細(xì)胞周期調(diào)控

關(guān)于細(xì)胞周期調(diào)控第1頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)細(xì)胞周期(cellcycle)一、定義：連續(xù)分裂細(xì)胞從上一次分裂結(jié)束到下一次分裂完成所經(jīng)歷的全過程。細(xì)胞周期分裂間期：G1、S、G2分裂期：M第2頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三

細(xì)胞增殖周期后期分裂間期有絲分裂期(M期)DNA合成前期(Gap1,G1)DNAsynthesis(S期)DNA合成后期(Gap2,G2)前期中期末期G1期子細(xì)胞第3頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三分裂間期(interphase):G1＋S＋G2有絲分裂期(mitosis)M細(xì)胞周期(cellcycle)第4頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三細(xì)胞周期時(shí)間(Tc)：TG1+TS+TG2+TM大約12~32h0412812356791013141511小時(shí)G1期S期(DNA合成)G2期M期G0期第5頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三細(xì)胞所在部位TCTG1TS＋TG2＋TM口腔粘膜857510食管18117110回腸362610結(jié)腸17710小鼠消化道上皮干細(xì)胞的周期時(shí)間第6頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三周期性細(xì)胞（cyclingcell）G0細(xì)胞終末分化細(xì)胞根據(jù)不同細(xì)胞在細(xì)胞周期中的細(xì)胞分裂行為差異分類：G0期(靜止期細(xì)胞)：暫時(shí)脫離細(xì)胞周期，停止分裂，執(zhí)行一定的生物學(xué)功能，在適當(dāng)刺激下重新進(jìn)入細(xì)胞周期的細(xì)胞。如某些免疫淋巴細(xì)胞,肝、腎等器官的實(shí)質(zhì)細(xì)胞等。G0期第7頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三二、細(xì)胞周期各時(shí)相及主要事件1、G1期(DNA合成前期)rRNA、mRNA、tRNA、核糖體合成結(jié)構(gòu)蛋白、酶蛋白合成、糖類、脂類合成細(xì)胞體積增大，膜轉(zhuǎn)運(yùn)能力增強(qiáng)G1期晚期合成DNA復(fù)制所需各種酶類：DNA聚合酶，解旋酶等細(xì)胞周期蛋白觸發(fā)蛋白，鈣調(diào)蛋白第8頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三二、細(xì)胞周期各時(shí)相及主要事件2、S期（DNAsynthesis）先GC，后AT，先常染色質(zhì)，后異染色質(zhì)組蛋白合成，非組蛋白合成DNA復(fù)制（具有高度的順序性）X染色體長臂在S期末期復(fù)制中心粒開始復(fù)制并完成第9頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三二、細(xì)胞周期各時(shí)相及主要事件

3、G2期

(DNA合成后期)染色體凝集相關(guān)蛋白，微管蛋白成熟促進(jìn)因子、RNA、蛋白質(zhì)的合成，為M期作準(zhǔn)備。0.3％DNA復(fù)制完成細(xì)胞內(nèi)DNA含量由2n增至4n第10頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三二、細(xì)胞周期各時(shí)相及主要事件4、M期親本細(xì)胞分裂成2個(gè)相等的子細(xì)胞RNA合成抑制蛋白質(zhì)合成降低第11頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三細(xì)胞周期各時(shí)相及主要事件G1SG2MmRNA，tRNA，rRNA合成RNA繼續(xù)合成DNA合成RNA合成RNA合成停止蛋白質(zhì)合成蛋白質(zhì)繼續(xù)合成蛋白質(zhì)繼續(xù)合成微管蛋白合成蛋白質(zhì)合成減少組蛋白合成組蛋白繼續(xù)合成非組蛋白合成非組蛋白繼續(xù)合成DNA聚合酶合成RNA聚合酶合成DNA開始轉(zhuǎn)錄染色體凝集分離多聚核糖體再形成多聚核糖體散開磷脂合成速率增加合成磷脂第12頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三

一、

細(xì)胞周期調(diào)控系統(tǒng)的組成細(xì)胞周期調(diào)控系統(tǒng)的蛋白質(zhì)細(xì)胞周期檢查點(diǎn)（checkpoint）第二節(jié)細(xì)胞周期的調(diào)控第13頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三

（一）細(xì)胞周期調(diào)控系統(tǒng)的蛋白質(zhì)

1.細(xì)胞周期蛋白（cyclin）

2.細(xì)胞周期蛋白依賴激酶

(Cyclin-dependentkinase,Cdk）

3.Cdk抑制因子（Cdkinhibitor,CKI）

4.促進(jìn)Cdk調(diào)節(jié)因子降解的酶復(fù)合物

(SCF和APC酶復(fù)合體)調(diào)控核心第14頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三1.細(xì)胞周期蛋白(Cyclin)一類隨細(xì)胞周期時(shí)相變化周期性合成和降解的蛋白質(zhì)。不同種類的周期蛋白表達(dá)的時(shí)間不同，與Cdk結(jié)合，調(diào)節(jié)CDK的激酶活性，推動細(xì)胞周期前進(jìn)。Cyclin分類：脊椎動物：A1-2、B1-3、C、D1-3、E1-2、F、G、H、L1-2、T1-2等。分為G1型、G1/S型、S型和M型4類酵母：cln1、cln2、cln3、clb16第15頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三cyclin結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1.周期蛋白框（cyclinbox）：

一段約100個(gè)氨基酸的保守序列，介導(dǎo)與Cdk結(jié)合成復(fù)合物，參與細(xì)胞周期調(diào)解。2.G1期周期蛋白含有PEST序列：

C端一段與cyclin降解有關(guān)的序列3.S、M期周期蛋白含有破壞框

第16頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三CyclinA、CyclinB的破壞框序列泛素化途徑降解第17頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三Cyclin的功能:細(xì)胞周期不同時(shí)期表達(dá)不同的周期蛋白，與不同的CDK結(jié)合，調(diào)節(jié)其激酶的活性。

G1期蛋白：CyclinC、D、E

G1/S期蛋白：CyclinD、ES期蛋白：CyclinA、BG2/M期蛋白：CyclinBM期蛋白：CyclinB第18頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三CyclinD家族：

?

cyclinD1、cyclinD2、cyclinD3?在G1期開始表達(dá)，

M后期降解?G1期向S期轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵因子?與CDK4、CDK6組成復(fù)合體第19頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三CyclinE家族：

?

在G1~S期高水平表達(dá)?與CDK2、CDK3結(jié)合?啟動DNA復(fù)制第20頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三CyclinA家族：?在S期開始表達(dá)，

G2期達(dá)高峰?與CDK2結(jié)合?促進(jìn)DNA復(fù)制第21頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三CyclinB家族：

?

含有2個(gè)成員

cyclinB1、cyclinB2?G2末期開始表達(dá)?與CDK1、CDK2結(jié)合?M后期降解?促進(jìn)G2期向M期轉(zhuǎn)換第22頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三CyclinC家族：

?與CDK8結(jié)合，組成CAK?激活CDKCyclinH家族：

?與CDK7結(jié)合，組成CAK?激活CDK、磷酸化RNA-polⅡ的CTD，調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄第23頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三Cyclin的周期性表達(dá)第24頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三2.細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶(Cyclin-dependentkinase，Cdk)一類必須與Cyclin結(jié)合才具有激酶活性的蛋白激酶；磷酸化細(xì)胞周期相關(guān)蛋白質(zhì)（Ser/Thr)；在整個(gè)細(xì)胞周期中表達(dá)量較為恒定；不同的cdk結(jié)合特定的cyclin。按其發(fā)現(xiàn)先后順序分Cdk1～8。第25頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三Cdk通過激酶結(jié)構(gòu)域與Cyclin結(jié)合第26頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三不同cyclin－Cdk復(fù)合物啟動細(xì)胞周期的不同步驟第27頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三CyclinandCdksCyclin/CdkcomplexCyclinCdkG1-CdkCyclinDCdk4,Cdk6

G1/S-CdkCyclinECdk2S-CdkCyclinACdk2M-CdkCyclinBCdk1第28頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三

CDK激活的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)人體細(xì)胞的Cdk的三種狀態(tài)：非活性狀態(tài)：活性位點(diǎn)與T-環(huán)蛋白（T-loop）結(jié)合,不結(jié)合cyclin.部分激活狀態(tài):

與cyclin結(jié)合,T-loop移出活性中心。完全激活狀態(tài):Cdk的兩個(gè)氨基酸位點(diǎn)的磷酸化第29頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三Cdk存在二個(gè)磷酸化位點(diǎn)：活性的Thr161，抑制性的Tyr15（酵母）/Thr14（脊椎動物）位點(diǎn)。Cdks激酶活性受cyclin及磷酸化雙重作用調(diào)節(jié)第30頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三Thr161的磷酸化由CAK催化。Tyr15的磷酸化由Weel激酶催化，由磷酸酶cdc25去磷酸化。Thr14的磷酸化由myt激酶催化，由磷酸酶cdc25去磷酸化。第31頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三Cdk活化激酶（Cdkactivatingkinase,CAK）

組成：cyclinH＋Cdk7＋p36

作用：使Cdk上Thr161磷酸化（活性磷酸化）

Wee1激酶：使Cdk上Tyr15磷酸化（抑制性磷酸化）第32頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三Cyclin-Cdk是細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)的驅(qū)動力G1bG1cG1dSG2MG0PDGFREGFRG1aCyclinDCDK4,6CyclinECDK2CyclinECDK2CyclinACDK2Cyclin

A,BCDK1E2F限制點(diǎn)DNA復(fù)制基因↑DNA復(fù)制MPF↑第33頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三3.CDK抑制因子(cyclindependentkinaseinhibitor,CKI)細(xì)胞增殖的負(fù)性調(diào)節(jié)因子，抑癌基因的編碼產(chǎn)物。兩大家族：

INK4(InhibitorofCDK4)KIP(kinaseinhibitionprotein)/CIP第34頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三1.CIP/KIP家族：

p21、p27、p57蛋白主要抑制G1期CDK(Cdk2/4)，直接抑制DNA復(fù)制或抑制G1S

。2.INK4家族：

p16、p15、p18蛋白主要抑制Cdk4/6

活性，阻止G1S。結(jié)合cyclin-Cdk復(fù)合物，改變Cdk活性位點(diǎn)空間位置；結(jié)合Cdk分子ATP位點(diǎn)，阻止ATP與Cdk結(jié)合第35頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三INK4：

p16INK4a

、p15INK4b

、p18INK4c

、p19INK4d?特異性抑制CDK4-cyclinD1、CDK6-cyclinD1復(fù)合物的活性

?p15、p16受TGFβ的調(diào)控

?惡性腫瘤常有p15、p16的缺失或突變

第36頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三KIP：

p21CIP1

、p27KIP1

、p57KIP2?能抑制大多數(shù)CDK的激酶活性

?p21在整個(gè)細(xì)胞周期中起作用

?

DNA發(fā)生損傷時(shí)，p21表達(dá)水平增高，與cyclinE-Cdk2結(jié)合，抑制細(xì)胞從

G1轉(zhuǎn)向S期

第37頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三Cdk抑制物蛋白（p21）使細(xì)胞周期阻滯與cyclinE-Cdk2形成三元復(fù)合物第38頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三4.促進(jìn)Cdk調(diào)節(jié)因子降解的酶復(fù)合物Cdk調(diào)節(jié)因子CyclinCKICyclin合成，積累，結(jié)合Cdk周期事件完成Cyclin降解CKI降解Cdk激酶表現(xiàn)活性第39頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三4.促進(jìn)Cdk調(diào)節(jié)因子降解的酶復(fù)合物SCF和APC介導(dǎo)Cdk調(diào)節(jié)蛋白的降解途徑是：泛素化SCF的活性在細(xì)胞周期中是不變的，可識別被磷酸化的CDKI上某個(gè)特定的氨基酸序列。APC的活性啟動是由于其復(fù)合物中加入了活化亞基cdc20，APC催化泛素連接到Cyclin破壞框附近的賴氨酸上。SCF(Skp1-Cull-F-box

protein)APC(anaphase-promoting

complex)酶復(fù)合物第40頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三泛素（ubiquitin）：76個(gè)氨基酸組成，高度保守蛋白。多聚泛素鏈作為標(biāo)志，可介導(dǎo)蛋白質(zhì)被蛋白水解酶降解。第41頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三pp多聚泛素鏈激酶泛素E1E2+Cdk抑制蛋白（CKI）活化的SCFSCF催化泛素在磷酸化CDKI上聚合介導(dǎo)其降解CKI被蛋白酶體水解(26sproteasome)CKI的降解第42頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三E2+泛素E1活化的APC活化亞基（Cdc20）無活性的APCCdkM-Cyclin多聚泛素鏈M-cyclin

被蛋白酶體降解多聚泛素鏈APC催化泛素在Cyclin上聚合介導(dǎo)其水解Cyclin的降解第43頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三CDK的活性調(diào)節(jié)——多因素綜合調(diào)節(jié)

正調(diào)控:cyclin，CAK，磷酸酶負(fù)調(diào)控:激酶,CDKI

轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)第44頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三細(xì)胞周期的調(diào)控

（一）細(xì)胞周期調(diào)控系統(tǒng)的蛋白質(zhì)組成

1.細(xì)胞周期蛋白（cyclin）

2.細(xì)胞周期蛋白依賴激酶

(Cyclin-dependentkinase,Cdk）

3.Cdk抑制因子（Cdkinhibitor,CDKI）

4.促進(jìn)Cdk調(diào)節(jié)因子降解的酶復(fù)合物調(diào)控核心SCFAPC小結(jié)第45頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三（二）細(xì)胞周期檢測點(diǎn)（checkpoint）Checkpoint：保證細(xì)胞周期正常運(yùn)轉(zhuǎn)的監(jiān)控系統(tǒng)，檢測細(xì)胞周期正常事件及出現(xiàn)的故障。start點(diǎn)或R點(diǎn)

DNA復(fù)制檢測點(diǎn)紡錘體組裝檢測點(diǎn)DNA損傷檢測點(diǎn)染色體分離檢測點(diǎn)第46頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三DNA復(fù)制檢測點(diǎn)紡錘體組裝檢測點(diǎn)R點(diǎn)1.start點(diǎn)或R點(diǎn)

2.DNA復(fù)制檢測點(diǎn)3.紡錘體組裝檢測點(diǎn)第47頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三DNA損傷檢測點(diǎn)有兩個(gè)，一個(gè)存在于G1晚期，另一個(gè)在G2晚期。G1期檢測點(diǎn)通過抑制G1/S和S-Cdk的活化來阻止細(xì)胞進(jìn)入S期G2期檢測點(diǎn)通過使Cdc25磷酸化，抑制M-Cdk的活化，阻止細(xì)胞進(jìn)入有絲分裂期。4.DNA損傷檢測點(diǎn)第48頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三DNA損傷與p53活化在G1期調(diào)控中的作用第49頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三第四節(jié)細(xì)胞周期事件的胞內(nèi)調(diào)控機(jī)制1.G1期中cyclin-Cdk復(fù)合物的作用2.S期中cyclin-Cdk復(fù)合物的作用3.M期中cyclin-Cdk復(fù)合物的作用第50頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三1.G1期中cyclin-Cdk復(fù)合物的作用磷酸化轉(zhuǎn)錄因子磷酸化S期cyclin-Cdk抑制蛋白（CKI）蛋白合成生長因子cyclinD合成+Cdk4,6Rb磷酸化cyclinE/A基因的轉(zhuǎn)錄DNA和中心體的復(fù)制泛素化降解S期cyclin-Cdk活化第51頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三第52頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三Rb蛋白：

G1/S期轉(zhuǎn)化的負(fù)性調(diào)節(jié)因子，控制G1期進(jìn)展，使細(xì)胞停留在G1期。生長因子刺激G1期cyclinD表達(dá)

cyclinD與CDK4、CDK6結(jié)合，使Rb磷酸化磷酸化的Rb釋放出轉(zhuǎn)錄因子E2F

E2F促進(jìn)cyclinE、A基因的轉(zhuǎn)錄，促使G1期向S期轉(zhuǎn)化

cyclinE/CDK2、cyclinA/CDK2啟動DNA和中心體的復(fù)制到達(dá)S期一定時(shí)期，G1期cyclin通過泛素化途徑降解第53頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三生長因子信號激活G1期CDK/cyclin的激酶活性第54頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三(1)CyclinA的合成始于G1→S期轉(zhuǎn)化，進(jìn)入S期后，CyclinA-Cdk2成為主要的Cyclin-Cdk復(fù)合物。(2)在S期CyclinA-Cdk2復(fù)合物位于DNA復(fù)制中心。

CyclinA-Cdk2不僅起始DNA的復(fù)制，而且防止DNA的再次復(fù)制。2.S期中cyclin-Cdk復(fù)合物的作用第55頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三3.M期的進(jìn)出與有絲分裂事件的觸發(fā)G2期向M期的轉(zhuǎn)換有絲分裂事件的觸發(fā)

M期的退出第56頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三MG1SG2成熟促進(jìn)因子(maturationpromotingfactor,MPF)的發(fā)現(xiàn)(1970,Johnson和Rao)M期細(xì)胞和間期細(xì)胞融合，出現(xiàn)早熟染色體凝集（PCC）G1期細(xì)胞融合M期（1）G2期向M期的轉(zhuǎn)換G1期PCC為單線狀第57頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三MG1SG2融合S期細(xì)胞S期PCC為粉末狀第58頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三MG1SG2融合G2期細(xì)胞G2期PCC為雙線染色體狀第59頁，講稿共68頁，2023年5月2日，星期三成熟促進(jìn)因子(MPF)1988，(Maller實(shí)驗(yàn)室,Lohka等)p32蛋白p45蛋白MP