《細(xì)胞生物學(xué)》課件第十四章 R 細(xì)胞增殖調(diào)控與癌細(xì)胞

1、第十四章 細(xì)胞增殖調(diào)控與癌細(xì)胞1第一節(jié) 細(xì)胞增殖調(diào)控正調(diào)控:在某時(shí)相晚期激活細(xì)胞周期下一個(gè)時(shí)相相關(guān)的細(xì)胞周期依賴性激酶,然后自身（本時(shí)相細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶）失活,促使細(xì)胞沿細(xì)胞周期運(yùn)行。負(fù)調(diào)控:確保全部完成每一時(shí)相事件,然后才能進(jìn)入下一階段,否則抑制細(xì)胞周期運(yùn)行。 信號(hào)反應(yīng)：對(duì)外界環(huán)境因子的反應(yīng)(如多細(xì)胞生物對(duì)增殖信號(hào)的反應(yīng))。2細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)(checkpoint) 細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)是細(xì)胞周期調(diào)控的一種機(jī)制,主要是確保細(xì)胞周期每一時(shí)相事件的有序、全部完成并與外界環(huán)境因素相聯(lián)系。 如果該時(shí)相的事件已完成，則進(jìn)入下一個(gè)時(shí)相，否則停留在該時(shí)相。3細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)及其作用4細(xì)胞周期的檢驗(yàn)點(diǎn) 主要檢驗(yàn)

2、點(diǎn)： G1/S檢驗(yàn)點(diǎn)：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？在酵母中稱start點(diǎn)，在哺乳動(dòng)物中稱R點(diǎn)(restriction point)。 S期檢驗(yàn)點(diǎn)：DNA復(fù)制是否完成？ G2/M檢驗(yàn)點(diǎn)：DNA是否損傷？細(xì)胞體積是否足夠大？ 中-后期檢驗(yàn)點(diǎn)：紡錘體組裝檢驗(yàn)點(diǎn)。5一、MPF 的發(fā)現(xiàn)及其作用細(xì)胞融合與染色體早熟凝集(Premature chromosomal condense ，PCC ) 6MPF的生化實(shí)質(zhì)MPF是一種使多種底物蛋白磷酸化的蛋白激酶； 由M期Cyclin-Cdk(Cyclin-dependent protein kinase) 形成的復(fù)合物。 MPF=Cd

3、k1(p34cdc2)+cyclinB =CDK17MPF（Mitotic Cyclin-Cdk）復(fù)合物的活化與功能1 MPF的活化： 隨Cyclin B濃度變化而變化。 激酶與磷酸酶的調(diào)節(jié)。 活化的MPF可使更多無活性的MPF活化。8功能：促使染色質(zhì)凝集成染色體。啟動(dòng)細(xì)胞從G2期進(jìn)入M期的相關(guān)事件。CDK1的調(diào)節(jié)與活化; CAK=CDK1-Activiting Kinase9二、p34cdc2激酶的發(fā)現(xiàn)及其與MPF的關(guān)系L. Hartwell獲得了芽殖酵母溫度敏感型突變株（20-23度；35-37度）。Paul Nurse 獲得了芽殖酵母溫度敏感型突變株分裂相關(guān)基因（cdc基因）。cdc2基

4、因的分離與蛋白表達(dá)、活性分析。P34cdc2與MPF都具有激酶活性并能夠促進(jìn)G2/M期轉(zhuǎn)換。特異抗體證明兩者為同源物。序列分析也表明二者為同源基因。10三、細(xì)胞周期蛋白1周期素表達(dá)水平與DNA復(fù)制的關(guān)系細(xì)胞周期蛋白表達(dá)水平與DNA復(fù)制的關(guān)系11細(xì)胞周期 中MPF的變化12四、Cyclin-Cdk復(fù)合物（CDK）是細(xì)胞周期調(diào)控的主要因素，是細(xì)胞周期的引擎蛋白（一）Cyclin-Cdk復(fù)合物的多樣性 Cyclin-Cdk-是調(diào)控細(xì)胞周期的引擎： 在細(xì)胞周期的不同時(shí)相，不同的周期蛋白與不同的Cdk結(jié)合，構(gòu)成不同的Cyclin-Cdk；不同的Cyclin-Cdk在不同的時(shí)相表現(xiàn)活性。13G1： Cyc

5、lin-Cdk復(fù)合物對(duì)Rb蛋白磷酸化而調(diào)控G1檢驗(yàn)點(diǎn)14M：調(diào)控紡錘體裝配檢驗(yàn)點(diǎn)Anaphase Promoting Complex (APC)Cdc20和Mad2蛋白位于染色體的動(dòng)粒上，在染色體結(jié)合有絲分裂紡錘體的微管前將不能從動(dòng)粒上釋放，由于Mad2與Cdc20結(jié)合而抑制APC的活性。所以只有所有染色體都與紡錘體微管結(jié)合后，Cdc20釋放出來, APC才有活性，才啟動(dòng)細(xì)胞向后期轉(zhuǎn)換。1516著絲粒的分裂17APC的功能 APC介導(dǎo)靶蛋白（如細(xì)胞周期蛋白B)與泛素結(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: 后期抑制因子（Anaphase Inhibitors）和有絲分裂周期蛋

6、白（Mitotic Cyclin B）。前者維持姐妹染色單體粘連, 抑制后期啟動(dòng)（cohesin)；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，核膜重建。 18Cyclin-Cdk復(fù)合物的多樣性 G1 S G2/M Cyclin-Cdk Cyclin-Cdk Cyclin-CdkHigher Eukaryotes CyclinD1,2,3-CDK4/6 CyclinA-CDK2 CyclinB-CDK1 CyclinE1,2-CDK2G1 SubstratesS SubstratesG2/M SubstratesGrowth and MorphogenesisDNA Replicat

7、ionMitosis19四、CDK和CDK抑制因子1. 細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞周期的負(fù)調(diào)控因子，它們可以抑制CDK的激酶活性，稱作CDK抑制因子（CKI）， 如p21。2作用的機(jī)制：與 Cyclin-CDK 結(jié)合而抑制酶的活性，或者是阻止cyclin與 CDK結(jié)合。2021五、細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)控(細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)的負(fù)調(diào)控)在細(xì)胞周期不同時(shí)相的細(xì)胞內(nèi)，不同的周期蛋白與不同的CDK激酶蛋白結(jié)合，構(gòu)成不同的CDK激酶，不同的CDK激酶在細(xì)胞周期的不同時(shí)相表現(xiàn)出活性，對(duì)細(xì)胞周期起調(diào)控作用。22（一） G2/M轉(zhuǎn)化與CDK1的關(guān)鍵性調(diào)控作用（1）激酶的組成：由cyclin B和CDK1蛋白組成。（2）濃度變化：CDK1

8、蛋白在整個(gè)細(xì)胞周期中的含量比較穩(wěn)定，而cyclin B在整個(gè)細(xì)胞周期中的含量呈周期性變化，cyclin B在G1 晚期開始合成，到達(dá)G2 期蛋白含量達(dá)到最大值。與此相對(duì)應(yīng)，CDK1激酶的活性在G2期達(dá)到最大并一直維持到M期的中期。（3）功能：CDK1的作用是促使細(xì)胞從G2期進(jìn)入到M期（即促使細(xì)胞完成細(xì)胞分裂前期的事件）。23（二）M期周期蛋白與分裂中期向分裂后期的轉(zhuǎn)變1. Cdc20的釋放：在中期時(shí)，所有動(dòng)粒與動(dòng)粒微管相聯(lián)，Cdc20從動(dòng)粒上被釋放出來。2. APC的活化: 釋放的Cdc20作用于后期促進(jìn)因子復(fù)合物APC，促使其通過磷酸化而活化。APC具有泛素連接酶E3的活性。3. APC的功

9、能：APC通過降解后期抑制因子和細(xì)胞周期蛋白B啟動(dòng)了細(xì)胞由中期向后期轉(zhuǎn)換。2425(三) G1/S期轉(zhuǎn)化與G1期周期蛋白依賴性CDK1CDK：主要有cyclin D-CDK4/CDK6、cyclin E-CDK2和cyclin A-CDK22激酶功能：cyclin D-CDK4/CDK6可以使Rb( retinoblastoma protein)磷酸化而促使Rb與E2F分離，啟動(dòng) G1/S轉(zhuǎn)化所需的基因的表達(dá)。cyclin E-CDK2為S期啟動(dòng)所必需的，TGF能夠抑制cyclin E-CDK2的活性。cyclin A-CDK2在G1/S 轉(zhuǎn)化期開始活性上升，在S期，該激酶位于DNA復(fù)制中心，

10、參與DNA復(fù)制因子RF-A磷酸化而使后者的活性增強(qiáng)。cyclin A-CDK2也能與p107 和E2F復(fù)合物結(jié)合而使p107與E2F分離，促進(jìn)S 期所需蛋白基因的轉(zhuǎn)錄。此外G1期的復(fù)制起始點(diǎn)識(shí)別復(fù)合體、 Cdc6和Cdc45 等也是DNA復(fù)制所必需的。2627（四）S/G2/M轉(zhuǎn)換與DNA復(fù)制檢驗(yàn)1負(fù)調(diào)控：Weel 可以促使CDK1上兩個(gè)位點(diǎn)的磷酸化而抑制CDK1激酶的活性，使S 期和G2期的CDK1激酶鈍化。2正調(diào)控：Cdc25 促使已經(jīng)磷酸化的CDK1去磷酸化而被激活，使細(xì)胞從G2期進(jìn)入M期。2829五、其他因素在細(xì)胞周期調(diào)控中的作用癌基因和抑癌基因也參與了細(xì)胞周期的調(diào)控，此部分內(nèi)容詳見另

11、一節(jié)。外界因素也對(duì)細(xì)胞周期有重要的影響?？傊?xì)胞周期的調(diào)控包括細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶介導(dǎo)的正調(diào)控、CKI介導(dǎo)的負(fù)調(diào)控，以及細(xì)胞對(duì)外界環(huán)境信號(hào)的反應(yīng)。30第二節(jié) 癌細(xì)胞癌細(xì)胞的基本特征 相關(guān)概念：（1）腫瘤細(xì)胞：動(dòng)物體內(nèi)增殖失去調(diào)控而導(dǎo)致惡性生長(zhǎng)的細(xì)胞叫做腫瘤細(xì)胞。 （2）惡性腫瘤：具有轉(zhuǎn)移能力的腫瘤叫做惡性腫瘤。（3）良性腫瘤：分裂緩慢，具有結(jié)締組織包膜而不擴(kuò)散的腫瘤稱為良性腫瘤。31癌細(xì)胞的基本特征（1）細(xì)胞的生長(zhǎng)與分裂失去控制（2）具有侵潤(rùn)性和擴(kuò)散性；（3）細(xì)胞間相互作用發(fā)生改變（4）表達(dá)譜改變或蛋白質(zhì)活性改變；（5）mRNA 轉(zhuǎn)錄譜系發(fā)生改變；（6）體外培養(yǎng)的惡性轉(zhuǎn)化細(xì)胞的特征：所要求

12、的血清濃度降低，貼壁性下降，失去接觸抑制現(xiàn)象。32腫瘤的遷移33圖16-1 腫瘤的遷移圖16-1 腫瘤的遷移圖16-1 腫瘤的遷移接觸抑制34二、癌基因與抑癌基因（一）癌基因：是控制細(xì)胞生長(zhǎng)和分裂的正常基因的一種突變形式，能引起正常細(xì)胞的癌變。1病毒癌基因：存在于病毒可導(dǎo)致細(xì)胞癌變的基因稱為病毒癌基因。2原癌基因：正常細(xì)胞中的病毒癌基因的同源物稱為細(xì)胞癌基因或原癌基因，如生長(zhǎng)因子受體、轉(zhuǎn)錄激活蛋白和核調(diào)節(jié)蛋白等。（二）抑癌基因：是抑制細(xì)胞增殖的負(fù)調(diào)控基因。常見的有：p53、Rb和Ras基因等。35三、腫瘤的發(fā)生是基因突變逐漸積累的結(jié)果（一）癌癥的發(fā)生一般并不是單一基因的突變，而至少是在一個(gè)細(xì)胞內(nèi)發(fā)生5-6個(gè)基因突變，才能賦予癌細(xì)