分子生物学-第五讲-细胞周期调控.ppt

第五讲细胞周期调控
沈晗一、细胞周期的基本概念细胞周期示意图从增殖的角度来看，可将高等动物的细胞分为三类：①连续分裂细胞，在细胞周期中连续运转因而又称为周期细胞，如表皮生发层细胞、部分骨髓细胞。②休眠细胞暂不分裂，但在适当的刺激下可重新进入细胞周期，称G0期细胞，如淋巴细胞、肝细胞等。③不分裂细胞，指不可逆地脱离细胞周期，不再分裂的细胞，又称终端细胞，如神经、肌肉、多形核细胞等等。当细胞中DNA损伤时，激活凋亡基因，使进入增殖周期的细胞停留在G1→S期，容许细胞修复DNA避免突变。如果损伤严重时，细胞则走向凋亡。流式细胞术可以检测细胞周期不同细胞的细胞周期长短不同
细胞周期的时间长短与细胞类型有关，如：小鼠十二指肠上皮细胞的周期为10小时，人类胃上皮细胞24小时，骨髓细胞18小时，培养的人成纤维细胞18小时，CHO细胞14小时，HeLa细胞21小时。不同类型细胞的G1长短不同，是造成细胞周期差异的主要原因。二、细胞周期研究的历史进程MPF的发现及其作用
Johnson和Rao(1970)将Hela细胞同步于不同阶段，然后与M期细胞混合，在灭活仙台病毒介导下，诱导细胞融合，发现与M期细胞融合的间期细胞产生了形态各异的早熟凝集染色体(prematurelycondensedchromosome，PCC)。

G1期PCC为单线状，因DNA未复制；S期PCC为粉末状，因DNA由多个部位开始复制；G2期PCC为双线染色体，说明DNA复制已完成。
不仅同类M期细胞可以诱导PCC，不同类的M期细胞也可以诱导PCC产生，如人和蟾蜍的细胞融合时同样有这种效果，这就意味着M期细胞具有某种促进间期细胞进行分裂的因子。注射实验表明：孕酮诱导卵母细胞成熟；成熟卵细胞质中，含有卵母细胞成熟的因子，称做MPF人们猜测，在M期的细胞中存在着某种物质，它能够促进染色体的凝聚和细胞的分裂。后来，人们在不同类型的M期细胞中分别提取出了能够促进细胞分裂的的因子，统称为成熟促进因子(maturationpromotingfactor，MPF)。

当时还不清楚MPF具体的组成和性质，但为人们寻找细胞周期调控机制提供了新的方向。
1960sLelandHartwell芽殖酵母
1970sPaulNurse裂殖酵母
利用温度敏感突变株，发现许多与细胞分裂有关的基因(celldivisioncyclegene,CDC)。例：buddingyeast（芽殖酵母）Fissionyeast（裂殖酵母）Cdc25&Wee1mutant1988年M.J.Lohka纯化了爪蟾的MPF，经鉴定由32KD和45KD两种蛋白组成，二者结合可使多种蛋白质磷酸化。StructureofMPFMPFregulation利兰·哈特韦尔LelandH.Hartwell美国弗雷德·哈钦森癌症研究中心美国西雅图b1939年
诺贝尔颁奖时对三人贡献的描述细胞周期的内源性调控主要是通过“Cyclins-CDKs-CKIs”这一调控网络
CDKCDK激酶与可能结合的周期蛋白CDK1激酶催化不同的底物（主要是磷酸化丝氨酸和苏氨酸），参与细胞的多种功能。Cyclins周期蛋白分子结构特征不同类型的CDK/cyclin复合体M期周期蛋白N端有一段序列与其降解有关，称破坏框(destructionbox)，其降解依赖于泛素途径。
泛素由76个氨基酸组成，高度保守。共价结合泛素的蛋白质能被蛋白酶体识别和降解，这是细胞内短寿命蛋白和一些异常蛋白降解的普遍途径。
26S蛋白酶体是一个大型的蛋白酶，可将泛素化的蛋白质分解成短肽。DestructionBoxinCyclins不同周期蛋白的表达时期不同，与不同的CDK结合，调节不同CDK激酶的活性。
部分哺乳动物和酵母细胞周期蛋白在细胞周期中的积累及其与CDK激酶活性的关系。细胞周期调控示意图CKI1、G1期CyclinD表达，并与CDK4、CDK6结合，使下游的蛋白质如Rb磷酸化，然后释放出转录因子E2F，促进其他Cyclin和CDK的转录；2、在G1/S期，cyclinE与CDK2结合，促进细胞进入S期。

3、进入S期后，CyclinE降解，CDK2转而与CyclinA结合，推进细胞进入G2期。

4、在G2-M期
cyclinA、cyclinB与CDK1结合，CDK1使底物蛋白磷酸化、如将组蛋白H1磷酸化导致染色体凝缩，核纤层蛋白磷酸化使核膜解体等下游细胞周期事件。5、在M期，当MPF活性达到最高时，激活后期蛋白复合体-APC，将遍在蛋白连接在cyclinB上，导致cyclinB被蛋白酶体（proteasome）降解，完成一个细胞周期M期CDK的激活起始于分裂期cyclin的积累。
结合cyclinB的CDK1被Wee1将Thr14和Tyr15磷酸化而不具有活性，使C