生物细胞学课件文字版：第14章细胞周期的调控与癌细胞

第十四章 2012 细胞周期的调控与癌细胞第一节 细胞增殖的调控一、MPF的发现及其作用（P421，299）MPF（maturation-promoting factor） 促成熟因子 细胞促分裂因子(mitosis-promoting factor) 期促进因子(M phase-promoting factor)染色体超前凝集现象（premature chromosome condensation，PCC）M期细胞与间期细胞的融合实验，导致染色体不同程度的凝集。G1期细胞与M期细胞融合G1期PCC呈细单线状S期细胞与M期细胞融合S期PCC呈粉末状G2期细胞与M期细胞融合G2期PCC呈双线染色体状(P424)1988年，从非洲爪蟾中实验分离MPF，并证明主要成分为p32和p45两种蛋白，二者相互结合后，表现出蛋白激酶活性，可以使多种蛋白质底物磷酸化。二、p34cdc2激酶的发现及其与MPF的关系（P424，301）1、cdc基因（cell division cycle）的发现：L.Hartwell，P. Nurse；酵母温度敏感突变株2、cdc基因的表达产物p34cdc2 ，本身不具有蛋白激酶活性，当与p56cdc13结合后，可以使得多种蛋白底物磷酸化，又称p34cdc2激酶；3、p34cdc2与MPF的关系（P424）免疫实验和序列分析证明：p34cdc2与p32为同源蛋白4、细胞周期蛋白（cyclin）与MPF（P425）1983年，Tim Hunt在海胆中发现两种细胞周期蛋白（cyclin A，B），广泛分布于各种真核生物中，含量随细胞周期而变化，间期积累，分裂期消失。序列分析表明，周期蛋白B与p45是同源物。MPF由2个亚单位： Cdc2蛋白（催化亚单位）和周期蛋白B（调节亚单位）组成，二者结合具有蛋白激酶活性。The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2001for their discoveries of key regulators of the cell cycle三、周期蛋白（cyclin）（P425，302）1、分类：发现众多周期蛋白，表达时期不同，功能多样：G1期周期蛋白：只在G1期表达，调节G1/S，存在时间较短；M期周期蛋白：间期表达和积累，调节M，存在时间较长。2、周期蛋白分子结构（1）均含有一段保守的氨基酸序列周期蛋白框（cyclin box）, 约100氨基酸残基，介导周期蛋白和周期蛋白依赖性蛋白激酶（CDK激酶）结合；（2）M期周期蛋白分子近N端含有一段由9个氨基酸残基组成的破坏框（destruction box） RXXLGXIXN 参与由泛素介导的周期蛋白的降解。（3）G1期周期蛋白分子不含破坏框，但C端含有PEST序列，与该类蛋白的更新有关。3、cyclin在细胞周期中的变化（P426）不同的周期蛋白在细胞周期中表达的时期不同，且与不同的CDK结合，调节不同的CDK激酶活性。四、CDK和CDK抑制因子 (p427，303)1、定义CDK激酶（cyclindependent kinase） 细胞中的该类蛋白与周期蛋白结合（作为调节亚单位），表现出蛋白激酶活性；不同的CDK激酶结合不同的周期蛋白，执行不同的调节功能。2、CDK激酶分子结构（P428）具有类似的CDK激酶结构域（CDK kinase domain），该域中的PSTAIRE序列非常保守，可结合周期蛋白；存在被磷酸化修饰的位点，对酶活性起到调节作用。五、细胞周期运转调控（P429，304）CDK激酶对细胞周期起核心调控作用；不同的CDK激酶在细胞的不同时期表现出活性，从而对细胞周期的不同时期进行调节。（一）G2/M期转化和CDK1激酶的调节1、CDK1激酶的周期性MPFCDK1 or p34cdc2周期蛋白Bp34cdc2含量稳定；周期蛋白B含量周期性变化；CDK1激酶活性依赖于周期蛋白B的积累2、CDK1激酶的功能（P430）催化某些蛋白质特异位点的丝氨酸/苏氨酸残基，改变其结构和启动其功能，实现调控细胞周期的目的。如： 组蛋白H1 磷酸化促进染色体凝集 核纤层蛋白磷酸化促使核纤层解聚 核仁蛋白磷酸化促使核仁解体 见P430 表1423、CDK激酶活性的调节因素周期蛋白和CDK激酶的结合（先决条件） Wee1/Mik1激酶和CAK（CDK激活激酶）催化CDK的Thr14、Tyr15和Thr161磷酸化 磷酸酶Cdc25催化Thr14、Tyr15去磷酸化 CDK表现出激酶活性（二）M期周期蛋白与细胞分裂中期向后期转换（P431，306）分裂中期，M期周期蛋白A和B迅速降解，CDK1激酶活性丧失。被CDK1激酶磷酸化的蛋白质去磷酸化，细胞从M期向后期转化。周期蛋白和的降解依赖于泛素化途径，分子结构中的破坏框起到重要调节作用后期促进复合物（APC）（P432）组分在分裂间期中表达，多种组分，但只在M期才表现出活性，可能受到CDK激酶活性的调节。APC活性受到多种因素的综合调节。如Cdc20的正调控和纺锤体装配检验点的检控。（三）G1/S期转化与G1期周期蛋白依赖性CDK（自学）（四） S/G2/M期转换与DNA复制检验点（自学）“为什么有丝分裂中DNA只能复制一次？”DNA复制执照因子学说细胞质中的Mcm蛋白（minichromosome maintenance protein）等因子，在M期核膜破裂时，与染色质结合，使之获得DNA复制必需的执照；进入S期后，随着DNA复制，“执照”信号不断消失，在G2期，细胞核不再含有该信号，DNA复制结束并不再起始。只能等到下一个M期才能重新获得“执照”。六、其他因素在细胞周期调控中的作用（p437，310）1、原癌基因和抑癌基因均是细胞生命活动所必需的基因，产物对细胞增殖和分化起着重要的调控作用；原癌基因非正常表达，可导致细胞转化，增殖过程异常，甚至癌变；抑癌基因表达产物对细胞增殖起负性调节作用。2、外界因素：辐射、化学物质、病毒、温度、pH变化等。 本 节 完第十四章 第二节 2012癌细胞肿瘤（tumor）在致瘤因素作用下，细胞在基因水平上失去对其生长的正常调控，导致异常增生，形成肿块。? 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。? 据2001年卫生事业发展情况统计公报，恶性肿瘤为城市地区居民死因第一位。? 肿瘤组织由实质和间质两部分构成，实质是肿瘤细胞，间质由结缔组织和血管组成。癌的类群1、癌组织的外表面和内表面生长的癌 如肺癌、乳腺癌、结肠癌2、瘤中胚层形成的组织中形成的癌 如骨、软骨、脂肪、结缔组织、肌组织3、淋巴瘤和白血病淋巴和血液里面产生的癌。白血病主要是幼稚血细胞大量增殖并侵犯正常组织。一、癌细胞的基本特征（一）细胞生长和分裂失去控制 不产生凋亡反应，细胞永生，核质比例增大（1：1），分裂快速；（二）具有侵润性和扩散性 细胞间粘着性下降，侵润周围健康组织，或者通过血液和淋巴循环在其他部位粘着和增殖。（三）细胞间相互作用改变水解基底膜成分，间隙连接消失，异常表达膜受体蛋白，粘着别处细胞，逃避免疫监督（四）蛋白表达谱系或蛋白活性改变往往出现胚胎细胞中表达的蛋白，具有较高的端粒酶活性，某些恶性增殖、扩散相关的蛋白；mRNA转录谱系的改变不同种类的癌细胞， mRNA转录谱系存在差异存在广泛的异质性（五）体外培养的恶性转化细胞的特征永生、可以悬浮培养、失去接触抑制，分裂期细胞增多。染色体异常癌细胞染色体常常出现染色体的缺失和增加，即非整倍性（aneuploidy），并且不会因此而进入凋亡。自分泌激活能够分泌刺激自身增殖的生长因子促进自身分裂，培养中往往可以无血清生长。二、癌基因与抑癌基因（一）原癌基因和癌基因 1、原癌基因（proto-oncogene）的发现在劳氏肉瘤病毒中发现一个Src基因，可以导致被感染的鸡体内产生肿瘤。在鸡体细胞基因组内也发现一个与病毒Src同源性很高的基因片段，不具有致癌能力，称为细胞癌基因（cellular oncogene）或者原癌基因（proto-ongogene）。随着多种病毒癌基因（v-oncogene）的发现，在真核细胞中陆续发现100多种原癌基因。2、原癌基因proto-oncogene： A normal cellular gene that encodes a protein usually in involved in regulation of cell growth or differentiation and that can be mutated into a cancer-promoting oncogene, either by changing the protein-coding segment or by altering its expression. fromMolecular Cell Biology （5th Edition）2、癌基因（oncogene）A gene whose product is involved either in thansforming cells in culture or in inducing cancer in animals. Most oncogenes are mutant forms of normal genes (proto-oncogenes) that encode proteins involved in the control of cell growth or division. fromMolecular Cell Biology （5th Edition）3、原癌基因向癌基因的转化 原癌基因的激活点突变激活原癌基因的编码区发生突变，从而使产物的性质和活性发生变化；强启动子插入激活改变了结构基因表达方式和表达的量；染色体易位和重排使本不在一起的基因序列同原癌基因串连，可能合成新的蛋白质或者融合蛋白，改变了基因的自然活性；原癌基因扩增拷贝数大量增加，转录水平大大提高。（二）抑癌基因正常细胞增殖过程中的负调控因子，它编码的蛋白质抑制细胞生长和阻止细胞癌变。如果突变，细胞由于丧失增殖的负调控而过度增殖。癌基因是细胞分裂、肿瘤发生的“加速器”油门 抑癌基因是细胞生长和恶化的“制动器” 刹车p53基因是是迄今发现与人类肿瘤相关性最高的基因。该基因编码一种分子质量为53kDa的磷酸化蛋白质，命名为P53。p53基因基因组的卫士p53蛋白相对分子量53X103的多肽；缺失导致LiFraumeni综合征；p53基因的消除是许多肿瘤细胞转向完全恶化过程中一个重要步骤；p53基因的功能： 激活一些分裂相关基因如p21； 指导遗传损伤的细胞进入凋亡； p53基因和癌症放射化学治疗中的作用。三、肿瘤的发生是基因突变逐渐积累的结果（一）物理化学致癌物1、化学致癌物辐射对癌的诱发包括来自太阳的紫外线、外层空间的宇宙射线、自然发生的放射性元素的放射线、医疗军事和实验中的高能辐射（如X光）。（二）肿瘤发生遗传学1、体细胞突变学说 致癌因子引起体细胞基因突变，使正常体细胞转化为前癌细胞，然后在一些促癌因素作用下，发展成癌细胞。该学说认为肿瘤起源于一个突变细胞（单克隆性），是突变细胞的单克隆增殖细胞群。 原发型肿瘤细胞内相同的染色体畸变、遗传标记和同工酶支持该学说。 过于简单，只注重外界致癌因素，忽略了细胞内部的遗传因素，无法解释遗传性肿瘤。2、二次突变学说 认为肿瘤需要两次或者两次以上的突变才能发生。 遗传型的肿瘤，第一次突变发生在生殖细胞或者父母遗传而来，该个体的所有体细胞实质上都是潜在的前癌细胞，任何体细胞如果再发生第二次突变，就会转化为癌细胞。因而具有家族性、多发性、双侧性、早发性特点。 非遗传型肿瘤是由于第一次突变发生在成体的某个体细胞中，这个体细胞增殖的细胞克隆为前癌细胞，如果在这个细胞或者克隆再发生第二次突变，则可能形成肿瘤。因此具有发病迟、散发、单发、单侧性特点。 具有较广的临床证实，但是仍然忽视了遗传因素的作用。3、癌基因学说多步致癌假说（多次打击学说） 细胞癌变往往需要多个癌基因的协同作用，要经过多阶段的演变，不同阶段涉及不同癌基因的激活。换句话说，不同癌基因的激活在时间和空间上进行一定的配合，共同表达才能形成癌细胞表型。四、肿瘤干细胞14章完