第十四章 细胞增殖调控与癌细胞
CDK activating
G2/M期转化与CDK1激酶的关键性调控作用
CDK1的调节与活化; CAK=CDK1-Activiting Kinase
（2）M期周期蛋白与细胞分裂中期向后期转换
在中期当MPF活性达到最高时，激活后期促进因子复合 体 (Anaphase Promoting Complex，APC)将泛素连接在 cyclinB上，cyclinB被蛋白酶体(proteasome)降解，完成 一个细胞周期。
•在动物中已知7种CDK。均含有一段相似的 CDK激酶结构域，这一区域有一段保守序 列，即PSTAIRE，与周期蛋白的结合有关, 且其活性被周期蛋白调控。 •细胞内存在多种因子参与CDK激酶活性的调 节。 •含有影响CDK激酶活性的位点，如CKI(CDKI) 的结合位点——其活性受CKI调节
(2)不同类型的CDK/cyclin复合物及其参与的细胞周期调控
• M期CDK1（p34cdc2）的激活起始于分裂期cyclinB的积 累。
• 结合cyclin B的CDK1被Wee1/mik1激酶将Thr14和 Tyr15磷酸化而不具有活性，使CDK1/cyclin B不断积累。 在M期，Wee1/mik1激酶的活性下降，在蛋白水解磷酸酶 cdc25c使CDK1的Thr14和Tyr15去磷酸化，去除了 CDK1活化的障碍。 • CDK1的激活需要Thr161的磷酸化，它是在CDK活化激 酶(CDK1 activating kinase CAK)的作用下完成的。
• 1960s Leland Hartwell,1970s Paul Nurse 分别以芽殖 酵母和裂殖酵母为实验材料，利用温度敏感突变株， 发现许多与细胞分裂有关的基因(cell division cycle gene, cdc基因)。
– 裂殖酵母cdc2、芽殖酵母cdc28突变型在限制温度下无
卵细胞细 胞质移植 实验
2、MPF与 CDK激酶 (周期蛋白依赖性蛋白激酶)
(1) MPF的构成
1988年， Maller实验室的Lohka将非洲爪蟾的MPF纯化。 由两个不同的亚基组成的异质二聚体: p32和p45(非洲 爪蟾)，使蛋白质底物磷酸化。
1983年 Tim Hunt发现海胆的卵裂过程中两种蛋白质的 含量随细胞周期振荡，命名为周期蛋白(cyclin A和B)。 后来发现各类动物来源的细胞周期蛋白mRNA均能诱 导蛙卵的成熟。
• CDK inhibitor, CDKI对细胞周期起负调控作用，分为：
– – ①Ink4(Inhibitor of cdk 4): P16ink4a, P15ink4b,
P18ink4c, P19ink4d。 P16ink4a特异性抑制cdk4· cyclin D1, cdk6· cyclin D1。 – – ②Cip/Kip (cyclin inhibition protein1) (Kinase inhibition protein) ：P21cip1/WAF1 , P27kip1、P57kip2，
• 在G1-S期，cyclinE与CDK2结合，促进细胞进由G1期向S期 转化，并直接参与中心体复制与调控。TGFβ抑制cyclinECDK2的活性使细胞抑制在G1期。CyclinE的抗体能使细胞 停滞于G1期。CDK2催化p107磷酸化，释放E2F。 • 在S期，cyclinA与CDK2结合为S期的主要激酶，参与DNA 复制，使复制因子RF-A磷酸化而活性增强。
法分裂；
– cdc2和cdc28都编码一个34KD的蛋白激酶，促进细胞 周期的进行。
MPF=p34cdc2(p34cdc28)+ p56cdc13 (cyclinB)
– weel和cdc25分别表现为抑制和促进CDC2的活性。
– wee1突变型则提早分裂，cdc25突变型细胞体积增大 而不分裂；
Cdc 25 & Wee1 mutant
DNA damage checkpoint: Cell-cycle progression is
blocked by DNA damage and p53
有两个这样的限制点: 1.一个在晚G1期: 阻止进入Ｓ期; 2.一个在晚G2期: 阻止进入Ｍ期; P53: 基因调控蛋白.DNA破坏通过 间接机制激活p53。 Mdm2 作为ubiquitin ligase起作用， 导致p53用于蛋白酶体 （proteasomes）引发的降解. P53磷 酸化降低了对Mdm2的连接. P21(CKI protein) 结合到 G1/S-Cdk 和S-Cdk，抑制其活性，因而 阻断 了期进入Ｓ期.
单一细胞癌变就会形成癌症。
一．癌细胞的基本特征
◆癌细胞有三个显著的基本特征即：不死性，迁
移性和失去接触抑制。
不死性，迁移性，失去接触抑制，生长信号的自 给自足，对程序性细胞死亡的逃逸，增长血管 的能力。最新研究表明，肿瘤还具备第七种特 征：肿瘤相关性炎症。
(Mitosis-promoting factor), 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
1970年，Johnson and Rao将同化的不同细胞周期的细胞诱导融合 早熟染色体凝集（染色体超前凝集）(Premature chromosome condensation,PCC)——超前凝集染色体
How DNA damage arrests the cell cycle in G1.
Current model for regulation of the eukaryotic cell cycle
第二节
癌细胞
癌症是一种严重威胁人类生命安全的疾病。动物体 内细胞分裂调节失控而无限增殖的细胞称为肿瘤细胞 (tumor cell)。 －良性肿瘤：生长缓慢，与周围组织边界明显。 －恶性肿瘤：癌症(cancer)，生长快、具有迁移性。
第十四章 细胞增殖调控与癌细胞
G1期检验点：酵母——Start；动物细胞——Restriction Point
检验点（checkpoint）
在细胞周期中，决定细胞周期能否继续向前 运转的某一特定时期，称为检验点。 细胞周期检验点是细胞周期调控的一 种机制, 主要是确保周期每一时相事件 的有序、全部完成并与外界环境因素 相联系
G1期周期蛋白降解通过SCF（Skp-cullin-F-box protein）泛素化途径实现。
G1期周期蛋白不含破坏框序列，而含PEST序列， 对G1期周期蛋白降解起促进作用。 参与复制的调控因子，如p21, p27和p57等通过泛素 化途径降解。 SCF具有E3泛素连接酶的功能，由Skp1, Cul1和 Rbx1三种亚基构成。 SCF的底物特异性由F-box蛋白决定。
• 包括S期内部检验点和DNA复制检验点。
– S期内部检验点通过染色体结构维持蛋白SMC1 磷酸化实现（ATM-MDC1-MRNC等中介物的 系列催化过种实现），或通过ATM/ATR介导 的cdc25A磷酸酶过磷酸化而降解。
– 复制检验点由ATR/CHK1激活实现。
ATR/CHK1介导cdc25A降解，抑制cyclin E/ACDK2通路。
MPF：cyclin-Cdk 周期蛋白称为调节亚 基 催化亚基从ATP上转 移磷酸到丝氨酸和苏 氨酸残基上
●催化亚基
是丝氨酸/苏氨酸型蛋白激酶
其活性有赖于周期蛋白，故该蛋白称为周期蛋白 依赖性激酶(cyclin-dependent protein kinases,Cdks);
●调节亚基：周期蛋白(cyclin)
– 分裂期周期蛋白N端有一段序列与其降解有关，称降解盒 (destruction box)。 – 泛素由76个氨基酸组成，高度保守。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 常蛋白降解的普遍途径。 – 26S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。
• 分为4类：G1型、G1/S型、S型、M型。
• G1期: C, D, E; M期: A, B
•含有周期蛋白框：介导与不同CDK结合 •含有破坏框：将泛素（遍在蛋白）连接到破坏框上
cell cycle regulation
4、细胞周期运转调控 （1）G2/M期转化与CDKland Hartwell、英国人Paul Nurse、Timothy Hunt因对细胞周期调控机理的研究而 获诺贝尔生理医学奖。
Leland H. Hartwell R. Timothy (Tim) Hunt
Sir Paul M. Nurse
CDK的活性调节及多样性
• Cdc2与细胞周期蛋白结合才具有激酶的活性，故名 细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclin-dependent kinase， CDK)。
• CDK1（哺乳动物中的一种）可将特定蛋白磷酸化， 促进细胞周期运行，又称作细胞周期引擎。
– – 如将核纤层蛋白磷酸化导致核纤层解体、核膜消失； – – 将H1磷酸化导致染色体的凝缩等。
APC种类：15种，如cdc16, cdc23, cdc27和BimE等
APC活性调节：两类 正调控因子：cdc20/Fizzy, cdh1/Fzy等 负调控因子：Emi1, Emi2, Mad2, BubR1等
泛素与周期蛋白的降解： 多聚泛素化作用
(polyubiquitination)
●泛素活化酶(ubiquitin-activating enzyme, E1)
DNA复制活动调控
• 复制起始点识别复合物：6个亚基，ORC1-6
• cdc6 和cdc45也是复制所必需的
• “DNA复制执照因子学说”：存在于细胞质中， 随细胞分裂进行，“执照”信号与减弱直到消失。 DNA复制执照因子的本质为Mcm蛋白，分为6种。
（4） S/G2/M期转换与DNA复制检验点
细胞周期中的主要的检验点
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细胞学作业第十四章 细胞增殖调与癌细胞
一、简述p34^cdc2/cyclin B蛋白激酶的发现过程。
Tim Hunt 为代表的科学家以海胆卵为材料，对细胞周期调控进行了深入研究。
JR.Evans 等人于1983年报道，在海胆卵细胞中含有两种特殊蛋白，它们的含量随周期过程变化而变化，一般在细胞间期内积累，在细胞分裂期内消失，在下一个周期有重复这一过程，因而它们将其命名为周期蛋白。
随后的研究证明：周期蛋白为诱导蛋白进入M期所必须。
各种生物之间的周期蛋白在功能上有着广泛的互补性。
将海胆cyclin B的mrna引入到非洲爪蟾卵非细胞系中，其翻译产物可诱导该非细胞体系进行多种细胞周期循环。
接下来的一系列实验提示周期蛋白可能参与MPF的功能调节。
二、举例说明CDK在细胞周期中是如何执行调节功能的？细胞周期调控包括正调控、负调控和信号反应。
CDK激酶是正调控因子，它是细胞沿周期运行的引擎蛋白。
以MPF为例阐述：MPF是一种使多种底物磷酸化的蛋白激酶，即CDK1激酶，由p34蛋白和周期蛋白B结合而成。
CDK1激酶活性首先依赖于周期蛋白B含量的积累。
周期蛋白B一般在G1期的晚期开始合成，通过S期，其含量不断增加，达到G2期，其含量达到最大值，CDK1激酶的活性随着周期蛋白B浓度变化而变化。
CDK1激酶的活化还受到激酶与磷酸酶的调节。
活化的CDK1激酶可使更多的CDK1激酶活化。
随着周期蛋白B 含量达到一定程度，CDK1激酶活性开始出现，到G2晚期阶段，CDK1激酶活性达到最大值并一直维持到M期的中期阶段。
活化的CDK1激酶促使分裂期细胞在分裂前期执行下列生化事件：（1）染色质开始浓缩形成有丝分裂染色体；（2）细胞骨架解聚，有丝分裂纺锤体开始组装；（3）高尔基复合体、内质网等细胞器解体，形成小的膜泡。
在有丝分裂的后期，活化的后期促进因子APC主要介导两类蛋白降解：后期抑制因子和有死分裂周期蛋白。
前者维持姐妹染色单体粘连，抑制后期启动；后者的降解意味着CDK1激酶失去活性，有死分裂即将结束，即染色体开始去凝集，核膜重建。
植物生理学第十四章 细胞增殖及其调控
494 , 1990
• • • the 45 kDa protein and the cyclin B
Jean Gautier, Chris Norbury, Manfred Lohka, Paul Nurse and James Maller.
Purified Maturation-Promoting Factor Contains the Product of a Xenopus Homolog of the Fission Yeast Cell Cycle Control Gene cdc2+. Cell, 54, 433 , 1988 • • • the 32(34) kDa protein and the Cdc2
蛋白质合成抑制剂 蛋白质合成抑制剂
MPF的纯化 1988，James Maller
MPF含p32和p45 MPF为蛋白激酶
成熟卵细胞质移植发现ＭＰＦ的存在
二、p34cdc2激酶的发现及其与MPF的关系 p34cdc2激酶
催化亚单位 调节亚单位
MPF的结构组成
三、周期蛋白
部分周期蛋白分子结构特征 含有保守的氨基酸序列——周期蛋白框——介导周期蛋白与CDK结合 M期周期蛋白分子N端含有破坏框——参与泛素依赖的蛋白降解 G1期周期蛋白分子C端含有PEST序列——与周期蛋白更新有关
Lohka, M.J.; Hayes, M.K.; Maller, J.L. PNAS. USA 85: 3009-3013. 1988.
• • • 45 kDa and 32 kDa Proteins (3000-fold activity)
Cyclin is a component of maturation-promoting Jean Gautier, ……. James L. Maller. factor from Xenopus. Cell 60: 487-
• • • the 45 kDa protein and the cyclin B
Jean Gautier, Chris Norbury, Manfred Lohka, Paul Nurse and James Maller.
Purified Maturation-Promoting Factor Contains the Product of a Xenopus Homolog of the Fission Yeast Cell Cycle Control Gene cdc2+. Cell, 54, 433 , 1988 • • • the 32(34) kDa protein and the Cdc2
蛋白质合成抑制剂 蛋白质合成抑制剂
MPF的纯化 1988，James Maller
MPF含p32和p45 MPF为蛋白激酶
成熟卵细胞质移植发现ＭＰＦ的存在
二、p34cdc2激酶的发现及其与MPF的关系 p34cdc2激酶
催化亚单位 调节亚单位
MPF的结构组成
三、周期蛋白
部分周期蛋白分子结构特征 含有保守的氨基酸序列——周期蛋白框——介导周期蛋白与CDK结合 M期周期蛋白分子N端含有破坏框——参与泛素依赖的蛋白降解 G1期周期蛋白分子C端含有PEST序列——与周期蛋白更新有关
Lohka, M.J.; Hayes, M.K.; Maller, J.L. PNAS. USA 85: 3009-3013. 1988.
• • • 45 kDa and 32 kDa Proteins (3000-fold activity)
Cyclin is a component of maturation-promoting Jean Gautier, ……. James L. Maller. factor from Xenopus. Cell 60: 487-
第14章细胞增殖调控与癌细胞
Amphibian oocytes and early embryos of frogs
(引自翟中和等，2011)
Masui and Markert’s experiments (J. Exp. Zool. 1971, 177: 142)
What’s the role of hormone? Trigger protein synthesis
By cyclin
mitosis
mitosis
Cyclin concentration
interphase
interphase
By phosphatase and Kinase
Cell-cycle control system: cyclically activated protein kinases
2. MPF: transition from G2 to M
Maturation-promoting factor / Mitosis-promoting factor
(引自翟中和等，2011)
1978, MPF activity undergoes dramatic fluctuations in cleaving eggs that correlate with changes in the cell cycle
Mitosis
Mitosis
Mitosis
MPF activity
Cdc2
MPF has protein kinase activity
cyclin
M phase Cyclin-Cdk (MPF) (Cyclin-dependent protein kinase)
cyclin-dependent kinase (Cdk)
第十四章 细胞增殖调控与癌细胞
3
二、p34cdc2激酶的发现及其与MPF的关系
温度敏感株 cdc基因调控酵母细胞分裂和细胞周期（cdc2, cdc25, cdc28等) MPF催化亚单位(p32) cdc2基因突变导致细胞停留在G2/M期交界处
p34cdc2 p34cdc28
cdc28基因突变导致细胞停留在G1/S期交界处 或G2/M期交界处
17
The pathogenesis of cancer metastasis
18
二、癌基因与抑癌基因
癌症主要是由携带遗传信息的DNA的病理变化而引起的疾病 遗传病：生殖细胞DNA突变 癌症：体细胞DNA突变 （生殖细胞某些基因位点的突变会加大癌变的可能性） 癌基因（oncogene）：控制细胞生长和分裂的一类正常基因，其突变能引起 正常细胞发生癌变。
ATR/CHK1介导 DNA复制检验点
15
六、其他因素在细胞周期调控中的作用
癌基因 抑癌基因 （p53, Rb）
细胞和机体的外在因素 离子辐射、化学物质作用、病毒感染、温度变化、PH变化等
16
第二节 癌细胞
一、癌细胞的基本特征
动物体内因细胞分裂调节失控而无限增殖的细胞称为肿瘤细胞（tumor cell）； 具有转移能力的肿瘤细胞称为恶性肿瘤（malignancy）； 源于上皮组织的恶性肿瘤称为癌 （目前已成为恶性肿瘤细胞的通称）。
抑癌基因或其编码的蛋白质的主要功能可概括为3类： ① 偶联细胞周期与DNA损伤 ② 与细胞凋亡有关 ③ 与细胞黏着有关
21
原癌基因- 显性突变
抑癌基因- 隐性突变
22
控制细胞生长和增殖，并与肿瘤发生相关的7类蛋白
23
细胞信号调控网络及肿瘤发生相关的主要调控因子
二、p34cdc2激酶的发现及其与MPF的关系
温度敏感株 cdc基因调控酵母细胞分裂和细胞周期（cdc2, cdc25, cdc28等) MPF催化亚单位(p32) cdc2基因突变导致细胞停留在G2/M期交界处
p34cdc2 p34cdc28
cdc28基因突变导致细胞停留在G1/S期交界处 或G2/M期交界处
17
The pathogenesis of cancer metastasis
18
二、癌基因与抑癌基因
癌症主要是由携带遗传信息的DNA的病理变化而引起的疾病 遗传病：生殖细胞DNA突变 癌症：体细胞DNA突变 （生殖细胞某些基因位点的突变会加大癌变的可能性） 癌基因（oncogene）：控制细胞生长和分裂的一类正常基因，其突变能引起 正常细胞发生癌变。
ATR/CHK1介导 DNA复制检验点
15
六、其他因素在细胞周期调控中的作用
癌基因 抑癌基因 （p53, Rb）
细胞和机体的外在因素 离子辐射、化学物质作用、病毒感染、温度变化、PH变化等
16
第二节 癌细胞
一、癌细胞的基本特征
动物体内因细胞分裂调节失控而无限增殖的细胞称为肿瘤细胞（tumor cell）； 具有转移能力的肿瘤细胞称为恶性肿瘤（malignancy）； 源于上皮组织的恶性肿瘤称为癌 （目前已成为恶性肿瘤细胞的通称）。
抑癌基因或其编码的蛋白质的主要功能可概括为3类： ① 偶联细胞周期与DNA损伤 ② 与细胞凋亡有关 ③ 与细胞黏着有关
21
原癌基因- 显性突变
抑癌基因- 隐性突变
22
控制细胞生长和增殖，并与肿瘤发生相关的7类蛋白
23
细胞信号调控网络及肿瘤发生相关的主要调控因子
第14章+细胞增殖调控与癌细胞
32
33
六、细胞周期运转调控
1. G2/M期转化与CDK1激酶的关键性调控作用 2. M期周期蛋白与分裂中期向后期转化 3. G1/S期转化与G1期周期蛋白依赖性Cdk激酶 4. S/G2期转化与DNA复制检验点
34
1. G2/M期转化与CDK1激酶的关键性调控作用
• CDK1激酶即MPF，由p34cdc2蛋白和周期 蛋白B结合而成。p34cdc2蛋白在细胞周期中 的含量相对稳定，而周期蛋白B一般在G1 期的晚期开始合成，S期含量不断增加， 到G2期含量达到最大。因此，CDK1激酶 活性在G2期晚期达到最大并一直维持到M 期的中期阶段。
Cyclin B-Cdk1 (Cdc2)
G1 Substrates
S Substrates
G2/M Substrates
Growth and Morphogenesis
DNA Replication
Mitosis 26
五、Cdk激酶抑制因子
• 哺乳动物Cdk抑制因子 (Cdk inhibibitors, CKIs) ，包括Cip/Kip家族和INK4家族。
13
14
三、细胞周期蛋白(cyclin)
1983年Evans等报道在海胆卵细胞中存在一种特 殊蛋白质，这种蛋白含量随细胞周期进程变化 而变化，将这种蛋白称为周期蛋白(cyclin)。
已从多种生物体发现细胞周期蛋白，如酵母的 Cln1、Cln2、Cln3、Clb1~Clb6，高等动物的周 期蛋白A1、A2、B1、B2、B3、C、D1、D2、 D3、E1、E2、F、G、H、L1蛋白在细胞周期 调控中的作用
在DNA出现损伤时，P53 作为转录激活因子诱导 P21基因的表达，P21蛋白 能够同CDK-周期蛋白复合 物结合并将细胞阻止在G1 期或G2期。同时，P21蛋 白与增殖细胞核抗原
33
六、细胞周期运转调控
1. G2/M期转化与CDK1激酶的关键性调控作用 2. M期周期蛋白与分裂中期向后期转化 3. G1/S期转化与G1期周期蛋白依赖性Cdk激酶 4. S/G2期转化与DNA复制检验点
34
1. G2/M期转化与CDK1激酶的关键性调控作用
• CDK1激酶即MPF，由p34cdc2蛋白和周期 蛋白B结合而成。p34cdc2蛋白在细胞周期中 的含量相对稳定，而周期蛋白B一般在G1 期的晚期开始合成，S期含量不断增加， 到G2期含量达到最大。因此，CDK1激酶 活性在G2期晚期达到最大并一直维持到M 期的中期阶段。
Cyclin B-Cdk1 (Cdc2)
G1 Substrates
S Substrates
G2/M Substrates
Growth and Morphogenesis
DNA Replication
Mitosis 26
五、Cdk激酶抑制因子
• 哺乳动物Cdk抑制因子 (Cdk inhibibitors, CKIs) ，包括Cip/Kip家族和INK4家族。
13
14
三、细胞周期蛋白(cyclin)
1983年Evans等报道在海胆卵细胞中存在一种特 殊蛋白质，这种蛋白含量随细胞周期进程变化 而变化，将这种蛋白称为周期蛋白(cyclin)。
已从多种生物体发现细胞周期蛋白，如酵母的 Cln1、Cln2、Cln3、Clb1~Clb6，高等动物的周 期蛋白A1、A2、B1、B2、B3、C、D1、D2、 D3、E1、E2、F、G、H、L1蛋白在细胞周期 调控中的作用
在DNA出现损伤时，P53 作为转录激活因子诱导 P21基因的表达，P21蛋白 能够同CDK-周期蛋白复合 物结合并将细胞阻止在G1 期或G2期。同时，P21蛋 白与增殖细胞核抗原
植物生理学第十四章 细胞增殖及其调控
细胞外因素 离子辐射、化学物质作用、病毒感染、温度变 化、pH变化等。
第二节 癌细胞
癌细胞的基本特征 癌基因与抑癌基因 肿瘤干细胞
动物体内因分裂调节失控而无限增殖的细胞称为肿瘤细 胞。
具有转移能力的肿瘤称为恶性肿瘤；上皮组织的恶性肿 瘤称为癌。
癌细胞与正常分化细胞明显不同的一点： 正常分化细胞：细胞类型各异，但都具有相同的基因组； 癌细胞：细胞类型相近，但基因组却发生不同形式的改变。
肿瘤的发生频率会高吗？
第一、绝大数基因突变位点不会致癌 第二、单一基因的突变不会发生癌症，多个基因突变逐 渐形成癌细胞的特征
癌症会遗传吗？
生殖细胞中原癌基因或肿瘤抑制因子发生致 癌突变——癌变发生所需要的基因突变数积 累时间减少，家族成员更易患癌症
白血病：血细胞恶性增生——少数基因发生 突变，便可导致癌症发生，患病年龄较早
Dr. Folkman’s War: endostatin（内皮他丁）
研究细胞增殖调控的意义
G1
S
G2
Cytokinesis
M
基于细胞周期的癌症治疗药物研发进展
本章小结
促成熟因子（MPF）=p34cdc2（周期蛋白依赖性激酶） +clyclin B （周期蛋白）
周期蛋白：不同的周期蛋白在细胞周期中表达的时间不同 ，与不同的CDK结合调节其活性
植物生理学第十四章 细胞增殖及其 调控
重点：MPF的组成及作用；细胞周期运 转调控；癌细胞的基本特征；癌基因与 抑癌基因；肿瘤干细胞
难点：细胞周期运转调控
第一节 细胞增殖调控
MPF（mitosis promoting factor）发现及其作用 p34cdc2激酶的发现及其与MPF的关系 周期蛋白 CDK激酶（cyclin-dependent kinase）和CDK抑制因子 细胞周期运转调控
第二节 癌细胞
癌细胞的基本特征 癌基因与抑癌基因 肿瘤干细胞
动物体内因分裂调节失控而无限增殖的细胞称为肿瘤细 胞。
具有转移能力的肿瘤称为恶性肿瘤；上皮组织的恶性肿 瘤称为癌。
癌细胞与正常分化细胞明显不同的一点： 正常分化细胞：细胞类型各异，但都具有相同的基因组； 癌细胞：细胞类型相近，但基因组却发生不同形式的改变。
肿瘤的发生频率会高吗？
第一、绝大数基因突变位点不会致癌 第二、单一基因的突变不会发生癌症，多个基因突变逐 渐形成癌细胞的特征
癌症会遗传吗？
生殖细胞中原癌基因或肿瘤抑制因子发生致 癌突变——癌变发生所需要的基因突变数积 累时间减少，家族成员更易患癌症
白血病：血细胞恶性增生——少数基因发生 突变，便可导致癌症发生，患病年龄较早
Dr. Folkman’s War: endostatin（内皮他丁）
研究细胞增殖调控的意义
G1
S
G2
Cytokinesis
M
基于细胞周期的癌症治疗药物研发进展
本章小结
促成熟因子（MPF）=p34cdc2（周期蛋白依赖性激酶） +clyclin B （周期蛋白）
周期蛋白：不同的周期蛋白在细胞周期中表达的时间不同 ，与不同的CDK结合调节其活性
植物生理学第十四章 细胞增殖及其 调控
重点：MPF的组成及作用；细胞周期运 转调控；癌细胞的基本特征；癌基因与 抑癌基因；肿瘤干细胞
难点：细胞周期运转调控
第一节 细胞增殖调控
MPF（mitosis promoting factor）发现及其作用 p34cdc2激酶的发现及其与MPF的关系 周期蛋白 CDK激酶（cyclin-dependent kinase）和CDK抑制因子 细胞周期运转调控
第十四章 细胞增殖调控与癌细胞-yan
• • • the 32(34) kDa protein and the Cdc2 Cell, 54, 433-439 , 1988
非洲爪蟾：MPF : 裂殖酵母：P34cdc28 芽殖酵母 P34cdc2
P32+P45
+P56cdc13
CDK1
海胆卵：cyclinA cyclinB
MPF主要 成分
SCF底物特异性的识别是由F-box 蛋白来决定的
SCF通过降解不同时期不同底物从而在 整个细胞周期中都发挥作用
确保每一周期DNA只复制一次的机制
在G1期ORC（复制 起始点识别复合物）结 合起始复制点，Cdc6和 Cdt1被募集到ORC上， 在ATP供能下，促进6个 亚单位构成的Mcm复合 体和其他一些蛋白结合 到ORC上，形成前复制 复合体（pre-RC）， DNA复制获得执照。 Mcm 实际上就是 DNA解旋酶。随着DNA 的复制， Mcm逐渐减少， 复制结束消失。 Mcm存在于细胞质 中，只有在M期细胞核 膜破裂时才有机会和染 色质结合。
（二）M期周期蛋白与分裂中期向分裂后期转化
① M期周期蛋白A和B在分裂中期与CDK1分离，在激活APC （Anaphase Promoting Complex）的介导下，通过泛素依赖性途径降解)。 ② CDK1激酶活性消失，细胞由中期向后期转化，完成一个细胞周期。
。
APC至少由15种成分组成，分别为APC1-APC15。在人体和酵 母中都分别鉴定出13种. APC 正调控因子： Cdc20/Fizzy和Cdh1/Fzy; 负调控因子：Emi1、 Emi2、Mad2、BubR1等。 Cdc20 和Mad2蛋白位于动粒上，在微管与动粒结合以前，不 能从动粒上释放。 • 当微管正确结合到动粒上时,可能改变着丝粒相关蛋白的构象,从 而影响BubR1 等的活性,使Mad2 与Cdc20脱离动粒,这时APC才有活 性，启动细胞向后期转换.
第十四章细胞增殖调控与癌细胞
第十四章细胞增殖调控与癌细胞细胞周期的有序运转第十四章细胞增殖调控与癌细胞第一节细胞增殖调控Clock Theory Domino Theory一、MPF的发现及其作用研究背景1970s Rao和Johnson发现与M期细胞(Hela)融合的间期细胞染色体发生凝缩，称为早熟凝集染色体(prematurelycondensed chromosome，PCC)。
–G1期PCC为单线状，因DNA未复制。
–S期PCC为粉末状，因DNA由多个部位开始复制。
–G2期PCC为双线染色体，说明DNA复制已完成。
甚至不同类的M期细胞也可诱导PCC产生，说明M期细胞具有促进间期细胞进行分裂的因子，即成熟促进因子(maturation promoting factor，MPF)。
G期细胞与M期细胞融合S期细胞与M期细胞融合1G 2期细胞与M期细胞融合PCC成熟促进因子(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MPF的发现及组成卵细胞提取物注射实验把M 期细胞的细胞质注射到卵细胞，发现可以促进卵细胞成熟分裂，继续用该卵细胞细胞质诱导新的卵细胞，仍然可以促进卵细胞成熟分裂。
因而他们推测M 期细胞中必然有一种物质可以诱导卵细胞成熟分裂，即促细胞成熟因子（maturation promoting factor, MPF ）。
1960s Leland Hartwell,1970s Paul Nurse 以芽殖酵母和裂殖酵母为实验材料，利用温度敏感突变株，发现许多与细胞分裂有关的基因(cell division cycle gene, CDC)。
如：–裂殖酵母cdc2、芽殖酵母cdc28突变型在限制温度下无法分裂；–wee1突变型则提早分裂，cdc25突变型细胞体积增大而不分裂；–cdc2和cdc28都编码一个34KD的蛋白激酶，促进细胞周期的进行，weel和cdc25分别表现为抑制和促进CDC2的活性。
第十四章 细胞增殖调控与癌细胞
结果 找到cdc基因，如cdc28,表达蛋白为 34kDa,称为p34cdc28
结论 第二个被分离出来的cdc基因； 突变后细胞停留在G1/S或G2/M期 。
cdc2: 第一个被分离出来的cdc基因，表达蛋白为p34cdc2 特点：突变后裂殖酵母细胞停留在G2/M期
cdc28: 第二个被分离出来的cdc基因，表达蛋白为p34cdc28 特点：突变后芽殖酵母细胞停留在G1/S或G2/M期
结论
在成熟的卵母细胞中，必定有一种物质，能诱导卵 母细胞成熟，这种物质称为成熟促进因子（MPF）
卵细胞细 胞质移植 实验
成熟卵母细胞中 的物质能诱导卵 母细胞成熟
实验三 时间 研究者 步骤
1988 Maller et al
以2和p45两种蛋白。p32和p45结合后， 表现出蛋白激酶活性，能使多种蛋白质底物磷酸化
1、CDK
通过Pdc2同类基因，不同物种的cdc2基因编 码的蛋白质都含有一段相似序列，并且都能和周期蛋白结合， 将其作为调节亚基，进而表现出激酶活性。它们被统称为周 期蛋白依赖性蛋白激酶(cyclin-dependent kinase)，简称 CDK。
A： G1期DNA未复制，超前染色体为单线性； B：S期DNA正在复制，超前染色体为点状，很多复制起始点；
C：G2期DNA复制完毕，超前染色体为双线性。
实验二 时间
研究者
1971 Masui和Markert
步骤
用解剖的方法分离非洲爪蟾第IV期卵母细胞， 孕酮诱导成熟后进行细胞质移植实验
结果
孕酮诱导成熟的卵母细胞的细胞质 能诱导其他卵母细胞的成熟
已经发现CDK1-CDK13等CDK激酶。
（1）与不同类型的周期蛋白相结合的CDK
细胞生物学：第14章 细胞增殖调控与癌基因
一、癌细胞的基本特征
1.细胞生长与分裂失去控制，具有无限增殖能力， 成为“永生”细胞，破坏正常组织的结构与功能；
2.具有侵润性和转移性 良性肿瘤仅存在于某些组织的特定部位，不会转移 恶性肿瘤的细胞间粘着性下降，容易转移到身体的 其它部位增殖，产生次级肿瘤（转移灶）
肝癌细胞的扩散性
转移灶
3. 细胞间相互作用改变 正常细胞通过相互识别，形成特定组织和器官；癌 细胞异常表达某些膜受体蛋白，与别处细胞粘着与 生长
调节亚基：周期蛋白(cyclin)
催化亚基: 丝氨酸/苏氨酸型蛋白激酶 其活性有赖于周期蛋白，故称周期依赖性蛋白激酶 (cyclin-dependent protein kinases, Cdks),
•CDK蛋白至少有12种：CDK1~CDK12 •周期蛋白也有多种：cyclin A1 A2 A3 B1 B2 B3 C D1等
第二节 癌细胞(Cancer cell)
癌症是一种严重威胁人类生命安全的疾病。动物体 内细胞分裂调节失控而无限增殖的细胞称为肿瘤细 胞(tumor cell)。具有转移能力的肿瘤称为恶性肿瘤 (malignancy)。上皮组织的恶性肿瘤称为癌。
正常细胞通过分化形成组织器官；而癌细胞的细胞 类型趋于一致，破坏有机体的组织器官，并且基因 组也发生不同形式的突变
第14章 细胞增殖调控与癌细胞
重点内容
•MPF的实质以及检验点 •癌细胞的基本特征 •癌基因与抑癌基因
第一节 细胞周期调控
一、MPF的发现及其作用
MPF（ maturation promoting factor，卵细胞促成 熟因子）或M期促进因子，是M期细胞中存在的促进 细胞分裂的因子
MPF的发现
4.mRNA表达谱及蛋白表达谱或蛋白活性改变