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,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十一章 细胞增殖及其调控,细胞增殖,(cell proliferation),是细胞生命活动的重要特征之一,是生物繁育的基础。,单细胞生物细胞增殖导致生物个体数量的增加。,多细胞生物由一个单细胞,(,受精卵,),分裂发育而来，细胞增殖是多细胞生物繁殖基础。,成体生物仍然需要细胞增殖，主要取代衰老死亡的细胞， 维持个体细胞数量的相对平衡和机体的正常功能。,机体创伤愈合、组织再生、病理组织修复等，都要依赖细胞增殖。,第一节 细胞周期概述,第二节 细胞分裂,第三节 细胞周期的调控,第一节 细胞周期概述,一、,细胞周期,1,、概念,细胞周期,是指连续分裂的细胞从一次有丝分裂结束后开始生长到下次有丝分裂终止所经历的全过程。在这一过程中,细胞的遗传物质进行复制并均等地分配给两个子细胞。,2,、,细胞周期时相组成,间期,(,interphase,): G1 phase,，,S phase,，,G2 phase,G,1,期,(Gap 1 phase),即从,M,期结束到,S,期开始前的一段间歇期,;,S,期,即,DNA,合成期,(DNA synthetic phase);,G,2,期,(Gap 2 phase),即,DNA,合成后,(S,期,),到有丝分裂前的一个间歇期,;,M,期,即有丝分裂期,(mitosis phase),胞质分裂期,(,Cytokinesis,),细胞沿着,G1SG2MG1,周期性运转，在间期细胞体积增大,(,生长,),，在,M,期细胞 先是核分裂，接着胞质分裂，完成一个,细胞周期,。不一定每种细胞都有四个时期，如胚胎细胞没有,G,1,期。,3,、细胞周期时间,不同细胞的细胞,周期时间差异,很大,S+G2+M,的时间变化教小，细胞周期时间长短主要差别在,G1,期,有些分裂增殖的细胞缺乏,G1,、,G2,期,4,、,根据增殖状况，细胞分类三类,连续分裂细胞,(cycling cell),休眠细胞,(Go,细胞,),终末分化细胞,G0,期细胞和终末分化细胞的界限有时难以划,分，有的细胞过去认为属于终末分化细胞，目前可能被认为是,G0,期细胞。,二、,细胞周期中各个不同时相及其主要事件,、,G1,期,：与,DNA,合成启动相关，开始合成细胞生长所 需要的多种蛋白质、,RNA,、,碳水化合物、脂 等，同时染色质去凝集。,细胞周期检验点是细胞周期调控的一种机制,主要是确保周期每一时相事件的有序、全部完成并与外界环境因素相联系,.,G1,期检验点：酵母,Start,；,动物细胞,Restriction Point,、,S,期：,DNA,复制与组蛋白合成同步,，组成核小体串珠结构,Experimental demonstration of the coordinated,Synthesis of DNA and,histones,.,、,G2,期,：,DNA,复制完成，在,G2,期合成一定数量的蛋白质和,RNA,分子,、,M,期,:,M,期即细胞分裂期，真核细胞的细胞分裂主要包括两种方式，即有丝分裂,(mitosis),和减数分裂,meiosis),。,遗传物质和细胞内其他物质分配给子细胞。,三、,细胞周期长短测定,脉冲标记,DNA,复制和细胞分裂指数观察测定法,流式细胞仪测定法,(Flow,Cytometry,),缩时摄像技术，可以得到准确的细胞周期时间及分裂间期和分裂期的准确时间。,四、细胞周期同步化,自然同步化：如有一种粘菌的变形体,plasmodia,，,某些,受精卵早期卵裂,。,人工选择同步化,有丝分裂选择法：用于单层贴壁生长细胞。优点是细胞未经任何药物处理，细胞同步化效率高。缺点是分离的细胞数量少。,密度梯度离心法：根据不同时期的细胞在体积和重量上存在差别进行分离。优点是方法 简单省时，效率高，成本低。缺点是对大多数种类的细胞并不适用。,药物诱导法,DNA,合成阻断法 ,G1/S-TdR,双阻断法：最终将 细胞群阻断于,G1/S,交界处。优点是同步化效率高， 几乎适合于所有体外培养的细胞体系。缺点是诱 导过程可造成细胞非均衡生长。,分裂中期阻断法：通过抑制微管聚合来抑制细胞 分裂器的形成，将细胞阻断在细胞分裂中期。优点是操作简便，效率高。缺点是这些药物的毒性相对较大。,条件依赖性突变株在细胞周期同步化中的应用：,将与细胞周期调控有关的条件依赖性突变株转移到限定条件下培养，所有细胞便被同步化在细胞周期中某一特定时期,。,五、特异的细胞周期,特异的细胞周期是指那些特殊的细胞所具有的与标准的细胞周期相比有着鲜明特点的细胞周期。,1,、,早期胚胎细胞,的细胞周期,细胞分裂快,无,G1,期, G2,期非常短,S,期也短,(,所有复制子都激活,),以至认为仅含有,S,期和,M,期。,无需临时合成其它物质。,子细胞在,G1,、,G2,期并不生长，越分裂体积越小。,细胞周期调控因子和调节机制与一般体细胞标准的细胞周期基本是一致的。,2,、酵母细胞的细胞周期,酵母细胞的细胞周期与标准的细胞周期在时相和调控方面相似,酵母细胞周期明显特点,:,酵母细胞周期持续时间较短；,封闭式细胞分裂 ，即细胞分裂时核膜不解聚；,纺锤体位于细胞核内；,在一定环境下，也进行有性繁殖。,芽殖,酵母细胞的细胞周期,裂殖酵母细胞的细胞周期,3,、植物细胞的细胞周期,植物细胞的细胞周期与动物细胞的标准细胞周期非常相似，含有,G1,期、,S,期、,G2,期和,M,期四个时期。,植物细胞不含中心体，但在细胞分裂时可以正常组装纺锤体。,植物细胞以形成中板的形式进行胞质分裂。,4,、细菌的细胞周期,慢生长细菌细胞周期过程与真核细胞周期过程有一定相似之处。其,DNA,复制之前的准备时间与,G1,期类似。分裂之前的准备时间与,G2,期类似。再加上,S,期和,M,期，细菌的细胞周期也基本具备四个时期,细菌在快速生长情况下，如何协调快速分裂和最 基本的,DNA,复制速度之间的矛盾,第二节 细胞分裂,一、有丝分裂,(mitosis),前期、前中期、中期、后期、末期、胞质分裂,（一）有丝分裂过程,1,、,前期,(prophase),标志前期开始的第一个特征是染色质开始浓缩 形成,有丝分裂染色体,(mitotic chromosome,）,这种染色体由,两条染色单体,(,chromatid,),构成,在前期末，染色体主缢痕部位形成一种蛋白复合物称为,动粒,第二个特征细胞骨架解聚，,有,丝分裂纺锤体,开始装配。,间期动物细胞含一个,MTOC,，即,中心体,，在,S,期末，两个中心粒在各自垂直的方向复制出一个中心粒，形成两个中心体。当前期开始时，,2,个中心体移向细胞两极，并同时组织微管生长，由两极形成的微管通过微管结合蛋白在正极末端相连，最后形成,有丝分裂纺锤体。,Golgi,体、,ER,等细胞器解体，形成小的膜泡,2,、,前中期,(,prometaphase,),核膜破裂成小的膜泡，这一过程是由核纤层蛋白中特异的,Ser,残基磷酸化导致,核纤层解体,纺锤体微管与染色体的动粒结合，捕捉住染色体 每个已复制的染色体有两个动粒，朝相反方向，保 证与两极的微管结合；纺锤体微管捕捉住染色体后形成,三种类型的微管,不断运动的染色体开始移向赤道板。细胞周期也由前中期逐渐向中期运转。,3,、,中期,(metaphase),所有染色体排列到赤道板,(Metaphase Plate),上，标志着细胞分裂已进入中期,着丝粒微管动态平衡形成的张力,确保染色体正确排列在赤道板上,MT behavior during formation of the metaphase plate. Initially,MT from opposite poles are different in length,.,Experimental demonstration of the importance of,mecha,-,nical,tension in metaphase checkpoint control.,4,、,后期,(anaphase),排列在赤道面上的染色体的姐妹染色单体分离 产生,向极运动,后期,(anaphase),大致可以划分为连续的两个阶段，即后期,A,和后期,B,后期,A,，,动粒微管去装配变短，染色体产生两极运动,后期,B,，,极间微管长度增加，两极之间的距离逐渐拉长，介导染色体向极运动,5,、,末期,(,telophase,),染色单体到达两极，即进入了末期（,telophase,）,到达两极的染色单体开始去浓缩,核膜开始重新组装,Golgi,体和,ER,重新形成并生长,核仁也开始重新组装，,RNA,合成功能逐渐恢复,有丝分裂结束 。,6,、胞质分裂,(,Cytokinesis,),1,）,动物细胞胞质分裂,胞质分裂,(,cytokinesis,),开始于细胞分裂后期，在 赤道板周围细胞表面下陷，形成环形缢缩，称为,分裂沟,(furrow),。,分裂沟的位置与纺锤体极性微管和 钙离子浓度升高的变化有关,胞质分裂开始时，大量肌动蛋白和肌球蛋白在中体处组装成微丝并相互组成微丝束，环绕细胞，称为,收缩环,（,contractile ring),。,收缩环收缩、收缩环处细胞膜融合并形成两个子细胞,2,）,植物细胞胞质分裂,与动物细胞胞质分裂不同的是，植物细胞胞质分裂是因为在细胞内形成新的细胞膜和细胞壁而将细胞分开。,（二）与有丝分裂直接相关的亚细胞结构,1,、中心体,有一对位于中央的中心粒和周围的无定型物质构成。,两个中心粒相互成直角。,每个中心粒为一个桶状结构，圆桶壁由,9,组三联微管构成,三联微管构成的主要成分为：,、微管蛋白。,2,、动粒与着丝粒,动粒是由着丝粒结合蛋白在有丝分裂期间特别装配起来的、附着于主缢痕外侧的圆盘状结构，内侧与着丝粒结合，外侧与动粒微管结合。每一个中期染色体含有两个动粒,位于着丝粒的两侧。,哺乳动物的动粒有三个不同的区域,:,即内层、中间层和外层,直径约为,200nm,。,中间层,(middle layer),染色浅,它将内层和外层隔开，中间层有一些纤维，它起着联系内外两层结构的桥梁作用,;,内层,(inner layer),是染色质的特化层,它附着在着丝粒的异染色质上,;,外层,(outer layer),含有与微管正端结合的蛋白质。,动粒蛋白：,CENP-A,、,CENP-C,：,:,位于动粒内层,CENP-B:,内层的着丝粒上,CENP- E,：,是一种驱动蛋白位于动粒外层表面的冠上，在前中期与微管结合以后逐渐转移到动粒上，到分裂后期，离开动粒转移到纺锤体的中间区。,CENP-F,是,一种骨架蛋白，在分离前期，转移到动粒上，到分离后期转移到纺锤体的中间区，到末期再度转移到中体上。,着丝粒,centromere,:,是在主溢痕处两条染色单体连接的中心部位，即主溢痕的内部结构。着丝粒的位置时鉴定染色体类型的一个重要标记。,3,、纺锤体,与染色体的分离直接相关，主要由微管和微管蛋白组成，两端为星体。动粒微管连接动粒和中心体，极性微管的一端游离，从两级发出的极性微管常在赤道处搭桥。,中心体装配涉及中心体周围微管的装配和中心体分离，中心体分离需要驱动蛋白相关蛋白,(,kinesin,related proteins,KRPs,),和细胞质动力蛋白,(,dynein,),的作用。前者负责微管向正极移动，后者负责微管向负极移动。负向运动的蛋白先负责搭桥，将被结合的微管牵拉在一起，正向运动蛋白将纺锤体拉长,。,1,）纺锤体微管类型,2,）,纺锤体微管运动机理,微管去聚合作用假说,该假说的特点是动粒微管不断解聚缩短,造成将染色体拉向两极。,该模型的可能机理是微管的正端插入动粒的外层,微管蛋白分子与动粒蛋白分子有亲和性,微管蛋白在此端去组装。在动粒中,ATP,分子水解可以提供能量,驱动微管上的马达分子向极部移动,拉动染色体向极移动。,纺锤体微管滑动假说,这种假说认为极,-,极分离是由极微管的两种不同类型的变化引起的。,首先,极微管在,+,端添加微管二聚体进行聚合延长，使两极的极微管产生重叠的带,(overlap zone),。,第二，极微管产生滑动，产生将两极分开的力。,微管间的横桥能够提供机械,-,化学的活动。横桥上有较高的,ATP,酶活性,推测是一种分子马达。,（三）有丝分裂过程中染色体运动的动力机制,1,、染色体列队,有数种蛋白与染色体的排队有关，包括,Mad,和,Rub,，,他们可使动粒敏感化，便于微管与动粒接触。动粒被微管捕捉后如何排列在赤道板上有两种解释，即,牵拉假说,和,外推假说,。,Mad,蛋白和,Bub,蛋白使动粒敏感化，使动粒与微管接触,2,、染色体分离,后期,A,：,微管在动粒端解聚，动粒微管变短，是由于动粒蛋白沿微管向极部运动的结果。,后期,B,：,极性微管蛋白聚合，微管拉长。,MT behavior during formation of the metaphase plate. Initially,MT from opposite poles are different in length.,Experimental demonstration of the importance of,mecha,-,nical,tension in metaphase checkpoint control.,染色体运动的分子机制,有丝分裂后动粒沿动粒微管向极部运动,细胞分裂后纺锤体拉长,马达蛋白和微管蛋白共同协作，使染色体分离,二、 减数分裂,减数分裂（,Meiosis,）,的特点是,DNA,复制一次，而细胞连续分裂两次，形成单倍体的精子和卵子，通过受精作用又恢复二倍体，减数分裂过程中同源染色体间发生交换，使配子的遗传多样化，增加了后代的适应性。 减数分裂由紧密连接的两次分裂构成。通常减数分裂,I,分离的是同源染色体，所以称为异型分裂或减数分裂。减数分裂,II,分离的是姊妹染色体，类似于有丝分裂，所以称为同型分裂或均等分裂。和有丝分裂一样为了描述方便将减数分裂分为几个期和亚期。,减数分裂可分为,3,种主要类型：,配子减数分裂（,gametic,meiosis,），,也叫终端减数分裂,(terminal meiosis),，,其特点是减数分裂和配子的发生紧密联系在一起，在雄性脊椎动物中，一个精母细胞经过减数分裂形成,4,个精细胞，后者在经过一系列的变态发育，形成成熟的精子。在雌性脊椎动物中，一个卵母细胞经过减数分裂形成,1,个卵细胞和,2-3,个极体。,孢子减数分裂（,sporic,meiosis,），,也叫中间减数分裂,(intermediate meiosis),，,见于植物和某些藻类。其特点是减数分裂和配子发生没有直接的关系，减数分裂的结果是形成单倍体的配子体（小孢子和大孢子）。小孢子再经过两次有丝分裂形成包含一个营养核和两个雄配子（精子）的成熟花粉（雄配子体），大孢子经过三次有丝分裂形成胚囊（雌配子体），内含一个卵核、两个极核、,3,个反足细胞和两个助细胞。,合子减数分裂（,zygotic meiosis,），,也叫初始减数分裂,(initial meiosis),仅见于真菌和某些原核生物，减数分裂发生于合子形成之后，形成单倍体的孢子，孢子通过有丝分裂产生新的单倍体后代。,一、前减数分裂间期,有丝分裂细胞在进入减数分裂之前要经过一个较长的间期，称前减数分裂间期,(,premeiotic,interphase,),或前减数分裂期,(,premeiosis,),。,S,期持续时间较长,（二）减数分裂过程,概念：减数分裂是细胞仅进行一次,DNA,复制，随后进行两次分裂，染色体数目减半的一种特殊的有丝分裂,1,、减数分裂期,I,（,1,）,前期,I,减数分裂的特殊过程主要发生在前期,I,，,通常人为划分为,5,个时期：细线期（,leptotene,）、,偶线期（,zygotene,）、,粗线期（,pachytene,）、,双线期（,diplotene,）、,终变期（,diakinesis,）。,这,5,个阶段本身是连续的，之间没有截然的界限。,1,）细线期,:,染色体呈细线状，具有念珠状的染色粒。持续时间最长，占减数分裂周期的,40%,。细线期虽然染色体已经复制，但光镜下分辨不出两条染色单体。由于染色体细线交织在一起，偏向核的一方，所以又称为凝线期,(,synizesis,),，,在有些物种中表现为染色体细线一端在核膜的一侧集中，另一端放射状伸出，形似花束，称为花束期。,2,）偶线期：,持续时间较长，占有丝分裂周期的,20%,。是同源染色体配对的时期，这种配对称为联会,(,synapsis,),。,这一时期同源染色体间形成联会复合体,(,synaptonemal,complex,，,SC),。,在光镜下可以看到两条结合在一起的染色体，称为二价体（,bivalent,）。,每一对同源染色体都经过复制，含四个染色单体，所以又称为四分体。,3),粗线期：,持续时间长达数天，此时染色体变短，结合紧密，在光镜下只在局部可以区分同源染色体，这一时期同源染色体的非姊妹染色单体之间发生交换的时期。在果蝇粗线期,SC,上具有与,SC,宽度相近的电子致密球状小体，称为重组节，与,DNA,的重组有关,。,4,）双线期：,联会的同源染色体相互排斥、开始分离，但在交叉点,(,chiasma,),上还保持着联系。双线期染色体进一步缩短，在电镜下已看不到联会复合体。交叉的数目和位置在每个二价体上并非是固定的，而随着时间推移，向端部移动，这种移动现象称为端化,(,terminalization,),，,端化过程一直进行到中期。,5,）终变期：,二价体显著变短，并向核周边移动，在核内均匀散开，由于交叉端化过程的进一步发展，交叉数目减少，通常只有一至二个交叉。终变期二价体的形状表现出多样性,如,V,形、,O,形等。核仁此时开始消失，核被膜解体。,（,2,）,中期,I,核被膜的破裂是前期,向中期,转化的标志。纺锤体侵入核区,分散于核中的四分体开始向四分体的中部移动。,与有丝分裂不同的是,四分体上有四个着丝点,一侧纺锤体只和同侧的两个着丝点相连。最后染色体排列在赤道板上。,（,3,）,后期,I,同源染色体分开,发生数量的减半,而且,染色体移向两极是随机的。,由于每条染色体仍含有两条染色单体,因而每个极仍含有两套染色体。,不同的同源染色体对向两极的移动是随机的、独立的、父方、母方来源的染色体要发生随机组合,有利于减数分裂产物的基因组变异。,（,4,）,末期,I,及间期,在自然界中,末期,和间期的类型有二,一种是没有明显可见的染色体去凝集,另一种是完全逆转到间期核的状态。,大多数种类,末期,和间期是在第一次及第二次减数分裂期之间的短暂停顿,在所知的生物中,未见有,DNA,的合成。,2,、第二次减数分裂,分为前期,II,、,中期,II,、,后期,II,、,末期,II,，,最后形成,4,个单倍体细胞,。,减数分裂,I,和减数分裂,II,（三）减数分裂过程的特殊结构及其变化,、性染色体的分离,一般：雌性,XX;,雄性,XY,或,XO(,无,Y,染色体,),，正常,XX,象常染色体一样配对，交换和分离，前期,XY,也可象常染色体一样配对，到第二次减数分裂，,XY,两条姐妹染色单体再进行分离,XO,第一次减数分裂,X,移向一极，则一个含有,X,，另一个不含性染色体的细胞。,、联会复合体和基因重组,在减数分裂过程中发生了两种方式的遗传重组,同源染色体的部分交换（基因重组）,染色体分离时的自由组合（染色体组重组）。,同源染色体间的交换重组,联会与联会复合体,联会复合体,(,synaptonemal,complex, SC),的形成,重组节,(recombination nodules),重组节是同源染色体配对联会复合体中的球形、椭圆型或棒状的结节,直径为,90nm,内含蛋白质,结构不清楚。,它是一种含有多种酶的重组机器,横跨,100nm,的,SC,宽度,将父母的单体,DNA,局部区域结合在一起,通过它发生活跃的重组过程。,染色体重组,-,交换与交叉,在同源染色体联会期间，同源染色体要 发生断裂和重接，在此过程中发生同源染色体间的交换，在显微镜下可见到交叉（,chiasma,）。,交叉,(crossover),是交换的结果。,染色体的交换与交叉,（四）,减数分裂与有丝分裂的比较,共同点,:,都是通过纺 锤体同染色体的相互作用进行细胞分裂。,不同点,有丝分裂是体细胞的分裂方式，减数分裂主要是产生配子的过程,;,有丝分裂是一次细胞周期, DNA,复制一次,分裂一次,染色体由,2n2n;,减数分裂是两次细胞周期,DNA,复制一次,细胞分裂两次,染色体由,2n1n;,有丝分裂中,每个染色体是独立活动,;,减数分裂,染色体要配对、联会、交换和交叉。,减数分裂与有丝分裂的比较,有丝分裂之前,经,DNA,合成,进入,G,2,期,才进行有丝分裂,;,减数分裂之前,DNA,合成时间很长,(99.7%,合成,0.3%,未合成,),一旦合成,即进入减数分裂期,G,2,期短或没有,;,有丝分裂时间短,1-2,小时,;,减数分裂时间长,20,多,小时,至几年。,（五）,减数分裂的生物学意义,保证了染色体数目在世代交替中的恒定,先减半成,1n,形成合子时,又成为,2n;,染色体间分离时的重组,提供了遗传的多样性,;,同源染色体配对时交换重组,提高了基因内、基因间重组的频率,加快了进化的速度,。,第二节 细胞周期的调控,在适当时候激活细胞周期各个时相的相关酶和蛋白,然后自身失活,(,正调控,),确保每一时相事件的全部完成,(,负调控,),对外界环境因子起反应,(,如多细胞生物对增殖信号的反应,),一、,MPF,的,发现及其作用,成熟促进因子,(maturation promoting factor,，,MPF,）,早期称为,M-,期促进因子,(M-phase promoting factor, MPF),，,是指,M,期细胞中存在的促进细胞分裂的因子。,Johnson,和,Rao(1970),将,Hela,细胞同步于不同阶段，然后与,M,期细胞混合，在灭活仙台病毒介导下，诱导细胞融合，发现与,M,期细胞融合的间期细胞产生了形态各异的早熟凝集染色体,(prematurely condensed chromosome,，,PCC),。,1970,年，,Colorado,大学的,Rao,和,Johnson,仙台病毒介导,G,1,期细胞与,M,期细胞融合,PCC,为单线状，因,DNA,未复制,S,期细胞与,M,期细胞融合,S,期,PCC,为粉末状，因,DNA,由多个部位开始复制；,G,2,期细胞与,M,期细胞融合,G,2,期,PCC,为双线染色体，说明,DNA,复制已完成。,处于第六期的爪蟾卵母细胞（,RD,前期,I,），具,GV,。,注射实验表明：孕酮诱导卵母细胞成熟；成熟卵细胞质中，含有卵母细胞成熟的因子，称做,MPF,。,二、,P34,cdc2,激酶的发现及其与,MPF,的关系,1960s L. Hartwell,以芽殖酵母为实验材料，利用阻断在不同细胞周期阶段的温度敏感突变株（在适宜的温度下和野生型一样），分离出了几十个与细胞分裂有关的基因,(cell division cycle gene,，,CDC),，,如芽殖酵母的,cdc28,基因，在,G2/M,转换点发挥重要的功能。,Hartwell,还通过研究酵母菌细胞对放射线的感受性，提出了,checkpoint,（,细胞周期检验点）的概念，意指当,DNA,受到损伤时，细胞周期会停下来。,以,P.Nurse,为代表的另一批酵母生物学家研究不同温度下培养的裂殖酵母细胞，也分离出数十种温度敏感的突变体。这些不同的突变体在限定温度下，会滞留在细胞周期的某个阶段。这些与细胞分裂和周期调控有关的基因被称为,cdc(cell,division cycle),基因，根据被发现的先后顺序被命名。,cdc2,是第一个被分离出来的,cdc,基因，表达,34kDa,的蛋白，称,p34,cdc2,。,进一步研究发现其具有激酶活性，可以使许多蛋白磷酸化，在裂殖酵母的周期调控中起重要作用。芽殖酵母中的一个关键,cdc,基因是,cdc28,，,是第二个被分离出来的,cdc,基因，编码,34kDa,的蛋白，具有激酶活性。,p34,cdc28,是,p34,cdc2,的同原物，,调控细胞周期，特别是,G2/M,期转变。但研究者很快发现，,p34,cdc28,或,p34,cdc2,单独并不具有激酶活性，需要同相关蛋白结合后才具有活性（如,p34,cdc2,和蛋白,p56,cdc13,结合）。,J.Maller,和,P.Nurse,实验室很快证明爪蟾卵中的,p32,与,p34,cdc2,是同原物。与此同时，,T.Hunt,实验室等以海胆卵为材料研究细胞周期调控，发现一类与细胞分裂有关的蛋白，称为周期蛋白,(,cyclin,),。,然后,J.Maller,和,T.Hunt,实验室合作，发现周期蛋白,B,，,证明与,p45,和,p56,cdc13,为同原物。,2001,年,10,月,8,日,L.Hartwell,、,P. Nurse,、,T.Hunt,因对细胞周期调控机理的研究而荣获诺贝尔生理医学奖。,三、周期蛋白,自发现周期蛋白后，在不长的时间里有数十种周期蛋白被克隆和分离。如酵母的,Cln1,Cln2,Clin3,Clb1-Clb6,，,在脊椎动物的,A,1-2,、,B,1-3,、,C,、,D,1-3,、,E,1-2,、,F,、,G,、,H,等。各类周期蛋白均含有一段约,100,个氨基酸的保守序列，称为,周期蛋白框,，介导周期蛋白与,CDK,结合，表现不同的,CDK,激酶活性。,M,期周期蛋白分子的近,N,端含有一段,9,个氨基酸组成的破坏框，参与泛素介导的周期蛋白,A,和,B,的降解。,G1,期周期蛋白分子的,C,端含有一段特殊的,PEST,序列，可能与,G1,期周期蛋白的更新有关。,周期蛋白分子结构特征,不同周期蛋白的表达时期不同，与不同的,CDK,结合，调节不同,CDK,激酶的活性。,部分哺乳动物和酵母细胞周期蛋白在细胞周期中的积累及其与,CDK,激酶活性的关系。,四、,CDK,激酶和,CDK,激酶抑制物,在酵母,cdc2,和,cdc28,基因被分离后，得到了一系列与,cdc2,相关的基因。他们有两个共同的特点，一是含有一段类似的氨基酸序列，二是都可以同周期蛋白结合。统称为周期蛋白依赖性蛋白激酶，,CDK,激酶。,已经命名的,CDK,激酶包括：,CDK1-8,。,各种,CDK,分子都含有一段类似的,CDK,激酶结构域，其中一段,PSTAIRE,的序列相当保守，与周期蛋白的结合有关。另外，一些位点的磷酸化与激酶的活性有关。,CDK,激酶效应：将核纤层蛋白磷酸化导致核纤层解体、核膜消失，将,H1,磷酸化导致染色体的凝缩等等。,与,cdc2,类似的,CDK,蛋白分子图解,细胞中还具有细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子（,CDKinhibitor,，,CDKI,）,对细胞周期起负调控作用，目前发现的,CDKI,分为两大家族：,Ink4:P16,ink4a,、,P15,ink4b,、,P18,ink4c,、,P19,ink4d,，,特异性抑制,cdk4cyclin D1,、,cdk6cyclin D1,复合物。,CIP/Kip,：,包括,P21,cip/waf1,、,P27,kip1,、,P57,kip2,等，能抑制大多数,CDK,的激酶活性，,P21,cip/waf1,还能与,DNA,聚合酶,的辅助因子,PCNA,结合，直接抑制,DNA,的合成。,周期蛋白激酶,五、细胞周期转运调控,周期蛋白激酶的活性,细胞周期调控示意图,裂殖酵母细胞周期的调控,人细胞周期的调控,（一）,G2/M,期转化与,CDK1,激酶的调控作用,CDK1,激酶（,p34,cdc2,激酶），由,p34,cdc2,蛋白（或,34,cdc28,蛋白）与周期蛋白,B,组成。,CDK1,激酶催化不同的底物（主要是磷酸化丝氨酸和苏氨酸），参与细胞的多种功能。,细胞中,CDK,激酶的活性受到多种因素的调控,CDK1,的激活需要,Thr14,和,Tyr15,的去磷酸化,Tyr161,的磷酸化,Wee1,可以促进,Thr14,和,Tyr15,的磷酸化,Cdc25,可以促进,Thr14,和,Tyr15,的去磷酸化,CDK1,的调节与活化,; CAK=CDK1-Activiting,Kinase,M-,Cdk,激酶的活性,（二）,M,期周期蛋白与分裂中期向后期转化,分裂期周期蛋白,N,端有一段序列与其降解有关，称降解盒,(destruction box),。当,MPF,活性达到最高时，通过泛素连接酶催化泛素与,cyclin,结合，,cyclin,随之被,26S,蛋白酶体水解。,G,1,周期蛋白也通过类似的途径降解，但其,N,端没有降解盒，,C,端有一段,PEST,序列,与其降解有关。,泛素,由,76,个氨基酸组成，高度保守，普遍存在于真核细胞，故名泛素。共价结合泛素的蛋白质能被蛋白酶体识别和降解，这是细胞内短寿命蛋白和一些异常蛋白降解的普遍途径，,泛素相当于蛋白质被摧毁的标签,。,26S,蛋白酶体是一个大型的蛋白酶，可将泛素化的蛋白质分解成短肽。,在蛋白质的泛素化过程中，,E1,（,ubiquitin,-activating enzyme,，,泛素激活酶）水解,ATP,获取能量，通过其活性位置的半胱氨酸残基与泛素的羧基末端形成高能硫酯键而激活泛素，然后,E1,将泛素交给,E2,（,ubiquitin,-conjugating enzyme,，,泛素结合酶），最后在,E3,（,ubiquitin-ligase,，,泛素连接酶）的作用下将泛素转移到靶蛋白上。参与细胞周期调控的泛素连接酶至少有两类，其中,SCF,（,skp1-cullin-F-box protein,，,三个蛋白构成的复合体）负责将泛素连接到,G1/S,期周期蛋白和某些,CKI,上，,APC(anaphase promoting complex),负责将泛素连接到,M,期周期蛋白上。,蛋白质泛素化途径的裂解过程,细胞周期蛋白的降解盒与降解途径,泛素介导的周期蛋白降解,细胞周期中,Cyclin,B,的合成与降解,（三）,G1/S,期转化与,G1,期周期蛋白依赖性,CDK,激酶,G1/S,期转化主要受,G1,期周期蛋白依赖性,CDK,激酶控制。周期蛋白包括：,D(D1, D2, D3,表达有组织、细胞特异性,),、,E,、及,A,，,激酶包括,CDK2 CDK4, CDK6,等。 其中,D,与,CDK4,CDK6,结合；,E,，,A,与,CDK2,结合。,动物细胞控制,S,期起始的机制,CyclinD,与,CDK,结合使,Rb,释放转录因子,E2F,Rb,是,G1,期向,S,期转化的负调控因子,DNA,复制还受到其它因素的调控,Orc,复制起始位点识别复合体，,含,6,个亚基，,Cdc6,和,Cdc45,是复制必须的调控因子,DNA,复制的执照因子学说,因子,M,期与染色质结合，,S,期随,DNA,复制，信号减弱,Mcm,蛋白（共六种）是主要成分。,P21cip1,抑制,CDK,和,PCNA,六、其它内外因素对细胞周期的调控,DNA,损伤抑制细胞周期的,G1,丝裂原刺激细胞分裂的示意图,生长因子的作用机理,
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