细胞周期课件.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,概述,细胞周期调控,细胞周期相关的癌基因和抑癌基因,细胞增殖异常与疾病,细胞增殖活性的检测方法,细胞增殖异常与疾病,1,概述：,细胞是机体内最基本的结构和功能单位,细胞的生长和增殖形成了生物体的生长繁衍,细胞的异常增殖可能导致机体的疾病,2,【,细胞增殖,】,细胞分裂和生长的过程,细胞通过分裂进行增殖，把遗传信息传给子代，保持物种的延续和数量增多,细胞增殖、分化不良 组织器官发育不全,细胞增殖、分化不全,(,低分化、去分化或逆分化,),肿瘤发生,3,细胞,周期,【,细胞增殖过程,】,细胞生长,DNA,复制,细胞分裂,4,【,细胞周期,】,（,Cell cycle,）,Cell cycle is defined as a period from the end of one division to the beginning of next division of a proliferative cell.,细胞周期分期,G,1,SG,2,M,G,1,期：,DNA,合成前期（,RNA,和蛋白质合成,),Interphase S,期：,DNA,合成期,(DNA,复制、组蛋白和非组蛋白合成）,G,2,期：,分裂前期（微丝、微管蛋白，成熟因子等合成）,M phase M,期：,分裂期,5,6,三类细胞：,持续分裂细胞,(continuously dividing cell),：,肿瘤细胞，表皮，呼吸、消化、生殖道粘膜上皮，淋巴造血细胞、间皮细胞,不分裂细胞,(nondividing cell),：,神经元、骨骼肌、心肌细胞,静止细胞,(quiescent cell),（,G,0,期）,腺体或腺样器官的实质细胞、间叶细胞：肝细胞等,7,细胞周期的调控,（,Regulation of the cell cycle,）,Regulation of the cell cycle,Regulation of the cell cycle,by intracellular signals,Regulation of the cell cycle,by extracellular signals,8,细胞周期素（,Cyclin,）,细胞周期素依赖性激酶（,Cyclin-dependent kinase,CDK),细胞周期调控机制的核心,细胞周期素依赖性激酶抑制剂（,CDK inhibitor,CKI),1,、细胞周期自身调控机制,Key spot,：,Cyclin,、,CDKs,、,CKI,、,Checkpoint of cell cycle,9,Cyclin,周期变化图,Cyclin,Cyclin,A,、,Cyclin,B,、,Cyclin,C,、,Cyclin,E,、,Cyclin,D1,D2,D3,、,Cyclin,H,10,Cyclins,主要通过泛素化降解,泛素,由,76,个氨基酸组成，广泛存在于真核细胞。共价结合泛素的蛋白质被蛋白酶体识别和降解。,泛素,蛋白质,降解的蛋白质,11,Cyclins,的作用：,激活,CDK,决定,CDK,何时将何种底物磷酸化而推动细胞周期进行,12,CDK:,一组丝氨酸,/,苏氨酸蛋白激酶,CDK1,、,CDK2,、,CDK3,、,CDK4,、,CDK5,、,CDK6,、,CDK7,CDK,与,Cyclin,结合形成复合物，磷酸化而激活,控制,G1,期：,CDK4,、,CDK6,、,CDK2,控制,S,和,G2,期：,CDK2,控制,M,期：,CDK1,13,Cdk1,14,【CDK,活化与调控细胞周期,】,CDK2,与,cyclin E,结合，,CDK4,、,CDK6,与,cyclin D1,、,D2,、,D3,结合,Rb,磷酸化 游离,E2F,释放,启动,G1,期,DNA,合成,启动,S,期,CDK2,与,cyclin E,和,A,结合后 识别染色体,ARS,促进,S,期,CDK1,与,cyclin A,结合,启动,G2,期,CDK1,与,cyclin B1,结合,+MPF,（,Mitosis promoting factor),启动,M,期,(,P,Rb),15,细胞在生长因子的刺激下，,G1,期,cyclin D,表达，并与,CDK4,、,CDK6,结合，使下游的蛋白质如,Rb,磷酸化，磷酸化的,Rb,释放出转录因子,E2F,，促进许多基因的转录，如编码,cyclinE,、,A,和,CDK2,的基因。,16,【CDKs,活化部位与抑制部位,】,活化部位,(CDK,1,Thr,161,),磷酸化：,CAK,对,CDK1,活化部位磷酸化,抑制部位（,CDK,1,Thr,14,、,Tyr,15,）去磷酸化：,依赖于,P80,cdc25,酶作用,17,18,Cyclin B,与,CDK,1,结合、磷酸化,CAK,对,CDK,1,活化部位的磷酸化,Cell cycle,CDK,1,活化,Thr,14,、,Tyr,15,抑制部位去磷酸化,CAK,：,CDK,活化激酶（,C,DK,a,ctivation,k,inase,）,使,CDK1,的,Thr161,部位磷酸化,19,CKI,可特异性抑制,CDK,的活性,Ink4,（,inhibitor of cdk4),：,P16,INK4a,、,P15,INK4b,、,P18,INK4c,和,P19,INK4d,特异性抑制,CDK4-CyclinD1,、,CDK6-CyclinD1,复合物,Cip,/Kip,：,(,cyclin,inhibition protein/,kinase,inhibition protein),p21,Cipl,、,P27,Kip1,和,P57,Kip1,抑制 多数,CDK,活性,20,【,抑制途径,】,CKIs,通过直接结合,CDK-cyclin,复,合物的磷酸化活化部位，抑制,CDK,的激酶活性。,P16,INK4a,通过结合,CDK,4,单体，,阻断它与,cyclins,的结合。,21,细胞周期校验点,（,Checkpoint,）,细胞内存在监控机制,校验点,G1/S,校验点,DNA,损伤？外环境适宜？体积足够？,Checkpoint S,期校验点,DNA,复制完成？,G2/M,校验点,DNA,损伤？体积足够？,纺锤体组装校验点,着丝点正确连接纺锤体？,-,校验点系统通过,促进,抑制通路或,抑制,激活通路使细胞周,期停止,-,校验点丢失可导致基因组的不稳定 正常细胞转化为,肿瘤细胞,22,【Check mechanism】,G,1,/S,期：,P53,DNA,损伤,P53,水平上调，磷酸化,P53,上调,p21,Cipl,基因转录，,P21,Cipl,能与多种,CDK-,cyclin,复合物结合，抑制,CDKs,的激活，阻滞,G1/S,的过渡，为,DNA,修复提供足够时间,23,G2,期：,Cdc25,(P80),一个蛋白激酶结合在损伤的,DNA,上，,激活,Chk1,（,checkpoint kinase,）,Chk1,使,Cdc25,失活，使其不能活化,cdc2,，导致细胞周期中断。,MPF,：,mitosis promoting factor,CDC25,为一种磷酸酶,Cdc2,基因的产物为,CDK1,，,Cdc2,为启动有丝分裂所必须,24,2,影响细胞周期的细胞外因素,G,1,期存在一个“限定点”（,restriction point,），决定细,胞是否进入周期。这“限定点”主要受细胞外信号的调控。,刺激信号（生长因子）,EGF,、,IGF,、,IL,生长因子通过,ras,途径，激活,MAPK,，,MAPK,进入细胞核内，促进细胞增殖相关基因的表达。如通过一种未知的途径激活,c-myc,，,myc,作为转录因子促进,cyclin D,、,E2F,等,G1-S,有关的许多基因表达，细胞进入,G1,期,25,TGF-,可刺激纤维母细胞增殖,可下调,cyclinD1,和,CDK4,的表达和促进,P21,wafl,、,P27,kipl,和,P15,ink4b,等产生，使其他类型细胞阻滞在,G1,期。,细胞生长条件不具备,P16,INK4a,和,P15,INK4b,增加，并抑制,Cyclin D,-CDK4/6,复合物的功能，细胞阻滞,G1,期。,26,3,细胞周期相关的癌基因和抑癌基因,癌基因,sis,癌基因,编码,PDGF,，可刺激具有该受体的肿瘤细胞增殖,fms,癌基因,编码,CSF-1,受体中一条肽链,CSF-1,刺激骨髓细胞增殖,27,ras,癌基因,编码细胞膜上单链鸟苷酸结合蛋白,-,小,G,蛋白,当信号从细胞膜传到,ras,蛋白,raf,蛋白（具有丝氨酸、苏氨酸蛋白激酶活性）活化,MAPK(Mitogen activated protein kinase),磷酸化，促进细胞周期,N:Ras-GTP,激活下游信号分子,Ras,蛋白具,GTPase,活性,能水解结合的,GTP,，灭活,Ras,蛋白活性,ras,点突变，失去,GTPase,活性，使,Ras,蛋白活性长期保持,28,myc,癌基因,编码一种核内,DNA,结合蛋白（起转录因子作用），促进一些细胞分裂所需基因的转录,c-jun,和,c-fos,癌基因,编码转录因子,AP-1,的亚基，,AP-1,能调节许多基因转录，参与细胞增殖调节,N:,只在有丝分裂元刺激后短暂表达,29,抑癌基因,抑癌基因表达产物,CDK,抑制物：,P15,、,P16,、,P21,、,P27,等,抑制细胞周期的蛋白：,P53,、,Rb,抑癌基因突变后，不表达或表达无功能的产物，失去对细胞增殖的抑制作用，使细胞出现过度增殖,30,细胞周期异常与疾病,细胞过度增殖或不足的本质是细胞周期调控异常。,-,细胞周期的驱动失控（,Cyclin,、,CDK,和,CKI,表达异常）,-,监控（检查）机制受损（,The impairment of checkpoint system,）,31,细胞增殖异常与相关疾病,增殖异常 增殖分化异常,再生障碍性贫血 恶性肿瘤,前列腺肥大 畸胎瘤,动脉粥样硬化 先天畸形,家族性红细胞增多症,X-,连锁,-,球蛋白缺乏症,高,IgM,血症,32,恶性肿瘤细胞增殖异常机制,肿瘤细胞最显著的特点,生长失控和幼稚化（不分化）,细胞不进入,G,0,期，持续处于细胞周期,33,1,细胞周期驱动机制失控,C,yclins,过表达,（,Overexpression of cyclins,）,多种肿瘤,cyclinD1,、,cyclinE,过表达,基因扩增,Cyclin D1,（,Bcl-1,）过表达的主要原因,乳腺癌、胃癌、食管癌存在,Cyclin D1,基因扩增过度,34,染色体倒位,（,Chromosome inversion,）,Cyclin D,1,基因倒位于甲状旁腺启动子控制下,Cyclin D,1,蛋白合成,甲状旁腺腺癌,染色体易位,（,Chromosome translocation),Bcl-1 t(11:14)(q13:q32),易位,Cyclin D,1,受,Ig,重链基因增强子影响,Cyclin D,1,表达,35,基因突变,Cyclin D1 T286,突变,Cyclin D1,泛素化受阻,Cyclin D1,【Cyclin D,过表达致肿瘤机制,】,Cyclin D,过表达,+,生长因子,CDKs,瀑布效应 细胞增殖过度,易发生细胞癌变,36,CDK,表达异常,主要见于,CDK,4,、,CDK,6,过表达。,CDK,4,+cyclin D,结合,CDK,4,/cyclin D CDKs,表达,Rb pRb,细胞增殖过度,E2F G,1,/S,过渡加速,37,CKI,表达不足和突变,肿瘤细胞中常出现,CKI,表达不足或突变。,p16,InK4,基因失活,突变或缺失、染色体易位、,p16,InK4,高度甲基化。,【Mechanism】,p16,InK4,基因表达,CDK,4,与,cyclin D,结合,细胞周期处在“易于”被启动状态,易发生细胞癌变,38,Kip/Cip,含量减少,（,Deficient expression of Kip/Cip,）,P21,cipl,cyclins/CDKs,活性 细胞周期速度,DNA,聚合酶,的辅助因子,（,PCNA,）阻滞,DNA,复制,【Mechanism】,p53,基因突变,P21,cip1,转录,DNA,受损细胞增殖,39,2.,细胞周期监控机制受损,(Impairment of checkpoint system),主要原因：,G,1,/S,、,G,2,/M,检查点异常,失察结果：探测,DNA,损伤功能降低,（如发现不了,DNA,损伤，会导致基因缺失、易位、染色体重排等）,40,G,1,/S,交界处失察,P53,进入,S,期,DNA,损伤 修复成功,G,1,/S,检查 停顿,G,1,期 损伤,DNA,修复,修复失败,细胞凋亡 下调,bcl-2,表达、激活,bax,基因,P53,P53,突变或丢失 易发生细胞癌变,致变剂,检测点检查功能 遗传不稳定性 复制忠实性,41,人类肿瘤,p53,基因突变热点和频率,肿瘤型 突变频率（,%,）突变热点 肿瘤型 突变频率（,%,）突变热点,肺癌,56 157,，,248,，,273,前列腺癌,30,不确定,结肠癌,50 175,，,245,，,248,，,273,肝细胞癌,45 249,食管癌,45,不确定 胶质癌,25 175,、,248,卵巢癌,44 273,乳腺癌,22 175,、,248,、,273,胰腺癌,44 273,子宫内膜癌,22 248,皮肤癌,44 248,、,278,甲状腺癌,13 248,、,273,胃癌,41,不确定 白血病,12 175,、,248,头颈鳞癌,37 248,宫颈癌,7 273,膀胱癌,34 280,软组织肉瘤,31,不确定,DNA,病毒,:SV40,、,HPV,、腺病毒等,P53,蛋白失活,42,G,2,/M,交界处失察,G,2,/M,交界处,DNA,双链断裂,激活,DNA,损伤检查点 阻止细胞进入,M,期,诱导修复基因转录,完成断裂的,DNA,修复,失去,G,2,/M,检查点的阻滞作用 染色体发生重排、丢失,43,检测细胞增殖活性的常用方法,核分裂计数,高倍视野法,（,high power fields,HPF),：,400,倍放大，,10,视野,单位面积核分裂像更具可比性,核分裂指数,(mitotic index,MI),显微镜目镜放置网格测微尺,/,计算机软件辅助分析,44,45,46,免疫组织化学法,Ki67,抗体,:,所测抗原只表达于,G,1,、,G,2,、,M,和,S,期细胞，不表达于,G,0,期细胞,47,PCNA,抗体,(proliferating cell neuclear antigen),36KD,高度保守分子，是,DNA,多聚酶,的辅助因子。,不表达于,G,0,期细胞,周期素,A,、,B,、,C,、,D,和,E,，周期素依赖性激酶,CDK,检测,细胞增殖的辅助标记,48,DNA,含量测定：,胸腺嘧啶标记,（,thymidine labelling),溴脱氧鸟核甙掺入,(bromodeoxyuridine incorporation),放射性核素,3,H,或,32,P,标记胸腺嘧啶或鸟核苷加入培养的细胞液一段时间后，检测细胞的,3,H,或,32,P,的含量，从而了解细胞的,DNA,合成情况,49,流式细胞术,（,flow cytometry),碘化丙锭（,PI,）可使细胞,DNA,和,RNA,同时染色，细胞经,PI,染色后，,FCM,分析可获得,DNA,直方图，该直方图可显示细胞周期中各期细胞（,G,0,/G,1,、,S,、,G,2,/M,期,),百分比,50,51,以,5-,溴脱氧尿嘧啶核苷,(BrdUrd),掺和到,DNA,中，,FCM,检测,BrdUrd,的,DNA,掺入率可获得,S,期细胞的百分比,Feulgen,染色后的,MSP,分析,52,嗜银核仁组织区法,NORs,在控制核糖体,RNA,的基因转录方面有调节作用。,NORs,含有高亲银酸性蛋白质,可用银染法显示。,LM:,位于细胞核内或分裂细胞的染色体上，,直径,0.5-1,m,的黑色小点,53,