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3、肿瘤,2014-10-27,肿瘤的发生包含了流行病学、病因学、遗传等多方面因素,是一个多阶段多步骤的过程,但其恶性增生在生物学角度主要表现在两个方面:,(,1,)细胞凋亡障碍,肿瘤细胞的不灭性;,(,2,)细胞增殖失控,程序发生紊乱;,生命是如何生长,生存,繁衍和死亡?,生物钟(精密的程序),细胞周期,(,cell cycle,)能持续分裂的真核细胞从一次有丝分裂结束后生长,再到下一次分裂结束的循环过程。细胞周期的长短反映了细胞所处状态,这是一个细胞物质积累与细胞分裂的循环过程。,前言,细胞周期,2,在相关基因的控制下,细胞周期依据一定的规则和节奏运行以调控细胞的生长、分裂和死亡:,胚胎细胞,
4、/,癌变细胞:,细胞周期保持快速运行,/,分裂异常,成年细胞:,细胞周期运行慢,神经元细胞:,细胞周期几乎不运行,细胞周期,:不运行,死亡,错误运行,癌变,肿瘤是一类细胞周期疾病,各种基因的功效会影响细胞周期机制形成肿瘤,前言,3,G1SG2M G0,细,胞,周,期,示,意,图,前言,4,G1,期,:,大量合成,RNA,;,蛋白质量明显增加,:,可能与蛋白质合成增强有关,或使其降解的减弱;,合成进入,S,期所需蛋白,:,如,DNA,聚合酶、触发蛋白、钙调蛋白、细胞周期蛋白等;,触发蛋白,:对细胞从,G1,期进入,S,期是必须的。只有当其含量积累到临界值,细胞周期才能朝,DNA,合成方向进行,钙
5、调蛋白,:真核细胞内重要的钙受体,调节细胞内钙的水平,含量在,G1,晚期可达峰值。用抗钙调蛋白药物处理细胞,可延缓其从,G1,期到,S,期。,蛋白质磷酸化,:,在,G1,期开始增加,这将有利于,G1,晚期染色体结构成分的重排。非组蛋白、一些蛋白激酶在,G1,期也可发生磷酸化,已知大多数蛋白激酶磷酸化发生于其丝氨酸或苏氨酸、酪氨酸部位,细胞各时相的动态变化,5,S,期:,DNA,大量复制:,相关酶含量或活性可显著增高;按照严格的时间顺序进行复制(早,S,期:,GC,含量高;晚,S,期:含量高);,组蛋白及非组蛋白大量合成:,组蛋白进入胞核,与复制后的,DNA,迅速结合,绕成核小体;,中心粒的复制
6、原本垂直的一对中心粒发生分离,各自在其垂直方向形成一个子中心粒,其后发挥微管组织中心的作用;,染色体的复制,细胞各时相的动态变化,6,G2,期:,细胞分裂准备期,合成与,M,期结构功能相关的蛋白质,与核膜破裂,染色体凝集相关的成熟促进因子在此期合成。,微管蛋白合成达高峰,为,M,期纺锤体微管的形成提供了丰富的来源。,复制后的中心粒逐渐长大,并开始向细胞两极分离,。,M,期:,细胞有丝分裂期,染色体凝集后发生姊妹染色单体的分离,核膜核仁破裂后再重建,胞质中有纺锤体收缩环出现,随着两个子核的形成,胞质一分为二完成细胞分裂。,细胞各时相的动态变化,7,1.CDK,调控中心,细胞周期依赖性蛋白激酶
7、CDK),:,依赖于细胞周期素,具有细胞周期特异性和时相性激活,各自在细胞周期内特定的时间激活,通过对相应的底物磷酸化,驱使细胞完成细胞周期。,细胞周期素,(Cyclin),:,细胞周期特异性或时相性表达、累积与分解的蛋白质,。,CDK,:,CDK1-7;,Cyclin:Cyclin,A,Cyclin-B(B1,,,B2),CyclinC,CyclinD(D1,D2,D3),Cyclin-E,Cyclin-F,Cyclin-G,Cyclin-H,细胞周期机制的核心,CDK,调控机制,8,细胞周期素(,Cyclin,)与,CDKs,结合后,,CDKs,才具有活性,它们两者的结合使细胞周期有序
8、进行。具体结合方式如下:,1.CDK2,、,CDK4,与,Cyclin-E,结合,而,CDK2,、,CDK4,、,CDK5,、,CDK6,与,Cyclin-D,结合是,G1,期运行的必备条件。,2.CDK2,与,Cyclin-E,结合是,S,期启动的必要条件。,3.CDK2,与,Cyclin-A,的结合是,G2,期启动和进行的必要条件。,4.CDC2(CDC1),与,Cyclin-B1,的结合是,M,期启动和进行的必要条件。,所有,Cyclin,蛋白分子结构上,都有一个由,100,多个氨基酸组成的相对保守的区域,称为细胞周期盒,其主要功能是结合并激活,CDK,,如果该区域突变,,Cyclin,
9、与,CDK,的结合能力和激活功能同时丧失,Cyclin,蛋白质还含有特别的区间,能将相应的,CDK,引到特定的底物或亚细胞部位,因此,,Cyclin,蛋白质除了激活相应的,CDK,外,还有加强,CDK,对特定底物的作用,细胞周期机制的核心,CDK,调控机制,9,2.Thr160/161,磷酸化和,Thr14/Tyr15,去磷酸化,CDK,的激活,除了必须与相应的,Cyclin,结合外,还需要在其保守的苏氨酸残基上进行磷酸化。在人类细胞的,CDC2,(,CDK1,),这一关键性的磷酸化是在,161,位的苏氨酸残基(,Thr161,),,CDK2,则在,160,位的苏氨酸残基(,Thr160,)与
10、Thr14/Tyr15,去磷酸化。,3.,细胞周期依赖性蛋白激酶抑制物(,CKI,),CKI,主要有两大家族,一类是,p21(CIP1/WAF1/CAP20/SDI1),和,p27(KIP1),它们主要与,CDK2,、,CDK4,的抑制有关;另一类是,p16,INK4,和,p15,INK4B,,主要与,CDK4,、,CDK6,的抑制密切相关。其作用机制尚未完全清楚,大多数,CKI,是通过直接与,Thr160/161,磷酸化后的,CDK-Cyclin,复合物密切结合,直接抑制其蛋白激酶活性。,细胞周期机制的核心,CDK,调控机制,10,1.,启动机制:,在人体细胞增殖中,细胞周期能否启动进行细
11、胞增殖,取决于,G1,晚期的“限制点”(,restriction point,)。只要有相应的细胞外生长因子存在,细胞就能通过,R,点进入,S,期,完成整个细胞周期。如果缺乏相应的生长因子,细胞周期的运行将停止在,R,点进入“安静状态”,称之为,G0,期。连接信号转导与细胞周期有两条途径:,Cyclin-D/CDK4,和,CyclinE/CDK2,。两者都是,G1,期进行的限速步骤,即,CyclinD,或,CyclinE,过度表达,均能缩短,G1,期时间或加速,G1,期进行。,2.,监控机制:,(1)DNA,损伤检测点,:,抑癌基因,p53,在人类细胞周期,G1,期检测点起着关键性作用,。,(
12、2),时相次序监测点,:,MPF(,有丝分裂促进因子,),:诱导所有细胞周期时相的细胞核发生染色体凝集。,SPF(S,期促进因子,),:只诱发,G1,期细胞进入,S,期而不能使,G2,期细胞进入,M,期。,细胞周期两大机制:启动与监控,11,细胞周期监控机制的破坏:,G1-S,过渡期:防止,DNA,受损细胞进入,S,期的,DNA,复制,G2-M,过渡期:防止受损的,DNA,和未完成复制的,DNA,进入有丝分裂,p53,依赖性机制,:,50%,的人类肿瘤都存在,P,53,基因的突变,p53,非依赖性机制,:,发现或传感器(,detect,或,sensor,);,制动或拘留(,stop or arrest,);,修复(,repair,);,决定(,decision,divide or death,);,监测点的任何一部分出了问题,都会导致功能的异常,结果是遗传不稳定,基因受损的细胞存活和复制或细胞遗传物质的改变,如此细胞多步骤进化,最终成为失控性生长的肿瘤细胞。,细胞周期两大机制:启动与监控,12,谢谢,13,
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