第七章细胞增殖及其调控.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,*,第七章,细胞增殖及其调控,1,7.1 细胞增殖,细胞分裂之前，必须进行一定的物质准备。物质准备和细胞分裂连续不断进行的结果是细胞数量不断增加即,细胞增殖。,细胞增殖,是细胞生命活动的重要特征，是生物繁育的基础。,细胞增殖,受到严密的调控机制所监控，必须遵循一定的规律。,2,7.2 细胞周期,经过物质准备之后，细胞开始进行分裂，子代细胞形成之后，又将开始新一轮的物质积累，准备下一轮的细胞分裂，如此周而复始，细胞数目不断增加。这种细胞物质积累与细胞分裂的循环过程称为,细胞周期,。,连续分裂的细胞,从一次有丝分裂结束后开始，经过物质累积过程，直到下一次细胞分裂为止所经历的全过程，称为,一个细胞周期。,3,7.2.1 细胞周期时相,细胞周期时相,G,1,期即从M期结束到S期开始前的一段间歇期;,S期,即DNA合成期;,G,2,期,即DNA合成后(S期)到有丝分裂前的一个间歇期;,M期,即有丝分裂期。,4,5,标准细胞周期:,细胞周期时间的长短：,同种细胞，细胞周期时间长短相似或相同；,不同细胞种类，细胞周期时间长短差别很大；,高等生物体的细胞周期时间长短主要差别在G1期。,6,7.2.2 细胞周期各时相及其主要事件,G,1,期,合成活动：,起始点:,最初指芽殖酵母细胞出芽的开始，事实是芽殖酵母G,1,期晚期的一个特定阶段，控制着新一轮细胞周期的运转。,是G,1,期晚期的一个基本事件，细胞只有在,内在,和,外在,因素共同作用下才能通过起始点，顺利通过G,1,期，进入S期并合成DNA。,cdc,基因：,9,限制点,高等真核细胞，尤其是哺乳动物细胞中，类似于芽殖酵母起始点的G,1,期晚期的一个特定阶段。,检验点：,是细胞周期研究领域中应用的术语。是细胞周期进程中的,监控机制,，可以鉴别细胞周期进程中的错误，并诱导产生特异的抑制因子，阻止细胞周期进一步运行。,10,G,1,期检验点：,检测细胞的大小和环境状态，如果条件合适，就会激发DNA复制，使细胞周期进程向前移动。在一些真核生物中，G,1,期检验点是细胞周期的主要控制点，它决定细胞能否分裂。,11,由G,1,期向S期转换的影响因素：,外在因素：营养供给和相关的激素刺激等。,内在因素：与,cdc,基因调控相关的因素。,S期DNA合成期,合成活动：合成DNA和组蛋白并组装成核小体结构。,DNA合成受多种细胞周期调节因素的严密调控。,12,G,2,期,合成活动：合成着丝粒蛋白、细胞周期蛋白B和微管蛋白等大量蛋白质。,G,2,期检验点：控制细胞周期能否顺利进入进入M期。,M期,细胞分裂活动：,M期检验点：检测所有的染色体是否都与纺锤体相连，并排列在赤道板上。否则不能进行有丝分裂和胞质分裂。,13,细胞周期运转规律,14,细胞周期调控的研究,2001年诺贝尔生理学/医学奖得主,15,2001年诺贝尔生理学与医学奖:,利兰哈特韦尔,发现了,控制细胞周期的基因,，其中一种被称为“START”的基因对控制各个细胞周期的最初阶段具有决定性的作用。,保罗纳西,的贡献是发现了,CDK,。,蒂莫西亨特,的贡献是发现了调节CDK的功能物质,周期蛋白,.,16,7.2.3 细胞周期调控,7.2.3.1 蛋白激酶在细胞周期调控中的作用的研究,染色体超前凝集（PCC）的发现,研究者：1970年，Colorado（科罗拉多）大学的 Robert Johnson,和 Potu Rao,17,研究方法：,G,1,期Hela细胞与S期细胞融合，结果发现G,1,期细胞中的DNA开始复制；,S期细胞与G,2,期细胞融合，结果发现G,2,期细胞核中已经复制过的DNA没有再复制。,结论：正在进行DNA复制的细胞的细胞质中含有促进G,1,期细胞进行DNA复制的起始因子，而这种起始因子对于已经进行了DNA复制的G,2,期细胞没有作用。,18,M期细胞与处于细胞周期其他阶段的细胞融合，结果发现与M期细胞融合的其他间期细胞均发生了形态各异的染色体凝集，,称为染色体超前凝集（PCC）。,结论：M 期细胞中一定有一种能促使染色体凝集的因子，称为细胞促分裂因子。,19,G,1,期细胞与M期细胞融合,20,S期细胞与M期细胞融合,21,G,2,期细胞与M期细胞融合,22,MPF的发现,促成熟因子(maturation-promoting factor，MPF）,早期称为M-期促进因子(M-phase promoting factor,MPF)，,是指M期细胞中存在的促进细胞分裂的因子。,1971年，科学家通过试验认为，在非洲爪蟾成熟的卵细胞的细胞质中必然有一种物质，可以诱导卵母细胞成熟，并明确提出将其称为促成熟因子，即MPF。,23,MPF的结构组成及特性,是由两个不同的亚基组成的异质二聚体，是一种蛋白激酶:,催化亚基：p32,cdc2,是丝氨酸/苏氨酸型蛋白激酶,其活性依赖于周期蛋白，故称为周期依赖性蛋白激酶(cyclin-dependent protein,kinases,CDKs);,调节亚基：p45-周期蛋白(cyclin)。,24,MPF,的结构,25,p34,cdc2,激酶及其与MPF的关系,cdc,（cell division cycle）基因：,p34,cdc2,是,cdc,2基因的表达产物，具有蛋白激酶活性。在裂殖酵母细胞周期调控过程中起关键性调节作用，促进G2/M转换。,p34,cdc2,本身并没有激酶活性，只有当与有关蛋白结合后，其激酶活性才能表现出来。,裂殖酵母细胞MPF中的,p34,cdc2,与蛙MPF中的,p32,cdc2,是同源物，都具有激酶活性。,26,细胞周期蛋白的鉴定,1983年，Tim Hunt（美）报道，在海胆卵细胞中存在两种特殊蛋白质，即周期蛋白。,周期蛋白,其含量随细胞周期进程变化而变化，一般在细胞间期内积累，在细胞分裂期内消失，在下一细胞周期又重复这一消长现象。,非洲爪蟾的MPF中的另一种主要成份是周期蛋白B。,27,至此确定的MPF生化组成成分,Cdc2蛋白:蛋白激酶催化亚单位,周期蛋白：蛋白激酶调解亚单位,周期蛋白种类及功能的执行,周期蛋白种类,酵母中的周期蛋白,高等动物的周期蛋白,G1期周期蛋白,M期周期蛋白,28,表1 不同类型的周期蛋白,激酶复合体,脊椎动物,芽殖酵母,Cyclin,CDK,Cyclin,CDK,G1-CDK,Cyclin D,CDK4、6,Cln 3,CDK1(Cdc28),G1/S-CDK,Cyclin E,CDK2,Cln 1、2,CDK1(Cdc28),S-CDK,Cyclin A,CDK2,Cln 5、6,CDK1(Cdc28),M-CDK,Cyclin B,CDK1(CDK2),Cln 1-4,CDK1(Cdc28),29,周期蛋白功能的执行,不同的周期蛋白在细胞周期内表达的时期不同，并与不同的CDK结合，调节不同的CDK激酶的活性。,周期蛋白与CDK结合的关键结构是,周期蛋白框,30,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CDK1的基因。,图 Cyclin D与CDK结合使Rb释放结合的转录因子E2F,31,在G1-S期，cyclinE与CDK2结合，促进细胞通过G1/S限制点而进入S期。,向细胞内注射CyclinE的抗体能使细胞停滞于G1期，说明细胞进入S期需要CyclinE的参与。,同样将CyclinA的抗体注射到细胞内，发现能抑制细胞的DNA合成，推测CyclinA是DNA复制所必需的。,在G2-M期，cyclinA、cyclinB与CDK1结合，CDK1使底物蛋白磷酸化、将组蛋白H1磷酸化导致染色体凝缩，核纤层蛋白磷酸化使核膜解体等下游细胞周期事件。,32,CDK激酶,周期蛋白依赖性蛋白激酶,与周期蛋白结合，并以周期蛋白作为其调节亚单位，进而表现出蛋白激酶活性。,不同CDK激酶所要求结合的周期蛋白不同，在细胞周期中执行的调解功能也不同。,CDK分子中有一些重要位点，通过磷酸化修饰对CDK激酶活性起重要调节作用。,细胞内存在多种因子，通过对CDK分子结构进行修饰，参与CDK激酶活性调节。,33,CDK,激酶抑制物（,CDKI,）,细胞内存在的一些对,CDK,激酶活性起负性调控，即对,CDK,激酶起抑制作用的蛋白质，称为,CDK,激酶抑制物。,34,其他内在因素和外在因素在细胞周期调控中的作用,内在因素,癌基因和抑癌基因,外在因素,离子辐射、化学物质作用、病毒感染、温度变化、,pH,变化等。35,细胞周期运行的调控机制,细胞周期运转受到细胞内外各种因素的精密调控，细胞内因是调控依据。,CDK激酶是细胞周期调控中的重要因素，是细胞周期运转的引擎分子。,各种不同的CDK激酶都至少含有两个亚单位，即周期蛋白和CDK蛋白。周期蛋白是调节亚单位，CDK蛋白是催化亚单位。,不同种类的周期蛋白分别与不同的CDK蛋白结合，在细胞周期的不同时相起调节作用。,36,CDK激酶通过磷酸化其底物蛋白而对细胞周期进行调控。,CDK激酶活性受到多种因素的综合调节，除周期蛋白外还有各种修饰性调控因子、CDK激酶抑制物等。,除CDK激酶及其直接的活性调节因子外，还有很多其他因素参与细胞周期调控，如各种检验点等。,各种检验点也有专门的调控机制。,上述所有因素共同组成一个极其复杂的综合性调控网络。,37,38,本章重点,1、解释并区别下列名词：,细胞周期、标准细胞周期、G,0,细胞、MPF、PCC、周期蛋白、CDK激酶、检验点,2、细胞周期中各个不同时相及其主要事件？,3、细胞周期中有哪些检验点，各起何种作用？,4、细胞周期的运行调控机制？,39,