1期差異較大，M期最短，約0.54.5小時。周期長短與物種/細胞類型有關(guān)。測定方法：標記有絲分裂百分率法（PLM）

4、，用3H TdR對測定細胞脈沖標記、定時取材，通過統(tǒng)計標記有絲分裂細胞百分數(shù)來測定細胞周期。T常以（TG2+1/2TM）-TG2的方式求出TM三、細胞同步化（一）自然同步化1. 多核體：粘菌、瘧原蟲。2 . 水生動物受精卵：海膽、兩棲類。3. 增殖抑制解除后的同步分裂：真菌休眠孢子。（二）人工同步化1. 選擇同步化1）有絲分裂選擇法優(yōu)點：操作簡單，同步化程度高，細胞不受藥物傷害。缺點：獲得的細胞數(shù)量較少（分裂細胞約占1%2%） 。2）細胞沉降分離法優(yōu)點：可用于任何懸浮培養(yǎng)的細胞。缺點：同步化程度較低。2. 誘導同步化1）DNA合成阻斷法：用DNA合成抑制劑，可逆阻斷細胞周期，然后釋放。常用TD

5、R雙阻斷法。優(yōu)點：同步化程度高；缺點：產(chǎn)生非均衡生長，個別細胞體積增大。2）中期阻斷法用秋水仙素等微管抑制劑將細胞阻斷在中期。優(yōu)點是便于觀察染色體，缺點是可逆性較差。第二節(jié) 細胞周期調(diào)控CELL CYCLE CONTROLprematurely condensed chromosome，PCCG1SG2一、研究背景1970s Rao等發(fā)現(xiàn)與M期細胞(Hela)融合的間期細胞染色體發(fā)生凝縮，說明M期細胞具有促進間期細胞進行分裂的因子 ( MPF)。Hartwell 1960s, Nurse 1970s 分別以芽殖酵母和裂殖酵母為材料，利用溫度敏感突變株，發(fā)現(xiàn)許多與細胞分裂有關(guān)的基因( cdc)。

6、FISSION YEAST Paul Nurse found CDC28BUDDING YEAST Leland H. Hartwell found CDC2T. Hunt 1980s發(fā)現(xiàn)海膽的卵裂過程中兩種蛋白質(zhì)的含量隨細胞周期振蕩，命名為cyclin A和B，其mRNA能誘導蛙卵成熟。1988年Lohka將非洲爪蟾的MPF純化。經(jīng)鑒定MPF由32KD和45KD兩種蛋白組成，是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶。進一步的研究發(fā)現(xiàn)MPF=cdc2+clyclin BLeland H. Hartwell R. Timothy (Tim) Hunt Sir Paul M. Nurse 2001年10月8日美國

7、人LelandHartwell、英國人Paul Nurse、TimothyHunt因?qū)毎芷谡{(diào)控機理的研究而獲諾貝爾生理醫(yī)學獎。二、CDKcdc2與細胞周期蛋白結(jié)合才具有激酶的活性，故名細胞周期蛋白依賴性激酶(CDK)。cdc2又稱CDK1，可將特定蛋白磷酸化，如：將核纖肽磷酸化導致核纖層解體、核膜消失；將H3磷酸化導致染色體的凝縮等。在動物中已知十多種CDK，均含PSTAIRE序列Different CDKsCDK mouse modelCDK突變類型生存性個體表型細胞表型Cdk1缺失致死N/AN/ACdk2缺失存活減數(shù)分裂異常，雌雄均不育，有絲分裂正常，不響應p27Kip1缺失引起的器官

8、腫大和腫瘤培養(yǎng)的成纖維細胞早衰，無明顯細胞周期缺陷，不響應p21Cip1或p27Kip1 缺失引起的細胞增殖改變。Cdk2條件缺失存活未觀察到表型缺陷細胞增殖正常Cdk3提前終止存活正常，很多實驗品系攜帶這一突變。細胞正常Cdk4R42C突變存活14-18個月后出現(xiàn)上皮細胞和間充質(zhì)腫瘤細胞周期加快，為永久系，容易轉(zhuǎn)染ras腫瘤Cdk4缺失存活出生后胰島B細胞垂體分泌細胞不增殖，細胞小難以變?yōu)橛谰孟?，或被轉(zhuǎn)染腫瘤基因Cdk5缺失臨產(chǎn)致死神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育不良N/ACdk6缺失存活紅細胞系發(fā)育缺陷成纖維細胞無缺陷，淋巴細胞增殖延遲Cdk2 Cdk6雙缺失存活兼具有CDK1、2缺失的表型兼具有CDK1、2

9、缺失的表型Cdk4 Cdk6雙缺失晚期胚胎致死造血細胞，尤其是紅細胞增殖有限細胞周期延遲，Rb磷酸化降低，細胞對有絲分裂原相應正常，傳代成為永久系Cdk11缺失致死有絲分裂缺陷，囊胚期死亡培養(yǎng)的胚胎細胞增殖缺陷和凋亡三、細胞周期蛋白依賴性激酶抑制因子CKI對細胞周期起負調(diào)控作用，分為：Ink4: 抑制cdk4cyclin D1, cdk6cyclin D1。Kip：抑制大多數(shù)CDK。其中P21cip1還能與DNA聚合酶的輔助因子PCNA結(jié)合，直接抑制DNA的合成。四、細胞周期蛋白cyclin特點：在細胞周期中呈周期性變化。含有一段約100個氨基酸的保守序列，稱為周期蛋白框，介導與CDK結(jié)合。作

10、用：激活和引導CDK作用于不同底物。已知30余種，分為4類：G1型、G1/S型、S型、M型。不同類型的CDK/cyclin復合體*包括D1-3，各亞型cyclin D在不同細胞中的表達量不同，但具有相同的功效。CELL CYCLE REGULATION中期當MPF活性達到最高時，激活APC，通過泛素化途徑降解cyclin B，完成細胞周期。分裂期周期蛋白N端具有降解盒。泛素由76個氨基酸組成，高度保守。共價結(jié)合泛素的蛋白能被蛋白酶體識別和降解，是細胞內(nèi)短壽命蛋白和異常蛋白降解的普遍途徑。Destruction Box in CyclinsTwo types unbiqutin ligase26

11、S蛋白酶體是大型的蛋白酶，可將泛素化的蛋白質(zhì)分解成短肽。Sister chromatids separatingCohesin and condensinM期CDK的激活起始于分裂期cyclin的積累。結(jié)合cyclin B的CDK1被Wee1將Thr14和Tyr15磷酸化而不具有活性，使CDK/cyclin不斷積累。在M期，Wee1的活性下降，cdc25使CDK去磷酸化，去除了CDK活化的障礙。CDK的激活需要Thr161的磷酸化，它是在CDK激酶(CDK activating kinase CAK)的作用下完成的。 五、M期CDK的激活CDK ACTIVATING六、細胞周期檢驗點（chec

12、k point）組成：感受器、信號傳導通路、效應器。主要檢驗點：G1/S檢驗點：DNA是否損傷？細胞外環(huán)境是否適宜？細胞體積是否足夠大？在酵母中稱start點，在哺乳動物中稱R點(restriction point)。S期檢驗點：DNA復制是否完成？G2/M檢驗點：DNA是否損傷？細胞體積是否足夠大？中-后期檢驗點：紡錘體組裝檢驗點。FOUR CHECKPOINTSATM（ataxia telangiectasia-mutated gene）最早發(fā)現(xiàn)于毛細血管擴張性共濟失調(diào)癥患者，人類中大約有1%的人是ATM缺失的雜合子，表現(xiàn)出對電離輻射敏感和易患癌癥。ATM編碼一個蛋白激酶，結(jié)合在損傷的DN

13、A上，其信號通路有兩條。激活Chk1（checkpoint kinase）, 使cdc25的Ser216磷酸化失去活性，抑制M-CDK的活性，中斷細胞周期。激活Chk2，使P53被磷酸化而激活，然后P53作為轉(zhuǎn)錄因子，導致P21表達，P21抑制G1-S期CDK的活性，中斷細胞周期。七、生長因子對細胞增殖的影響生長因子是與細胞增殖有關(guān)的信號物質(zhì)，已知幾十種，多數(shù)能促進細胞增殖。作用方式：旁分泌。信號通路：ras、cAMP、磷脂酰肌醇途徑。如通過ras途徑，激活MAPK，MAPK進入細胞核內(nèi)，激活c-myc，myc作為轉(zhuǎn)錄因子促進cyclin D、SCF、E2F等G1-S有關(guān)的基因表達，細胞進入G1期。 蛋白名稱或類別在細胞周期中的作用CDK激酶，使底物磷酸化，調(diào)節(jié)底物活性。Cyclin與CDK結(jié)合，激活CDK，并引導CDK作用于特定的底物。CAK磷酸化CDK的激活位點，激活CDK。Wee 1磷酸化CDK的抑制位點，抑制CDK1的活性。CDC 25屬于磷脂酶，去除CDK抑制位點的磷酸化修飾。p27抑制G1/S和S期CDK的活性，當細胞進入終末分化時，使其退出細胞周期。p21當DNA損傷時，抑制G1/S和S期CDK的活性。p16抑制G1期CDK的活性。APC/C屬于泛素連接酶，參與securin和S、M期周期蛋白的降解，觸發(fā)中期向后期的轉(zhuǎn)變。CDC 20APC/C的激活因子，引導