細(xì)胞增殖以及其調(diào)控(3)課件

1、關(guān)于細(xì)胞增殖及其調(diào)控 (3)第一張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 細(xì)胞周期周而復(fù)始地進(jìn)行著，這種周期性的重復(fù)過程受到嚴(yán)格地控制，使得不同的細(xì)胞周期事件在空間和時間上相互協(xié)調(diào)。第二張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月3（一）研究背景 1. MPF 的發(fā)現(xiàn)及其作用1960年，Masui和Markert研究爪蟾卵母細(xì)胞，提出了成熟卵母細(xì)胞中存在一種促成熟因子（maturation promoting factor，MPF）。 Rao和Johnson(1970、1972、1974) 以Hela細(xì)胞為材料，發(fā)現(xiàn)M期細(xì)胞具有某種促進(jìn)間期細(xì)胞進(jìn)行分裂的因子，即促細(xì)胞分裂因子(mitosis-

2、 promoting factor ，MPF)。 第三張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月M期細(xì)胞(Hela)融合的間期細(xì)胞染色體發(fā)生凝縮，稱為早熟凝集染色體(prematurely condensed chromosome，PCC)。G1期PCC為單線狀，因DNA未復(fù)制。S期PCC為粉末狀，因DNA由多個部位開始復(fù)制。G2期PCC為雙線染色體，說明DNA復(fù)制已完成。甚至不同類的M期細(xì)胞也可誘導(dǎo)PCC產(chǎn)生，說明M期細(xì)胞具有促進(jìn)間期細(xì)胞進(jìn)行分裂的因子，即成熟促進(jìn)因子(maturation promoting factor， MPF)。第四張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月染色體超前

3、凝集（PCC）細(xì)胞融合與PCC(Premature chromosomal condense)第五張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月6 2.cdc基因Leland Hartwell、 Paul Nurse分別以不同的酵母為實驗材料，發(fā)現(xiàn)了許多與細(xì)胞分裂有關(guān)的基因(cell division cycle gene，CDC)。如芽殖酵母的cdc28、裂殖酵母cdc2基因。 如何發(fā)現(xiàn)的？ 進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)：P34cdc2與P34cdc28是同源物，二者本身并不具有激酶活性，只有當(dāng)其與有關(guān)蛋白結(jié)合后，其激酶活性才能夠表現(xiàn)出來。例如：P34cdc2必須與另一種蛋白P56cdc13結(jié)合后才具有激酶活

4、性。 第六張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月7 3.cyclin 1983年Timothy Hunt首次發(fā)現(xiàn)海膽卵受精后，在其卵裂過程中兩種蛋白質(zhì)的含量隨細(xì)胞周期劇烈振蕩，在每一輪間期開始合成，G2/M時達(dá)到高峰，M結(jié)束后突然消失，在下一個周期中又重復(fù)這一消長現(xiàn)象，故命名為周期素或周期蛋白(cyclin)。隨后cyclin很快被分離和克隆出來，證明其廣泛存在于從酵母到人類等各種真核生物中，而且在功能上存在互補(bǔ)性。第七張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月8 4. MPF P34cdc2Cyclin ？1988年M. J. Lohka 純化了爪蟾的MPF，經(jīng)鑒定由34KD和45KD兩

5、種蛋白組成，二者結(jié)合可使多種蛋白質(zhì)磷酸化。 1990 Paul Nurse進(jìn)一步的實驗證明P34實際上是P34cdc2的同源物，P45是cyclinB的同源物，而且，對于P34cdc2的活性而言，cyclin是必需的。從而將細(xì)胞周期三個領(lǐng)域的研究聯(lián)系在一起。MPF = P34cdc2(CDK1)+Cyclin B（催化亞單位）（調(diào)節(jié)亞單位）第八張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月第九張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月MPF的生化成分：含有兩個亞單位MPF =Cdc2+cyclin （催化亞單位+調(diào)節(jié)亞單位）第十張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月11The Nobel Pr

6、ize in Physiology or Medicine 2001for their discoveries of key regulators of the cell cycleLeland Hartwell Timothy Hunt Paul Nurse 第十一張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月12（二）細(xì)胞周期的檢驗點1989年，Hartwell通過構(gòu)建酵母細(xì)胞突變模型證實了細(xì)胞周期檢驗點（check point）的存在，并首次提出檢驗點的概念。細(xì)胞周期的運(yùn)行，是在一系列檢驗點的嚴(yán)格檢控下進(jìn)行的，它保證前一個事件完成之后，才啟動下一個事件，檢查點是細(xì)胞的錯誤監(jiān)測機(jī)制。第十二張，

7、PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月13主要檢驗點包括：G1/S檢驗點：在酵母中稱start點，在哺乳動物中稱 R點(restriction point)，控制細(xì)胞由靜止?fàn)顟B(tài)的G1進(jìn)入DNA合成期，相關(guān)的事件包括：DNA是否損傷？細(xì)胞外環(huán)境是否適宜？細(xì)胞體積是否足夠大？ S期檢驗點：DNA復(fù)制是否完成？第十三張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月14G2/M檢驗點：是決定細(xì)胞一分為二的控制點，相關(guān)的事件包括： 所有DNA都正確復(fù)制了嗎？DNA是否有損傷？細(xì)胞體積是否足夠大？ 中-后期檢驗點（紡錘體組裝檢驗點）：所有染色體都排列在紡錘體上了嗎？任何一個著絲點沒有正確連接到紡錘體上，都會抑制

8、APC活性，引起細(xì)胞周期中斷。第十四張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月15第十五張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月第十六張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月17（三）細(xì)胞周期蛋白cyclin 的種類繁多，目前從芽殖酵母、裂殖酵母和各類動物中分離出的周期蛋白有30余種，在脊椎動物中為A1-2、B1-3 、C、 D1-3、E1-2、F、G、H等。分別參與細(xì)胞周期中不同時相的調(diào)節(jié)。分為G1型、G1/S型S型和M型4類。第十七張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月18人類細(xì)胞周期蛋白線性結(jié)構(gòu)示意圖實心方框代表“cyclin box ”，方框代表“destruction box

9、”圓形框代表PEST序列第十八張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月19cyclin box：各類周期蛋白均含有一段約100個氨基酸的保守序列，稱為周期蛋白盒(cyclin box)，介導(dǎo)周期蛋白與CDK (cyclindependent kinase)結(jié)合。 Cyclin也含有降解盒（destruction box）或PEST（脯氨酸谷氨酸絲氨酸蘇氨酸）序列，它可以通過定時降解或恒定地迅速周轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)這些蛋白質(zhì)的水平，起著CDK的調(diào)節(jié)亞基的作用。第十九張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月20G1期細(xì)胞在生長因子的刺激下，G1期cyclin D表達(dá)，并與CDK4、CDK6結(jié)合，使下游的

10、蛋白質(zhì)如Rb磷酸化，磷酸化的Rb釋放出轉(zhuǎn)錄因子E2F，促進(jìn)許多基因的轉(zhuǎn)錄。 第二十張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月21Cyclin D與CDK結(jié)合使Rb釋放結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子E2F 第二十一張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十二張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月23 G1 / S期 cyclinE與CDK2結(jié)合，促進(jìn)細(xì)胞通過G1/S限制點而進(jìn)入S期。向細(xì)胞內(nèi)注射CyclinE的抗體能使細(xì)胞停滯于G1期，說明細(xì)胞進(jìn)入S期需要CyclinE的參與。S期 將CyclinA的抗體注射到細(xì)胞內(nèi)，發(fā)現(xiàn)能抑制細(xì)胞的DNA合成，推測CyclinA是DNA復(fù)制所必需的。第二十三張，PP

11、T共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月24G2/M期 cyclinA、cyclinB與CDK1結(jié)合，CDK1使底物蛋白磷酸化,如將組蛋白H1磷酸化導(dǎo)致染色體凝縮，核纖層蛋白磷酸化使核膜解體等下游細(xì)胞周期事件。 第二十四張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月25 M期 在分裂中期當(dāng)MPF活性達(dá)到最高時，通過一種未知的途徑，激活后期促進(jìn)因子APC (anaphase promoting complex) ，負(fù)責(zé)將泛素連接在cyclinB上，導(dǎo)致cyclinB被蛋白酶體（proteasome）降解，完成一個細(xì)胞周期。第二十五張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月26哺乳動物細(xì)胞周期中各時相不同c

12、yclin的作用 第二十六張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月27（四）CDK及其調(diào)控 CDK即細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶 (cyclindependent kinase,CDK)，控制著細(xì)胞周期各期之間的順序轉(zhuǎn)換。CDK是一組相關(guān)聯(lián)的Ser/Thr蛋白激酶。第二十七張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月不同類型的CDK/cyclin復(fù)合體*包括D1-3，各亞型cyclin D在不同細(xì)胞中的表達(dá)量不同，但具有相同的功效。第二十八張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月酵母中細(xì)胞周期的進(jìn)程主要由單一的CDK（P34cdc2/ cdc28）所控制。多細(xì)胞生物中，細(xì)胞周期各期之間的轉(zhuǎn)換需要不

13、同的CDK。第二十九張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月30脊椎動物的CDK CDK結(jié)合的相應(yīng)cyclin 作用的細(xì)胞周期 CDK1CDK2CDK3CDK4CDK5CDK6CDK7 CyclinA,BCyclinACyclinD1,D2,D3CyclinECyclinD1,D2,D3P35*, CyclinD1,D2,D3CyclinD1CyclinH, P36*G2/M轉(zhuǎn)換； M早期S期G1期G1/S 轉(zhuǎn)換G1期G0/G1轉(zhuǎn)換、G1期神經(jīng)纖維的磷酸化、G1期G0/G1轉(zhuǎn)換活化CDK* P35，P36的結(jié)構(gòu)與細(xì)胞周期蛋白無相似性 第三十張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月31 1

14、Cyclin的結(jié)合是CDK激活的第一步 CDK活性的最初調(diào)節(jié)者是cyclin亞單位。 Cyclin與相應(yīng)的CDK結(jié)合后，引起CDK空間構(gòu)象改變，暴露其催化亞基。各種細(xì)胞周期蛋白程序化的合成和降解保證各對應(yīng)CDK適時的活化，維持細(xì)胞周期的正確時序。第三十一張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月細(xì)胞周期各時相MPF、P34、P56的變化第三十二張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月33 2CDK的磷酸化與去磷酸化 以P34cdc2 (CDK1)為例，如果對P34cdc2磷酸化作用位點不同，則對該酶的活性分別產(chǎn)生正向和負(fù)向的控制。完整的P34cdc2-cyclin復(fù)合物需要磷酸化才能被激活，

15、驅(qū)動細(xì)胞進(jìn)入有絲分裂。第三十三張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十四張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月35P34cdc2的Thr14和Tyr15的磷酸化引起P34cdc2-cyclin復(fù)合物的失活，Weel是催化Tyr15磷酸化的激酶，Myt1是Thr14磷酸化的激酶；催化Thr14及Tyr15 脫磷酸化的蛋白磷酸酶為雙特異性磷酸酶Cdc25蛋白。第三十五張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月36 P34cdc2的Thr161的磷酸化是酶的活性所必需的。CDKs活化激酶CAK（CDKs activiting kinase）應(yīng)答Thr161的磷酸化，這是另一種蛋白激酶CD

16、K7-Cyclin H復(fù)合物。當(dāng)磷酸酶-1將此位點的磷酸水解，P34cdc2又失去激酶活性。第三十六張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月37 3CDK抑制劑的作用除了磷酸化去磷酸化可以調(diào)節(jié)MPF活性外，另有一類CDK抑制因子（CDC kinase inhibitor,CKI）可與CDK結(jié)合抑制其活性。 第三十七張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月38（1）Ink4(Inhibitor of cdk 4)：如P16ink4a、P15ink4b、P18ink4c、P19ink4d，專一地與CDK4、CDK6結(jié)合，阻止CDK和cyclinD的結(jié)合。使細(xì)胞周期不能從G1期的調(diào)控點進(jìn)入到下一

17、個時相。第三十八張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月39（2）Cip/Kip：包括P21cip1 (cyclin inhibition protein 1)、P27kip1(kinase inhibition protein 1)、P57kip2等，能與多種cyclin - CDK復(fù)合物包括cyclinECDK2、cyclinDCDK6、cyclinDCDK4結(jié)合，抑制cyclin - CDK復(fù)合物的蛋白激酶活性，使一些細(xì)胞增殖所需要的蛋白質(zhì)磷酸化受阻，細(xì)胞停留在G1期。第三十九張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月40此外P21cip1還可與DNA聚合酶亞單位PCNA (proli

18、ferating cell nuclear antigen, PCNA )相互作用， 抑制DNA復(fù)制，但不影響DNA修復(fù)。第四十張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月41CDK1的激活需要Thr14和Tyr15去磷酸化和Tyr161的磷酸化 第四十一張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月CDK1的調(diào)節(jié)與活化; CAK=CDK1-Activiting Kinase第四十二張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月第四十三張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 在中期當(dāng)MPF活性達(dá)到最高時，通過一種未知的途徑，激活后期蛋白復(fù)合體-APC，將遍在蛋白連接在cyclinB上，導(dǎo)致cyclinB被蛋白酶體（proteasome）降解，完成一個細(xì)胞周期第四十四張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月APC介導(dǎo)選擇性降解的靶蛋白與Ubiquitin結(jié)合 (通過泛素依賴性途徑降解) APC主要介導(dǎo)兩類蛋白降解: Anaphase Inhibitors和Mitotic Cyclin. 前者維持姐妹染色單體粘連, 抑制后期啟動；后者的降解意味著有絲分裂即將結(jié)束，即染色體開始去凝集