1、2022-4-11 細胞周期細胞周期(cell cycle) 2022-4-122022-4-12細胞的最終命運：細胞的最終命運：細胞分裂細胞分裂(cell division)及生長（相關(guān)物及生長（相關(guān)物質(zhì)準備）質(zhì)準備）細胞增殖細胞增殖(cell proliferation)，受到嚴密的調(diào)控機制所監(jiān)控受到嚴密的調(diào)控機制所監(jiān)控細胞死亡細胞死亡(cell death)2022-4-13受精卵及卵裂受精卵及卵裂2022-4-14Dividing Muscle Myoblast (primative muscle cell) (SEM x8,000)2022-4-15細胞有絲分裂細胞有絲分裂2022-

2、4-162022-4-172001年年10月月8日，美國人日，美國人Leland Hartwell、英國人、英國人Paul Nurse、Timothy Hunt因?qū)毎芷谡{(diào)控機理因?qū)毎芷谡{(diào)控機理的研究而榮獲諾貝爾生理醫(yī)學獎的研究而榮獲諾貝爾生理醫(yī)學獎 。2022-4-18標準的細胞周期：從標準的細胞周期：從G1期開始，歷經(jīng)期開始，歷經(jīng)S、G2，到，到M期結(jié)束。期結(jié)束。2022-4-19細胞周期細胞周期 細胞周期時間細胞周期時間 G1(DNA合成前期合成前期) 變異范圍大變異范圍大(0h數(shù)年數(shù)年) 間期間期 S(DNA合成期合成期) 830h G2(DNA)合成后期）合成后期） 15h 分

3、裂期分裂期(M) 0.51h 第一節(jié)第一節(jié) 細胞周期的基本概念細胞周期的基本概念2022-4-110細胞的增殖特性細胞的增殖特性1）連續(xù)增殖細胞連續(xù)增殖細胞(周期性細胞周期性細胞)：能夠增殖，能夠增殖，不斷進入周期完成分裂。不斷進入周期完成分裂。2）暫不增殖細胞暫不增殖細胞(休眠細胞，休眠細胞，G0細胞細胞)：長長期停留在期停留在G1期晚期期晚期(此點稱為此點稱為G0期期)而不越過而不越過限限制點制點，未喪失分裂能力，在適當條件下可恢復未喪失分裂能力，在適當條件下可恢復到增殖狀態(tài)。到增殖狀態(tài)。3）永不增殖細胞永不增殖細胞(終末分化細胞終末分化細胞)：始終停留始終停留在在G0期期 ，失去增殖能力

4、直到衰老死亡。，失去增殖能力直到衰老死亡。(p189)2022-4-1112022-4-111執(zhí)行某種生物學功執(zhí)行某種生物學功能，或進行細胞分能，或進行細胞分化，或走向死亡化，或走向死亡(限制點，限制點，R點點)2022-4-112細胞周期檢驗點細胞周期檢驗點( (checkpoint) )G1S之之DNA損傷損傷檢驗點檢驗點， 限制點，限制點，R點點 S期之期之DNA復制復制檢驗點檢驗點 G2M檢查點檢查點 M期期中期中期后期之紡錘體組裝檢驗點后期之紡錘體組裝檢驗點(p204)2022-4-113DNA復制是否完成？ damageS期檢驗點期檢驗點2022-4-114第二節(jié)第二節(jié) 細胞周期的

5、主要事件細胞周期的主要事件一、一、G1期：細胞生長、分裂決定、期：細胞生長、分裂決定、復制準備復制準備 1. RNA、蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)(與與DNA復制有關(guān)的酶、與復制有關(guān)的酶、與G1期向期向S期轉(zhuǎn)變相關(guān)的蛋白質(zhì)等期轉(zhuǎn)變相關(guān)的蛋白質(zhì)等)合成和代謝活動合成和代謝活動旺盛旺盛 細胞的第一生長期細胞的第一生長期 2. 分裂決定：限制點分裂決定：限制點(restriction point，R點點) 3. DNA含量為含量為2n 2022-4-115二、二、S期：期： DNA合成、染色質(zhì)組裝、合成、染色質(zhì)組裝、中心粒復制、中心粒復制、 通過通過S期檢查點期檢查點1. DNA復制，復制，2n 4n2. 組蛋白

6、、非組蛋白合成組蛋白、非組蛋白合成3. 染色質(zhì)復制（組裝成核小體）染色質(zhì)復制（組裝成核小體）4. 中心體復制中心體復制2022-4-1162022-4-117三、三、G2期：通過檢查點、分裂準備期：通過檢查點、分裂準備 1. G2期檢驗點期檢驗點 2. RNA、蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)（如微管蛋白、染色（如微管蛋白、染色質(zhì)凝集相關(guān)蛋白、質(zhì)凝集相關(guān)蛋白、M期調(diào)控蛋白）期調(diào)控蛋白）合合成成 細胞的第二生長期細胞的第二生長期 3. DNA含量含量4n2022-4-118四、四、M期：染色體分離、胞質(zhì)分裂期：染色體分離、胞質(zhì)分裂DNA的精確分配的精確分配4n2n2n有絲有絲分裂分裂有絲分裂有絲分裂減數(shù)分裂減數(shù)分

7、裂2022-4-119第三節(jié)第三節(jié) 細胞周期的調(diào)控細胞周期的調(diào)控一、周期性基因表達是細胞周期的原動力一、周期性基因表達是細胞周期的原動力 Cyc-Cdk復合物復合物是細胞周期的引擎分子是細胞周期的引擎分子是一種使多種是一種使多種底物蛋白底物蛋白(如如 H1、NHP、lamin等等)磷酸磷酸化的蛋白激酶系統(tǒng)?；牡鞍准っ赶到y(tǒng)。周期蛋白周期蛋白(cyclin，Cyc) 是是Cyc-Cdk復合物的調(diào)節(jié)亞復合物的調(diào)節(jié)亞基，而基，而依賴周期蛋白的蛋白激酶依賴周期蛋白的蛋白激酶(cyclin dependent kinase，Cdk) 是其催化亞基。是其催化亞基。2022-4-120所有所有cyclin含

8、保守的周期蛋白框含保守的周期蛋白框(cyclin box)。 M期周期蛋白期周期蛋白(cyclinA、B)有降解盒有降解盒(destruction box)， G1期周期蛋白期周期蛋白(cyclinC、D、E)有有PEST序列，與這些蛋白質(zhì)的降解有關(guān)。序列，與這些蛋白質(zhì)的降解有關(guān)。 G1期期Cyc-Cdk復合物：復合物：CycD-Cdk4/6、CycE-Cdk2 S、G2期期Cyc-Cdk復合物：復合物：CycA-Cdk2 M期期Cyc-Cdk復合物：復合物：CycA/B-Cdk1(成熟促進因成熟促進因子，子，MPF) 2022-4-1212022-4-122細胞周期引擎的多樣性及其濃度或活性

9、變化細胞周期引擎的多樣性及其濃度或活性變化2022-4-1232022-4-123HeLa細胞中細胞中cyclin的周期性表達的周期性表達2022-4-124M期期CycA/B-Cdk1 (成熟促進因子，成熟促進因子，MPF) S期已開始合成期已開始合成 G2期達峰值期達峰值 M期后期到下一個期后期到下一個G1早期被降解早期被降解2022-4-125Cdk12022-4-1262022-4-126 MPF 活性周期活性周期CDK1激酶活性首先依賴于激酶活性首先依賴于Cyc B含量的積累。含量的積累。 Cyc B的含量達到一定值并與的含量達到一定值并與CDK1蛋白結(jié)合，同時在其他一蛋白結(jié)合，同時

10、在其他一些因素的調(diào)節(jié)下，逐漸表現(xiàn)出最大激酶活性。些因素的調(diào)節(jié)下，逐漸表現(xiàn)出最大激酶活性。2022-4-1272022-4-127MPF在在M期期的調(diào)節(jié)過程的調(diào)節(jié)過程（p202）Cdk1激活激活APCRNA聚合酶聚合酶、核仁解體核仁解體啟動細胞從啟動細胞從G2期進期進入入M期的相關(guān)事件期的相關(guān)事件染色體凝集染色體凝集核膜破裂核膜破裂紡錘體形成紡錘體形成2022-4-128二、細胞周期中蛋白質(zhì)的泛素化降解二、細胞周期中蛋白質(zhì)的泛素化降解主要由主要由APC引導引導APC(后期啟動復合物后期啟動復合物)是一種是一種泛素連接泛素連接酶酶，可以使細胞周期調(diào)控系統(tǒng)的分子泛，可以使細胞周期調(diào)控系統(tǒng)的分子泛素化

11、，導致泛素依賴的蛋白降解，以此素化，導致泛素依賴的蛋白降解，以此來調(diào)節(jié)細胞周期進程來調(diào)節(jié)細胞周期進程（剎車）（剎車） 。 泛素化降解：泛素化降解：APC將泛素連接在將泛素連接在Cyc上，上，導致導致Cyc被被蛋白酶體（蛋白酶體（proteasome）識識別并降解消化。別并降解消化。2022-4-129Cyclin的的降解盒降解盒(破壞框破壞框)與泛素化降解與泛素化降解（后期啟動復合物）（后期啟動復合物）（蛋白酶體）（蛋白酶體）2022-4-1302022-4-130泛素（泛素（Ubiquitin，Ub）是一種高度保守的?。┦且环N高度保守的小蛋白（含蛋白（含76個氨基酸），普遍存在于真核細個氨基

12、酸），普遍存在于真核細胞內(nèi)，高度保守，如人類和酵母的泛素有胞內(nèi)，高度保守，如人類和酵母的泛素有96%的相似性。泛素共價地結(jié)合于底物蛋白的相似性。泛素共價地結(jié)合于底物蛋白質(zhì)的賴氨酸殘基，被泛素標記的蛋白質(zhì)將被質(zhì)的賴氨酸殘基，被泛素標記的蛋白質(zhì)將被特異性地識別并迅速降解。特異性地識別并迅速降解。 E1：泛素激活酶：泛素激活酶E2：泛素結(jié)合酶：泛素結(jié)合酶E3：泛素連接酶，主要是：泛素連接酶，主要是APC。 APC(后期啟動復合物后期啟動復合物)的活性變化是分裂中的活性變化是分裂中期期/后期轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵問題。后期轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵問題。2022-4-1312022-4-131Cyclin 的降解：的降解：泛泛素

13、是蛋白質(zhì)降解標素是蛋白質(zhì)降解標簽。簽。泛素化蛋白降泛素化蛋白降解機制解機制是細胞內(nèi)短是細胞內(nèi)短壽命蛋白和一些異壽命蛋白和一些異常蛋白降解的普遍常蛋白降解的普遍途徑，是非溶酶體途徑，是非溶酶體的蛋白質(zhì)分解系統(tǒng)，的蛋白質(zhì)分解系統(tǒng)，被稱為細胞周期的被稱為細胞周期的清道夫。清道夫。2022-4-1322022-4-132蛋白酶體蛋白酶體是細胞用來是細胞用來調(diào)控特定蛋白質(zhì)如短調(diào)控特定蛋白質(zhì)如短壽命蛋白質(zhì)和除去錯壽命蛋白質(zhì)和除去錯誤折疊蛋白質(zhì)的主要誤折疊蛋白質(zhì)的主要機制。經(jīng)過蛋白酶體機制。經(jīng)過蛋白酶體的降解，蛋白質(zhì)被切的降解，蛋白質(zhì)被切割為約割為約7-8個氨基酸長個氨基酸長的肽段；這些肽段可的肽段；這些肽

14、段可以被進一步降解為單以被進一步降解為單個氨基酸分子，然后個氨基酸分子，然后被用于合成新的蛋白被用于合成新的蛋白質(zhì)。質(zhì)。2004年諾貝爾化年諾貝爾化學獎的獲獎主題學獎的獲獎主題就是就是泛素調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)酶泛素調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)酶解過程的發(fā)現(xiàn)解過程的發(fā)現(xiàn)，三位三位獲獎?wù)邽榘埆@獎?wù)邽榘埱泄Z切哈諾沃、阿夫拉姆沃、阿夫拉姆赫什科赫什科和歐文和歐文羅斯。羅斯。 2022-4-133三、細胞周期的負調(diào)控三、細胞周期的負調(diào)控 Cdk抑制因子抑制因子(CKI)阻止阻止Cyclin-Cdk復復合物的裝配或其活性，而將細胞阻止在不同合物的裝配或其活性，而將細胞阻止在不同的檢驗點。的檢驗點。 CKI通過與通過與CDK

15、結(jié)合來抑制細胞結(jié)合來抑制細胞周期，根據(jù)周期，根據(jù)CKI的分子質(zhì)量，分別被命名為的分子質(zhì)量，分別被命名為P15、P16、P21、P27、P53等。這些蛋白等。這些蛋白質(zhì)具有一定的同源性。質(zhì)具有一定的同源性。（p199、200） 2022-4-134CKI 的抑制作用的抑制作用2022-4-135圖示圖示P21抑制抑制Cdk和和PCNA(DNA聚合酶聚合酶的的輔助因子輔助因子) )2022-4-136p53基因：基因：屬于抑癌基因，其產(chǎn)物主要是細屬于抑癌基因，其產(chǎn)物主要是細胞周期負調(diào)控因子，可抑制細胞的生長和分裂。胞周期負調(diào)控因子，可抑制細胞的生長和分裂。位于人類染色體位于人類染色體17p13，

16、p53蛋白是一種核結(jié)蛋白是一種核結(jié)合蛋白，能阻止合蛋白，能阻止DNA損傷或突變的細胞通過損傷或突變的細胞通過R點，從而將細胞阻于點，從而將細胞阻于G1期，抑制細胞增殖。期，抑制細胞增殖。 作用方式之一為作用方式之一為p53/p21機制。機制。 （p201,圖圖15-11）2022-4-137DNA損傷導致細胞阻于損傷導致細胞阻于G1期的期的p53/p21 機制機制p21主要對主要對G1期期Cdk起起抑制作用，抑制作用，及對及對DNA復制的抑制。復制的抑制。2022-4-138如果如果p53基因突變或缺失，等于失去了基因突變或缺失，等于失去了“分子警分子警察察”，DNA損傷引起的突變會導致細胞癌變。損傷引起的突變會導致細胞癌變。 p53 與細胞凋亡和癌變與細胞凋亡和癌變2022-4-