第十三章-細胞分裂與細胞周期

第十三章細胞分裂與細胞周期

第一節(jié)細胞分裂

第二節(jié)細胞周期及其調(diào)控

第四節(jié)細胞周期與醫(yī)學(xué)的關(guān)系內(nèi)容三細胞周期的調(diào)控

細胞周期的進程是高度有序及不可逆的，受到細胞內(nèi)外多種因素嚴格的調(diào)節(jié)、控制。第二節(jié)細胞周期及其調(diào)控一、細胞周期重要的調(diào)節(jié)因子（一）細胞周期蛋白(cyclin)（二）周期蛋白依賴性激酶(cyclindependentkinase,Cdk)（一）細胞周期蛋白(cyclin)1.細胞周期蛋白的概念是指隨細胞周期的變化呈周期性的出現(xiàn)與消失，控制細胞周期運行的一組蛋白質(zhì)。細胞周期蛋白周期蛋白依賴性激酶細胞周期蛋白細胞周期蛋白G1期周期蛋白：如cyclinC、

D、E，G1期周期蛋白

存在時間相對較短；S期周期蛋白：如cyclinAM期周期蛋白：如cyclinB，M期周期蛋白相對穩(wěn)定2.細胞周期蛋白類型目前發(fā)現(xiàn)，Cyclin有八個成員，分別叫做CyclinA、B、C、D、E、F、G、H，它們可在細胞周期的不同階段相繼表達，與細胞中的周期蛋白依賴性激酶（CDK）結(jié)合后，參與細胞周期相關(guān)活動的調(diào)節(jié)。細胞周期蛋白的結(jié)構(gòu)G1期周期蛋白不含破壞框，但含有PEST序列細胞周期蛋白框：

aa組成保守，由100個左右aa殘基組成。介導(dǎo)周期蛋白（Cyclin）與周期蛋白依賴性激酶（CDK）形成復(fù)合物。

破壞框:

由9個aa殘基構(gòu)成，參與泛素介導(dǎo)的cyclinA、B的快速降解。3.細胞周期蛋白的結(jié)構(gòu)PEST序列：

介導(dǎo)cyclin發(fā)生降解。CyclinA/B經(jīng)多聚泛素化途徑被降解（二）周期蛋白依賴性激酶(cyclindependentkinase,Cdk)1.周期蛋白依賴性激酶的概念為一類能被細胞周期蛋白激活、調(diào)節(jié)細胞周期活動的激酶。周期蛋白依賴性激酶周期蛋白依賴性激酶周期蛋白依賴性激酶的活化2.周期蛋白依賴性激酶的活化無活性完全激活部分激活Cdk激活激酶活化的磷酸2.周期蛋白依賴性激酶的活化

2.Cdk與cyclin結(jié)合使T環(huán)結(jié)構(gòu)位移、縮回，Cdk底物附著位點由此轉(zhuǎn)向其袋狀催化活性部位分布，Cdk具有了部分活性。

3.Cdk將完全激活還需T環(huán)上的特定位點發(fā)生磷酸化。1.無活性的Cdk分子中含有一彎曲的T環(huán)結(jié)構(gòu)，將Cdk的袋狀催化活性部位入口封閉，阻止了蛋白底物對活性位點的附著。（三）cyclin-Cdk復(fù)合物對細胞周期的調(diào)控cyclin-Cdk復(fù)合物是細胞周期調(diào)控體系的核心；其周期性的形成及降解，引發(fā)了細胞周期進程中特定事件的出現(xiàn)。

并促成了G1期向S期、G2期向M期、中期向后期等關(guān)鍵過程不可逆的轉(zhuǎn)換?！羧愔芷诘鞍?CDK復(fù)合物:●G1期周期蛋白-CDK復(fù)合物●S期周期蛋白-CDK復(fù)合物●有絲分裂周期蛋白-CDK復(fù)合物真核生物細胞周期調(diào)控的一般模型1.cyclin-Cdk復(fù)合物結(jié)構(gòu)與功能結(jié)構(gòu)：調(diào)節(jié)亞單位:cyclin

催化亞單位:Cdk功能：在細胞周期不同階段,選擇性地磷酸化不同蛋白,進而對細胞周期進程進行調(diào)節(jié)。2.cyclin-Cdk復(fù)合物在G1/S轉(zhuǎn)化中的作用R限制點:G1晚期的一個特定時期，只有越過此點，細胞才能進入S期。

在G1期起主要作用的cyclin-Cdk復(fù)合物是由G1期周期蛋白D、E與Cdk4/6結(jié)合構(gòu)成，這些復(fù)合物能使G1晚期的細胞跨越限制點，向S期發(fā)生轉(zhuǎn)換。cyclin-Cdk復(fù)合物cyclinD-Cdk復(fù)合物在G1/S轉(zhuǎn)化中的關(guān)鍵作用

在一些向S期轉(zhuǎn)變的G0期細胞中，存在cyclinD的轉(zhuǎn)錄及表達，而當cyclinD抗體加入后，G0期細胞的這一轉(zhuǎn)變將受阻。cyclinE-Cdk復(fù)合物為S期的啟動所必需，啟動與DNA復(fù)制相關(guān)基因的表達在G1/S轉(zhuǎn)化中，cyclin-Cdk復(fù)合物泛素化被降解3.cyclin-Cdk復(fù)合物對S期的調(diào)節(jié)

cyclinA-Cdk復(fù)合物是S期中最主要的cyclin-Cdk復(fù)合物，能啟動DNA的復(fù)制，并阻止已復(fù)制的DNA再發(fā)生復(fù)制。

當細胞進入S期后，cyclin-Cdk復(fù)合物發(fā)生的主要變化包括：cyclinD/E-Cdk復(fù)合物中的cyclin發(fā)生降解；cyclinA-Cdk復(fù)合物形成；因cyclinD/E的降解是不可逆的，使得已進入S期的細胞將無法向G1期逆轉(zhuǎn)。4.cyclin-Cdk復(fù)合物對M期的調(diào)節(jié)

成熟促進因子（MPF）：

為cyclinB-Cdk復(fù)合物，在啟動M期起著關(guān)鍵作用。

（1）MPF的發(fā)現(xiàn)

有絲分裂促進因子（M-Phase-promoting，MPF）：

M期及間期細胞融合：間期細胞染色質(zhì)均會出現(xiàn)早熟凝集，都能向M期轉(zhuǎn)換。

顯微注射非洲爪蟾成熟卵細胞胞質(zhì)到未成熟的、處于G2期的爪蟾卵母細胞中，這些細胞將被誘導(dǎo)向M期轉(zhuǎn)化，進而成熟。成熟促進因子（maturationpromotingfactor,MPF）

MPF的結(jié)構(gòu)組成◆是由兩個不同的亞基組成的異質(zhì)二聚體:●催化亞基▲是絲氨酸/蘇氨酸型蛋白激酶▲其活性有賴于周期蛋白，故蛋白稱為周期依賴性蛋白激酶(cyclin-dependentproteinkinases,Cdks);●調(diào)節(jié)亞基：周期蛋白(cyclin)。MPF的結(jié)構(gòu)

有絲分裂的退出：周期蛋白B的降解N端破壞框(destructionbox)泛素蛋白與周期蛋白的降解（泛素化）泛素活化酶(E1)泛素結(jié)合酶(E2)泛素連接酶(E3)（也稱為后期促進復(fù)合物，APC）后期促進復(fù)合物（APC）

后期促進復(fù)合物（APC）的活性調(diào)節(jié)控制周期蛋白B的降解◆當MPF的活性在有絲分裂中期達到最高峰時,它將APC磷酸化并將其激活；◆接著發(fā)生周期蛋白B泛素化,引起周期蛋白B的降解；◆由于周期蛋白B是MPF的一個必需亞基,它的降解勢必導(dǎo)致MPF的失活；◆在G1期的后期,APC失活,使得周期蛋白B的濃度升高,同時提高MPF的活性,以便進入下一個有絲分裂期。（2）MPF活性的周期性變化MPF活性增加：細胞進入M期MPF活性達高峰（M期中期）：染色單體分開MPF活性下降：細胞退出M期

Cdk類型結(jié)合的cyclin主要作用時期作用特點

Cdk1cyclinA

G2

促進G2期向M期轉(zhuǎn)換

cyclinBG2、M磷酸化多種與有絲分裂相關(guān)的蛋白，促進G2期向M期轉(zhuǎn)換

Cdk2cyclinAS能啟動S期的DNA的復(fù)制，并阻止已復(fù)制的DNA再發(fā)生復(fù)制

cyclinE

G1晚期向S期發(fā)生轉(zhuǎn)換

Cdk3?G1Cdk4cyclinD(D1\D2\D3)G1中、晚期使晚G1期細胞跨越限制點向S期發(fā)生轉(zhuǎn)換

Cdk5?G0？

Cdk6cyclinD(D1\D2\D3)G1中、晚期使晚G1期細胞跨越限制點向S期發(fā)生轉(zhuǎn)換cyclin-Cdk復(fù)合物對細胞周期調(diào)節(jié)總結(jié)Cdk類型結(jié)合的cyclin主要作用時期作用特點Cdk1CyclinAG2促進G2期向M期轉(zhuǎn)換cyclinBG2、M磷酸化多種與有絲分裂相關(guān)的蛋白，促進G2期向M期轉(zhuǎn)換Cdk2cyclinAS能啟動S期的DNA的復(fù)制，并阻止已復(fù)制的DNA再發(fā)生復(fù)制cyclinEG1晚期向S期發(fā)生轉(zhuǎn)換Cdk3?G1Cdk4cyclinD(D1\D2\D3)G1中、晚期使晚G1期細胞跨越限制點向S期發(fā)生轉(zhuǎn)換Cdk5?G0？Cdk6

cyclinD(D1\D2\D3)G1中、晚期使晚G1期細胞跨越限制點向S期發(fā)生轉(zhuǎn)換cyclin-Cdk復(fù)合物對細胞周期調(diào)節(jié)總結(jié)二、細胞周期檢測點監(jiān)控細胞周期的活動（一）細胞周期檢測點（checkpoint）概念

為了保證細胞染色體數(shù)目的完整性及細胞周期正常運轉(zhuǎn)，細胞中存在著一系列監(jiān)控系統(tǒng)，可對細胞周期發(fā)生的重要事件及出現(xiàn)的故障加以檢測，只有當這些事件完成、故障修復(fù)后，才允許細胞周期進一步運行，該監(jiān)控系統(tǒng)即為檢測點。包括未復(fù)制DNA檢測點、紡錘體組裝檢測點、染色體分離檢測點及DNA損傷檢測點。（二）細胞周期檢測點類型細胞周期檢測點的特點及作用機制

檢測點類型作用特點與作用相關(guān)的主要蛋白質(zhì)未復(fù)制-DNA檢測點監(jiān)控DNA復(fù)制，決定細胞是否進入M期ATR、Chl1、Cdc25、cyclinA/B-Cdk1紡錘體組裝檢測點監(jiān)控紡錘體組裝，決定細胞是否進入后期Mad2、APC、securin染色體分離檢測點監(jiān)控后期末子代染色體在細胞中的位置，決定細胞是否進入末期及發(fā)生胞質(zhì)分裂Tem1、Cdc14、M期cyclinDNA損傷檢測點監(jiān)控DNA損傷的修復(fù)，決定細胞周期是否繼續(xù)進行ATM/ATR、ChK1/2、p53、Cdc25、cyclinE/A-Cdk2（一）生長因子（Growthfactor）（二）抑素（chalone）（三）cAMP與cGMP（四）MicroRNA(miRNA)與細胞周期的調(diào)控

三、與細胞周期調(diào)控相關(guān)的多種因子通過與特異的、高親和的細胞膜受體結(jié)合，調(diào)節(jié)細胞生長與其他細胞功能等多效應(yīng)的多肽類物質(zhì)，可激活細胞內(nèi)多種蛋白激酶，促進或抑制細胞周期進程相關(guān)的蛋白表達。（一）生長因子（Growthfactor）如：表皮生長因子（EGF）、白介素（IL）（二）抑素（chalone）一類由細胞自身產(chǎn)生的、終止細胞增殖的信號分子，在成體形態(tài)穩(wěn)定性的維持結(jié)構(gòu)中，起著一種信息的作用（三）cAMP與cGMPcAMP:腺苷-3’,5’-環(huán)化一磷酸(環(huán)化腺核苷一磷酸)，一種環(huán)狀核苷酸，是由三磷酸腺苷(ATP)脫掉兩個磷酸縮合而成的。

對細胞分裂有負調(diào)控作用。cGMP：環(huán)磷酸鳥苷，促進細胞分裂中DNA和組蛋白的合成（四）MicroRNA(miRNA)與細胞周期的調(diào)控

DNA前體RNARNA剪接剪接因子SR蛋白SR特異激酶（一）癌基因（oncogene）

癌基因是一類在正常情況下為細胞生長、增殖所必需，突變或過度表達后將導(dǎo)致細胞增殖異常，引起癌變的基因。四、細胞周期調(diào)控中癌基因和抑癌基因的

作用（二）抑癌基因（antioncogene）

抑癌基因為正常細胞所具有的、一類能抑制細胞惡性增殖的基因。

這類基因編碼的蛋白質(zhì)通常能與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合或本身即為轉(zhuǎn)錄因子，可作為負調(diào)控因子，從多種途徑影響細胞周期相關(guān)蛋白的合成及DNA復(fù)制，調(diào)節(jié)細胞周期的進程。（一）細胞周期與組織再生第四節(jié)細胞周期與醫(yī)學(xué)的關(guān)系組織再生—機體不斷的產(chǎn)生新細胞，以補充因生理或病理原因死亡的細胞的過程。組織再生的基礎(chǔ)：細胞分裂及增值組織再生生理性再生補償性再生如：人體骨骼、皮膚表皮、腸上皮等組織中：因損傷而引起的再生：新細胞代替衰老的細胞，

維持數(shù)量上的基本恒定臨床上，一些細胞因子、生長因子相關(guān)的制劑用于創(chuàng)傷組織的修復(fù)、愈合治療中（二)細胞周期與腫瘤人體正常器官、組織的細胞周期進程中發(fā)生R點的消失、自分泌大量生長因子等異常情況時，其生長、分裂將失去控制，由此形成贅生物——腫瘤人正常細胞與腫瘤細胞周期時間的比較正常細胞周期時間（h）腫瘤細胞周期時間（h）食道上皮144食管癌250.8胃上皮66胃癌80結(jié)腸上皮24～28結(jié)腸癌22～125骨髓細胞24～40急性白血病48～96

腫瘤細胞群體包括了三類細胞周期行為不同的細胞，即：增殖型細胞、暫不增殖型細胞與不增殖型細胞。

增殖型細胞在腫瘤中所占的數(shù)量比例，將決定腫瘤惡性的程度。

暫不增殖型細胞可因外界某些環(huán)境因素的刺激，而重新進入細胞周期，是腫瘤復(fù)發(fā)的根源。腫瘤細胞的類型增值型細胞A暫不增殖型細胞B不增殖型細胞C腫瘤的增殖比率

除高增殖比率外，腫瘤細胞周期中某些重要調(diào)節(jié)因子發(fā)生異常，正負調(diào)節(jié)因子間作用失去平衡是導(dǎo)致腫瘤增殖無限性的又一重要原因。二、腫瘤細胞周