细胞周期及其调控.ppt

第第21章章细胞周期及其调控细胞周期及其调控CellCycle&Regulatin1 第一节第一节 细胞周期各时项的动态变化细胞周期各时项的动态变化2一、细胞周期概念一、细胞周期概念 细胞周期细胞周期（cellcycle）：）：*是指细胞从上一次分裂结束开始生长，到下是指细胞从上一次分裂结束开始生长，到下一次细胞分裂结束所经历的过程，又称细胞增殖一次细胞分裂结束所经历的过程，又称细胞增殖周期。周期。细胞周期时间细胞周期时间（T TC C）:细胞周期经历的时间。细胞周期经历的时间。3细细胞胞周周期期间期间期间期间期分裂期分裂期分裂期分裂期（M期）期）DNA合成前期（合成前期（GG1 1期期期期,G1gap1）DNA合成期（合成期（S S期期期期,Synthsisphase）DNA合成后期（合成后期（GG2 2期期期期,G2gap2）前期前期中期中期后期后期末期末期细胞周期细胞周期中的细胞中的细胞G1期期G G2 2期期S S期期M M期期细胞周期分为细胞周期分为*：G G G G1 1 1 1期、期、期、期、S S S S期、期、期、期、G G G G2 2 2 2期和期和期和期和 M M M M期期期期 四个时期。四个时期。(Mitosis,division）4终端分化细胞终端分化细胞 G G0 0周期性细胞周期性细胞细胞类型（增殖特性）细胞类型（增殖特性）*周期性细胞周期性细胞：始终保持旺盛的增殖活性。始终保持旺盛的增殖活性。G0期细胞期细胞：一般不分裂，暂不增殖细胞。一般不分裂，暂不增殖细胞。终端分化细胞终端分化细胞（无增殖能力细胞）（无增殖能力细胞）结构和功能高度特化。结构和功能高度特化。周期性周期性细胞细胞终端分化细胞终端分化细胞5研究方法研究方法 ：流式细胞术流式细胞术 细胞同步化细胞同步化 生化方法等等生化方法等等 6（一）（一）G G1 1期（期（DNADNA合成前期）的生物学事件合成前期）的生物学事件*G1G1早期早期：细胞体积增大、生物合成、：细胞体积增大、生物合成、形成细胞器形成细胞器触发蛋白触发蛋白、钙调蛋白增加。、钙调蛋白增加。体积、表面积、核体积、表面积、核 质比质比G1晚期晚期：H1及多种蛋白激酶磷酸化，为及多种蛋白激酶磷酸化，为DNADNA合成准备。合成准备。信号分子调控信号分子调控G0G1晚晚S期期startpoint （DNADNA合成相关酶，细胞周期运行的蛋白）合成相关酶，细胞周期运行的蛋白）7（二）（二）S S期（期（DNADNA合成期）合成期）1.1.DNADNA复制复制 多种酶的参与。多种酶的参与。2.2.蛋白质合成：（组蛋白、非组蛋白）组装核小体。蛋白质合成：（组蛋白、非组蛋白）组装核小体。3 3.中心粒的复制，并发生分离，发挥微管的组织作用。中心粒的复制，并发生分离，发挥微管的组织作用。8（三）（三）G G2 2期（有丝分裂前期）的生物学事件期（有丝分裂前期）的生物学事件*1.促有丝分裂因子促有丝分裂因子(MPF)合成合成2.微管蛋白（微管蛋白（tubulin)合成合成3.0.3%DNA复制复制4.结结构功能蛋白的合成构功能蛋白的合成G2期期checkpoint：1.是否完成是否完成DNA复制复制？2.是否有是否有DNA错误复制？错误复制？9有丝分裂的主要特征是：有丝分裂的主要特征是：姊妹染色单体分离；核膜、核仁破裂重建。姊妹染色单体分离；核膜、核仁破裂重建。人为的划分为四个时期人为的划分为四个时期：前期前期、中期中期、后期后期、末期末期。（四）（四）M M期期（有丝分裂期）（有丝分裂期）10细胞有丝分裂过程细胞有丝分裂过程111.有丝分裂有丝分裂间期间期核核膜膜核核仁仁染色质染色质中心粒中心粒121.1.前期前期染色质凝缩，染色质凝缩，分裂极确立与纺锤体开始形成，分裂极确立与纺锤体开始形成，核仁解体，核仁解体，核膜消失。核膜消失。前前期期1314星体微管：星体微管：由中心由中心体向外放射，末端体向外放射，末端结合有分子马达，结合有分子马达，负责两极的分离负责两极的分离动粒微管：动粒微管：动粒微管：动粒微管：由中心由中心由中心由中心体发出，连接在染体发出，连接在染体发出，连接在染体发出，连接在染色体着丝点动粒上色体着丝点动粒上色体着丝点动粒上色体着丝点动粒上,着丝点上具有马着丝点上具有马着丝点上具有马着丝点上具有马达蛋白。达蛋白。达蛋白。达蛋白。极体微管：极体微管：由中心体发出，在纺锤由中心体发出，在纺锤体中部重叠，重叠部位结合有分子体中部重叠，重叠部位结合有分子马达，负责将两极推开马达，负责将两极推开-+纺锤体有三种微管结构：纺锤体有三种微管结构：15染色体的运动染色体的运动16Two centrosomes,and their forming radial arrays of astral microtubules separating on the surface of an early prophase newt lung cell nucleus.172.中期中期 染色体排列到在细胞的赤道面上。染色体排列到在细胞的赤道面上。赤道板赤道板中中期期183.后期 姐妹染色体单体分离并移向细胞两极。后后期期19该阶段染色体的分离由微管去该阶段染色体的分离由微管去聚合假说解释：聚合假说解释：动粒微管不断解聚缩短动粒微管不断解聚缩短,造成造成的拉力将染色体拉向两极。的拉力将染色体拉向两极。机理机理：微管正端插入微管正端插入动粒动粒动粒动粒的外的外层,微管在此端去微管在此端去组装。装。动粒中粒中的的ATP水解水解,提供能量提供能量,驱动微管上的微管上的马达分子向极达分子向极部移部移动,拉拉动染色体向极移染色体向极移动。204.末期末期l l从子染色体到达两极，至形成两个新细胞的时期。从子染色体到达两极，至形成两个新细胞的时期。从子染色体到达两极，至形成两个新细胞的时期。从子染色体到达两极，至形成两个新细胞的时期。l两个出现：核膜出现、核仁出现两个出现：核膜出现、核仁出现l两个消失：染色体消失、纺锤丝消失两个消失：染色体消失、纺锤丝消失中间小体中间小体21l l从子染色体到达两极，至形成两个新细胞的时期。从子染色体到达两极，至形成两个新细胞的时期。从子染色体到达两极，至形成两个新细胞的时期。从子染色体到达两极，至形成两个新细胞的时期。l l主要标志是子核的形成和胞质分裂主要标志是子核的形成和胞质分裂主要标志是子核的形成和胞质分裂主要标志是子核的形成和胞质分裂。中间小体中间小体22动物细胞的胞质分裂通过胞质收缩环的收缩实现，收缩环由大动物细胞的胞质分裂通过胞质收缩环的收缩实现，收缩环由大量平行排列的肌动蛋白组成。量平行排列的肌动蛋白组成。用细胞松弛素处理这一时期的细胞，会出现什么现象？用细胞松弛素处理这一时期的细胞，会出现什么现象？232425Dividing Muscle Myoblast(primative muscle cell)(SEM x8,000)26 第二节第二节 细胞周期调控的动力因素细胞周期调控的动力因素27一、细胞周期调控蛋白一、细胞周期调控蛋白(cell cycle-regulating protein)(cell cycle-regulating protein)CDK类蛋白激酶类蛋白激酶催化亚单位催化亚单位细胞周期素（细胞周期素（Cyclin)调节调节亚单位亚单位CDK抑制因子（抑制因子（CKI）抑制抑制CDK激酶活性激酶活性 M M期促发期促发因子因子(MPF)(MPF)MPF的发现：一种在的发现：一种在G2G2期形成，能促进期形成，能促进期形成，能促进期形成，能促进MM期启动的调控因子，期启动的调控因子，期启动的调控因子，期启动的调控因子，即促细胞成熟因子或促细胞分裂因子（即促细胞成熟因子或促细胞分裂因子（即促细胞成熟因子或促细胞分裂因子（即促细胞成熟因子或促细胞分裂因子（MPF)MPF)。（一）细胞周期调控研究过程的重要事件：（一）细胞周期调控研究过程的重要事件：28（二）细胞周期调控蛋白的种类（二）细胞周期调控蛋白的种类1.1.CDK类蛋白激酶类蛋白激酶（cyclin-dependentkinase）：CDK与细胞周期素结合才具有激酶的活性，故称细胞与细胞周期素结合才具有激酶的活性，故称细胞周期素依赖性蛋白激酶周期素依赖性蛋白激酶(cyclin-dependentkinase,CDK)作用：作用：CDK可将特定蛋白磷酸化，促进细胞周期运行。可将特定蛋白磷酸化，促进细胞周期运行。l在动物中已知在动物中已知7 7种种CDK，CDK1-7CDK1-7。l分为四类：分为四类：G1、G1/S、S期期CDK和和M期期CDK。292.2.细胞周期素细胞周期素（cyclins)*cyclins)*是一类随细胞周期的变化呈现周期性出现和消失是一类随细胞周期的变化呈现周期性出现和消失的蛋白质。的蛋白质。（含（含A、B、C、D、E、H，20多种亚型）多种亚型）表达表达在时间不同，执行功能也多种多样。在时间不同，执行功能也多种多样。特点：在细胞周期中呈周期性变化。特点：在细胞周期中呈周期性变化。作用：能与作用：能与CDK结合，激活结合，激活CDK，间接调节细间接调节细胞周期运行。胞周期运行。30D E A B 在脊椎动物中为在脊椎动物中为cyclinA1-2、B1-3、C、D1-3、E1-2、F、G、H等。等。分为分为4类：类：G1型、型、G1/S型、型、S型、型、M型。型。G1、G1/S、G2期期(CyclinD、E、A)M期期(CyclinB)31不同类型CDK-Cyclin复合物*包括D1-3，各亚型cyclin D在不同细胞中的表达量不同，但具有相同的功效。323.3.细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子 （CDKinhibitor,CKI）CDKICDKI是对是对CDKCDK激酶激酶起负性调控作用的蛋白质。起负性调控作用的蛋白质。已发现多种已发现多种CDKICDKI INK4INK4家族家族:p16、p15、p18、p19 抑制抑制CDK4CDK4 CIP/KIP CIP/KIP家族家族:P21P21、P2727、P5757 在在G G1 1期抑制多种期抑制多种CDKCDK33CKI对细胞周期起负调控作用，分为：对细胞周期起负调控作用，分为：Ink4:P16ink4a,P15ink4b,P18ink4c,P19ink4d，特异性抑制特异性抑制cdk4-cyclinD1,cdk6-cyclinD1。Kip：P21cip1、P27kip1、P57kip2，抑抑制制大大多多数数CDKCDK的的激激酶酶活活性性。P21cip1还还能能与与DNADNA聚聚合合酶酶的的辅辅助助因因子子PCNA结合，直接抑制结合，直接抑制DNADNA的合成。的合成。34A AE ED DP16P16P18P18P15P15P27P27P21P21CDK4/6CDK4/6CDK2CDK2CDK2CDK2TGF-TGF-血清缺乏血清缺乏血清缺乏血清缺乏分化分化分化分化DNADNA损伤损伤损伤损伤P53P5335M期期CDK的激活起始于分裂期的激活起始于分裂期cyclin的积累。的积累。结合结合M-cyclin的的CDK1被被Wee1（抑制因子）将抑制因子）将Thr14和和Tyr15磷酸化而不具有活性，使磷酸化而不具有活性，使CDK/cyclin不断积累。不断积累。在在M期，期，Wee1（一种细胞周期调节蛋白）活性下降，（一种细胞周期调节蛋白）活性下降，CDC25磷酸酶使磷酸酶使CDK去磷酸化，去除了去磷酸化，去除了CDK活化的障碍。活化的障碍。CDK的激活需要的激活需要Thr161的磷酸化，它是在的磷酸化，它是在CDK激酶激酶(CAK)的作用下完成的。的作用下完成的。（三）（三）M期期CDK的的激活激活36M期调控：期调控：1.M-CDK活化活化（涉及涉及CyclinB、CAK、cdc25、Well1）2.CDK1 激发激发M期所有事件期所有事件 CDK137 分裂期周期蛋白分裂期周期蛋白N端有一段序列与其降解有关，称端有一段序列与其降解有关，称降解盒降解盒(destruction box)。当。当MPF活性达到最高时，通过泛素连接活性达到最高时，通过泛素连接酶催化泛素与酶催化泛素与cyclin结合，结合，cyclin随之被随之被26S蛋白酶体水解。蛋白酶体水解。G1周期蛋白也通过类似的途径降解，但其周期蛋白也通过类似的途径降解，但其N端没有降解盒，端没有降解盒，C端有一段端有一段PEST序列序列与其降解有关。与其降解有关。3.M期周期蛋白与分裂中期向后期转化期周期蛋白与分裂中期向后期转化38泛素的概念：泛素的概念：*由由76个氨基酸组成，高度保守，普遍存在于真核个氨基酸组成，高度保守，普遍存在于真核细胞，故名泛素。共价结合泛素的蛋白质能被蛋白酶细胞，故名泛素。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，白降解的普遍途径，泛素相当于蛋白质被摧毁的标签泛素相当于蛋白质被摧毁的标签。26S蛋白酶体是一个大型的蛋白酶，可将泛素化的蛋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。白质分解成短肽。39细胞周期蛋白降解盒与降解途径细胞周期蛋白降解盒与降解途径40泛素介导的周期蛋白降解泛素介导的周期蛋白降解41细胞周期中细胞周期中CyclinB的合成与降解的合成与降解M期周期蛋白与分裂中期向后期转化期周期蛋白与分裂中期向后期转化42 APCAPCAPC 泛素泛素蛋白连接酶复合体蛋白连接酶复合体 M-CylinM-Cylin降解降解泛素蛋白泛素蛋白多聚化多聚化蛋白酶体蛋白酶体4.4.3.3.促后期蛋白复合体促后期蛋白复合体（anaphase promoting complex)anaphase promoting complex)APC M中中M后后 泛素蛋白泛素蛋白（Ubiquitin)Ubiquitin)cyclincyclin降解盒降解盒4.4.CDK1CDK1活性下降活性下降 出出M M期期细胞核重建、染色体解螺旋、启动收缩机制。细胞核重建、染色体解螺旋、启动收缩机制。43进出进出S S期调控：期调控：M期末期末 G1 CDKs 活性活性0 G1(G1(晚期晚期)增殖信号（激素、生长因子）增殖信号（激素、生长因子）G1 cyclin转录转录 cyclinD+cdk4/cdk6 G1/S 转换转换 “Start”S 期期 DNA合成启动，合成启动，cyclin+CDK2（SCDK）保证精确复制（保证精确复制（pre RC）44动物细胞控制动物细胞控制S期起始的机制期起始的机制45CyclinD与与CDK结合使结合使Rb释放转录因子释放转录因子E2FRb是是G1期向期向S期转化的负调控因子期转化的负调控因子46CDKactivating活性位点活性位点活性位点活性位点抑制位点抑制位点抑制位点抑制位点47由于某些环境因素的作用细胞周期出现故障或差错，这些信号由于某些环境因素的作用细胞周期出现故障或差错，这些信号由于某些环境因素的作用细胞周期出现故障或差错，这些信号由于某些环境因素的作用细胞周期出现故障或差错，这些信号可是细胞停留在某些点上，称为限制点。可是细胞停留在某些点上，称为限制点。可是细胞停留在某些点上，称为限制点。可是细胞停留在某些点上，称为限制点。主要检验点（主要检验点（主要检验点（主要检验点（4 4个）：个）：个）：个）：G1/SG1/S限制点：限制点：限制点：限制点：DNADNA是否损伤？细胞外环境是否适宜？细是否损伤？细胞外环境是否适宜？细是否损伤？细胞外环境是否适宜？细是否损伤？细胞外环境是否适宜？细胞体积是否足够大？在酵母中称胞体积是否足够大？在酵母中称胞体积是否足够大？在酵母中称胞体积是否足够大？在酵母中称startstart点，在哺乳动物中点，在哺乳动物中点，在哺乳动物中点，在哺乳动物中称称称称R R点点点点(restrictionpoint)restrictionpoint)。S S期限制点：期限制点：期限制点：期限制点：DNADNA复制是否完成？复制是否完成？复制是否完成？复制是否完成？G2/MG2/M限制点：限制点：限制点：限制点：DNADNA是否损伤？细胞体积是否足够大？是否损伤？细胞体积是否足够大？是否损伤？细胞体积是否足够大？是否损伤？细胞体积是否足够大？中中中中-后期限制点：后期限制点：后期限制点：后期限制点：纺锤体组装限制点纺锤体组装限制点纺锤体组装限制点纺锤体组装限制点。二、细胞周期限制点（二、细胞周期限制点（checkpoint）*48Four Checkpoints49（1）限制点在细胞周期调控中的作用）限制点在细胞周期调控中的作用*细胞周期有敏感点，确保细胞周期事件有序进行，检细胞周期有敏感点，确保细胞周期事件有序进行，检测，修复。测，修复。Checkpoint：1.DNA损伤检查点损伤检查点2.DNA复制检查点复制检查点3.纺锤体组装检查点纺锤体组装检查点5051细胞周期中细胞周期中4个主要的检验点个主要的检验点52G1-S DNA损伤、复制错误损伤、复制错误,不能进入不能进入S期。期。G2MDNA复制错误，完整精确修复后可通过。复制错误，完整精确修复后可通过。M中期中期-M后期后期纺缍丝组装纺缍丝组装/动粒连接错误时，细胞不能进入动粒连接错误时，细胞不能进入后期后期控制失调时即可引起各种染色体畸变，基因扩增、突变等控制失调时即可引起各种染色体畸变，基因扩增、突变等癌发生癌发生53三、细胞周期长短测定三、细胞周期长短测定脉冲标记脉冲标记DNADNA复制和细胞分裂指数观察测定法复制和细胞分裂指数观察测定法流式细胞仪测定法流式细胞仪测定法(Flow Cytometry)(Flow Cytometry)缩时摄像技术，可以得到准确的细胞周期时间及分缩时摄像技术，可以得到准确的细胞周期时间及分裂间期和分裂期的准确时间。裂间期和分裂期的准确时间。54四、细胞周期同步化四、细胞周期同步化自然同步化自然同步化:有一种粘菌的变形体有一种粘菌的变形体plasmodia，某些受精卵早期，某些受精卵早期卵裂卵裂。人工选择同步化（人工选择同步化（药物诱导法）药物诱导法）:条件依赖性突变株在细胞周期同步化中的应用：条件依赖性突变株在细胞周期同步化中的应用：将与细胞周期调控有关的条件依赖性突变株转移将与细胞周期调控有关的条件依赖性突变株转移到限定条件下培养，所有细胞便被同步化在细胞周期中到限定条件下培养，所有细胞便被同步化在细胞周期中某一特定时期。某一特定时期。55有丝分裂选择法：有丝分裂选择法：用于单层贴壁生长细胞。优点是细胞未经任何药用于单层贴壁生长细胞。优点是细胞未经任何药物处理，细胞同步化效率高。缺点是物处理，细胞同步化效率高。缺点是分离的细分离的细胞数量少。胞数量少。密度梯度离心法：密度梯度离心法：根据不同时期的细胞在体积和重量上存在差别进根据不同时期的细胞在体积和重量上存在差别进行分离。优点是方法行分离。优点是方法简单省时，效率高，成本简单省时，效率高，成本低。缺点是对大多数种类的细胞并不适用。低。缺点是对大多数种类的细胞并不适用。细胞周期同步化方法细胞周期同步化方法56（2 2）药物诱导法）药物诱导法DNA合成阻断法合成阻断法：G1/S-TdR双阻断法：最终将细胞群阻断于G1/S交界处。优点是同步化效率高，几乎适合于所有体外培养的细胞体系。缺点是诱导过程可造成细胞非均衡生长。分裂中期阻断法：分裂中期阻断法：通过抑制微管聚合来抑制细胞分裂器的形成，将细胞阻断在细胞分裂中期。优点是操作简便，效率高。缺点是这些药物的毒性相对 较大。57五、细胞周期中的信号系统调控五、细胞周期中的信号系统调控温度、温度、pHpH、营养、药物、感染、射线；细胞因营养、药物、感染、射线；细胞因子、激素、生长因子子、激素、生长因子（一）生长因子（一）生长因子是与细胞增殖有关的信号物质，已知多数能促进细胞增殖，又称是与细胞增殖有关的信号物质，已知多数能促进细胞增殖，又称是与细胞增殖有关的信号物质，已知多数能促进细胞增殖，又称是与细胞增殖有关的信号物质，已知多数能促进细胞增殖，又称有丝分裂原（有丝分裂原（有丝分裂原（有丝分裂原（mitogenmitogen）。PDGFPDGF、EGFEGF、ILIL、TGFTGF、FGF NGF FGF NGF 等，等，对对对对 G G G G0 0 0 0细胞进入细胞进入细胞进入细胞进入S S S S期有调节期有调节期有调节期有调节作用。作用。作用。作用。58生长因子的作用方式生长因子的作用方式信号通路：信号通路：ras、cAMP、磷脂酰肌醇途径。、磷脂酰肌醇途径。如通过如通过ras途径，激活途径，激活MAPK，MAPK进入细胞核内，激活进入细胞核内，激活c-myc，myc作为转录因子促进作为转录因子促进cyclinD、SCF、E2F等等G1-S有关的有关的基因表达，细胞进入基因表达，细胞进入G1期。期。59六、六、抑素（抑素（chalone)和细胞周期和细胞周期具有严格的组织特异性和细胞周期阶段特异性。具有严格的组织特异性和细胞周期阶段特异性。是一种由细胞自身产生、分泌的，对细胞增殖起是一种由细胞自身产生、分泌的，对细胞增殖起抑抑抑抑制作用制作用制作用制作用的糖蛋白，与膜上的受体结合，引起信号转换及的糖蛋白，与膜上的受体结合，引起信号转换及在胞内传递，影响细胞周期相关的蛋白的表达。在胞内传递，影响细胞周期相关的蛋白的表达。作用于作用于G1期的抑素可阻止细胞进入期的抑素可阻止细胞进入S期，称期，称S因子因子作用于作用于G2期的抑素可阻止细胞进入期的抑素可阻止细胞进入M期，称期，称M因子因子60p53p53、P21P21及及Gadd45Gadd45在在G1G1阻滞中的作用阻滞中的作用P53P53有多种下有多种下游效应分子：如游效应分子：如MDM2MDM2，P21WAFlP21WAFl，Gadd45Gadd45，Bax,IGFBP3Bax,IGFBP3，FasFas等。等。MDM2MDM2通过与通过与P53P53蛋白氨基末端结合来阻止蛋白氨基末端结合来阻止P53P53蛋白转录蛋白转录激活，形成一个激活，形成一个“负反馈环负反馈环”。MDM2MDM2的正常功能是限制的正常功能是限制GIGI期阻滞的时间，使期阻滞的时间，使DNADNA损伤修损伤修复后的细胞重新进入细胞周期。复后的细胞重新进入细胞周期。61Gadd45Gadd45和和P21WAFlP21WAFl参与辐射所致细胞参与辐射所致细胞G1G1期阻滞的分子。期阻滞的分子。P53P53P P21wAF121wAF1通路通路是通过是通过CDKCDK周期蛋白活性抑制，周期蛋白活性抑制，RbRb脱脱磷酸化而发挥作用的。磷酸化而发挥作用的。GaddGadd（growth arrest and DNA damagegrowth arrest and DNA damage）是一些生长抑是一些生长抑制和制和DNADNA损伤诱导的基因，损伤诱导的基因，Gadd45Gadd45是其中一员，也是野是其中一员，也是野生型生型P53P53诱导诱导G1G1期阻滞的一条通路。期阻滞的一条通路。62参与的相关蛋白及其作用：参与的相关蛋白及其作用：(1)p21WAF1/CIP1p21基因基因定位于第六号染色体短臂上定位于第六号染色体短臂上(6p21.2），），P21蛋白定位于蛋白定位于细胞核中，属细胞核中，属CKI分子（分子（CDK抑制分子），能广泛抑制各种周抑制分子），能广泛抑制各种周期蛋白期蛋白CDK复合物。复合物。野生型野生型P53蛋白蛋白作为转录因子可诱导作为转录因子可诱导p21WAF1/CIP1基因的表达，基因的表达，抑制抑制CDK2和和CDK4对对pRB蛋白的磷酸化失活，进而导致蛋白的磷酸化失活，进而导致G1、G1/S和和S期延迟，使期延迟，使DNA损伤有时间得以修复。损伤有时间得以修复。63（2）ATM基因基因:ATM是是AT（毛细血管扩张性共济失调症）唯一致病基因。（毛细血管扩张性共济失调症）唯一致病基因。人类中大约有人类中大约有1%的人是的人是ATM缺失的杂合子，表现出对电离辐缺失的杂合子，表现出对电离辐射敏感和易患癌症。射敏感和易患癌症。ATM编码蛋白激酶，与损伤编码蛋白激酶，与损伤DNA结合，信号通路有两条结合，信号通路有两条:激活激活Chk1（checkpointkinase）,使使cdc25的的Ser216磷酸化失去磷酸化失去活性，抑制活性，抑制M-CDK的活性，中断细胞周期。的活性，中断细胞周期。激活激活Chk2，使，使P53被磷酸化而激活，然后被磷酸化而激活，然后P53作为转录因子，导作为转录因子，导致致P21的表达，的表达，P21抑制抑制G1-S期期CDK的活性，中断细胞周期。的活性，中断细胞周期。6465(3)P16INK4aP16P16INK4aINK4a基因位于人类染色体基因位于人类染色体9p21区，编码由区，编码由148个氨基个氨基酸组成的分子量为酸组成的分子量为16kD蛋白质。蛋白质。P16P16INK4aINK4a与周期蛋白与周期蛋白D1竞争性结合竞争性结合G1期激酶期激酶CDK4CDK6，抑制其对，抑制其对pRB的磷酸化作用，使游离的的磷酸化作用，使游离的E2F-1与未磷酸化的与未磷酸化的PRB结合，依赖于结合，依赖于E2F-1转录的基因不能转录的基因不能转录，转录，P16P16INK4aINK4a间接抑制包括间接抑制包括DNA合成在内的多种生化合成在内的多种生化反应，使细胞周期正常运行。反应，使细胞周期正常运行。66（4 4）pRB：pRB的去磷酸化在M及s期由蛋白磷酸酶1催化进行。在周期蛋白CDK复合物与蛋白磷酸酶1的协同作用下，pRB的磷酸化去磷酸化之间的动态平衡有效控制着G1限制点的“开启和关闭”，从而保证细胞周期的有序运行及细胞的正常增殖。67生长因子与相应受体结合,通过信号传递促进cyclin基因表达；cyclin与相应的CDK结合为激酶复合物对pRb进行磷酸化；磷酸化的pRb释放其结合并抑制的蛋白,主要是转录因子E2F以及具激酶活性的CAB-1蛋白等；游离的E2F进入核内,与多种具特殊序列的基因启动子区结合(如c-myc、b-myb、cdc2、二氢叶酸还原酶、TK及E2F-1基因等),促进这些基因的表达；这些基因的产物促进细胞通过G1/S调控点.CKI通过抑制cyclin-CDK激酶活性,使pRb不能磷酸化,pRb仍与E2F结合,E2F则不能进入核内发挥转录作用,使细胞停滞于G1期。G1/S调控点以调控点以pRb为中心构成一个复杂网络的为中心构成一个复杂网络的共同模式共同模式:6869G2MG1SG0tyrosine kinasesDNA synthesistopoisomerase ICDK2tubulin polymerisation/depolymerisationVinca alkaloids*taxol/taxoterehalichondrin*spongistatin*rhizoxin*cryptophycinsarcodictyin eleutherobinepothilonesdiscodermolideD-24851?dolastatin*combretastatin*camptothecinCDK4flavopiridol(R)-roscovitine(CYC202)paullones,indirubinsgleeveciressaOSI774hydroxyureacytarabineantifolates5-fluorouracil6-mercaptopurinenitrogen mustardsnitrosoureasmitomycin CCDK1Chk1Chk2UCN-01,SB-218078debromohymenialdisineisogranulatimideAhRactinkinesin Eg5monastrolecteinascidin 743podophyllotoxin,doxorubicinetoposide,mitoxantronetopoisomerase IIATM/ATRR115777SCH66336ROCKY-27632CDC25DF203FK317HMGAPlk1AurorawortmannincaffeineODC/SAMDCPin1GSK-3Cdc7nucleotide excision repairRafcytochalasinslatrunculin Ascytophycinsdolastatin 11jasplakinolidepaullones,indirubins(R)-roscovitine(CYC202)paullones,indirubinsBAY-43-9006fumagillin,TNP-470PRIMA-1,pifithrin arapamycinmTOR/FRAPPS-341proteasomebryostatin,PKC412PKChistone deacetylasetrichostatin,FK228HSP90geldanamycin,17-AAGATK,MAFPcytosolic phospholipase A2hexadecylphosphocholinephospholipase DCT-2584choline kinaseMEK1/Erk-1/2PD98059,U0126menadione(K3)farnesyl transferasephosphatasesokadaic acid,fostreicin,calyculin AWee1PD0166285polyamine analoguesPin1p53/MDM270第三节第三节DNA受损阻止细胞受损阻止细胞周期的分子学说周期的分子学说71一、一、DNADNA损伤的后果损伤的后果:信号传导异常信号传导异常长期效应长期效应老化老化肿瘤肿瘤疾病疾病DNA DNA DNA DNA 修复机制修复机制修复机制修复机制短期效应短期效应异常增生和代谢异常增生和代谢生理功能紊乱生理功能紊乱细胞死亡细胞死亡细胞增殖减少细胞增殖减少基因表达异常基因表达异常基因组不稳定基因组不稳定72哺乳类动物的细胞周期检查点控制机制哺乳类动物的细胞周期检查点控制机制DNA损伤损伤P21Gadd45BaxP53CDK/cyclinGadd45Gadd45-PCNABlockingcellcycleExcisionrepairingCellapoptosis737475二二、细胞衰老的理论、细胞衰老的理论（一）基因转录或翻译差错、代谢废物积累；（一）基因转录或翻译差错、代谢废物积累；（二）（二）ROS引发脂质、蛋白质和核酸分子氧化性损伤；引发脂质、蛋白质和核酸分子氧化性损伤；（三）端（三）端粒粒钟钟学学说（说（telomereclocktheory)（四）衰老基因与抗衰老基因（四）衰老基因与抗衰老基因1.衰老基因衰老基因人类：载脂蛋白人类：载脂蛋白E4基因、基因、淀粉样蛋白基因淀粉样蛋白基因p16,p53p21RB基因基因2.抗衰老基因抗衰老基因WRN bcl-276CDK22，cyclinA、B和和c-fos表达下降表达下降不能使不能使Rb磷酸化磷酸化E2F与与Rb结合，从而不能发挥转录作用结合，从而不能发挥转录作用细胞不能进入细胞不能进入S期期细胞进入细胞进入S期期生长因子生长因子77三、三、细胞衰老的生化变化细胞衰老的生化变化1.1.DNADNA复制、转录、修复能力复制、转录、修复能力 端粒长度端粒长度 DNADNA甲基化甲基化2.2.DNA/chromosome DNA/chromosome 损伤损伤2.mRNA2.mRNA与核糖体结合能力与核糖体结合能力 蛋白质合成能力蛋白质合成能力3.3.蛋白质分子损伤，功能蛋白质分子损伤，功能 酶活性酶活性781.什么是细胞周期？各时期主要特点是什么的？什么是细胞周期？各时期主要特点是什么的？2.比较有丝分裂和减数分裂的异同点。比较有丝分裂和减数分裂的异同点。3.什么是细胞周期基因？编码的三大类产物如何在什么是细胞周期基因？编码的三大类产物如何在细胞周期调控中起作用细胞周期调控中起作用？4.举例说明细胞周期研究在医学领域的重要意义。举例说明细胞周期研究在医学领域的重要意义。5.cyclin、CDK、CKI、生长因子生长因子癌基因、抑癌基因、限制点。癌基因、抑癌基因、限制点。6.有哪几种类型细胞？各有何特点？有哪几种类型细胞？各有何特点？思思 考考 题题7980此课件下载可自行编辑修改，供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！81