第12章 細(xì)胞增殖及其調(diào)控

第十一章細(xì)胞增殖及其調(diào)控

第一節(jié)細(xì)胞周期與細(xì)胞分裂

細(xì)胞增殖是生命的基本特征：種族繁衍、個(gè)體發(fā)育、機(jī)體修復(fù)等離不開(kāi)細(xì)胞增殖。胚胎發(fā)育從1個(gè)受精卵增至1012細(xì)胞，成年1014;成人每秒有數(shù)百萬(wàn)新細(xì)胞產(chǎn)生，補(bǔ)償血細(xì)胞、小腸粘膜細(xì)胞和上皮細(xì)胞的衰老和死亡。細(xì)胞增殖是通過(guò)細(xì)胞周期(cellcycle)實(shí)現(xiàn)，細(xì)胞周期的運(yùn)行受相關(guān)基因嚴(yán)格監(jiān)視和調(diào)控。細(xì)胞增殖失控對(duì)個(gè)體是癌癥，個(gè)體無(wú)限繁殖對(duì)地球是災(zāi)難。大腸桿菌按20min分裂1次，兩天即可超過(guò)地球的重量。一、細(xì)胞周期（CellCycle)細(xì)胞周期：細(xì)胞分裂結(jié)束到下一次細(xì)胞分裂結(jié)束所經(jīng)歷的過(guò)程?？煞?個(gè)階段：①G1期(gap1)：分裂完成到DNA復(fù)制前的間隙②S期(synthesisphase)：DNA復(fù)制期；③G2期(gap2)：DNA復(fù)制完成到分裂開(kāi)始前的一段時(shí)間；④M期(mitosis)：細(xì)胞分裂開(kāi)始到結(jié)束。細(xì)胞周期可劃分為四個(gè)階段

依分裂行為，可將真核細(xì)胞分為3類：①持續(xù)分裂細(xì)胞，在細(xì)胞周期中連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)稱周期細(xì)胞，如表皮生發(fā)層細(xì)胞、部分骨髓細(xì)胞。②靜止期細(xì)胞，暫時(shí)脫離細(xì)胞周期，在適當(dāng)刺激下可重新進(jìn)入細(xì)胞周期，稱G0細(xì)胞，如淋巴細(xì)胞、肝、腎細(xì)胞等。③不分裂細(xì)胞，指不可逆地脫離細(xì)胞周期，不再分裂的細(xì)胞，又稱終端細(xì)胞，如神經(jīng)、肌肉、多形核細(xì)胞等。細(xì)胞周期的時(shí)間長(zhǎng)短與物種的細(xì)胞類型有關(guān)：小鼠十二指腸上皮細(xì)胞的周期為10h；人類胃上皮細(xì)胞24h，骨髓細(xì)胞18h，培養(yǎng)的人成纖維細(xì)胞18h.不同類型細(xì)胞的G1長(zhǎng)短不同，是造成細(xì)胞周期差異的主要原因。而S+G2+M變化相對(duì)較小二、細(xì)胞周期中各時(shí)相的主要事件1、G1期：從分裂完成到DNA復(fù)制前的時(shí)期，又叫合成前期。合成rRNA、蛋白質(zhì)、脂類和糖類。在末期，DNA合成酶活性增加2、S期：DNA合成期，主要事件是DNA合成，還合成組蛋白、DNA復(fù)制所需的酶3、G2期：DNA含量已加倍，主要合成ATP、RNA、蛋白質(zhì)等，為有絲分裂作準(zhǔn)備；4、M期：染色質(zhì)凝聚成染色體，平均分配到兩個(gè)子細(xì)胞中三、細(xì)胞周期時(shí)間的測(cè)定標(biāo)記有絲分裂百分率法是常用的測(cè)定細(xì)胞周期時(shí)間的方法。原理:對(duì)細(xì)胞進(jìn)行脈沖標(biāo)記、定時(shí)取材、放射自顯影顯示標(biāo)記細(xì)胞，統(tǒng)計(jì)標(biāo)記有絲分裂細(xì)胞百分?jǐn)?shù)的辦法測(cè)定細(xì)胞周期。①細(xì)胞經(jīng)3H-TDR(胸腺嘧啶核苷)后，S期細(xì)胞均被標(biāo)記。設(shè)初始值=0②S期細(xì)胞經(jīng)G2期才進(jìn)入M期。③開(kāi)始出現(xiàn)M期細(xì)胞時(shí)，表示S期細(xì)胞已渡過(guò)G2期，從初始到出現(xiàn)M期細(xì)胞的時(shí)間間隔為TG2。④S期細(xì)胞逐漸進(jìn)入M期，M期細(xì)胞數(shù)量上升，達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)說(shuō)明來(lái)自處于S最末階段的細(xì)胞，已完成M，進(jìn)入G1期。從開(kāi)始出現(xiàn)M到PLM達(dá)到最高點(diǎn)(≈100%)的時(shí)間間隔就是TM。⑤M期細(xì)胞數(shù)量開(kāi)始下降時(shí)，表明處于S期最初階段的細(xì)胞也已進(jìn)入M期，出現(xiàn)M期細(xì)胞到M期細(xì)胞數(shù)量又開(kāi)始下降的一段時(shí)間等于TS。⑥從M期細(xì)胞出現(xiàn)到下一次M期細(xì)胞出現(xiàn)的時(shí)間就是TC，根據(jù)TC=TG1+TS+TG2+TM即可求出的TG1長(zhǎng)度。細(xì)胞周期各階段的時(shí)間與PLM的關(guān)系

四、細(xì)胞同步化(synchronization)為研究細(xì)胞周期中不同階段的生化特征，須獲得大量細(xì)胞周期一致性的細(xì)胞，即是細(xì)胞同步化。細(xì)胞同步化分自然同步化和人工同步化。自然同步化是自然過(guò)程中存在的現(xiàn)象人工同步化是利用細(xì)胞培養(yǎng)方法用各種理化因素處理獲得的同步化生長(zhǎng)細(xì)胞。常用的人工同步化有誘導(dǎo)同步化和選擇同步化（一）自然同步化

1.多核體：粘菌只進(jìn)行核分裂，胞質(zhì)不分裂，形成多核體。多核處于同一胞質(zhì)中，進(jìn)行同步化分裂，使細(xì)胞核達(dá)108，體積達(dá)5~6cm。2.水生動(dòng)物受精卵：海膽卵可同時(shí)授精，最初3次分裂同步；海參卵受精后，前9次分裂同步。3.增殖抑制解除后的同步分裂：真菌休眠孢子移入適宜環(huán)境后，它們一起發(fā)芽，同步分裂。（二）人工同步化1.選擇同步化1）有絲分裂選擇法：細(xì)胞單層培養(yǎng)時(shí)，有絲分裂細(xì)胞變圓隆起，與培養(yǎng)皿附著性低，振蕩使之脫離器壁，懸浮培養(yǎng)，可獲一定數(shù)量中期細(xì)胞。優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，同步化程度高，細(xì)胞不受藥物傷害；缺點(diǎn)：獲得細(xì)胞數(shù)量較少(約1%～2%）.2）沉降分離法：不同時(shí)期細(xì)胞體積不同，在給定離心場(chǎng)中沉降的速度與其半徑的平方成正比，可用離心方法分離。優(yōu)點(diǎn)：可用于任何懸浮培養(yǎng)的細(xì)胞，缺點(diǎn)：同步化程度較低。2.誘導(dǎo)同步化1）DNA合成阻斷法：用DNA合成抑制劑，可逆地抑制DNA合成，不影響其它時(shí)期細(xì)胞，最終可將細(xì)胞群阻斷在S期或G/S交界處。常用的抑制劑有高濃度ADR、5-氟脫氧尿嘧啶、羥基脲、氨甲蝶呤等。可逆性好2）中期阻斷法：利用破壞微管聚合的藥物將細(xì)胞阻斷在中期，常用藥物有秋水仙素和秋水仙酰胺。該過(guò)程可逆性差第二節(jié)細(xì)胞分裂一、細(xì)胞分裂的類型細(xì)胞分裂(celldivision)可分3種類型:無(wú)絲分裂(amitosis)：直接分裂，核伸長(zhǎng)，中部縊縮，后質(zhì)分裂，無(wú)紡錘體形成及染色體變化。原核生物及高等動(dòng)植物均有有絲分裂(mitosis):間接分裂:有紡錘體、染色體,染色體均分到子細(xì)胞，普遍存在于高等動(dòng)植物。減數(shù)分裂(meiosis):染色體復(fù)制一次細(xì)胞分裂兩次，是高等動(dòng)植物配子體形成方式。二、有絲分裂有絲分裂是細(xì)胞周期的M期進(jìn)行的分裂活動(dòng)M期持續(xù)的時(shí)間很短,但形態(tài)變化很大,依形態(tài)變化的特征,常分5個(gè)時(shí)期:①前期(prophase)②早中期(premetaphase)③中期(metaphase)④后期(anaphase)⑤末期(telophase)。（一）前期(prophase)前期發(fā)生的主要事件：①染色質(zhì)凝縮;②分裂極確定,紡錘體開(kāi)始形成;③核仁解體;④核膜消失。最顯著特征是染色質(zhì)經(jīng)螺旋化和折疊，變短變粗，形成光鏡下可分辨的染色體，每條染色體包含2個(gè)染色單體。（二）早中期核膜解體后細(xì)胞即進(jìn)入早中期。該時(shí)期主要事件是紡錘體裝配.染色體進(jìn)一步凝縮,形成明顯的X染色體結(jié)構(gòu).染色體劇烈地活動(dòng),徘徊于兩極之間,并被紡錘體捕獲:一側(cè)紡錘體微管的自由端捕獲一條染色體一側(cè)的動(dòng)粒,接著另一側(cè)紡錘體捕獲另一側(cè)的動(dòng)粒,該過(guò)程是隨機(jī)的.

左，早中期；右，中期

（三）中期每條染色體凝縮至最短，并整齊地排列在赤道板.位于染色體兩側(cè)的動(dòng)粒微管長(zhǎng)度相等,作用力均衡.極微管在赤道區(qū)域相互搭橋中期，右圖顯示與染色體聯(lián)接的微管

（四）后期姊妹染色單體分開(kāi)并移向兩極，當(dāng)子染色體到達(dá)兩極后，標(biāo)志該期結(jié)束。后期姊妹染色單體分離

后期A染色體分離，后期B兩極延伸

（五）末期子染色體到達(dá)兩極，染色體解螺旋成細(xì)絲狀,核膜和核仁重新組裝。末期

(六)胞質(zhì)分裂M期主要進(jìn)行核分裂,也涉及胞質(zhì)分裂胞質(zhì)分裂開(kāi)始于后期,完成于末期動(dòng)物細(xì)胞的胞質(zhì)分裂是以形成縊縮和起溝方式完成：由大量平行排列的肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白裝配成收縮環(huán)，收縮環(huán)工作原理和肌肉收縮一樣，使肌動(dòng)蛋白環(huán)緊縮，最終將胞質(zhì)一分為二動(dòng)物細(xì)胞的胞質(zhì)收縮環(huán)

植物細(xì)胞的胞質(zhì)分裂不同于動(dòng)物，末期兩極微管消失，中間微管保留，并數(shù)量增加，形成桶狀的成膜體。來(lái)自高爾基體的囊泡沿微管運(yùn)到成膜體中間，融合形成細(xì)胞板。囊泡內(nèi)物質(zhì)沉積為初生壁和中膠層，不斷運(yùn)來(lái)的囊泡使細(xì)胞板擴(kuò)展，形成完整的細(xì)胞壁，將子細(xì)胞一分為二。囊泡膜形成新的質(zhì)膜，兩側(cè)質(zhì)膜來(lái)源于共同的囊泡，膜間有連通的管道，形成胞間連絲。

植物細(xì)胞成膜體的形成三、減數(shù)分裂（Meiosis）減數(shù)分裂的特點(diǎn)是DNA復(fù)制一次，細(xì)胞連續(xù)分裂兩次，形成四個(gè)單倍體的子細(xì)胞。減數(shù)分裂過(guò)程中同源染色體間發(fā)生交換，使配子的遺傳多樣化，增加了后代的適應(yīng)性。通常，減數(shù)分裂Ⅰ分離的是同源染色體，所以稱為異型分裂(heterotypicdivision)或減數(shù)分裂(reductionaldivision)。減數(shù)分裂Ⅱ分離的是姊妹染色體，類似于有絲分裂，也稱同型分裂(homotypicdivision)或均等分裂(equationaldivision)。減數(shù)分裂模式圖

第一次減數(shù)分裂1、前期Ⅰ持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),變化最復(fù)雜,呈現(xiàn)許多減數(shù)分裂的特征性變化:同源染色體配對(duì)與交換，分為5個(gè)時(shí)期：①細(xì)線期(leptotene);②偶線期(zygotene);③粗線期(pachytene);④雙線期(diplotene);⑤終變期(diakinesis)。1)細(xì)線期：染色體已經(jīng)復(fù)制，并開(kāi)始凝縮，所以又稱為凝線期(synizesis)，但染色體呈細(xì)線狀，光鏡下分辨不出兩條染色單體。在有些物種中表現(xiàn)為染色體細(xì)線一端在核膜的一側(cè)集中，另一端放射狀伸出，形似花束，稱為花束期(bouquetstage)。2)偶線期：同源染色體發(fā)生配對(duì)，配對(duì)的過(guò)程又稱聯(lián)會(huì)(synapsis)。配對(duì)的結(jié)果是兩條結(jié)合在一起的染色體，稱為二價(jià)體(bivalent)。每一對(duì)同源染色體都經(jīng)過(guò)復(fù)制，含四個(gè)染色單體，又稱四分體(tetrad)。在同源染色體聯(lián)會(huì)的部位形成聯(lián)會(huì)復(fù)合體(synaptonemalcomplex，SC)。3)粗線期：持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。染色體明顯變粗變短，結(jié)合緊密，是明顯的四分體。同源染色體非姊妹染色單體間發(fā)生交換，而且在聯(lián)會(huì)復(fù)合體部位的中間有一圓球型結(jié)構(gòu)形成，稱重組節(jié)也有DNA合成，稱P-DNA，編碼一些與DNA修復(fù)、連接的酶類4）雙線期：染色體進(jìn)一步縮短，已看不到聯(lián)會(huì)復(fù)合體。聯(lián)會(huì)的同源染色體開(kāi)始分離，但非姐妹染色體間還存在交叉點(diǎn)(chiasma)。植物雙線期一般較短，但動(dòng)物雙線期停留的時(shí)間長(zhǎng)，人的卵母細(xì)胞在5個(gè)月胎兒已達(dá)雙線期，直到排卵都停在雙線期。在魚類、兩棲類、爬行類、鳥(niǎo)類以及昆蟲中，雙線期的二價(jià)體解螺旋形成燈刷染色體。5）終變期：染色質(zhì)在被裝配成短棒狀染色體。四分體在核內(nèi)均勻分布。交叉的數(shù)目和位置在二價(jià)體上不固定，隨時(shí)間向端部移動(dòng)，稱端化，端化過(guò)程一直進(jìn)行到中期。核仁開(kāi)始消失，核被膜解體。中心粒已加倍，中心體移向兩極，紡錘體裝配2、中期Ⅰ核被膜解體是中期Ⅰ開(kāi)始的標(biāo)志。紡錘體微管侵入核區(qū)，捕獲分散于核中的四分體四分逐漸向赤道方向移動(dòng)，最終排列在赤道面。每個(gè)二價(jià)體有4個(gè)動(dòng)粒、同源染色體中的一條的動(dòng)粒位于一側(cè)。從一極發(fā)出的微管只與一條同源染色體的兩個(gè)動(dòng)粒相聯(lián)3、后期I

二價(jià)體的兩條同源染色體分開(kāi)，分別向兩極移動(dòng)由于每條染色體仍含兩條染色單體，每個(gè)極讓含有兩套染色體。同源染色體移向兩極是隨機(jī)的，使來(lái)自母本和父本染色體發(fā)生隨機(jī)組合，產(chǎn)生基因組的變異。如人有23對(duì)染色體，染色體組合方式有223種(不包括交換)，除同卵孿生外，幾乎不可能得到遺傳上等同的后代。4、末期Ⅰ與減數(shù)分裂間期經(jīng)后期Ⅰ后,細(xì)胞進(jìn)一步變化有兩種類型:①染色體到達(dá)兩極后，解旋為細(xì)絲狀、核膜重建、核仁形成，并進(jìn)行胞質(zhì)分裂,形成2個(gè)子細(xì)胞②沒(méi)有明顯的染色體解聚,而是立即進(jìn)行第二次減書分裂。（二）、減數(shù)分裂Ⅱ可分前、中、后、末四個(gè)四期，與有絲分裂相似每個(gè)過(guò)程中細(xì)胞的形態(tài)變化也與有絲分裂相似：如在末期Ⅰ形成子細(xì)胞，則在前期Ⅱ發(fā)生核被膜解體，重新進(jìn)行染色體凝聚。中期Ⅱ，染色體排列在赤道板，姐妹染色體中的動(dòng)粒分別被兩極的微管結(jié)合；后期Ⅱ：著絲粒對(duì)稱斷裂，姐妹染色體被拉向兩極；末期Ⅱ：染色體完全移向兩極，開(kāi)始去凝聚，重新形成核膜。經(jīng)過(guò)兩次減數(shù)分裂形成4個(gè)子細(xì)胞，但在不同生物種類中這4個(gè)子細(xì)胞命運(yùn)不同。在雄性動(dòng)物中，4個(gè)子細(xì)胞大小相似，進(jìn)一步發(fā)展為精子。在雌性動(dòng)物中，第一次分裂為不等分裂，產(chǎn)生1個(gè)大的卵母細(xì)胞和1個(gè)小的極體，極體很快死亡解體。卵母細(xì)胞進(jìn)行第二次減數(shù)分裂，也是不等分裂，產(chǎn)生1個(gè)卵細(xì)胞和1個(gè)第二極體，該極體也很快死亡解體。三、減數(shù)分裂的遺傳重組及其機(jī)制1、聯(lián)會(huì)復(fù)合體(SC)是減數(shù)分裂偶線期兩條同源染色體間形成的一種結(jié)構(gòu)，與染色體配對(duì)，交換和分離密切相關(guān)。電鏡下SC由3部分組成：兩側(cè)是約40nm的側(cè)生組分，電子密度高，主要是DNA、RNA和組蛋白；兩側(cè)之間為寬約100nm中間區(qū)，電子密度低，中央為中央組分，約30nm，為非組蛋白。側(cè)生組分與中央組分之間有橫向排列的粗約7~10nm的SC纖維，使SC外觀呈梯子狀。一種昆蟲的聯(lián)會(huì)復(fù)合體

從形態(tài)來(lái)看，SC形成偶線期，成熟于粗線期，并存在數(shù)天，消失于雙線期。一直認(rèn)為SC將同源染色體組織在一起，使伸入SC的DNA之間產(chǎn)生重組，但實(shí)驗(yàn)證明SC的形成晚于基因重組的啟動(dòng)，且在基因突變不能形成SC的酵母中，同源染色體間可以發(fā)生交換?，F(xiàn)在認(rèn)為它與同源染色體間的交換有關(guān)。2、染色體重組：交換與交叉在同源染色體聯(lián)會(huì)期間，同源染色體要發(fā)生斷裂和重接，在此過(guò)程中發(fā)生同源染色體間的交換。隨著雙線期進(jìn)行，交叉開(kāi)始遠(yuǎn)離著絲粒，并逐漸向染色體臂的端部移動(dòng)，即端化交叉是交換的結(jié)果，交叉是可見(jiàn)的，而交換是不可見(jiàn)的第三節(jié)細(xì)胞周期調(diào)控細(xì)胞周期調(diào)控的研究有幾十年歷史50-60年代，細(xì)胞周期4個(gè)時(shí)期的發(fā)現(xiàn)在細(xì)胞周期調(diào)控研究中起有重要作用近十多年，細(xì)胞周期調(diào)控取得重要突破一、蛋白激酶在細(xì)胞周期調(diào)控中的作用（一）細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)70年，Colorado大學(xué)的Rao用處于細(xì)胞周期不同階段的同步化細(xì)胞：G1期間和S期HeLa細(xì)胞進(jìn)行融合發(fā)現(xiàn)S期細(xì)胞中有促進(jìn)G1期細(xì)胞進(jìn)行DNA復(fù)制的起始因子但S期細(xì)胞中的起始復(fù)制因子對(duì)已進(jìn)行了DNA復(fù)制的G2期的細(xì)胞核沒(méi)效果其它一些融合實(shí)驗(yàn)證明：M期細(xì)胞總能誘導(dǎo)非有絲分裂細(xì)胞中的染色體凝聚：染色體超前凝聚（PCC）由于G1期、S期和G2期細(xì)胞中染色質(zhì)的狀態(tài)不同，PCC的形態(tài)也不同：G1期PCC為單線狀，因DNA未復(fù)制；S期PCC為粉末狀，DNA多個(gè)部位開(kāi)始復(fù)制；

G2期PCC為雙線染色體，DNA復(fù)制已完成。不同形態(tài)的PCC（二）促成熟因子的發(fā)現(xiàn)M期細(xì)胞可以誘導(dǎo)PCC，提示在M期細(xì)胞中存在一種誘導(dǎo)染色體凝集的因子，稱促成熟因子（Maturationpromotingfactor，MPF）。88年從非洲爪蟾卵中純化出MPF。經(jīng)鑒定：MPF主要含P32和P45兩種蛋白質(zhì)。P32和P45結(jié)合后表現(xiàn)出蛋白激酶的活性。從而證明MPF是一種蛋白激酶。（三）p34cdc激酶及其與MPF的關(guān)系Hartwell利用芽殖酵母分離出幾十個(gè)溫度敏感型突變體；Nurse以裂殖酵母也分離出溫度敏感突變體；所有突變體在正常溫度下能進(jìn)行細(xì)胞分裂，而在限定溫度下不能分裂，是由特定基因突變所導(dǎo)致酵母中這些與細(xì)胞分裂相關(guān)的基因被稱為cdc（celldivisioncycle）基因Cdc基因依發(fā)現(xiàn)順序而命名：cdc2、cdc25等Cdc基因是第一個(gè)發(fā)現(xiàn)的基因，表達(dá)產(chǎn)物是一種34KD的蛋白，稱p34cdc2，具蛋白激酶活性，在裂殖酵母細(xì)胞周期中起重要作用Cdc28是第二個(gè)被分裂出來(lái)的基因，其產(chǎn)物也是一種34KD的蛋白，稱p34cdc28，也是一種蛋白激酶，在芽殖酵母細(xì)胞周期調(diào)控中起重要作用。P34cdc28和p34cdc2都在G2/M轉(zhuǎn)變中起調(diào)節(jié)作用，兩者是同源物。P34cdc28對(duì)G1/S轉(zhuǎn)換也必需P34cdc2和P34cdc28本身都不具備激酶活性，只有同其它蛋白結(jié)合才具激酶活性，如p34cdc2需與p56cdc16結(jié)合才表現(xiàn)激酶活性P34cdc2與MPF的關(guān)系：Nurse等經(jīng)免疫實(shí)驗(yàn)證明：P32是P34cdc2的同源物；TimHunt以海膽卵為材料研究發(fā)現(xiàn)在卵細(xì)胞中有2種蛋白隨細(xì)胞周期變化而變化，并稱之為細(xì)胞周期蛋白（cyclin）對(duì)MPF進(jìn)一步研究證實(shí)，MPF的另一種組分為細(xì)胞周期蛋白B，而且細(xì)胞周期蛋白B與酵母P56cdc13為同源物基于這些研究，MPF的組成被確定下來(lái)：含cdc2蛋白和周期蛋白兩個(gè)亞基，其中cdc2為催化亞基，周期蛋白為調(diào)節(jié)亞基，兩者結(jié)合后才具激酶活性MPF=CDC2+CyclinB（四）細(xì)胞周期蛋白（cyclin）83年發(fā)現(xiàn)后，已經(jīng)從各種生物中克隆了數(shù)十種周期蛋白：酵母中：Cln1-3、Cld1-6；高等動(dòng)物：A1-2、B1-3、C、D1-3等有些周期蛋白只在G1期表達(dá)并只在G1/S轉(zhuǎn)化中起作用，稱G1期周期蛋白：Cln1-3、C、D、E有些在間期積累，但只在M期才具調(diào)節(jié)作用，稱M期周期蛋白：周期蛋白A、B所有周期蛋白具有共同結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：①具100個(gè)左右aa的周期蛋白框，介導(dǎo)周期蛋白與CDK結(jié)合，不同的框識(shí)別不同的CDK；②在N端有一9個(gè)aa組成的特殊序列，稱破壞框，主要參與泛素介導(dǎo)的周期蛋白A和B的降解；③G1期周期蛋白N端沒(méi)有破壞框，但C端含有一段特殊的PEST序列不同細(xì)胞周期蛋白分別在細(xì)胞周期的不同時(shí)期表達(dá)，并與不同CDK結(jié)合，調(diào)節(jié)CDK的激酶活性不同類型的周期蛋白激酶復(fù)合體脊椎動(dòng)物芽殖酵母CyclinCDKCyclinCDKG1-CDKCyclinD*CDK4、6Cln3CDK1(CDC28)G1/S-CDKCyclinECDK2Cln1、2CDK1(CDC28)S-CDKCyclinACDK2Clb5、6CDK1(CDC28)M-CDKCyclinBCDK1(CDC2)Clb1-4CDK1(CDC28)*包括D1-3，各亞型cyclinD，在不同細(xì)胞中的表達(dá)量不同，但具有相同的功效（五）泛素介導(dǎo)的cyclin的降解泛素(ubiquitin)由76個(gè)氨基酸組成，高度保守，普遍存在于真核細(xì)胞，故名泛素。共價(jià)結(jié)合泛素的蛋白質(zhì)能被蛋白酶體識(shí)別和降解，這是細(xì)胞內(nèi)短壽命蛋白和一些異常蛋白降解的普遍途徑，泛素相當(dāng)于蛋白質(zhì)被摧毀的標(biāo)簽。26S蛋白酶體是一個(gè)大型的蛋白酶，可將泛素化的蛋白質(zhì)分解成短肽。泛素蛋白加到周期蛋白上需三種不同酶的介導(dǎo)：①泛素蛋白活化酶（E1）：②泛素蛋白綴活酶（E2）：③泛素蛋白連接酶（E3）：三種酶介導(dǎo)的周期蛋白泛素降解的過(guò)程：首先，E1上的Cys與泛素蛋白的羧基端結(jié)合形成硫酯鍵使泛素蛋白激活；然后，泛素蛋白從E1上轉(zhuǎn)移到E2的Cys上；E2和E3一起將泛素蛋白轉(zhuǎn)移到周期蛋白的Lys上進(jìn)行多泛素化；最后，多泛素化的周期蛋白被蛋白酶體降解有3種cyclin激發(fā)爪蟾卵母細(xì)胞的成熟：cyclinA和兩個(gè)結(jié)構(gòu)相似的cyclinB。3種蛋白在N端都有一個(gè)被稱為破壞框的同源區(qū)在有絲分裂后期，周期蛋白開(kāi)始降解：在周期蛋白合成不久，就有泛素蛋白與之結(jié)合，后通過(guò)多泛素蛋白化作用，將周期蛋白進(jìn)行標(biāo)記，以便蛋白酶體將周期蛋白降解細(xì)胞周期蛋白的降解盒與降解途徑

（六）APC的活性與cyclinB的降解觸發(fā)周期蛋白多泛素化的E3又稱促后期復(fù)合物（APC）；周期蛋白B的降解是通過(guò)對(duì)APC活性的控制進(jìn)行調(diào)節(jié)的，其模型為：當(dāng)MPF活性在有絲分裂中期達(dá)高峰時(shí)，MPF將APC磷酸化并激活。APC介導(dǎo)周期蛋白多泛素化，引起周期蛋白B降解。由于周期蛋白B是MPF的必需亞基，它的降解導(dǎo)致MPF失活。在G1期APC失活，導(dǎo)致周期蛋白B濃度升高，提高了MPF活性，細(xì)胞進(jìn)入下一有絲分裂期CyclinB的降解途徑

（七）CDK和CDK抑制物CDK（cyclin-dependentkinase）即細(xì)胞周期蛋白依賴性蛋白激酶，只有在和周期蛋白結(jié)合后才表現(xiàn)出激酶活性。已發(fā)現(xiàn)的CDK有CDK1-8，cdc2是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的，被命名為CDK1在CDK中有一小段序列相當(dāng)保守，稱PSTAIRE序列，參與同周期蛋白的結(jié)合細(xì)胞中還有對(duì)CDK進(jìn)行負(fù)調(diào)控的物質(zhì)，稱CDK抑制物（CDKI），主要分兩大家族：①Ink4(Inhibitorofcdk4)：P16ink4a、P15ink4b、P18ink4c、P19ink4d，特異性抑制cdk4。②Kip(Kinaseinhibitionprotein)：P21cip1(cyclininhibitionprotein1)、P27kip1(kinaseinhibitionprotein1)、P57kip2等，能抑制大多數(shù)CDK活性P21cip1還能與DNA聚合酶δ的輔助因子PCNA產(chǎn)物(proliferatingcellnuclearantigen)結(jié)合，直接抑制DNA的合成。經(jīng)過(guò)上述研究，有關(guān)細(xì)胞周期的調(diào)控機(jī)制已逐步變得較為清晰：CDK激酶在細(xì)胞周期調(diào)控中起核心作用，不同類型的周期蛋白與不同的CDK結(jié)合，構(gòu)成不同的CDK激酶的活性，對(duì)細(xì)胞周期不同時(shí)期進(jìn)行調(diào)節(jié)2001年美國(guó)人Leland

Hartwell、英國(guó)人PaulNurse、Timothy

Hunt因?qū)?xì)胞周期調(diào)控機(jī)理的研究而獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。二、真核細(xì)胞的細(xì)胞周期調(diào)控模型3種類型CDK：G1期、S期和M期CDK復(fù)合物。細(xì)胞被激活進(jìn)入細(xì)胞周期→G1CDK復(fù)合物表達(dá)→誘導(dǎo)S期CDK抑制物降解，激活S期CDK復(fù)合物→將DNA預(yù)復(fù)制物中蛋白質(zhì)的調(diào)節(jié)位點(diǎn)磷酸化→激活DNA預(yù)復(fù)制物，阻止新預(yù)復(fù)制復(fù)合物形成→DNA復(fù)制→激活M期CDK復(fù)合物→誘導(dǎo)染色體凝聚、核膜解體、紡錘體裝配，激活后期啟動(dòng)復(fù)合物→使后期抑制物降解，細(xì)胞從M期轉(zhuǎn)到后期→APC誘導(dǎo)M期周期蛋白降解→M期CDK活性降低→染色體去凝聚、核膜重建，形成兩個(gè)子細(xì)胞細(xì)胞生長(zhǎng)因子生長(zhǎng)因子是一大類與細(xì)胞增殖有關(guān)的信號(hào)物，已發(fā)現(xiàn)幾十種，具促進(jìn)細(xì)胞增殖功能，又稱有絲分裂原(mitogen)生長(zhǎng)因子可通過(guò)ras途徑激活MAPK，MAPK進(jìn)入核內(nèi)，促進(jìn)細(xì)胞增殖相關(guān)基因表達(dá)。如通過(guò)一種未知途徑激活c-myc，myc作為轉(zhuǎn)錄因子促進(jìn)cyclinD、SCF、E2F等G1-S有關(guān)的許多基因表達(dá)，細(xì)胞進(jìn)入G1期。生長(zhǎng)因子的作用機(jī)理

cyclinD表達(dá)與CDK4、CDK6結(jié)合，使下游的蛋白質(zhì)Rb磷酸化，磷酸化的Rb釋放出轉(zhuǎn)錄因子E2F，促進(jìn)多個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄，包括編碼cyclinE、A和CDK1的基因。

CyclinD與CDK結(jié)合使Rb釋放結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子E2F

在G1-S期，cyclinE與CDK2結(jié)合，促進(jìn)細(xì)胞通過(guò)G1/S限制點(diǎn)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(shuō)明細(xì)胞進(jìn)入S期需要CyclinE參與。同樣將CyclinA的抗體注射到細(xì)胞內(nèi)，能抑制細(xì)胞DNA合成，說(shuō)明CyclinA是DNA復(fù)制所必需。DNA復(fù)制

:是由起始復(fù)制點(diǎn)開(kāi)始，起始復(fù)制點(diǎn)即自主復(fù)制序列。在細(xì)胞周期中，起始復(fù)制點(diǎn)上結(jié)合有起始識(shí)別復(fù)合體(ORC)，作用象一個(gè)停泊點(diǎn)，供調(diào)節(jié)因子?？?。cdc6是其中1個(gè)調(diào)節(jié)因子，在G1期cdc6含量增高，并結(jié)合在ORC上，促進(jìn)MCM復(fù)合體和其它蛋白結(jié)合到ORC上，形成預(yù)復(fù)制復(fù)合體(pre-RC)S-CDK觸發(fā)pre-RC啟動(dòng)，并將cdc6磷酸化，使其脫離ORC，磷酸化的cdc6隨后被SCF參與的泛素化途徑降解,保證了DNA只復(fù)制一次。每個(gè)細(xì)胞周期啟動(dòng)一次DNA復(fù)制

在G2-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。M期CDK的激活M期CDK的激活起始于M期cyclin的積累，在胚胎細(xì)胞周期中cyclin一直在合成，其濃度取決于降解的速度；但多數(shù)細(xì)胞的分裂周期中，cyclin的積累是因?yàn)镚2-M期M-cyclin基因轉(zhuǎn)錄的增強(qiáng)。隨著M-cyclin的積累，結(jié)合周期蛋白的M-CDK（CDK1）增加，但沒(méi)有活性，因?yàn)閃ee