第12章-细胞周期课件

第十二章第十二章 细胞增殖及其调控细胞增殖及其调控本章重点本章重点n有丝分裂（染色体和各细胞器行为有丝分裂（染色体和各细胞器行为;细胞骨细胞骨架的作用）架的作用）n减数分裂减数分裂 n细胞增殖是生命的基本特征，种族的繁衍、个体细胞增殖是生命的基本特征，种族的繁衍、个体的发育、机体的修复等都离不开细胞增殖。一个的发育、机体的修复等都离不开细胞增殖。一个受精卵发育为初生婴儿，细胞数目增至受精卵发育为初生婴儿，细胞数目增至1012个，个，长至成年有长至成年有1014个，而成人体内每秒钟仍有数百个，而成人体内每秒钟仍有数百万新细胞产生，以补偿血细胞、小肠粘膜细胞和万新细胞产生，以补偿血细胞、小肠粘膜细胞和上皮细胞的衰老和死亡。细胞增殖是通过细胞周上皮细胞的衰老和死亡。细胞增殖是通过细胞周期（期（cellcycle）来实现的，而细胞周期的有序运）来实现的，而细胞周期的有序运行是通过相关基因的严格监视和调控来保证的。行是通过相关基因的严格监视和调控来保证的。第一节第一节基本概念基本概念n细胞周期指由细胞分裂结束到下一次细胞分裂结细胞周期指由细胞分裂结束到下一次细胞分裂结束所经历的过程，所需的时间叫细胞周期时间。束所经历的过程，所需的时间叫细胞周期时间。可分为四个阶段。可分为四个阶段。nG G1 1期期(gap1)(gap1)，指从有丝分裂完成到期，指从有丝分裂完成到期DNADNA复制之复制之前的间隙时间；前的间隙时间；nS S期期(synthesis phase)(synthesis phase)，指，指DNADNA复制的时期，合复制的时期，合成的成的DNADNA；nG G2 2期期(gap2)(gap2)，指，指DNADNA复制完成到有丝分裂开始之复制完成到有丝分裂开始之前的一段时间；前的一段时间；nM M期又称期又称D D期期(mitosis or division)(mitosis or division)，细胞分裂，细胞分裂开始到结束开始到结束。Atypicalmammaliancellhasacellcycletimeof24hours,with12hrG1,6-8hrS,3-4hrG2,and1hrMn从增殖的角度来看，可将高等动物的细胞分从增殖的角度来看，可将高等动物的细胞分为三类：为三类：n连续分裂细胞连续分裂细胞，在细胞周期中连续运转因，在细胞周期中连续运转因而又称为而又称为周期中细胞周期中细胞，如表皮生发层细胞、，如表皮生发层细胞、部分骨髓细胞。部分骨髓细胞。n休眠细胞暂不分裂休眠细胞暂不分裂，但在适当的刺激下可，但在适当的刺激下可重新进入细胞周期，称重新进入细胞周期，称G G0 0期细胞期细胞，如淋巴细，如淋巴细胞、肝、肾细胞等。胞、肝、肾细胞等。n不分裂细胞不分裂细胞，指不可逆地脱离细胞周期，指不可逆地脱离细胞周期，不再分裂的细胞，又称不再分裂的细胞，又称终末分化细胞终末分化细胞，如神，如神经、肌肉、多形核细胞等等。经、肌肉、多形核细胞等等。nG G0 0期细胞和终末分化细胞的界限有时难以划分，有期细胞和终末分化细胞的界限有时难以划分，有的细胞过去人为属于终末分化细胞，目前可能被认的细胞过去人为属于终末分化细胞，目前可能被认为是为是G G0 0期细胞。期细胞。G1期n开始合成细胞生长所需要的各种蛋白质、开始合成细胞生长所需要的各种蛋白质、糖类、脂质等，但不合成糖类、脂质等，但不合成DNADNA。n限制点（限制点（R R）S 期nDNADNA合成期合成期n与细胞核结构如核骨架、核纤层、核被膜与细胞核结构如核骨架、核纤层、核被膜等密切相关。等密切相关。G2nG2检验点要检查DNA是否完成复制，DNA损伤是否得以修复，细胞是否已生长到合适大小，环境因素是否利于细胞分裂等。M分裂期：有丝分裂和减数分裂。三三 细胞周期长短测定细胞周期长短测定(略）略）四四 细胞周期同步化（略）细胞周期同步化（略）n五五 特殊的细胞周期特殊的细胞周期n1 1）早期胚胎的细胞周期早期胚胎的细胞周期nG G1 1期和期和G G2 2期非常短，但基本细胞周期的调控期非常短，但基本细胞周期的调控因子和调节机制与一般体细胞基本一致。因子和调节机制与一般体细胞基本一致。2 2）酵母细胞的细胞周期）酵母细胞的细胞周期n细胞周期短细胞周期短n分裂过程为封闭式，细胞分裂时核膜不解分裂过程为封闭式，细胞分裂时核膜不解体，纺锤体在核中。体，纺锤体在核中。3 3）植物细胞周期）植物细胞周期n不含中心体不含中心体n形成细胞板的形式进行细胞分裂形成细胞板的形式进行细胞分裂4 4）细菌的细胞周期）细菌的细胞周期n快分裂、慢复制快分裂、慢复制第二节第二节细胞分裂细胞分裂一、细胞分裂的类型一、细胞分裂的类型n无无丝丝分分裂裂(amitosis)：又又称称直直接接分分裂裂，由由Remark（1841）发现于鸡胚血细胞，不涉及纺锤体形成及染色体变化发现于鸡胚血细胞，不涉及纺锤体形成及染色体变化。n有有丝丝分分裂裂(mitosis)：又又称称为为间间接接分分裂裂，由由Fleming(1882)年首次发现于动物，年首次发现于动物，Strasburger(1880)发现于植物。发现于植物。n减减数数分分裂裂(meiosis）：染染色色体体复复制制一一次次，细细胞胞连连续续分分裂裂两两次。次。二、有丝分裂二、有丝分裂n为了便于描述人为的划分为六个时期：为了便于描述人为的划分为六个时期：间期（间期（interphaseinterphase）；）；前期前期(prophase)(prophase)；前中期前中期(premetaphase)(premetaphase)；中期中期(metaphase)(metaphase)；后期后期(anaphase)(anaphase)；末期末期(telophase)(telophase)。n其中间期包括其中间期包括G G1 1期、期、S S期和期和G G2 2期，主要进行期，主要进行DNADNA复制、中心复制、中心体复制、细胞体积增大等准备工作。体复制、细胞体积增大等准备工作。（一）前期（一）前期染色质凝缩，染色质凝缩，分裂极确立与纺锤体开始分裂极确立与纺锤体开始形成，形成，核仁解体，核仁解体，核膜消失。核膜消失。n早在早在S S期两个中心粒已完成复制，在前期移向两极，两对期两个中心粒已完成复制，在前期移向两极，两对中心粒之间形成纺锤体微管，当核膜解体时，两对中心粒中心粒之间形成纺锤体微管，当核膜解体时，两对中心粒已到达两极，并在两者之间形成纺锤体，纺锤体微管包括已到达两极，并在两者之间形成纺锤体，纺锤体微管包括 ：n着丝点微管着丝点微管（kinetochore mtkinetochore mt）：由中心体发出，连接）：由中心体发出，连接在着丝点上，负责将染色体牵引到纺锤体上，着丝点上具在着丝点上，负责将染色体牵引到纺锤体上，着丝点上具有马达蛋白。有马达蛋白。n星体微管星体微管（astral mtastral mt）：由中心体向外放射出，末端）：由中心体向外放射出，末端结合有分子马达，负责两极的分离，同时确定纺锤体纵轴结合有分子马达，负责两极的分离，同时确定纺锤体纵轴的方向。的方向。n极体微管极体微管（polar mtpolar mt或或overlap mtoverlap mt）：由中心体发出，）：由中心体发出，在纺锤体中部重叠，重叠部位结合有分子马达，负责将两在纺锤体中部重叠，重叠部位结合有分子马达，负责将两极推开。极推开。n有两类马达蛋白参与染色体、分裂极的分离，一类是有两类马达蛋白参与染色体、分裂极的分离，一类是kinesin kinesin，另一类是，另一类是dynein dynein。n植物没有中心粒和星体，其纺锤体叫作无星纺锤体，分裂植物没有中心粒和星体，其纺锤体叫作无星纺锤体，分裂极的确定机理尚不明确。极的确定机理尚不明确。（二）前中期（二）前中期核膜解体到染色体排列到赤道面核膜解体到染色体排列到赤道面(equatorialplane)上。上。（三）中期（三）中期指从染色体排列到赤道面上，到姊妹染色单体开始分指从染色体排列到赤道面上，到姊妹染色单体开始分向两极的一段时间，纵向观动物染色体呈辐射状排列。向两极的一段时间，纵向观动物染色体呈辐射状排列。染色体两边的牵引力就像拔河一样达到平衡。染色体两边的牵引力就像拔河一样达到平衡。（四）后期（四）后期指姊妹染色单体分开并移向两极的时期，当子染色指姊妹染色单体分开并移向两极的时期，当子染色体到达两极后，标志这一时期结束。体到达两极后，标志这一时期结束。后期后期A后期后期B（五）末期（五）末期末期是从子染色体到达两极，至形成两个新细胞为末期是从子染色体到达两极，至形成两个新细胞为止的时期。末期涉及子核的形成和胞质分裂两个方止的时期。末期涉及子核的形成和胞质分裂两个方面。面。n1、子核的形成、子核的形成n末期子核的形成，大体经历了与前期相反末期子核的形成，大体经历了与前期相反的过程，即染色体解聚缩，核仁出现和核的过程，即染色体解聚缩，核仁出现和核膜重新形成。核仁由染色体上的核仁组织膜重新形成。核仁由染色体上的核仁组织中心形成（中心形成（NORs），几个），几个NORS共同组成共同组成一个大的核仁，因此核仁的数目通常比一个大的核仁，因此核仁的数目通常比NORs的数目要少。的数目要少。n前期核膜解体后，核纤层蛋白前期核膜解体后，核纤层蛋白B与核膜残余与核膜残余小泡结合，末期核纤层蛋白小泡结合，末期核纤层蛋白B去磷酸化，介去磷酸化，介导核膜的重新装配。导核膜的重新装配。n2、胞质分裂、胞质分裂n虽然核分裂与胞质分裂（虽然核分裂与胞质分裂（cytokinesis）是相继发）是相继发生的，但属于两个分离的过程。生的，但属于两个分离的过程。n动物细胞的胞质分裂是以形成收缩环的方式完成动物细胞的胞质分裂是以形成收缩环的方式完成的，收缩环在后期形成，由大量平行排列的肌动的，收缩环在后期形成，由大量平行排列的肌动蛋白和结合在上面的蛋白和结合在上面的myosinII等成分组成，胞质等成分组成，胞质收缩环工作原理和肌肉收缩时一样的。收缩环工作原理和肌肉收缩时一样的。n动物胞质分裂的另一特点是形成中间体。末期纺动物胞质分裂的另一特点是形成中间体。末期纺锤体开始瓦解消失，但在纺锤体的中部微管数量锤体开始瓦解消失，但在纺锤体的中部微管数量增加，其中掺杂有高电子密度物质和囊状物，这增加，其中掺杂有高电子密度物质和囊状物，这一结构称为中间体。一结构称为中间体。Dividing Muscle Myoblast(primative muscle cell)(SEM x8,000)n植植物物细细胞胞末末期期近近两两极极处处纺纺锤锤丝丝消消失失，中中间间微微管管保保留留，并并数量增加，形成成膜体。数量增加，形成成膜体。n来来自自高高尔尔基基体体囊囊泡泡沿沿微微管管转转运运到到成成膜膜体体中中间间。融融合合形形成成细细胞胞板板(cellplate)，囊囊泡泡的的内内含含物物形形成成初初生生壁壁和和中中胶胶层层，囊囊泡泡膜膜形形成成质质膜膜，融融合合留留下下的管道形成胞间连丝。的管道形成胞间连丝。三三 有丝分裂直接相关的亚细胞结构有丝分裂直接相关的亚细胞结构n1 1 中心体中心体 回忆中心体的结构和作用回忆中心体的结构和作用 中心体与四射的微管合称为星体中心体与四射的微管合称为星体 中心体在中心体在G1G1期开始复制，期开始复制，S S期完成复制但并期完成复制但并不分开，不分开，G2G2期一对中心体开始分离。期一对中心体开始分离。2 2 动粒与着丝粒动粒与着丝粒n动粒：动粒：又称为着丝点，是附着于着丝粒上的一种又称为着丝点，是附着于着丝粒上的一种细胞器。细胞器。nS S 期时动粒蛋白复制，前期时组装成动粒。期时动粒蛋白复制，前期时组装成动粒。n动粒分为内、中、外三层动粒分为内、中、外三层n动粒捕捉纺锤体微管，没有动粒的染色体不能与动粒捕捉纺锤体微管，没有动粒的染色体不能与纺锤体微管发生有机联系，也不能和其他染色体纺锤体微管发生有机联系，也不能和其他染色体一起向两极运动。一起向两极运动。3 3 纺锤体纺锤体n纺锤体的组成纺锤体的组成n有丝分裂中纺锤体各组成的作用有丝分裂中纺锤体各组成的作用四、有丝分裂中染色体运动的动力机制四、有丝分裂中染色体运动的动力机制n1 1 染色体列队染色体列队 牵拉假说和外推假说牵拉假说和外推假说n2 2 染色体分离染色体分离 后期后期A A 和后期和后期B B 两阶段假说。两阶段假说。第三节第三节 减数分裂减数分裂MeiosisMeiosisn由连续两次分裂构成：由连续两次分裂构成：通通常常减减数数分分裂裂I I分分离离的的是是同同源源染染色色体体，所所以以称称为为异异型型分分裂裂（heterotypic heterotypic divisiondivision）或或 减减 数数 分分 裂裂（reductional divisionreductional division）。）。减减数数分分裂裂IIII分分离离的的是是姊姊妹妹染染色色体体，类类似似于于有有丝丝分分裂裂，所所以以称称为为同同型型分分裂裂（homotypic homotypic divisiondivision）或或均均等等分分裂（裂（equational divisionequational division）。）。n为了描述方便将减数分裂分为几个期和亚期。为了描述方便将减数分裂分为几个期和亚期。n称减数分裂前间期称减数分裂前间期(premeiosis)。n间期也可分为间期也可分为G1期、期、S期和期和G2期。期。nG2期是有丝分裂向减数分裂转化的关键时期。期是有丝分裂向减数分裂转化的关键时期。n减减数数分分裂裂的的S期期时时间间较较长长，部部分分DNA（约约0.3%左左右）是在偶线期合成的。右）是在偶线期合成的。一、间期一、间期二、分裂期二、分裂期n（一）减数分裂（一）减数分裂In1、前期、前期In减数分裂的特殊过程主要发生在前期减数分裂的特殊过程主要发生在前期I，通常分为，通常分为5个时期：个时期：细线期（细线期（leptotene），），偶线期（偶线期（zygotene），），粗线期（粗线期（pachytene），），双线期（双线期（diplotene），），终终变期（变期（diakinesis）。）。n1）细线期：染色体呈细线状，具有念珠状的染色粒。）细线期：染色体呈细线状，具有念珠状的染色粒。n2）偶线期：是同源染色体配对的时期。）偶线期：是同源染色体配对的时期。概概念念：联联会会复复合合体体(synaptonemal complex，SC）二二价价体体（bivalent）四分体（）四分体（tetrad）。）。这一时期合成约这一时期合成约0.3%左右的左右的DNA，称为，称为Z-DNA。n3）粗粗线线期期：同同源源染染色色体体的的非非姊姊妹妹染染色色单单体体间间发发生生交交换换的的时时期期。重重组组结结。合合成成P-DNA。合合成成专专有有组组蛋蛋白白。rDNA扩扩增。增。n4）双双线线期期：联联会会的的同同源源染染色色体体相相互互排排斥斥、开开始始分分离离，交交叉开始端化。联会复合体消失。形成灯刷染色体。叉开始端化。联会复合体消失。形成灯刷染色体。nSC由两条同源染色体沿纵轴形成，外观呈梯子状。由两条同源染色体沿纵轴形成，外观呈梯子状。nSC帮帮助助交交换换的的完完成成，SC上上有有重重组组节节(recombinationnodules)，是交换发生的部位。，是交换发生的部位。nSC主要由碱性蛋白质和主要由碱性蛋白质和RNA组成，并含有少量组成，并含有少量DNA。nSC形成偶线期，成熟于粗线期，消失于双线期。形成偶线期，成熟于粗线期，消失于双线期。n在在细细线线期期或或偶偶线线线线期期加加入入DNA合合成成抑抑制制剂剂，则则抑抑制制SC的的形成。形成。联会复合体联会复合体synaptonemal complexChromosome recombination 1Chromosome recombination 2Minimum number of gamete types=2n,In humans,n=23补补充充：植植物物细细胞胞双双线线期期一一般般较较短短，许许多多动动物物卵卵细细胞胞中中双双线线期期停停留留的的时时间间非非常常长长。人人的的卵卵母母细细胞胞在在五五个个月月胎胎儿儿中中已已达达双双线线期期，而而一一直直到到排排卵卵都都停停在在双双线线期期，排排卵卵年年龄龄大大约约在在12-50岁岁之之间间。鱼鱼类类、两两栖栖类类、爬爬行行类类、鸟鸟类类以以及及无无脊脊椎椎动动物物的的昆昆虫虫中中，双双线线期期的的二二阶阶体体解解螺螺旋旋而而形形成成灯灯刷染色体，这一时期是卵黄积累的时期。刷染色体，这一时期是卵黄积累的时期。n5）终终变变期期：二二阶阶体体显显著著变变短短。由由于于交交叉叉端端化化过过程程的的进进一一步步发发展展，故故交交叉叉数数目目减减少少，通通常常只只有有一一至至二二个个交交叉叉。核核仁仁此此时开始消失，核被膜解体。时开始消失，核被膜解体。n2、中期、中期In3、后期、后期I二价体的两条同源染色体分开，分别向两极移动。二价体的两条同源染色体分开，分别向两极移动。同同源源染染色色体体随随机机分分向向两两极极，染染色色体体重重组组，人人类类染染色色体体重重组概率有组概率有223个。个。n4、末期、末期In5、减数分裂间期。、减数分裂间期。（二）减数分裂（二）减数分裂IIn可分为前、中、后、末四个四期，与有丝可分为前、中、后、末四个四期，与有丝分裂相似。分裂相似。n一个精母细胞形成一个精母细胞形成4个精子；一个卵母细胞个精子；一个卵母细胞形成一个卵子及形成一个卵子及2-3个极体。个极体。20012001年年1010月月8 8日美国人日美国人LelandLelandHartwellHartwell、英国人、英国人Paul NursePaul Nurse、TimothyTimothyHuntHunt因对因对细胞周期调控机理细胞周期调控机理的研究而荣获诺贝尔生理医学奖的研究而荣获诺贝尔生理医学奖第四节第四节 细胞周期调控（自学）细胞周期调控（自学）细胞周期调控的研究历史细胞周期调控的研究历史（1）MPF的的发现发现nMPF,即成熟促进因子即成熟促进因子(maturation-promotingfactor),或细胞促分裂因子或细胞促分裂因子(mitosis-promotingfactor),或或M期促进因子期促进因子(Mphase-promotingfactor).nRao和和Johnson(1970、1972、1974)将将Hela细细胞同步于不同阶段，然后与胞同步于不同阶段，然后与M期细胞在灭活仙期细胞在灭活仙台病毒介导下诱导细胞融合，发现与台病毒介导下诱导细胞融合，发现与M期细胞期细胞融合的间期细胞产生了形态各异的染色体凝集融合的间期细胞产生了形态各异的染色体凝集,称之为称之为染色体超前凝集染色体超前凝集(prematurelycondensedchromosome，PCC)。G1G1期期期期PCCPCC为单线状，为单线状，为单线状，为单线状，因因因因DNADNA未复制未复制未复制未复制S S期期期期PCCPCC为粉末状，为粉末状，为粉末状，为粉末状，因因因因DNADNA由多个部位开由多个部位开由多个部位开由多个部位开始复制始复制始复制始复制G2G2期期期期PCCPCC为双线染色为双线染色为双线染色为双线染色体，说明体，说明体，说明体，说明DNADNA复制已复制已复制已复制已完成完成完成完成人人M期细胞与袋鼠（期细胞与袋鼠（Ptk）G1、S、G2期细胞融合诱导期细胞融合诱导PCC：这意味着这意味着这意味着这意味着MM期细胞具有某种促进间期细胞进行分裂的因子。期细胞具有某种促进间期细胞进行分裂的因子。期细胞具有某种促进间期细胞进行分裂的因子。期细胞具有某种促进间期细胞进行分裂的因子。不仅同类不仅同类M期细胞可以诱导期细胞可以诱导PCC，不同类，不同类的的M期细胞也可以诱导期细胞也可以诱导PCC产生产生:n而后，而后，1971年年Masui和和Markert用非洲爪蟾做实验，用非洲爪蟾做实验，明确提出了明确提出了MPF这一概念。非洲爪蟾卵细胞发育过这一概念。非洲爪蟾卵细胞发育过程分为六个阶段程分为六个阶段、和和期。前四期。前四个时期为卵母细胞生成和生长阶段个时期为卵母细胞生成和生长阶段。其中。其中第第期期时细胞核较大，称为生发泡时细胞核较大，称为生发泡(germinalvesicle,GV),此时细胞就停留在该时期，等待成熟。此时细胞就停留在该时期，等待成熟。因此，在成熟卵细胞的细胞质中必然有一种物质，因此，在成熟卵细胞的细胞质中必然有一种物质，可以诱导卵母细胞成熟，称之为成熟促进因子可以诱导卵母细胞成熟，称之为成熟促进因子（MPF）。）。进一步实验表明：进一步实验表明：在成熟卵母细胞中，在成熟卵母细胞中，MPF已经存已经存在，只是处于非活性状态，称为前体在，只是处于非活性状态，称为前体MPF(preMPF)。非活性态的前体。非活性态的前体MPF通过翻译后通过翻译后修饰，可以转化为活性态的修饰，可以转化为活性态的MPF。分离纯化出MPF：n直到直到19881988年，年，MallerMaller实验室的实验室的LohkaLohka等人才以等人才以非洲爪蟾为材料，分离得到了微克级的纯化非洲爪蟾为材料，分离得到了微克级的纯化的的MPFMPF。证明其含有。证明其含有p32p32和和p45p45两种蛋白。二者两种蛋白。二者结合后表现出蛋白激酶活性，可以使多种蛋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。证明，白质底物磷酸化。证明，MPFMPF是一种蛋白激酶。是一种蛋白激酶。n由此MPF的生化成分得到确定：MPF=p34cdc2 +cyclinB （催化亚单位）（调节亚单位）细胞周期调控机制细胞周期调控机制1细胞周期检验点细胞周期检验点n细胞要分裂，必须正确复制细胞要分裂，必须正确复制DNADNA和达到一定和达到一定的体积，在获得足够物质支持分裂以前，的体积，在获得足够物质支持分裂以前，细胞不可能进行分裂。细胞周期的运行，细胞不可能进行分裂。细胞周期的运行，是在一系列称为是在一系列称为检验点检验点（check pointcheck point）的）的严格检控下进行的，当严格检控下进行的，当DNADNA发生损伤，复制发生损伤，复制不完全或纺锤体形成不正常，周期将被阻不完全或纺锤体形成不正常，周期将被阻断。断。n细胞周期检验点由感受异常事件的感受器、信号细胞周期检验点由感受异常事件的感受器、信号传导通路和效应器构成，主要检验点包括：传导通路和效应器构成，主要检验点包括：nG1/SG1/S检验点检验点:在酵母中称在酵母中称startstart点，在哺乳动物中点，在哺乳动物中称称R R点点(restriction point)(restriction point)，控制细胞由静止状，控制细胞由静止状态的态的G1G1进入进入DNADNA合成期，相关的事件包括：合成期，相关的事件包括：DNADNA是是否损伤？细胞外环境是否适宜？细胞体积是否足否损伤？细胞外环境是否适宜？细胞体积是否足够大？够大？nS S期检验点期检验点：DNADNA复制是否完成？复制是否完成？nG2/MG2/M检验点检验点：是决定细胞一分为二的控制点，相：是决定细胞一分为二的控制点，相关的事件包括：关的事件包括：DNADNA是否损伤？细胞体积是否足是否损伤？细胞体积是否足够大？够大？n中中-后期检验点后期检验点（纺锤体组装检验点）：任何一（纺锤体组装检验点）：任何一个着丝点没有正确连接到纺锤体上个着丝点没有正确连接到纺锤体上，都会抑制都会抑制APCAPC的活性，引起细胞周期中断。的活性，引起细胞周期中断。n2 2 细胞周期调控的主要因子细胞周期调控的主要因子 CDK 周期蛋白周期蛋白 CDKI（1 1）CDK CDK nCDC2CDC2与细胞周期蛋白结合才具有激酶的活性，称为与细胞周期蛋白结合才具有激酶的活性，称为细胞周期蛋白依赖性激酶细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclin-dependent(cyclin-dependent kinasekinase，CDK)CDK)，因此，因此CDC2CDC2又被称为又被称为CDK1CDK1，激活的，激活的CDK1CDK1可将靶蛋白磷酸化而产生相应的生理效应，如可将靶蛋白磷酸化而产生相应的生理效应，如将核纤层蛋白磷酸化导致核纤层解体、核膜消失，将核纤层蛋白磷酸化导致核纤层解体、核膜消失，将将H1H1磷酸化导致染色体的凝缩等等。这些效应的最磷酸化导致染色体的凝缩等等。这些效应的最终结果是细胞周期的不断运行。因此，终结果是细胞周期的不断运行。因此，CDKCDK激酶和激酶和其调节因子又被称作细胞周期引擎。其调节因子又被称作细胞周期引擎。n目前发现的目前发现的CDKCDK在动物中有在动物中有7 7种。各种种。各种CDKCDK分子均含分子均含有一段相似的激酶结构域，这一区域有一段保守序有一段相似的激酶结构域，这一区域有一段保守序列，即列，即PSTAIREPSTAIRE，与，与周期蛋白的结合有关周期蛋白的结合有关。（2 2）CDKICDKI 细胞中还具有细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子细胞中还具有细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子（CDKCDKinhibitorinhibitor，CDKICDKI）对细胞周期起）对细胞周期起负调控负调控作作用，目前发现的用，目前发现的CDKICDKI分为两大家族：分为两大家族：nInk4(Inhibitor of cdk 4)Ink4(Inhibitor of cdk 4)，如，如P16ink4aP16ink4a、P15ink4bP15ink4b、P18ink4cP18ink4c、P19ink4dP19ink4d，特异性抑制，特异性抑制cdk4cdk4cyclin D1cyclin D1、cdk6cdk6cyclin D1cyclin D1复合物。复合物。nKip(Kinase inhibition protein)Kip(Kinase inhibition protein)：包括：包括P21cip1 P21cip1(cyclin inhibition protein 1)(cyclin inhibition protein 1)、P27kip1(kinase P27kip1(kinase inhibition protein 1)inhibition protein 1)、P57kip2P57kip2等，能抑制大多等，能抑制大多数数CDKCDK的激酶活性，的激酶活性，P21cip1P21cip1还能与还能与DNADNA聚合酶聚合酶的辅的辅助因子助因子PCNAPCNA（proliferating cell nuclear proliferating cell nuclear antigenantigen）结合，直接抑制）结合，直接抑制DNADNA的合成。的合成。（3 3）CyclinCyclinn周期蛋白不仅仅起周期蛋白不仅仅起激活激活CDKCDK的作用，的作用，还决定了还决定了CDKCDK何何时、何处、将何种底物磷酸化时、何处、将何种底物磷酸化，从而推动细胞周期，从而推动细胞周期的前进。目前从芽殖酵母、裂殖酵母和各类动物中的前进。目前从芽殖酵母、裂殖酵母和各类动物中分离出的周期蛋白有分离出的周期蛋白有3030余种，在脊椎动物中为余种，在脊椎动物中为A1-2A1-2、B1-3 B1-3、C C、D1-3D1-3、E1-2E1-2、F F、G G、H H等。分为等。分为G1G1型、型、G1/SG1/S型型S S型和型和M M型型4 4类（见表类（见表13-113-1）。各类周期蛋白）。各类周期蛋白均含有一段约均含有一段约100100个氨基酸的保守序列，称为个氨基酸的保守序列，称为周期周期蛋白框蛋白框，介导周期蛋白与，介导周期蛋白与CDKCDK结合。结合。部分周期蛋白分子部分周期蛋白分子结构特征构特征 图中除Cln3外，均为人的周期蛋白分子，所有这些分子均含有一个周期蛋白框。部部分分哺哺乳乳动动物物和和酵酵母母细细胞胞周周期期蛋蛋白白在在细细胞胞周周期期中中的的积积累累及及其其与与CDK激激酶酶活活性性的的关关系系。不同周期蛋白的表不同周期蛋白的表达时期不同，与不达时期不同，与不同的同的CDK结合，结合，调节不同调节不同CDK激激酶的活性。酶的活性。细胞周期蛋白的细胞周期蛋白的破坏框破坏框与降解途径与降解途径G1周期蛋白也通过类似的途径降解，但其周期蛋白也通过类似的途径降解，但其N端没有破坏框，端没有破坏框，C端有一段端有一段PEST序列与其降解有关。序列与其降解有关。n细胞在生长因子的刺激下，细胞在生长因子的刺激下，G1期期cyclinD表表达，并与达，并与CDK4、CDK6结合，使下游的蛋白结合，使下游的蛋白质如质如Rb磷酸化，磷酸化的磷酸化，磷酸化的Rb释放出转录因释放出转录因子子E2F，促进许多基因的转录，如编码，促进许多基因的转录，如编码cyclinE、A和和CDK1的基因。的基因。n在在G G1 1-S-S期，期，cyclinEcyclinE与与CDK2CDK2结合，促进细胞结合，促进细胞通过通过G1/SG1/S限制点而进入限制点而进入S S期。向细胞内注射期。向细胞内注射CyclinECyclinE的抗体能使细胞停滞于的抗体能使细胞停滞于G1G1期，说明细期，说明细胞进入胞进入S S期需要期需要CyclinECyclinE的参与。同样将的参与。同样将CyclinACyclinA的抗体注射到细胞内，发现能抑制细的抗体注射到细胞内，发现能抑制细胞的胞的DNADNA合成，推测合成，推测CyclinACyclinA是是DNADNA复制所必需复制所必需的。的。n在在G G2 2-M-M期，期，cyclinAcyclinA、cyclinBcyclinB与与CDK1CDK1结合，结合，CDK1CDK1使底物蛋白磷酸化、如将组蛋白使底物蛋白磷酸化、如将组蛋白H1H1磷酸磷酸化导致染色体凝缩，核纤层蛋白磷酸化使核化导致染色体凝缩，核纤层蛋白磷酸化使核膜解体等下游细胞周期事件。膜解体等下游细胞周期事件。3 M3 M期期CDKCDK的激活的激活nM M期期CDKCDK的激活起始于分裂期的激活起始于分裂期cyclincyclin的积累，的积累，在胚胎细胞周期中在胚胎细胞周期中cyclincyclin一直在合成一直在合成，其浓，其浓度决定于降解的速度；但在大多数细胞的有度决定于降解的速度；但在大多数细胞的有丝分裂周期中，丝分裂周期中，cyclincyclin的积累是因为在的积累是因为在G G2 2-M-M期期M-cyclinM-cyclin基因转录的增强。基因转录的增强。n随着随着M-cyclinM-cyclin的积累，结合周期蛋白的的积累，结合周期蛋白的M-M-CDKCDK（CDK1CDK1）增加，但是没有活性，这是因为）增加，但是没有活性，这是因为Wee1Wee1激酶将激酶将CDK1CDK1的的Thr14Thr14和和Tyr15Tyr15磷酸化的缘磷酸化的缘故，这种机制保证了故，这种机制保证了CDK-cyclinCDK-cyclin能够不断积能够不断积累，累，然后在需要的时候突然释放。然后在需要的时候突然释放。n在在M M期，期，一方面一方面Wee1Wee1的活性下降的活性下降，另一方面，另一方面CDC25CDC25使使CDKCDK去磷酸化去磷酸化，去除了，去除了CDKCDK活化的障碍。活化的障碍。CDC25CDC25可被两种激酶激活，一是可被两种激酶激活，一是polopolo激酶，另激酶，另一个是一个是M-CDKM-CDK本身。激活的本身。激活的M-CDKM-CDK还可以抑制还可以抑制它的抑制因子它的抑制因子Wee1Wee1的活性，形成一个反馈环。的活性，形成一个反馈环。因此不难想象只要有少量的因此不难想象只要有少量的CDKCDK被被CDC25CDC25或或polopolo激活，立即就会有大量的激活，立即就会有大量的CDKCDK被活化。被活化。nCDKCDK的激活还需要的激活还需要Thr161Thr161的磷酸化的磷酸化，它是在，它是在CDKCDK激酶激酶(CDK activating kinase CAK)(CDK activating kinase CAK)的作的作用下完成的。用下完成的。n由此MPF的生化成分得到确定：MPF=p34cdc2 +cyclinB （催化亚单位）（调节亚单位）4 DNA4 DNA复制当且仅当一次复制当且仅当一次nDNADNA的复制是由起始复制点（的复制是由起始复制点（origins of origins of replicationreplication）开始的，起始复制点也就是上一）开始的，起始复制点也就是上一章提到的自主复制序列，散布在染色体上。在整章提到的自主复制序列，散布在染色体上。在整过细胞周期中，起始复制点上结合有过细胞周期中，起始复制点上结合有起始识别复起始识别复合体合体（Origin recognition complex,ORCOrigin recognition complex,ORC），），其作用就象一个停泊点，供其它调节因子停靠。其作用就象一个停泊点，供其它调节因子停靠。nCDC6CDC6是其中的一个调节因子，是其中的一个调节因子，在在G G1 1期期CDC6CDC6含量瞬含量瞬间提高，间提高，CDC6CDC6结合在结合在ORCORC上上，在，在ATPATP供能下，促进供能下，促进6 6个亚单位构成的个亚单位构成的MCMMCM复合体和其他一些蛋白结合复合体和其他一些蛋白结合到到ORCORC上，形成前复制复合体（上，形成前复制复合体（pre-replicative pre-replicative complexcomplex，pre-RCpre-RC），），MCMMCM实际上就是实际上就是DNADNA解旋酶解旋酶（helicasehelicase）。）。nS-CDKS-CDK触发触发pre-RCpre-RC的启动的启动，同时阻止了，同时阻止了DNADNA再次进再次进行复制，因为行复制，因为S-CDKS-CDK将将CDC6CDC6磷酸化，使其脱离磷酸化，使其脱离ORCORC，磷酸化的，磷酸化的CDC6CDC6随后被随后被SCFSCF参与的泛素化途径降解参与的泛素化途径降解；S-CDKS-CDK还可以将某些还可以将某些MCMMCM磷酸化，使其被输出细胞磷酸化，使其被输出细胞核。其它一些核。其它一些CDKCDK也参与阻止也参与阻止pre-RCpre-RC的再次形成，的再次形成，从而保证了从而保证了DNADNA的复制当且仅当一次的复制当且仅当一次。5 5 生长因子调控细胞周期生长因子调控细胞周期细胞周期和其他的一些细胞生理过程就像多米诺骨牌细胞周期和其他的一些细胞生理过程就像多米诺骨牌 细胞周期调控和其他调控细胞周期调控和其他调控