细胞周期的调控

在细胞周期的调节中cyclinDl是一个比其它 cyclins更加敏感的指标。
cyclin D1的编码基因位于11q13上，全长约 15kb，与其他周期素相比最小，主要是因为其N末 端缺少一个“降解盒”片段,该蛋白半衰期很短， 不足25min。
在有生长因子的情况下，cyclin D1在细胞周 期中首先被合成，并于G1中期合成达到高峰， cyclln D1的功能主要是促进细胞增殖，是G1期 细胞增殖信号的关键蛋白质，被视为癌基因，其 过度表达可致细胞增殖失控而恶性化。
cyclin A 和CDK2相结合可以调节S期进入G2期；
cyclin Bl—2可与CDKl结合并在G2／M转化期间 活性达到最高峰； 与cyclin C匹配的CDK及其酶解底物尚不清楚； cyclinH与cyclinC有较高的同源序列，可以和 CDK7装配成全酶对细胞周期各阶段行使调节作用。
细胞转录因子（E2F ）
第一节 细胞周期的基本概念
细胞周期的基本任务是保证 S 期的 DNA 复制和 M 期有同等的染色体分布到两个子细胞中去。在 DNA合成期(S期)和有丝分裂期(M期)之间，M期和 下一个S期之间，分别存在着两个间期(Gap，G)， S期之前是第一间期(G1期)，S期和M期之间为第二 间期(G2期)。细胞生长、分裂时，依次经过G1、S、 G2 、 M 期而一分为二，周而复始，故称为细胞分 裂周期(cell division cycle)。
4、p21
p21基因位于染色体6p21．2，第17-71 氨基酸含有cyclin结合抑制区。p21可能阻碍 细胞进入S期；能抑制SAPK(stress-activated protein kinase)，参与细胞应激状态时的信 号转导级联系统的调节。
第三节 细胞周期调控中各元素间的相互作用
细胞周期的调控可分为外源和内源性调控,
至少发现有11种不同的cyclin，分别 为A、B1、B2、C、D1、D2、D3、E、F、 G和H。其中8种主要的cyclin己被分离。 根据cyclin调控细胞周期时相的不同，可分 为G1期和M期两大类。
（一） G1期胞周期蛋白（ G1—cyclin）
作用在G1期或G1/S交界期，启动细胞周期和促进DNA 合成的cyclin，G1期是增殖细胞唯一能接受从外界传入的 增殖或抑制增殖信号的时期。
cyclin D3的编码基因位于染色体6p21，称 为CCND3。 正常和恶性组织中未见cyclinD3基因异常 及其蛋白的过度表达。 目前认为cyclinD3似乎不直接反映恶性度， 而是肿瘤发展到晚期的结果。
2、cyclin C
cyclin C与所有cyclin的同源性最低，主 要在果蝇及人类细胞中发现，它与其他G1cyclin不同的是其mRNA和蛋白质水平在G1早 期达最高，可能在G1早期发挥作用。
外源性调控主要是细胞因子以及其它外界刺
激引起；
内源性调控主要是通过Cyclin—CDK— CDI的网络调控来实现。
各种细胞周期蛋白随特定细胞时相而出现。
G1早期，cyclinD表达并与CDK2或CDK4结合， 成为 始动细胞周期的启动子；
G1晚期、进入S早期后cyclinE表达，并与 CDK2结合，推动细胞进入S期； 进入S期后，cyclin A表达，cyclinD、cyclin E 降解； S晚期、G2早期，cyclIin A、cyclin B表达， 并与cdc2结合，促进细胞进入M期。
P16 CDK4
一
P cdk介导的磷酸化
cyclinD1
Rb 一 G1 DNA转录
Rb
P
S
3、P27
P27可能是最直接地影响G1/S期限制位点的调 控。广泛抑制cyclin—CDK复合物。 正常情况下P27在G0／G1时表达增高，进入S期 后表达下降。其基因定位于染色体12p13.1及 12p13.2处,人的p27cDNA全长594bp，编码198个氨 基酸，是高度保守的蛋白分子，在人、鼠、貂中p27 的氨基酸主序列有90%同源性，其C末端均含有一个 双枝核定位信号。其N末端介导抑制CDK，约12-87氨 基酸主序列与p21同源。P27与p21在N端序列上有42 ％相同，但是P27介导抑制CDK的区域与p21不尽相同。
（二）CIP／ KIPs： p21、P27、p57等，
抑制各种cyclin-CDK复合物，阻止CDK激 酶的激活，或阻止活化的CDK激酶活性。
1、P16
p16INK4 位于染色体 9p21 ，又称多肿瘤抑制基因 (multiple tumor suppressor MTSI )，是CDK4的特异 性抑制物，可与cyclin D竞争与CDK4或CDK6的结合， 抑制CDK4对细胞生长分裂的正向作用，参与抑制细胞 周期G1／S的转化。p16在缺乏功能性Rb的细胞中水平 上升，提示Rb可能抑制p16的表达，同时Rb刺激cyclin D的表达。 2、p15INKB p15INKB位于9号染色体紧邻p16的区域，它与p16 一样属抑癌基因。
（4）对细胞分裂的影响不同，cyclin B持续升高可使 细胞停滞于分裂期，而cyclin A的持续升高并不影响 细胞分裂的完成。
二、细胞周期素依赖激酶
(cyclin-dependent kinase，CDK) CDK是一类重要的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，包括 CDK1—7种。CDK的主要生物学作用是启动DNA的复制和诱 发细胞的有丝分裂，以复合物形式出现。 催化亚基 复合物 调节亚基 cyclin。 ATP的结合部位 CDK
1 cyclin D ： cyclin D1 ，cyclinD2 ，cyclin D3 2 cyclin C 3 cyclin E ：cyclin E 1，cyclin E 2
1、cyclin D
cyclin D首先在酵母菌中被发现，它能激 活CDK6，驱动细胞通过START。它有3个亚 型，包括D1、D2、D3，具组织特异性。 cyclin D1与cyclin D2功能相似，都在酵母子 细胞中起作用，cyclin D3在酵母母细在cyclin D之后出现，于G1／S转化过程中表 达，人类cyclin E基因定位于染色体19q12-q13。cyclin E 中1／3段为高度保守区，称为周期蛋白盒，此为CDKs 结合所必须。在G1晚期发挥正调控细胞周期的作用。 cyclin E蛋白的C端存在PEST序列(一个富含脯氨酸（P）、 谷氨酸（E）、天冬氨酸（S）、丝氨酸和苏氨酸（T） 残基的PEST序列，在蛋白质转化和降解中起作用) 。 cyclin E基因及其产物的表达在细胞周期的G1中期 上升，至G1晚期或S早期达高峰，然后经与“PEST”序 列有关的蛋白水解或与S期激酶相关蛋白-2 ( S-phase kinase-associated protein SKP2）泛素路径降解而迅速 下降。 缺乏SKP2的细胞表现cyclin E蛋白降解不足并不 断积累。
细胞周期的调控
南通大学基础医学院 陈 莉
细胞周期的准确调控对生物的生存、繁殖、发 育和遗传均是十分重要的。
简单生物调控细胞周期主要是为了适应自然环 境，以便根据环境状况调节繁殖速度，以保证物种 的繁衍。 复杂生物的细胞则需面对来自自然环境和其他 细胞、组织的信号，作出正确的应答，以保证组织、 器官和个体的形成、生长以及创伤愈合等过程能正 常进行，需要更为精细的细胞周期调控机制。
cyclin A与cyclin B之间存在多种差异
（1）周期积累方式不同，cyclin A含量在S期及G2期 初最高，cyclin B在G2期末含量最高； （2）结合的催化亚基不同，cyclin A与p33cdc2结合， cyclin B与p34cdc2结合； （3）功能不同，cyclin A在S期发挥作用，与DNA的 复制完成有关，cyclin B在G2／M交界期发挥作用， 诱发细胞分裂；
p27还参与对细胞分化的调控：
同p21一样它可诱导未成熟细胞进行分化；
p27也可诱导肿瘤细胞分化（如外源性p27可 诱导原巨核细胞白血病细胞分化）； p27不能诱导成熟正常细胞的衰老。
p27表达水平受多种因素调控，如有丝分裂原、抗 增殖信号因子、细胞因子、癌基因子及接触抑制等。 TGF-β 和接触抑制能共同调控转录 p27和p15，其 负调节信息的共同通路是抑制CDK和G1—cyclin功能， 发挥CKI抑制作用。 TGF-β 对p27表达的影响是双相的，在大多数细胞 中，TGF-β 可诱导p27的表达，但是在正常垂体前部和 垂体瘤细胞中，TGF-β 可下调p27mRNA及蛋白的表达。 PDGF、EGF等也可下调p27的表达。 p27对细胞周期的调控主要依赖于其蛋白表达水平， 而非基因突变。p27的表达下降或缺失会引起基因组不 稳定，甚至导致肿瘤发生。
cyclinD2的编码基因位于12p13，称为 CCND2，在正常的二倍体细胞及Rb阳性肿 瘤细胞中cyclin D2的表达呈波动状态，其 峰值在G1晚期。 给G1期细胞微量注射cyclinD2抗体， 可使表达cyclin D2的淋巴细胞停滞在G1期， 说明cyclin D2是细胞从G1期向S期转移所 必须的。
Rb基因
Rb基因位于人类染色体13q14，其转录产物Rb蛋 白是主要的转录信号连接物，在细胞周期中起制动器 功能。 它能与转录因子E2F结合并阻止相应基因转录表达， 从而抑制细胞生长。 cyclin D是Rb调节细胞周期的基础。cyclin D1CDK4复合物可看做G1期Rb蛋白激酶，它能结合Rb的N 末端，磷酸化Rb蛋白，使转录因子释放，导致G1／S 转化。
（二） M期细胞周期蛋白（ M-cyclin）
在G2／M交界期诱导细胞分裂的cyclin。 1、cyclin A cyclin A在cyclin E之后很快表达。cyclin A是G1期向 S期转移的限速因素，也可促进细胞从 G2期向 M期的转 化。它由CCNA基因编码。 2、cyclin B cyclin B是有丝分裂蛋白激酶的一个亚单位，能促进 G2期向M期的过渡。哺乳动物cyclin B在S晚期合成。 cyclin A、cyclin B在M期通过泛素途径降解，这是 细胞脱离有丝分裂所必须。