細(xì)胞周期與腫瘤

1、細(xì)胞周期及腫瘤,2014-10-27,腫瘤的發(fā)生包含了流行病學(xué)、病因?qū)W、遺傳等多方面因素，是一個多階段多步驟的過程，但其惡性增生在生物學(xué)角度主要表現(xiàn)在兩個方面： （1）細(xì)胞凋亡障礙腫瘤細(xì)胞的不滅性； （2）細(xì)胞增殖失控程序發(fā)生紊亂； 生命是如何生長，生存，繁衍和死亡？ 生物鐘（精密的程序） 細(xì)胞周期（cell cycle）能持續(xù)分裂的真核細(xì)胞從一次有絲分裂結(jié)束后生長，再到下一次分裂結(jié)束的循環(huán)過程。細(xì)胞周期的長短反映了細(xì)胞所處狀態(tài)，這是一個細(xì)胞物質(zhì)積累與細(xì)胞分裂的循環(huán)過程。,前言,細(xì)胞周期,在相關(guān)基因的控制下，細(xì)胞周期依據(jù)一定的規(guī)則和節(jié)奏運(yùn)行以調(diào)控細(xì)胞的生長、分裂和死亡： 胚胎細(xì)胞/癌變細(xì)胞：細(xì)

2、胞周期保持快速運(yùn)行/分裂異常 成年細(xì)胞：細(xì)胞周期運(yùn)行慢 神經(jīng)元細(xì)胞：細(xì)胞周期幾乎不運(yùn)行 細(xì)胞周期： 不運(yùn)行死亡 錯誤運(yùn)行癌變 腫瘤是一類細(xì)胞周期疾病, 各種基因的功效會影響細(xì)胞周期機(jī)制形成腫瘤,前言,G1SG2M G0,細(xì) 胞 周 期 示 意 圖,前言,G1期： 大量合成RNA； 蛋白質(zhì)量明顯增加：可能與蛋白質(zhì)合成增強(qiáng)有關(guān)，或使其降解的減弱； 合成進(jìn)入S期所需蛋白：如 DNA聚合酶、觸發(fā)蛋白、鈣調(diào)蛋白、細(xì)胞周期蛋白等； 觸發(fā)蛋白：對細(xì)胞從G1期進(jìn)入S期是必須的。只有當(dāng)其含量積累到臨界值，細(xì)胞周期才能朝DNA合成方向進(jìn)行 鈣調(diào)蛋白：真核細(xì)胞內(nèi)重要的鈣受體，調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)鈣的水平，含量在G1晚期可達(dá)峰

3、值。用抗鈣調(diào)蛋白藥物處理細(xì)胞，可延緩其從G1期到S期。 蛋白質(zhì)磷酸化：在G1期開始增加，這將有利于G1晚期染色體結(jié)構(gòu)成分的重排。非組蛋白、一些蛋白激酶在G1期也可發(fā)生磷酸化，已知大多數(shù)蛋白激酶磷酸化發(fā)生于其絲氨酸或蘇氨酸、酪氨酸部位,細(xì)胞各時相的動態(tài)變化,S期 ： DNA大量復(fù)制：相關(guān)酶含量或活性可顯著增高；按照嚴(yán)格的時間順序進(jìn)行復(fù)制（早S期：GC含量高；晚S期：含量高）； 組蛋白及非組蛋白大量合成：組蛋白進(jìn)入胞核，與復(fù)制后的DNA迅速結(jié)合，繞成核小體； 中心粒的復(fù)制：原本垂直的一對中心粒發(fā)生分離，各自在其垂直方向形成一個子中心粒，其后發(fā)揮微管組織中心的作用； 染色體的復(fù)制,細(xì)胞各時相的動態(tài)變

4、化,G2期：細(xì)胞分裂準(zhǔn)備期 合成與M期結(jié)構(gòu)功能相關(guān)的蛋白質(zhì)，與核膜破裂，染色體凝集相關(guān)的成熟促進(jìn)因子在此期合成。 微管蛋白合成達(dá)高峰，為M期紡錘體微管的形成提供了豐富的來源。 復(fù)制后的中心粒逐漸長大，并開始向細(xì)胞兩極分離。 M期：細(xì)胞有絲分裂期 染色體凝集后發(fā)生姊妹染色單體的分離，核膜核仁破裂后再重建，胞質(zhì)中有紡錘體收縮環(huán)出現(xiàn)，隨著兩個子核的形成，胞質(zhì)一分為二完成細(xì)胞分裂。,細(xì)胞各時相的動態(tài)變化,1.CDK調(diào)控中心 細(xì)胞周期依賴性蛋白激酶(CDK)： 依賴于細(xì)胞周期素，具有細(xì)胞周期特異性和時相性激活，各自在細(xì)胞周期內(nèi)特定的時間激活，通過對相應(yīng)的底物磷酸化，驅(qū)使細(xì)胞完成細(xì)胞周期。 細(xì)胞周期素(C

5、yclin)： 細(xì)胞周期特異性或時相性表達(dá)、累積與分解的蛋白質(zhì)。 CDK：CDK1-7; Cyclin: CyclinA, Cyclin-B(B1，B2), CyclinC, CyclinD(D1,D2,D3), Cyclin-E, Cyclin-F, Cyclin-G, Cyclin-H,細(xì)胞周期機(jī)制的核心CDK調(diào)控機(jī)制,9,細(xì)胞周期素（Cyclin）與CDKs結(jié)合后，CDKs才具有活性，它們兩者的結(jié)合使細(xì)胞周期有序進(jìn)行。具體結(jié)合方式如下： 1.CDK2、CDK4與Cyclin-E結(jié)合，而CDK2、CDK4、CDK5、CDK6與Cyclin-D結(jié)合是G1期運(yùn)行的必備條件。 2.CDK2與Cy

6、clin-E結(jié)合是S期啟動的必要條件。 3.CDK2與Cyclin-A的結(jié)合是G2期啟動和進(jìn)行的必要條件。 4.CDC2(CDC1)與Cyclin-B1的結(jié)合是M期啟動和進(jìn)行的必要條件。 所有Cyclin蛋白分子結(jié)構(gòu)上，都有一個由100多個氨基酸組成的相對保守的區(qū)域，稱為細(xì)胞周期盒，其主要功能是結(jié)合并激活CDK，如果該區(qū)域突變，Cyclin與CDK的結(jié)合能力和激活功能同時喪失Cyclin蛋白質(zhì)還含有特別的區(qū)間，能將相應(yīng)的CDK引到特定的底物或亞細(xì)胞部位，因此，Cyclin蛋白質(zhì)除了激活相應(yīng)的CDK外，還有加強(qiáng)CDK對特定底物的作用,細(xì)胞周期機(jī)制的核心CDK調(diào)控機(jī)制,10,2. Thr160/1

7、61磷酸化和Thr14/Tyr15去磷酸化 CDK的激活，除了必須與相應(yīng)的Cyclin結(jié)合外，還需要在其保守的蘇氨酸殘基上進(jìn)行磷酸化。在人類細(xì)胞的CDC2（CDK1），這一關(guān)鍵性的磷酸化是在161位的蘇氨酸殘基（Thr161），CDK2則在160位的蘇氨酸殘基（Thr160）與Thr14/Tyr15去磷酸化。 3. 細(xì)胞周期依賴性蛋白激酶抑制物（CKI） CKI主要有兩大家族，一類是 p21(CIP1/WAF1/CAP20/SDI1)和p27(KIP1),它們主要與CDK2、CDK4的抑制有關(guān)；另一類是p16INK4和 p15INK4B，主要與CDK4 、CDK6的抑制密切相關(guān)。其作用機(jī)制尚未

8、完全清楚，大多數(shù)CKI是通過直接與Thr160/161磷酸化后的CDK-Cyclin復(fù)合物密切結(jié)合，直接抑制其蛋白激酶活性。,細(xì)胞周期機(jī)制的核心CDK調(diào)控機(jī)制,11,1.啟動機(jī)制： 在人體細(xì)胞增殖中，細(xì)胞周期能否啟動進(jìn)行細(xì)胞增殖，取決于G1晚期的“限制點(diǎn)”（restriction point）。只要有相應(yīng)的細(xì)胞外生長因子存在，細(xì)胞就能通過R點(diǎn)進(jìn)入S期，完成整個細(xì)胞周期。如果缺乏相應(yīng)的生長因子，細(xì)胞周期的運(yùn)行將停止在R點(diǎn)進(jìn)入“安靜狀態(tài)”，稱之為G0期。連接信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與細(xì)胞周期有兩條途徑：Cyclin-D/CDK4和CyclinE/CDK2。兩者都是G1期進(jìn)行的限速步驟，即CyclinD或Cycli

9、nE過度表達(dá)，均能縮短G1期時間或加速G1期進(jìn)行。 2.監(jiān)控機(jī)制： (1)DNA損傷檢測點(diǎn): 抑癌基因p53在人類細(xì)胞周期G1期檢測點(diǎn)起著關(guān)鍵性作用。 (2)時相次序監(jiān)測點(diǎn): MPF(有絲分裂促進(jìn)因子)：誘導(dǎo)所有細(xì)胞周期時相的細(xì)胞核發(fā)生染色體凝集。 SPF(S期促進(jìn)因子)：只誘發(fā)G1期細(xì)胞進(jìn)入S期而不能使G2期細(xì)胞進(jìn)入M期。,細(xì)胞周期兩大機(jī)制：啟動與監(jiān)控,12,細(xì)胞周期監(jiān)控機(jī)制的破壞： G1-S過渡期：防止DNA受損細(xì)胞進(jìn)入S期的DNA復(fù)制 G2-M過渡期：防止受損的DNA和未完成復(fù)制的DNA進(jìn)入有絲分裂 p53依賴性機(jī)制：50%的人類腫瘤都存在P53基因的突變 p53非依賴性機(jī)制： 發(fā)現(xiàn)或傳感器（detect或sensor）； 制動或拘留（stop or arrest）； 修