细胞周期调控与检测

➢ 已经复制的中心粒在G2期逐渐长大，并开始向细胞两极分离。
４、M期（有丝分裂期，细胞经过分裂将染色体平均分配到两个子细 胞中） 在此期细胞中，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，胞质也一分为二，由此完成细胞分裂。
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DNA合成前期（G1期） 细胞间期 DNA合成期（S期）
细
DNA合成后期（G2期）
胞
周
前期
期
有丝分裂期（M期）
中期 后期
末期
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（3）随着成熟刺激因子（maturation promoting factor, MPF），细胞周 期素（cyclin），细胞周期素依赖性蛋白激酶 (cyclin dependent kinase，CDK)的发现使对细胞周期及与肿瘤的发生发展关系的研究 有了很大进展。
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（３）S期是细胞合成的主要时相
此时细胞质中可出现大量的组蛋白mRNA，新合成的组蛋白 从胞质进入胞核，与复制后的DNA迅速结合，绕成核小体，进而 形成具有两条单体的染色体。除了蛋白质合成以外，在S期细胞 中不断进行着组蛋白的持续磷酸化。
（４）中心粒的复制也在S期完成
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，由此形成的两对中心粒在以后的细胞周期进程中， 将发挥微管组织中心的作用，纺锤体微管，星体微管的形成均与 此相关。
B、细胞周期素（cyclin) ➢ 特点：在细胞周期中呈周期性变化。 ➢ 作用：能与CDK结合，激活CDK，间接调节细胞周期运行。 ➢ 已知30余种，在脊椎动物中为cyclinA1-2、B1-3 、C、 D1-3、 E1-2、F、G、H等。
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Cyclins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进行。具体结合方式如下：
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Four checkpoints
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3、调控细胞周期的内、外源信号系统
单细胞生物的增殖取决于营养，多细胞生物细胞的增殖与信号途径 有关。 A、生长因子：是与细胞增殖有关的信号物质，已知几十种，多
数能促进细胞增殖，又称有丝分裂原（mitogen），如EGF、 NGF。 ➢ 作用方式：旁分泌。 ➢ 信号通路：ras途径，cAMP途径、磷脂酰肌醇途径。
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。
主要检验点： ➢ G1/S限制点：DNA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start点，在哺乳动 物中称R点(restriction point)。 ➢ S期限制点：DNA复制是否完成？ ➢ G2/M限制点：DNA是否损伤？细胞体积是否足够大？ ➢ 中-后期限制点：纺锤体组装限制点。
➢ 在人体细胞增殖中，在G1期存在相似的调控机制。在G1期较晚时，
也有一个决定点，称为“限制点”（restriction point），与酵母
的START功能类似，不同的是，人类细胞是否通过“限制点”，
进入细胞周期，主要受与细胞增殖有关的细胞外生长因子的调控，
而不是营养素。只要有相应的生长因子存在，细胞就能通过R点
B、抑素（chalone)是一种由细胞自身产生、分泌的，对细胞增 殖起抑制作用的糖蛋白，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。
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➢具有严格的组织特异性和细胞周期阶段特异性。 ➢作用于G1期的抑素可阻止细胞进入S期，称S因子。 ➢作用于G2期的抑素可阻止细胞进入M期，称M因子。
进入S期，完成整个细胞周期。回到G0/1期。相反，如果细胞在
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2）细胞周期调控蛋白的种类
A、CDK类蛋白激酶： ➢ CDK与细胞周期素结合才具有激酶的活性，故名细胞周期素 依赖性蛋白激酶(cyclin-dependent kinase，CDK)。 ➢ 作用：CDK可将特定蛋白磷酸化，促进细胞周期运行。 ➢ 在动物中已知7种CDK，CDK1-7。
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３、G2期（DNA合成后期，从DNA复制完成到有丝分裂开始前的时期， 为有丝分裂 进行物质条件）
➢ 为细胞分裂准备期，细胞中合成一些与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G２期合成达高峰，为M期纺锤体微管的形成提供了丰 富的来源。
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二、历史回顾
Leland H. Hartwell 1970s “Checkpoint” Yeast genetics ~100 CDC genes Start gene
Paul M. Nurse 1970s CDKs yeast
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2001 Nobel Prize
M-CDK
Cyclin B CDK1(CDC2) Clb 1-4 CDK1(CDC28)
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C、细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子(CKI)
CKI对细胞周期起负调控作用，分为：
➢ Ink4: P16ink4a, P15ink4b, P18ink4c, P19ink4d。特异性抑制 cdk4-cyclin D1, cdk6-cyclin D1。
Tim Hunt 1980s Cyclins Sea Urchins
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生命复制之谜的揭开
（1）1858年建立细胞理论：
生命的基本形式是细胞，机体由细胞构成，细胞的生长复制形成 了生物体的生长繁衍，细胞的异常或死亡导致机体的疾病或死亡。
（2）1951年发现了细胞分裂周期：G1 S G2 M G0 细胞生长中有两种形式---- 有丝分裂期和细胞间期
S期（DNA合成期）
• DNA合成(复制)
• 染色体蛋白的合成：组 蛋白、非组蛋白等
• 中202心0/1粒1/1的4 复制
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四、细胞周期的调控
1、 细胞周期调控蛋白（cell cycle- regulating protein)
1) 细胞周期调控研究过程的重要事件---MPF的发现： ➢ 最早发现，MPF是一种在G2期形成、能促进M期启 动的调控因子，称之为促细胞成熟因子或促细胞分 裂因子（MPF)。 ➢ MPF由调节亚单位细胞周期素（ cyclin ）和催化亚 单位细胞周期素依赖性蛋白激酶（CDK）组成。
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➢ 触发蛋白是一种不稳定蛋白，它对细胞从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。
➢ 钙调蛋白是真核细胞内重要的钙受体，它调节细胞内 钙的水平，钙调蛋白的含量，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期的进 程。
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1、细胞周期的启动机制
细胞周期能否启动进行细胞增殖，主要的调控点在G1期，它决定 细胞是否通过G1期进入S期。
➢ 这一调控点首先在芽殖酵母的研究中被认识，人们称其为“起始 点”（START）。一旦细胞通过start,它们势必进入S期，完成整 个 细 胞 分 裂 周 期 。 因 此 start 有 人 称 之 为 酵 母 细 胞 周 期 的 “ 决 定 点”。
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五、 细胞周期得以进行的两大机制
细 胞 周 期 得 以 进 行 的 核 心 机 制 是 在 一 系 列 cyclin 时 相起伏的调控下，相应的CDK依次激活，驱使细胞通过 G1,S,G2期，达到M期，细胞一分为二，实现忠于亲代的 细胞复制。
这一过程的顺利完成取决于是否启动（启动机制） 和能否忠于运行（监控机制），达到忠实复制，是细胞 周期调控的两大生物学机制。
现较为肯定的是p21，其调控水平在基因转录的层面，当DNA损
伤和细胞衰老时，具有转录因子作用的p53增高，抑制其蛋白激酶活
性，阻滞细胞周期的进行。
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CDK activating
抑制位点
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活性位点
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2、细胞周期限制点（check point）
脊椎动物 激酶复合体
Cyclin CDK
芽殖酵母 Cyclin CDK
G1-CDK G1/S-CDK S-CDK
Cyclin D* CDK4 、6 Cyclin E CDK2 Cyclin A CDK2
Cln 3 CDK1(CDC28) Cln 1、2 CDK1(CDC28) Clb 5、6 CDK1(CDC28)
“细胞周期”也称“细胞分裂周期”，是指一个细胞经生长、分裂而 增殖成两个所经历的全过程，通常可分为若干阶段，即G1期、S期、G2期 和M期。细胞在G1期完成必要的生长和物质准备，在S期完成其遗传物 质——染色体DNA的复制，在G2期进行必要的检查及修复以保证DNA复制 的准确性，然后在M期完成遗传物质到子细胞中的均等分配，并使细胞一 分为二。
➢ Kip：P21cip1、P27kip1、P57kip2， 抑 制 大 多 数 CDK 的 激 酶 活 性 。 P21cip1 还 能 与 DNA 聚 合 酶 δ 的 辅 助 因 子 PCNA结合，直接抑制DNA的合成。
作用机制：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。
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M期（有丝分裂期）
• DNA、RNA、蛋白质合成停止。 • 细胞发生一系列形态变化、结构建
成。将加倍的DNA平均分配到两个子 细胞中
G1期：为DNA合成准备所需要的RNA、 蛋白质、脂类、糖类等