电离辐射的细胞效应

1、 DNA损伤检查点(DNA damage checkpoint) 负责
查看DNA有无损伤；
2、DNA复制检查点(DNA replication checkpoint) 负
责DNA复制的进度；
3、纺锤体组装检查点(spindleassembly checkpoint)
管理染色体的正确分配已否，因为染色体的分
Figure 4.1. Examples of pedigrees of EMT6 mouse cells.
Mitotic death
NORMAL
IRRADIATED
2、间期死亡（Interphase death） 或即时死亡（ Immediate cell
death ）

指受照射细胞未经分裂就死亡。
P21wAFl、Gadd45 、Bax、IGFBP3，Fas等。
﹡认为MDM2的正常功能是限制Gl期阻滞的时间，
使DNA损伤修复后的细胞重新进入细胞周期。
﹡在p53转录调控的效应分子中，Gadd45和P21是
参与辐射所致细胞G1期阻滞的重要元件分子。
三、ATM、P53与DAN损伤的识别
3、S相延迟（S phase delay）
周期性地活化蛋白激酶调控细胞周期进程

周期蛋白依赖性激酶（ Cdks）：引擎 （ engine）
在细胞周期中恒定的表达（时间、时相）； 激酶的活性在周期中是变动的；激酶活性变化
由很多酶和蛋白质控制，其中cyclins是主要分 子。
举例：G1 cyclins和CDKs

G1 cyclins是指G1期或G1／S交界处发挥作 用、启动细胞周期和促进DNA合成的周期蛋 白。

每个细胞周期必需复制一次，分裂前染色体必须
分离。
细胞周期检查点
Cell Cycle Checkpoints
细胞周期进程中向各个时相过渡的点。 是生化途径
从顺序和时间上、从细胞时相上调控细
胞进程。 DNA受损后检查点减慢细胞通过时相点 的进程。
分类（Classification ）
裂开始到下一次分裂开始的时间称为细胞
周期时间(Cell-cycle time )。

正常增殖的细胞其周期时间大多为10~20h。
细胞周期调控
Cell cycle regulation
关于细胞周期的疑问（ Question of cell cycle regulation）

如何保证细胞增殖过程中各事件的有序进行。 G1---S---G2---M---G1.
配主要依赖于纺锤体的作用。
一、细胞周期的运行原理
1、周期蛋白（Cyclin）和周期蛋白依赖性激 酶（ Cyclin-dependent kinases (Cdks)）: 所有真核细胞周期运作均依赖于共同的
核心驱动装置，即Cyclin --CDKs复合物，并
且哺乳动物细胞周期的不同期有不同的 Cyclin和CDKs表达，这些Cyclin和CDKs均 有不同程度的同源性，称为周期蛋白家族和 CDKs家族.

电离辐射后，处于细胞周期中G2期细 胞既不能进入有丝分裂的M期，也不
发生G2阻滞，而是返回S期，继续进行
DNA复制t cell)。
巨细胞
巨细胞：IR引起某些细胞体积增大， 成为巨细胞（giant cell);内载几套染色体 而不分裂； 细胞可以存活一定时间，具有功能活性， 但最后凋亡； 可能与P53及其下游分子P21调控基因表达 有关。
IR
CyclinB的mRNA和蛋白水平下调 P34磷酸化发生变化
辐射引起细胞G2延迟的机理：

DNA损伤后，经ATM或Rad3将信号传递至 Chk1（检查点激酶基因），进而使cdc25C ser 216磷酸化，促使cdc25C结合14－3－3 （Rad24/Rad25表达产物），抑制cdc25C 进入细胞核，阻止cdc2 Tyr 15脱磷酸化， 导致G2期延迟。
称为死细胞（death cell） 。
克隆形成细胞死亡方式的分类
1、增殖死亡（proliferative death)

又名代谢死亡或延缓死亡 是指受照细胞丧失了持续增殖的能力、在
经过一个或几个有丝分裂周期后丧失代谢
活动和细胞功能而死亡。

通常测定增殖死亡采用体外细胞成集落培 养法，即观察单个细胞在培养条件下经多 次分裂后形成一个克隆的能力。如果细胞 在一次或数次分裂后不能形成一个克隆， 即计为死亡；能够生长成克隆者则计为存 活。

与DNA合成速率下降有关 IR对DNA合成的抑制呈现双相的剂量－效应 关系：较低剂量范围内剂量－效应曲线斜率 较大（辐射敏感），较高剂量，斜率变小 （辐射抗性）

与cyclin A及P53的表达有关
4、S/M解偶联（uncouplin）

S/M偶联：在正常情况下细胞周期中S 期和M期之间存在协调关系，即细胞 未完成有丝分裂前不会启动下一轮 DNA合成。
Fingers
Gut
Tadpole Tails
Sex differentiation
proliferating cells
Self-reactive lymphocytes
Irradiation
CELL 88:350, 1997
2、自噬

自(体吞)噬是胞质溶胶和细胞器被隔离到 双层膜的小泡中，由此运送到溶酶体/空泡 中降解，并使因此形成的大分子进行再循 环的一个过程 。
在某一给定细胞中pRB水平相对恒定，而其
磷酸化/去磷酸化状态则随着细胞周期的进
展而变化：在G1早期，pRB主要以脱磷酸
化的活性形式存在， pRB的磷酸化主要发
生在G1中期，到S期和G2／M期则主要以高 度磷酸化形式存在。

在Cyclin－CDK complex与蛋白磷酸酶1 的协同作用下，pRB的磷酸化／去磷酸 化之间的动态平衡有效控制着G1限制点 的“开启和关闭”，从而保证细胞周期 的有序运行及细胞的正常增殖。
电离辐射引起的细胞死亡
Cell death caused by ionizing radiation
一、细胞存活（ cell survival ）
两大类细胞（Two type of cell）
有增殖（reproductive）能力（或克隆形成能
力）的细胞（ clonogenic cell）。

目前已发现Cyclin C、D、E等多种。
Cyclin C主要在果蝇及人的细胞中发现。

Cyclin E是人类细胞的G1 cyclin ， 其mRNA和蛋白质水平在G1／S交界 处急剧升高达峰值，进入S期后降解， Cyclin E-CDK2复合物调节细胞周期 进入S期，并在人类细胞的DNA合成 启动中起重要作用。
Cyclin-Cdk complex中Cyclin的解离和磷酸
化激活位点Thr的去磷酸使CDK处于失活状 态．因而，在细胞周期中使Cyclin水平下降 与激活位点Thr去磷酸的有关因素都是CDK 抑制调控的重要因素。
二、几个参与细胞周期 调控的重要基因
已发现的三条相互联系的细胞周期调节系统： (1)Ras介导的MAPK信号转导系统；
1、细胞凋亡（apoptosis）
维持内环境稳定，由基因控制的细胞 自主的有序死亡。 细胞凋亡不是一件被动的过程，而是主 动过程，它涉及一系列基因的激活、表 达以及调控等的作用；它并不是病理条 件下，自体损伤的一种现象，而是为更 好地适应生存环境而主动争取的一种死 亡过程 。
Physiologic Programmed Cell Death

照射剂量很大（100Gy以上）
已分化的细胞（differentiated cells）

对那些不再增殖的已分化的细胞，则以其 是否丧失特殊功能来衡量细胞是否存活， 保留机能者为存活细胞，失去功能者为死
亡细胞。
可供选择的死亡方式

程序性细胞死亡 type1--凋亡（apoptosis） 程序性细胞死亡 type2--自噬（autophagy）
(G0)
Gap Phase 1
Functional cell
S
G2 M
Synthesis
Gap phase 2 Mitosis
DNA synthesis
Rest Cell Division
细胞周期时间
Cell-cycle time or generation time

人类细胞增殖依赖细胞的分裂。从细胞分

根据在细胞周期（cell cycle）中的时间顺序， 可将checkpoint分为三类
1、G1期 (Restriction) Checkpoint
2、G2 Checkpoint
3、Metaphase Checkpoint （细胞分裂期，M 期）
调控内容（Regulating the contents ）
(2)CIP1／KIP1家族介导P53→P2lWAF1/CIP1→ 周期蛋白E／CDK2，周期蛋白D／ CDK4→pRB途径：
(3)INK4家族介导的P16INK4a→周期蛋白D／ CDK4一pRB途径。
1、pRB（nuclear phosphoprotein）
pRB作为细胞周期和基因转录调控的 枢纽，通过调整E2F等转录因子的功能在 细胞增殖和分化的控制中发挥关键作用。
丢失某一检查点的后果：

机体对外界刺激的一种保护性反应，目的 在于保证基因组的遗传稳定性

检查点功能丢失导致突变、基因重排，进 而引起遗传不稳定（ genetic instability） ---出生缺陷、各种疾病（ eg. cancer)
研究进程影响规律有利于设计合理的
肿瘤治疗方案，提高化疗和放疗疗效