細(xì)胞的增殖和調(diào)控第1頁/共56頁MathematicalBiosciencesInstitute(OhioStateUniv),2October2003Chapter11

Cellcycle第2頁/共56頁1introductionofthecellcycle第3頁/共56頁由細(xì)胞分裂結(jié)束到下一次細(xì)胞分裂結(jié)束所經(jīng)歷的過程，叫細(xì)胞周期。分為4個期：–G1期(gap1)，指從有絲分裂完成到期DNA復(fù)制之前的間隙時間。–S期(synthesisphase)，指DNA復(fù)制的時期。–G2期(gap2)，指DNA復(fù)制完成到有絲分裂開始之前的一段時間。–M期又稱D期(mitosisordivision)，細(xì)胞分裂開始到結(jié)束。第4頁/共56頁第5頁/共56頁2001NobelPrizeLelandH.Hartwell1970s“Checkpoint”Yeastgenetics~100CDCgenesStartgeneTimHunt1980sCyclinsSeaUrchinsPaulM.Nurse1970sCDKsyeast第6頁/共56頁2MPF(Mphase–promotingfactor),Cyclin,CDK

2.1MPFfound2.2MPFcomponentsCyclin(B)CDK(cyclindependentkinase)第7頁/共56頁1970sRao和Johnson發(fā)現(xiàn)與M期細(xì)胞(Hela)融合的間期細(xì)胞染色體發(fā)生凝縮，稱為早熟凝集染色體(prematurelycondensedchromosome，PCC)。–G1期PCC為單線狀，因DNA未復(fù)制。–S期PCC為粉末狀，因DNA由多個部位開始復(fù)制。–G2期PCC為雙線染色體，說明DNA復(fù)制已完成。?

甚至不同類的M期細(xì)胞也可誘導(dǎo)PCC產(chǎn)生，說明M期細(xì)胞具有促進(jìn)間期細(xì)胞進(jìn)行分裂的因子，即成熟促進(jìn)因子(maturationpromotingfactor，MPF)。第8頁/共56頁G1phasefusewithMphase2.1MPFfound第9頁/共56頁s

phasefusewithMphase第10頁/共56頁G2phasefusewithMphase第11頁/共56頁MPFManfredLohkaandJimMaller(UCHSC) -usedcellfreeassaytopurifyMPF -testedvariouscytosolicfractionsforMPFactivityMPFisa2subunitproteinkinase -32kDaand45kDa第12頁/共56頁MPFCdk第13頁/共56頁HistoryofMPFPCCM-phaseTriggerMPFP32andP45,kinase非洲爪蟾(1988)Cdcgenefoundin

yeastP34cdc2triggerG2/MP34cdc2bindwithP56cdc13active

Cyclinfoundinurchin,keyfactorForM-phase(1983)

MPFincludeCdkandcyclinp32=P34cdc2=CDKP45=P56cdc13=cyclinB第14頁/共56頁2.2Cyclin1983firstfoundG1-phase:cyclinC,cyclinD,cyclinECln1,Cln2,Cln3(Yeast)M-phase:cyclinA,cyclinB,Comparativelystable第15頁/共56頁A2DestroyboxCyclinboxB1PEST,G1cyclinrenewalCDifferentCyclinexpressedindifferentcellcyclephaseBindwithDifferentCDK,regulateCDKkinaseactivity特點(diǎn)：在細(xì)胞周期中呈周期性變化。含有一段約100個氨基酸的保守序列，稱為周期蛋白框，介導(dǎo)周期蛋白與CDK結(jié)合。第16頁/共56頁第17頁/共56頁Regulationofmitoticcyclinlevelsincyclingcells.

第18頁/共56頁MPFregulationwaselucidatedbyTimHunt’sdiscoveryofCyclins第19頁/共56頁P(yáng)STAIREantibodyBindsALLCDK’s2.3CDK

CyclindependkinaseCDKICDKkinasedomainCdk1=cdc2Cdk3cdk8第20頁/共56頁第21頁/共56頁細(xì)胞周期控制第22頁/共56頁細(xì)胞周期檢驗點(diǎn)（checkpoint）

組成：感受器、信號傳導(dǎo)通路、效應(yīng)器。?

主要檢驗點(diǎn)：–G1/S檢驗點(diǎn)：DNA是否損傷？細(xì)胞外環(huán)境是否適宜？細(xì)胞體積是否足夠大？在酵母中稱start點(diǎn)，在哺乳動物中稱R點(diǎn)(restrictionpoint)。–S期檢驗點(diǎn)：DNA復(fù)制是否完成？–G2/M檢驗點(diǎn)：DNA是否損傷？細(xì)胞體積是否足夠大？–

中-后期檢驗點(diǎn)：紡錘體組裝檢驗點(diǎn)。六、細(xì)胞周期檢驗點(diǎn)（checkpoint）第23頁/共56頁3.1TheG1/SCheckpoint環(huán)境因素生長因子內(nèi)部因素DNA損傷第24頁/共56頁G1cyclinD(D1,D2,D3),E,AG1CDK,CDK2,4,6cyclinD+CDK4,6cyclinE,A+CDK2cyclinD(D1,D2,D3)iskeyfactorforG1/ScyclinEiskeyfactorforstartups-phaseG1周期蛋白通過泛素結(jié)合PEST降解第25頁/共56頁Oringinrecognitioncomplex,復(fù)制起始復(fù)合物Orc1-6DNAreplication-licensingfactortheoryMinichromosomemaintenanceprotein,Mcm2-7第26頁/共56頁3.2S/G2/M阻止DNA未完全復(fù)制時啟動M期只有DNA復(fù)制正確完成，方可啟動未復(fù)制完成的DNA會釋放一些信號。導(dǎo)致細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)受阻

CDC25活性低但Wee1活性高，MPF不能活化 第27頁/共56頁MPFinactivate第28頁/共56頁3.3M-phaseregulationMPFactivateMphasecheckpoint第29頁/共56頁MPF&theG2CheckpointMPF-pushescellpastG2checkpoint第30頁/共56頁Thr161Tyr14,15P第31頁/共56頁MPF活化M期CDK的激活起始于分裂期cyclin的積累。?

結(jié)合cyclinB的CDK1被Wee1將Thr14和Tyr15磷酸化而不具有活性，使CDK/cyclin不斷積累。?

在M期，Wee1的活性下降，CDC25使CDK去磷酸化，去除了CDK活化的障礙。?CDK的激活需要Thr161的磷酸化，它是在CDK激酶(CDKactivatingkinaseCAK)的作用下完成的。第32頁/共56頁Tyr15Inhibitory:AddedbyWee1RemovedbyCdc25Thr160Activating:CDKaddsafterCyclinbinding第33頁/共56頁cyclinB+CDKinactiveWee1/mik1andCDKKinaseActiveCDK14,15amicacidInactivepre-MPFCDK160+p,14.15-pCdc25cWee1/mik1CDKKinase第34頁/共56頁MPFinducesmultiplenuclearandcytoplasmicchangesattheonsetofMphase,bothbyactivatingotherproteinkinasesandbyphosphorylatingproteinssuchascondensinsandthenuclearlamins.第35頁/共56頁G1SG2MG1G1SG2MG1第36頁/共56頁◆Mphasecheckpoint:●檢驗染色體是否連接到紡錘體上第37頁/共56頁后期促進(jìn)復(fù)合物APC與M期調(diào)控APC:AnaphasePromotingComplexM期向后期轉(zhuǎn)換依賴嚴(yán)格調(diào)控APC1-8APC調(diào)控CyclinB和其他蛋白泛素化降解紡崔體裝配檢驗點(diǎn)控制APC活性第38頁/共56頁Mad2Cdc20第39頁/共56頁周期蛋白降解第40頁/共56頁瑞典皇家科學(xué)院6日宣布，將2004年諾貝爾化學(xué)獎授予以色列科學(xué)家阿龍·切哈諾沃、阿夫拉姆·赫什科和美國科學(xué)家歐文·羅斯，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了泛素調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)降解。其實他們的成果就是發(fā)現(xiàn)了一種蛋白質(zhì)“死亡”的重要機(jī)理死亡之吻第41頁/共56頁P(yáng)roteindegradationNeednotenergy,onlyneedenzymeNeedenergy,certaintime,certainpositionandcertaindirectionproteindegradation第42頁/共56頁一種被稱為泛素的多肽在需要能量的蛋白質(zhì)降解過程中扮演著重要角色。這種多肽由76個氨基酸組成，它最初是從小牛的胰臟中分離出來的。它就像標(biāo)簽一樣，被貼上標(biāo)簽的蛋白質(zhì)就會被運(yùn)送到細(xì)胞內(nèi)的“垃圾處理廠”，在那里被降解。第43頁/共56頁第44頁/共56頁P(yáng)olyubiquitinationofmitoticcyclins第45頁/共56頁原來細(xì)胞中存在著E1、E2和E3三種酶，它們各有分工。E1負(fù)責(zé)激活泛素分子。泛素分子被激活后就被運(yùn)送到E2上，E2負(fù)責(zé)把泛素分子綁在需要降解的蛋白質(zhì)上。但E2并不認(rèn)識指定的蛋白質(zhì)，這就需要E3幫助。E3具有辨認(rèn)指定蛋白質(zhì)的功能。當(dāng)E2攜帶著泛素分子在E3的指引下接近指定蛋白質(zhì)時，E2就把泛素分子綁在指定蛋白質(zhì)上。這一過程不斷重復(fù)，指定蛋白質(zhì)上就被綁了一批泛素分子。第46頁/共56頁HighEnergyThioesterBond,canbetransferredfromE1toE2,E3,orsubstrateUbiquitinisTransferredviaThioesterBonds第47頁/共56頁MitoticCyclinsareDestroyedbyUbiquitin-DependentProteolysisproteosome第48頁/共56頁Summary第49頁/共56頁4ModelofcellcycleYeastSizeandMorphologyThroughtheCellCycleThestagesofmitosisandcytokinesisinananimalcell.

第50頁/共56頁Buddingyeast第51頁/共56頁Thestagesofmitosisandcytokinesisinananimalcell.

第52頁/共56頁5cellcyclecheckm