醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞周期及其調(diào)控細(xì)胞周期本科2課件

1、親代細(xì)胞 細(xì)胞周期間期有絲分裂期（M期）有絲分裂子代細(xì)胞 子代細(xì)胞 有絲分裂子代細(xì)胞 子代細(xì)胞 第二節(jié) 細(xì)胞周期及其調(diào)控一、細(xì)胞周期的基本概念親代細(xì)胞 細(xì)胞周期間期有絲分裂期（M期）有絲分裂子代細(xì)胞 子代細(xì)胞 有絲分裂子代細(xì)胞 子代細(xì)胞 細(xì)胞周期(cell cycle) 連續(xù)分裂的細(xì)胞從上一次有絲分裂結(jié)束開始到下一次有絲分裂完成所經(jīng)歷的全過(guò)程。在這一過(guò)程中，細(xì)胞通過(guò)一系列的生化事件復(fù)制細(xì)胞的組分，然后將細(xì)胞一分為二，這種周期性的復(fù)制和分裂過(guò)程稱為細(xì)胞周期。包括間期和有絲分裂期。細(xì)胞周期間期DNA復(fù)制準(zhǔn)備期 (G1期)合成期(S 期)有絲分裂準(zhǔn)備期 (G2期)有絲分裂期(M期)G0 期8h11h

2、4h1hG0 期：就是靜止期，有些細(xì)胞從G1期中退出細(xì)胞周期，不進(jìn)行DNA的復(fù)制和細(xì)胞分裂,當(dāng)受到一定的刺激后，即可進(jìn)入細(xì)胞周期，開始進(jìn)行分裂。根據(jù)細(xì)胞增殖能力的不同，將細(xì)胞分為三類： 周期性細(xì)胞 G0期細(xì)胞 終末分化細(xì)胞二、細(xì)胞周期各時(shí)相的動(dòng)態(tài)與生物大分子的合成 細(xì)胞進(jìn)行活躍的RNA和蛋白質(zhì)的合成,細(xì)胞體積增大, RNA聚合酶活性升高。 G1期向S期轉(zhuǎn)換所需蛋白（觸發(fā)蛋白、鈣調(diào)蛋白、細(xì)胞周期蛋白等）； S期DNA復(fù)制起始和延長(zhǎng)所需要的酶（解螺旋酶、DNA聚合酶）。 多種蛋白質(zhì)的磷酸化 組蛋白、非組蛋白及某些蛋白激酶 細(xì)胞膜對(duì)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)功能增強(qiáng) (一) G1期是DNA復(fù)制準(zhǔn)備期 G1期細(xì)胞對(duì)外

3、界變化非常敏感，如溫度、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、生長(zhǎng)因子、離子濃度、pH值、藥物等。R點(diǎn)(restriction point)： 是哺乳動(dòng)物細(xì)胞周期中控制細(xì)胞從G1期進(jìn)入S期的一個(gè)調(diào)節(jié)點(diǎn)，具有調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖周期開關(guān)的閥門，稱R點(diǎn)。 G1期的細(xì)胞做好了生化準(zhǔn)備之后，能否直接進(jìn)入S期呢？(二) S 期（合成期） DNA復(fù)制合成 GC含量較高的DNA序列早復(fù)制、AT含量較高的DNA序列晚復(fù)制；常染色質(zhì)先復(fù)制、異染色質(zhì)后復(fù)制。 蛋白質(zhì)的合成 組蛋白、非組蛋白和染色質(zhì)凝集蛋白的合成；同時(shí)組蛋白的持續(xù)磷酸化仍在進(jìn)行。 中心粒的復(fù)制完成新中心粒的形成(三) G2期 (有絲分裂準(zhǔn)備期) 合成大量的RNA、ATP及細(xì)胞進(jìn)入有絲

4、分裂期所需要的結(jié)構(gòu)與功能相關(guān)的蛋白，為細(xì)胞進(jìn)入M期作準(zhǔn)備。 成熟促進(jìn)因子(maturation promoting factor,MPF) 是一種在G2期形成的、能促進(jìn)M期啟動(dòng)的調(diào)控因子。包括CyclinB和Cdk1 。 MPF的活性單位MPF的調(diào)節(jié)單位 S期復(fù)制的中心粒，在G2期成熟，并移向細(xì)胞兩極。 G2晚期到M期之前，中心粒周圍形成暈（中心粒周圍物質(zhì)）。 (四) M 期 染色質(zhì)凝集、核膜崩解、姐妹染色單體分離、核膜重建等。 RNA合成抑制、除非組蛋白外，其他蛋白合成顯著降低。 為什么細(xì)胞能夠嚴(yán)格的按照順序從 間期前期中期后期末期？答：細(xì)胞內(nèi)存在著細(xì)胞周期調(diào)控系統(tǒng)。 三、細(xì)胞周期的調(diào)控 細(xì)

5、胞周期調(diào)控系統(tǒng)（一）細(xì)胞周期調(diào)控系統(tǒng)的核心 cyclin Cdk CKI 促進(jìn)Cdk調(diào)節(jié)因子降解的酶復(fù)合物（二）細(xì)胞周期檢測(cè)點(diǎn)（一）細(xì)胞周期調(diào)控系統(tǒng)的核心 1. 細(xì)胞周期蛋白 (Cyclin) Cyclin: 是一類普遍存在于真核細(xì)胞中，隨細(xì)胞周 期的變化呈周期性的合成和降解的蛋白質(zhì)。 可分為：A、B、C、D、E等幾大類，在細(xì)胞周期的不同階段相繼表達(dá)。 G1期：cyclinC、D、E，促進(jìn)G1/S轉(zhuǎn)變 （G1期周期蛋白） G1期 向 S 期轉(zhuǎn)變：cyclinA（S期周期蛋白） S期：cyclinB開始表達(dá) G2/M：cyclinB表達(dá)達(dá)到高峰（M期周期蛋白） M期末： cyclinB降解Cyc

6、lin 需與Cdk結(jié)合參與細(xì)胞周期活動(dòng)的調(diào)節(jié)。周期蛋白框（cyclin box）：在細(xì)胞周期蛋白中都存在一個(gè)由100個(gè)左右的氨基酸組成的保守序列，該序列介導(dǎo)周期蛋白與Cdk結(jié)合。 2.細(xì)胞周期蛋白依賴性蛋白激酶 (Cyclin-dependent kinase, Cdk) 1Cdk: 是細(xì)胞周期調(diào)控系統(tǒng)的核心成分之一，是一類必 需與cyclin結(jié)合才具有活性的激酶。Cdk家族蛋白 中都存在一個(gè)Cdk結(jié)構(gòu)域和可被磷酸化的氨基酸 殘基。 Cdk結(jié)構(gòu)域 與相應(yīng)的細(xì)胞周期蛋白結(jié)合，發(fā)揮激酶的活性。可被磷酸化的氨基酸殘基 通過(guò)磷酸化和去磷酸化調(diào)節(jié)其活性。第三步第二步第一步Cdk 14-Thr15-Tyr

7、161-Thrmyt 激酶Wee 1激酶cyclinCAK(cdk活化激酶) cdc25磷酸酶Cdk的活化機(jī)制 P P 14-Thr15-Tyr161-ThrCdk cyclin P P 14-Thr15-Tyr161-ThrCdk cyclin P 161-Thr P 15-Tyr14-Thr P cyclin161-Thr P 15-Tyr14-ThrCdk 第一步M-cdk的活化機(jī)制 哺乳動(dòng)物的CKI包括兩個(gè)家族： （1）CIP/KIP (Kinase inhibition protein)家族：p21、p27、p57 （2） INK4(Inhibitor of cdk 4)家族： p1

8、5、p16、 p18、p19 3. Cdk抑制物(CKI) CKI對(duì)Cdk的抑制機(jī)制： 通過(guò)與cyclin-cdk復(fù)合物結(jié)合，形成三元復(fù)合物，改變Cdk的活性位點(diǎn)的空間位置，使其失活。 CKI對(duì)cdk的抑制作用主要在G1期和S期。CKIcyclinCDK4.促進(jìn)Cdk調(diào)節(jié)因子降解的酶復(fù)合物 SCF：對(duì)CKI進(jìn)行降解 APC：對(duì)cyclin進(jìn)行降解 （二）細(xì)胞周期檢查點(diǎn) （1）未復(fù)制DNA檢測(cè)點(diǎn) （2）紡錘體組裝檢測(cè)點(diǎn) （3）染色體分離檢測(cè)點(diǎn) （4）DNA損傷檢查點(diǎn) （三）細(xì)胞周期的胞內(nèi)調(diào)控（2） 復(fù)制前復(fù)合體（Pre-RC）（1） S期cyclin-Cdk復(fù)合物 主要是cyclinA-cdk復(fù)

9、合物。 啟動(dòng)DNA復(fù)制；1. S期DNA復(fù)制的調(diào)控機(jī)制保證DNA在一個(gè)細(xì)胞周期只復(fù)制一次。 (1) 始終與復(fù)制起始點(diǎn)DNA結(jié)合。其他調(diào)節(jié)蛋白都是通過(guò)與ORC結(jié)合發(fā)揮作用。(2) 在G1早期瞬間高表達(dá)，是與ORC特異性結(jié)合的調(diào)控蛋白。(3) Mcm蛋白復(fù)合體是在cdc6存在的條件下與ORC結(jié)合。被SCF降解G1早期形成Pre-RCMcm解離，并被磷酸化，從核移向胞質(zhì)。ORC被磷酸化，不能結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白。S期中，S-cdk保持高濃度。G2和M早期，S-cdk保持高濃度。在M期， M-cdk表達(dá)，繼續(xù)發(fā)揮對(duì)底物的磷酸化。M期結(jié)束，細(xì)胞內(nèi)所有cdk活性消失。Pre-RC重新組裝。S-CdkS期（三）細(xì)胞

10、周期的胞內(nèi)調(diào)控（2） 復(fù)制前復(fù)合體（Pre-RC）（1） S期cyclin-Cdk復(fù)合物 主要是cyclinA-cdk復(fù)合物。 啟動(dòng)DNA復(fù)制；1. S期DNA復(fù)制的調(diào)控機(jī)制保證DNA在一個(gè)細(xì)胞周期只復(fù)制一次。 2. G2/M 期的轉(zhuǎn)換 （2）未復(fù)制DNA檢查點(diǎn) （1）G2晚期形成的MPFcyclinB 達(dá)到高峰CyclinB-Cdk1增多（非活化狀態(tài)）G2晚期，cdc25激活CyclinB-cdk1 （活化狀態(tài)）未復(fù)制完成的DNA未復(fù)制DNA檢查點(diǎn)MPF活化能否進(jìn)入M期？激酶cdc25pi無(wú)活性cdc25活性M期3. M期的調(diào)控作用（1）MPF 發(fā)揮作用MPF 磷酸化APC后期釋放分離酶分解

11、cyclin B末期肌球蛋白去磷酸化相應(yīng)蛋白去磷酸化胞質(zhì)收縮形成子核組蛋白H1 、染色質(zhì)凝集蛋白、核纖層蛋白、微管結(jié)合蛋白前期中期能否進(jìn)入后期？紡錘體組裝檢查點(diǎn)磷酸化相應(yīng)（2）MPF 失活MPF失活蛋白APC誘導(dǎo)的水解作用觸發(fā)姐妹染色單體分離M-Cdk使核纖層蛋白磷酸化4.G1期的調(diào)控（1） MPF活性的持續(xù)抑制 Hct 1-APC復(fù)合物繼續(xù)降解M期cyclinB CKI增加 M-cyclinB轉(zhuǎn)錄水平下降（2）合成的G1期cyclin-cdk復(fù)合物 Cyclin-C、D、E與cdk4/6復(fù)合物；（3）合成的S期cyclin-cdk復(fù)合物及其抑制蛋白何時(shí)進(jìn)入S期？磷酸化抑制蛋白R(shí)點(diǎn)S期cycl

12、in-Cdk活性恢復(fù)進(jìn)入S期G1晚期G1-cdk Rb蛋白是視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤蛋白，通過(guò)結(jié)合E2F來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞周期。Rb蛋白G1-cdk (G1期) 磷酸化Rb蛋白失活 Rb蛋白的“剎車” 作用Cyclin EG1期S期Cyclin E磷酸化E2FE2FG1期S期5. DNA損傷檢測(cè)點(diǎn) 輻射和一些化學(xué)物質(zhì)可以使DNA受損。機(jī)體DNA損傷檢查點(diǎn)可以阻止受損DNA進(jìn)入細(xì)胞周期。G2期：DNA損傷信號(hào)cdc25磷酸化磷酸化cdc25 （失活）去磷酸化Thy15-piThy15M-cdk失活M期G1期：DNA損傷信號(hào)通過(guò)p53蛋白的阻礙作用，阻止細(xì)胞進(jìn) 入S期。G1期中DNA損傷與p53活化作用活化的p53結(jié)合到p21基因的調(diào)控區(qū)激活轉(zhuǎn)錄翻譯p21(CKI) G1 期S 期cyclinECdk2cyclinECdk2（四）多種因素與細(xì)胞周期調(diào)控密切相關(guān)1.生長(zhǎng)因子 生長(zhǎng)因子是一類多肽類蛋白質(zhì)，與細(xì)胞膜上特異性受體結(jié)合來(lái)促進(jìn)細(xì)胞增殖。2.抑素