細胞增殖和凋亡機制課件

第十章細胞增生和凋亡的

分子機制09細胞增殖和凋亡機制細胞增殖、細胞分化和細胞凋亡是任何一個多細胞生物在個體發(fā)育過程中的三項基本生命活動，相互依存，缺一不可。

Togrowornottogrow,thatisaquestion.

09細胞增殖和凋亡機制細胞增殖是生命的基本特征，種族繁衍、個體發(fā)育、機體修復(fù)等都離不開細胞增殖。–初生嬰兒有1012個細胞，成人1014個，約200種類型。–成人體內(nèi)每秒鐘有數(shù)百萬新細胞產(chǎn)生，以補償衰老和死亡的細胞。09細胞增殖和凋亡機制09細胞增殖和凋亡機制任何部位細胞進行分裂增殖，何時何部位進行細胞分化，又何時何部位該細胞凋亡，受著細胞周期的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，也受著個體發(fā)育不同階段的發(fā)育調(diào)節(jié)。這些調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)是基因按一定的時間和空間順序選擇性地進行表達。

09細胞增殖和凋亡機制20世紀70年代LelandHartwell提出了“細胞周期檢驗點”（cellcycle

checkpoint）概念。最先找到了用于研究真核細胞周期的合適模型——酵母細胞，通過研究他進一步提出了細胞分裂基因的概念，即cdc(celldivisioncycle)基因。20世紀80年代TimHunt發(fā)現(xiàn)周期蛋白

(cyclin)。1990年，PaulNurse發(fā)現(xiàn)周期蛋白依賴性蛋白激酶（cyclin-dependentkinase，CDK）。2001年10月8日美國人Leland

Hartwell、英國人PaulNurse、Timothy

Hunt因?qū)毎芷谡{(diào)控機理的研究而榮獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。09細胞增殖和凋亡機制09細胞增殖和凋亡機制惡性腫瘤具有兩大特征，一是細胞無休止分裂，二是惡性分化(malignantdifferentiation)。如何使腫瘤細胞停止分裂，并走向死亡(凋亡)和“改邪歸正”(誘導(dǎo)分化)是腫瘤治療的關(guān)鍵問題。09細胞增殖和凋亡機制第一節(jié)生長因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)活化細胞周期進程是細胞增生的分子機制09細胞增殖和凋亡機制一、細胞經(jīng)歷細胞周期而增生

FigureA.1.CellCycle.09細胞增殖和凋亡機制09細胞增殖和凋亡機制細胞周期的稽查點稽查點(checkpoint)限制點（restriction

point）細胞周期四個稽查點：

G1／SS／G2

G2／MM／G109細胞增殖和凋亡機制09細胞增殖和凋亡機制二、有許多蛋白質(zhì)參與調(diào)控細胞周期進程Cyclin周期素或周期蛋白Cdk：cyclin-dependentkinaseCKI：09細胞增殖和凋亡機制（一）周期蛋白和周期蛋白依賴性激酶復(fù)合物驅(qū)動細胞周期進展ComplexofcyclinA(yellow)withcyclindependentkinase2.MoleculeATPishighlightedintheactivesiteoftheCDK2.

09細胞增殖和凋亡機制Cyclin：周期蛋白或周期素1.受生長因子的誘導(dǎo)表達；2.泛素介導(dǎo)的其蛋白質(zhì)降解；3.含有周期蛋白框(cyclinbox)的一致性共有序列，是周期蛋白依賴激酶Cdk的調(diào)節(jié)亞單位。

Cyclinbox：一段含有約100個氨基酸序列的區(qū)域，是介導(dǎo)周期蛋白與Cdk催化亞基結(jié)合的關(guān)鍵部位。09細胞增殖和凋亡機制09細胞增殖和凋亡機制Cdk是組成型表達的核內(nèi)絲-蘇氨酸蛋白激酶。在細胞周期不同時相中，不同的cyclins的集聚與相應(yīng)CDKs結(jié)合并被激活。CDK激活的底物主要有RB、轉(zhuǎn)錄因子、組蛋白、細胞結(jié)構(gòu)蛋白等，具有促進細胞周期時相轉(zhuǎn)變、啟動DNA合成、運行細胞分裂、推進細胞周期運行的重要功能。09細胞增殖和凋亡機制09細胞增殖和凋亡機制CDK1;cyclinA,cyclinB

CDK2;cyclinA,cyclinE

CDK3

CDK4;cyclinD1,cyclinD2,cyclinD3

CDK5;CDK5R1,CDK5R2.CDKL5.CDK6;cyclinD1,cyclinD2,cyclinD3

CDK7;cyclinH

CDK8;CDK9;cyclinT1,,,cyclinK

CDK10

CDK11(CDC2L2)

;CDK12(CRKRS)

;CDK13(CDC2L5)

;AlistofCDKswiththeirregulatorprotein,cyclinorother09細胞增殖和凋亡機制09細胞增殖和凋亡機制StructureofpCDK2(ingreen)incomplexwithcyclinE1(incyan)withthe20-amino-acidsequence(residues230–249)thatareinvolvedincentrosomelocalisation(MatsumotoandMaller,2004)showninred.ThePSTAIRE(C-)helixandtheactivationsegment,thetwomajorregionsofcontactbetweenpCDK2andcyclinE1,areshowninmagenta.09細胞增殖和凋亡機制（二）CKI抑制Cdk及Cyclin-Cdk復(fù)合物的活性Cyclin-dependentkinaseinhibitorsCKI分兩類：1.Cdk4/Cdk6抑制因子家族有P15、P16、P18、P19等。抑制CyclinD與Cdk4/Cdk6結(jié)合，及其復(fù)合物的激酶活性。2.Cip/Kip家族Cytokine-inducibleprotein/kinase

interactingprotein有P21、P27、P57等。是細胞接受到接觸抑制、DNA損傷、低氧及某些細胞因子等信號后的產(chǎn)物；與Cyclin-Cdk復(fù)合物結(jié)合，抑制它們的活性。09細胞增殖和凋亡機制1.Cdk4/Cdk6抑制因子家族2.Cip/Kip家族09細胞增殖和凋亡機制（三）Rb蛋白與轉(zhuǎn)錄因子E2F-DP1的結(jié)合對G1期產(chǎn)生負調(diào)節(jié)作用Retinoblastomaprotein(pRbor

Rb)Pocketproteinfamilyconsistsofthreeproteins：RB（P105RB）、P107和P130。Rb蛋白09細胞增殖和凋亡機制Rb/E2Ffamilies.ThereareonlytwomembersofE2Finfliescomparetoeightinmammals.09細胞增殖和凋亡機制游離的E2F-DP1活化靶基因轉(zhuǎn)錄，包括：①核苷酸及DNA合成酶的基因；②周期蛋白D、E、A、Cdk2等；③某些癌基因；④E2F基因本身。09細胞增殖和凋亡機制（四）使Cdk磷酸化和去磷酸化的酶也調(diào)節(jié)Cdk的活性09細胞增殖和凋亡機制CDK1的調(diào)節(jié)與活化;CAK=CDK1-ActivitingKinase09細胞增殖和凋亡機制（五）泛素-蛋白酶體介導(dǎo)蛋白質(zhì)降解也起調(diào)節(jié)細胞周期的作用短命蛋白通過多泛素化途徑降解，如Cyclin、P21、P27、E2F、Weel等。09細胞增殖和凋亡機制09細胞增殖和凋亡機制參與細胞周期調(diào)控的泛素連接酶至少有兩類SCF（skp1-cullin-F-boxprotein，三個蛋白構(gòu)成的復(fù)合體）負責(zé)將泛素連接到G1/S期周期蛋白（D、E）和p21、p27、E2F、Weel上；APC(anaphasepromotingcomplex)負責(zé)將泛素連接到M期周期蛋白（A、B）上。

09細胞增殖和凋亡機制09細胞增殖和凋亡機制09細胞增殖和凋亡機制三、調(diào)控蛋白協(xié)同作用調(diào)控細胞周期（一）Cdk4/6和Cdk2的活化是限制點處調(diào)控的關(guān)鍵09細胞增殖和凋亡機制（二）Cdk1活化是G2M關(guān)卡處關(guān)鍵調(diào)控因素CyclinB在G1后期胞漿中合成，并在胞漿-胞核間穿梭，在核內(nèi)與Cdk1結(jié)合形成復(fù)合物也加入穿梭行列，此時Cdk被磷酸化，無活性。在G2-M轉(zhuǎn)折，Cdc25C被活化，使Cdk1的14位和15位氨基酸殘基去磷酸化，而活化CyclinB-Cdk1，后者磷酸化地物蛋白，如組蛋白1、核纖層蛋白、肌球蛋白等，使染色體致密，核膜解體，紡錘體開始形成等。09細胞增殖和凋亡機制（三）APC介導(dǎo)的多泛素化蛋白降解是細胞離開M期進入G1期的關(guān)鍵調(diào)控因素09細胞增殖和凋亡機制（四）DNA損傷關(guān)卡與G1及G2期停滯相關(guān)1.G2期的停滯涉及一系列的磷酸化過程Sensorproteins傳感蛋白ATMATR（ATMandRad3related）Chk（checkpointkinase）Cdc25C-14-3-3核內(nèi)→胞漿核內(nèi)的Cdk1不能被活化，停滯于G2。09細胞增殖和凋亡機制09細胞增殖和凋亡機制2.轉(zhuǎn)錄因子P53能使細胞停滯在G1期和G2期09細胞增殖和凋亡機制四、生長因子等細胞外因素通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)控細胞周期09細胞增殖和凋亡機制（一）細胞從G0期進入細胞周期依賴多種生長因子的協(xié)同促進作用有的組織細胞在從分裂期向S期發(fā)展時，在G1期中斷，形成G0期細胞群的組織（水晶體上皮和膀胱上皮等），有的組織細胞在從S期向分裂期發(fā)展時，以G2期那樣的狀態(tài)中斷，形成G0期細胞群的組織（耳的上皮）。但是，即使幾乎完全失去分裂能力的已分化的組織細胞通常也可依靠人工培養(yǎng)、人工致癌等方法恢復(fù)其分裂能力。因此，所有的分化細胞都是G0期，G0期只不過是細胞周期中G1期或G2期的無限延長，而不是細胞周期中G1期或G2期的中斷和脫離。09細胞增殖和凋亡機制（二）G1期的細胞也需要生長因子促進細胞周期的進程09細胞增殖和凋亡機制09細胞增殖和凋亡機制第二節(jié)

細胞凋亡是一種程序化細胞死亡Apoptosis09細胞增殖和凋亡機制在多細胞生物中，細胞數(shù)量的生物穩(wěn)態(tài)是通過細胞增殖和細胞死亡之間的平衡來維持。細胞殘廢分為兩大類：1、由各種突發(fā)的，意外的事件所致的細胞死亡(病理性死亡)，形態(tài)學(xué)上表現(xiàn)為細胞壞死(necrosis)。2、程序性細胞死亡，形態(tài)學(xué)上表現(xiàn)為細胞凋亡(apoptosis)。09細胞增殖和凋亡機制一、細胞凋亡機制涉及胱天蛋白酶的級聯(lián)活化（一）凋亡是多細胞生物發(fā)育及成體中維持體內(nèi)平衡的一種正常事件Apoptosisistheprocessofprogrammedcelldeath(PCD)thatmayoccurinmulticellularorganisms.09細胞增殖和凋亡機制例如蝌蚪尾的消失脊椎動物的神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育發(fā)育過程中手和足的成形過程09細胞增殖和凋亡機制09細胞增殖和凋亡機制細胞凋亡與細胞壞死的區(qū)別—————————————————————————————————————————————————————————壞死凋亡1.性質(zhì)2.誘導(dǎo)因素強烈刺激，隨機發(fā)生較弱刺激，非隨機發(fā)生3.生化特點4.形態(tài)變化6.DNA電泳5.炎癥反應(yīng)7.凋亡小體8.基因調(diào)控被動過程，無新蛋白合成，不耗能主動過程，有新蛋白合成，耗能細胞結(jié)構(gòu)全面溶解、破壞、細胞腫脹胞膜及細胞器相對完整細胞皺縮，核固縮彌散性降解，電泳呈均一DNA片狀DNA片段化(180-200bp)，電泳呈“梯”狀條帶溶酶體破裂，局部炎癥反應(yīng)溶酶體相對完整，局部無炎癥反應(yīng)有病理性，非特異性生理性或病理性，特異性無有無09細胞增殖和凋亡機制確保胚胎發(fā)生、器官發(fā)育，調(diào)節(jié)細胞群體維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定發(fā)揮積極的防御功能凋亡的生理意義凋亡的病理意義器官功能障礙凋亡的意義惡性腫瘤發(fā)生09細胞增殖和凋亡機制（二）凋亡途徑是由誘導(dǎo)產(chǎn)生的胱天蛋白酶級聯(lián)反應(yīng)1.凋亡途徑最早在線蟲中闡明早在20世紀60年代初期，科學(xué)家最先從線蟲開始探索“程序性細胞死亡”的奧秘。09細胞增殖和凋亡機制麻省理工學(xué)院的RobertHorvitz領(lǐng)導(dǎo)的研究小組采用體細胞突變的方法發(fā)現(xiàn)共有14個基因在C.elegans細胞凋亡中起作用09細胞增殖和凋亡機制TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine2002"fortheirdiscoveriesconcerning'geneticregulationoforgandevelopmentandprogrammedcelldeath'"SydneyBrenner

H.RobertHorvitz

JohnE.Sulston

TheMolecularSciencesInstitute

Berkeley,CA,USAMassachusettsInstituteofTechnology(MIT)

Cambridge,MA,USATheWellcomeTrustSangerInstitute

Cambridge,UnitedKingdom09細胞增殖和凋亡機制

Duringdevelopment,1090cellsaregenerated,butprecisely131ofthesecellsareeliminatedbyprogrammedcelldeath.Thisresultsinanadultnematode(thehermaphrodite),composedof959somaticcells.09細胞增殖和凋亡機制09細胞增殖和凋亡機制2.哺乳動物細胞凋亡途徑與線蟲相似但更為復(fù)雜1993年Yuan從哺乳類細胞中發(fā)現(xiàn)第1個Ced-3同源分子，叫白細胞介素-1β轉(zhuǎn)換酶（Interleukin-1βConvertingEnzyme，ICE），Pro-ICE含404個氨基酸，分子量45KD。在一定形式下可自身催化產(chǎn)生20KD和10KD二個片段，聚合形成（p20）2(p10)2雜四聚體，為活化的ICE。到2009年底為止在人類共發(fā)現(xiàn)有12個Ced-3同源分子，分別定名為Caspase1-12。09細胞增殖和凋亡機制Caspase活性位點是半胱氨酸，裂解靶蛋白位點是天冬氨酸殘基后的肽鍵，因此稱為CysteineAsparticAcicSpecificProtease，即Caspase。Ced4的哺乳類同源物直到1997年，才被證明是Apaf-1（即一種細胞凋亡蛋白酶活化因子apoptosisproteaseactivatingfactor）。Ced9的哺乳類對應(yīng)物則較早地被證明是BCL-2。09細胞增殖和凋亡