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第十三章细胞分裂与细胞周期 celldivisionandcellcycle 1 重点内容 一 有丝分裂的时期及特点二 减数分裂 联会三 细胞周期的概念和各个时期的主要变化四 细胞周期的调控 CDK和cyclin五 检测点检测什么 决定什么 2 细胞分裂 celldivision 一个亲代细胞一分为二 形成两个子代细胞的过程 细胞周期是指细胞从一次细胞分裂结束开始生长到下一次分裂终了所经历的过程 细胞周期 cellcycle 3 内容 第一节细胞分裂第二节细胞周期及其调控第三节细胞周期与医学的关系 4 三 无丝分裂 amitosis 一 有丝分裂 mitosis 二 减数分裂 meiosis 第一节细胞分裂 5 一 有丝分裂 mitosis 最基本的分裂方式 形成染色体和纺锤体 染色质等量分配 生成两个子细胞 6 有丝分裂和细胞周期 核分裂 胞质分裂 7 五个时期 前期 中期 后期 末期及胞质分裂 8 有丝分裂 9 10 一 前期 prophase 2 分裂极的确定3 核仁缩小并解体4 纺锤体形成 1 染色质凝集 M期开始标志 主要特征 11 12 染色质凝集成染色体 前期的起始标志 13 凝缩蛋白 condensin 14 粘连蛋白 cohesin 15 分裂极确定 伴随着染色质的凝集 原分布于细胞同一侧的两个中心体 centrosome 以星体 aster 微管为轨道 开始沿核膜外围分别向细胞两极移动 它们最后所到达的位置将决定细胞分裂极 中心体的极向移动需要多种马达蛋白的参与 16 17 马达蛋白与中心体的极向移动 18 前期两个中心体向两极移动 19 核仁消失 核膜破裂 20 前期 21 在前期末出现的临时性细胞器 由两端星体 包括极间微管 动粒微管和星体微管组合形成纺锤样结构 4 纺锤体 spindle 形成 22 星体微管 排列于中心体周围 在中心体向细胞两极的移动中起主导作用 动粒微管 kinetochoremicrotubule 由纺锤体的一极发出 末端附着于染色体动粒上 极微管 polarmicrotubule 来自纺锤体两极 彼此在纺锤体赤道面重叠 交叉的微管 纺锤体 spindle 是一种对细胞分裂及染色体分离有重要作用的临时性细胞器 由星体微管 动粒微管和重叠微管纵向排列构成呈纺锤样外观 23 24 其他特征 染色体向赤道面运动 25 染色体向赤道面的运动 26 主缢痕 初级缢痕 着丝粒 主要成分蛋白质 含高度重复DNA 外层 中层 内层 纺锤体微管 姐妹 着丝点 动粒 27 着丝粒 centromere 动粒 kinetochore 主缢痕 primaryconstriction 28 着丝粒 centromere 位于主缢痕内两条姐妹染色单体相连处的中心部位 由高度重复DNA序列的异染色质组成 将染色单体分为两个臂 动粒 kinetochore 动粒 kinetochore 着丝点 由蛋白质组成的存在于着丝粒两侧的特化圆盘状结构 为染色体的运动中心 也是微管组织中心之一 主缢痕 primaryconstriction 在中期染色体的两姐妹染色单体连接处的一个染色较浅而缢缩的区域 29 二 中期 metaphase 主要特点 染色体达到最大程度的凝集 并且非随机地排列在细胞中央的赤道面上 有丝分裂器 mitoticapparatus 组成 染色体 星体 中心粒及纺锤体 作用 对于中期以后发生的染色体分离 染色体向两极的移动及平均分配到子代细胞等活动有关键作用 30 31 32 中期染色体 33 主要特征 染色体的两姐妹染色单体发生分离 子代染色体形成并向细胞两极移动 姐妹染色单体分离的原因主要与其彼此间的连接骤然消失相关 而动粒微管的张力对其的影响不大 三 后期 anaphase 34 后期 35 36 后期 与后期 37 微管解聚 微管滑动 染色体向两极运动的机理 38 四 末期 telophase 特点 子细胞核的形成 核分裂完成 染色体解螺旋成染色质 核仁重现 核膜重新形成 39 末期 40 41 特点 胞质分裂 cytokinesis 当细胞分裂进入后期末或末期初 细胞开始进行胞质分裂 在中部质膜的下方 出现由肌动蛋白和肌球蛋白聚集形成的收缩环 contractilering 纺锤体解体 聚集于细胞中部 形成中体 42 收缩环 43 构成收缩环的肌动蛋白 肌球蛋白微丝束相互滑动 使收缩环缢缩 形成分裂沟 分裂沟加深至中体 细胞发生断裂 胞质分裂完成 44 末期的主要变化 45 46 間期 前期 中期 后期 末期 47 细胞分裂过程中通过有丝分裂器以确保遗传物质平均分配到两个子细胞 确保遗传物质的连续性和稳定性 48 Anaphase Telophase Metaphase 49 50 51 有丝分裂过程示意图 52 二 减数分裂 meiosis 有性生殖个体生殖细胞形成过程中所进行的特殊分裂方式 细胞连续分裂两次 DNA只复制一次 结果产生染色体数目减半的生殖细胞 53 减数分裂分两个过程 第一次减数分裂 meiosis 完成染色体数目减半及遗传物质的交换 短暂间期 不发生DNA合成 无染色体复制 第二次减数分裂 meiosis 姐妹染色单体分离 54 意义 保证有性生殖的生物上下代在染色体数目上的恒定 奠定了生物变异及多样性的基础 55 精子与卵细胞结合 56 减数分裂 57 可分为 前期I 中期I 后期I 末期I 其中以前期I的细胞发生的生化和形态变化最为复杂 具体分为 细线期 偶线期 粗线期 双线期 终变期 完成的主要标志是 同源染色体分离 一 第一次减数分裂 58 1 前期I 主要特征 持续时间长 从数周到数十年不等 胞核显著增大 染色质凝集 染色体配对 片段交换 59 1 细线期 lepotenestage 同源染色体配对和染色质凝集开始 仍呈单条细线状 核及核仁体积增大 60 2 偶线期 zygotenestage 染色质进一步凝集 同源染色体联会 联会 synapsis 指分别来自父母的 形态及大小相同的同源染色体相互靠近 配对 二价体 bivalent 同源染色体完全配对后形成的复合结构 因其共有四条染色单体 又被称为四分体 tetrad 61 联会复合体 synaptonemalcomplex SC 在联会的同源染色体之间 沿纵轴方向形成的一种特殊结构 侧生成分与中央成分之间由横向排列的 被称为L C纤维的细丝相连 两个侧生成分 DNA和蛋白质 DNA拓扑一个中央成分 非组蛋白 酶 组蛋白等 62 联会复合体形成的生物学意义 使两同源染色体之间的连接变得更为牢固 稳定二价体中同源染色体的紧密配对 63 联会复合体 64 联会复合体组装 65 3 粗线期 pachytenestage 染色体进一步凝集 同源染色体片段的交换和重组 与染色体片段的重组直接相关的结构 重组结 recombinationnodule 在SC中央新出现的一些椭圆形或球形 富含蛋白质及酶的棒状结构 可合成减数分裂特有的组蛋白 还可进行少量的DNA合成 P DNA 它与交换中DNA链的修复 连接有关 66 4 双线期 diplotenestage SC逐渐消失 同源染色体发生交叉 此期持续时间长 人卵母细胞的双线期可持续50年之久 交叉 chiasma SC发生去组装 逐渐趋于消失 紧密配对的同源染色体相互分离 仅在非姐妹染色单体之间的某些部位上残留一些接触点 称为交叉 67 交叉端化 chiasmaterminalization 随着双线期的进行 交叉逐渐远离着丝粒 向染色体臂的末端部推移 数目也由此减少 此现象称为交叉端化 形态 V 8 X O等 68 同源染色体片断的交换和重组 69 5 终变期 diakinesisstage 同源染色体凝集成短棒状 交叉端化继续进行 核仁消失 核膜解体 纺锤体形成 染色体开始移向赤道面 70 2 中期I同源染色体向细胞中部汇集 同源染色体排列到赤道面上 形成赤道板 与有丝分裂不 同是 与它们相连的动粒微管均位于纺锤体的同一侧面 71 减数分裂中期 染色体 A 与有丝分裂中期染色体 B 动粒微管连接方式比较 72 3 后期I 同源染色体分离并向两极移动 同时非同源染色体之间可发生自由组合 73 4 末期I 染色体去凝集 核仁 核膜重现 胞质分裂 形成两个子细胞 每个子细 胞中 含有母细胞一半的染色体数目 每条染色体着丝粒上连接有两条染色单体 74 二 间期 第一次减数分裂后出现短暂的间期 此时期不发生DNA合成 无染色体复制 细胞中染色体数目已经减半 某些生物第一次减数分裂结束后 可以不经过这一间期 直接进入第二次减数分裂 75 三 第二次减数分裂 与有丝分裂类似 分为 前期 中期 后期 末期 和胞质分裂 结果 一个亲代细胞共形成4个子细胞 各子细胞中染色体数目减少了一半 在染色体组成及组合上也存在差异 76 减数分裂过程示意图 77 减数分裂与有丝分裂的比较 CellDivisionandCellCycle 78 三 无丝分裂 amitosis 也称直接分裂 直接进行细胞核与细胞质的分裂方式 分裂过程中既无染色体 纺锤体的形成 也无核膜 核仁的解体 79 2 遗传物质不一定平均分配到两个子细胞 特点 1 不形成纺锤丝和染色体 3 常见于低等动物 高等动物中也存在 80 重点 1 有丝分裂的时期及特点2 减数分裂 联会 81 第二节细胞周期及其调控 82 83 细胞周期 分裂间期 interphase G1期 GapI DNA合成前期 S期 syntheticphase DNA合成期 G2期 GapII DNA合成后期 有丝分裂期 M期 mitoticphase 前期 prophase 中期 metaphase 后期 anaphase 末期 telophase 胞质分裂 cytokinesis 核分裂 84 85 在高等生物中 一个细胞周期通常持续12 32h 分裂期所需时间较短 G1期是影响细胞周期时间的关键 时间变化大 持续时间长 86 典型的人的体细胞的细胞周期时间是24小时 G1期约11小时S期约8小时G2期4小时M期1小时 87 哺乳动物细胞周期时间表 细胞类型TCTG1TSTG2 M结肠上皮细胞25 09 014 02 0直肠上皮细胞48 033 010 05 0胃上皮细胞24 09 012 03 0骨髓细胞18 02 012 04 0十二指肠隐窝细胞10 42 27 01 2内釉质上皮细胞27 316 08 03 3淋巴细胞12 03 08 01 0肝细胞47 528 016 03 5精原细胞60 018 024 515 5 2 0小肠隐窝上皮13 14 66 91 0 0 7十二指肠上皮细胞10 31 37 51 5结肠上皮细胞19 09 08 02 0皮肤上皮细胞101 087 011 822 18乳腺上皮64 037 721 73 1 6 人 大鼠 小鼠 注 TC为细胞周期 TG1 TS TG2 M分别为G1 S期 G2 M期的时间 88 二 细胞周期的主要变化 细胞周期最重要的事件有二个 DNA复制 S期遗传物质平均分配到两个子细胞 M期 89 G1 S G1 G1 G2 S S 90 一 G1期 DNA复制的准备期 G1期是指有丝分裂完成后与S期DNA开始合成之间的间歇时期 又称为DNA合成前期 91 1 G1期的时间长度变化大2 G1期的生化活动活跃 RNA和蛋白质的合成 蛋白质的磷酸化 物质的转运加强3 限制点调节细胞增殖 1 G1期的主要特点 92 2 G1期的主要生化活动 2 合成蛋白质 触发蛋白 细胞周期蛋白和抑素等 1 合成RNA 三种 3 合成DNA复制所需要的原料 脱氧核苷酸 DNA聚合酶 胸苷激酶等 4 合成钙调蛋白 与细胞进入S期及DNA合成有直接相关性 93 限制点 restrictionpoint 94 95 1 继续增殖细胞 在细胞周期中连续运转的细胞 96 从DNA合成开始到DNA合成结束的全过程 是细胞增殖周期的关键阶段 二 S期 DNA复制 97 1 DNA的复制2 组蛋白的合成3 组蛋白持续磷酸化4 中心粒的复制5 核小体组装 S期主要特点 98 1 DNA复制是细胞分裂的基础 半保留复制 保证了遗传物质的稳定性 99 DNA复制过程显示复制的半不连续性 100 2 组蛋白的合成与DNA的复制 同步进行 羟基脲阿糖胞苷 DNA合成抑制物 S期 DNA合成停止 组蛋白合成停止 101 环己亚胺嘌呤霉素 蛋白质合成抑制物 S期 DNA合成停止 组蛋白合成停止 组蛋白的合成与DNA的复制同步进行 102 3 核小体组装 103 三 G2期 细胞分裂的准备期 1 S期促进因子 Sphase promotingfactor SPF 失活保证一个周期中DNA只复制一次2 能量准备 104 3 合成RNA和有丝分裂相关的蛋白质 如微管蛋白的合成 高浓度的放线菌素D G2细胞 细胞不进入M期 105 4 MPF的活化 M期促进因子 M phasepromotingfactororMitosispromotingfactororMaturationpromotingfactor MPF 是有丝分裂调控因子 使细胞从G2 M M期完成后 MPF失活 细胞进入间期 106 5 中心粒的体积逐渐增大 开始分离并移向细胞两极 107 6 G2期存在限制点 限制没有经过DNA复制的细胞进入M期 以保证错误的遗传物质不遗传到子细胞 如射线引起的DNA损伤可以作为信号使细胞阻止在G2期限制点 108 四 M期 有丝分裂 M期的主要特点 染色质凝集成染色体有丝分裂器的形成核仁和核膜的消失与重建染色体的平均分配子细胞的形成 109 重点 细胞周期的概念和各个时间的主要变化 110 三 细胞周期的调控 细胞周期的进程是高度有序及不可逆的 受到细胞内外多种因素严格的调节 控制 111 研究内容 寻找与细胞周期调控密切相关的基因及表达蛋白 调控基因和蛋白在细胞周期中的动态变化及相互作用的规律 内外因素怎样通过细胞内信号转导系统影响细胞周期 112 2001年诺贝尔生理医学奖美国人Hartwell 英国人Nurse Hunt细胞周期调控机理的研究而荣获 113 在适当时候激活细胞周期各个时相的相关酶和蛋白 然后自身失活确保每一时相事件的全部完成对外界环境因子起反应 细胞周期调控系统的主要作用 114 115 116 一 细胞周期调控系统的核心 细胞周期蛋白 cyclin 细胞周期蛋白依赖激酶 cyclin dependentkinase CDK 117 1 细胞周期蛋白 cyclin 细胞周期蛋白 cyclin 是真核细胞中的一类蛋白质 随细胞周期进程周期性地出现及消失 并与细胞中其它蛋白结合 对细胞周期相关活动进行调节 118 细胞周期蛋白 119 哺乳动物 cyclinA H G1期周期蛋白 cyclinC D E G1 S周期蛋白 cyclinD S期周期蛋白 cyclinA M期周期蛋白 cyclinB 酵母 Cln Clb Cig 2 种类 120 细胞周期蛋白框 aa组成保守 由100个左右aa残基组成 介导周期蛋白与周期蛋白依赖性激酶形成复合物 破坏框 由9个aa残基构成 介导cyclinA B的快速降解 PEST序列 介导G1期cyclin发生降解 分子特点 121 CyclinA CyclinB CyclinC CyclinD1 CyclinD2 CyclinD3 CyclinE 432AA 303AA 295AA 290AA 292AA 395AA 433AA Cyclin分子结构模式图 Destructionbox Cyclinbox PEST 47 55 210 295 42 50 201 288 58 136 56 141 56 141 56 141 128 215 122 DestructionBoxinCyclins 123 PEST序列 脯氨酸 P 谷氨酸 E 丝氨酸 S 和苏氨酸 T 的顺序 PEST序列 124 泛素 一种由76个氨基酸残基组成的高度保守蛋白 泛素降解机制 泛素活化酶E1 与泛素C端结合 使其活化 泛素结合酶E2 与从E1转移来的泛素结合 泛素连接酶E3 又称后期促进复合物 APC 多聚泛素化降解途径 cyclinA B常常是通过多聚泛素化途径被降解的 125 三种酶协同作用 多个泛素分子相继与前一个泛素分子的赖氨酸残基相连 在cyclinA B上构成一条多聚泛素链 此链可作为标记物被蛋白酶体识别 进而被其降解 将E2结合的泛素与cyclin分子破坏框附近的赖氨酸残基连接 126 cyclinA B经多聚泛素化途径被降解 127 2 周期蛋白依赖性激酶 cyclindependentkinase Cdk 1 周期蛋白依赖性激酶Cdk是一类必须与细胞周期蛋白结合才具有激酶活性的蛋白激酶 可将多种与细胞周期相关的蛋白磷酸化 在细胞周期调控中起关键作用 128 分子结构 存在一段激酶结构域 其中有一小段序列具有高度保守性 是介导激酶与周期蛋白结合的区域 现已被鉴定的Cdk为Cdk1 8 在细胞周期进程中cyclin可不断被合成与降解 Cdk对蛋白质磷酸化的作用也因此呈现出周期性的变化 129 细胞周期中一些主要的Cdk与cyclin的结合关系及作用特点 130 Cdk的激酶活性需要在cyclin及磷酸化双重作用下才能被激活 过程 Cdk与cyclin结合 Cdk与cyclin结合前 Cdk分子中一弯曲的环状区域 T环 将Cdk的袋状催化活性部位入口封闭 阻止了蛋白底物对催化活性部位深处活性位点的附着 Cdk与cyclin结合 cyclin与T环彼此间发生强烈的相互作用 引起T环结构位移 缩回 袋状催化活性部位入口打开 活性位点暴露 Cdk被部分激活 Cdk激活机制 131 132 Cdk的磷酸化 磷酸化发生于Cdk的两个氨基酸残基位点 抑制性Tyr15 位于Cdk与ATP结合的区域 由weel激酶磷酸化 此时整个Cdk激酶活性仍处于抑制状态 活性Thr161 位于T环 由CAK磷酸化后 活性增强 当Thr161被磷酸化后 由于Tyr15的抑制状态 需在Cdc25磷酸酶的催化下发生去磷酸化 Cdk才最终被激活 133 134 CDK的作用 在细胞周期进程中 可连续地与不同的周期蛋白结合而发生激活 磷酸化多种与细胞周期相关的蛋白 135 某些CDK1底物及磷酸化后可能产生的生理效应 136 Cdk负性调节 哺乳动物的Cdk激酶抑制物 Cdkinhibitor CKI 可被分为两大家族 CIP KIP家族成员 p21Cip1 Waf1 p27Kip1 p57Kip等 INK4家族成员 p16INK4 p15INK4 p18INK4等 CKI对Cdk的抑制作用通过与cyclin Cdk复合物结合 改变Cdk分子活性位点的空间位置实现 137 抑制因子作用的CDK主要生理功能p21多种CDKs参与增殖 分化与衰老的调节p27CDK2 CDK4主要阻抑G1 S转移p16CDK4 CDK6影响R点 主要阻抑G1 S转移p15CDK4 CDK6主要阻抑G1 S转移 哺乳动物中主要的CKI 138 DNA损伤 p53 PCNA DNA聚合酶 CyclinB Cdk1 p21蛋白主要功能示意图 139 在细胞周期各阶段 不同的CKI可与相应的cyclin Cdk复合物结合 形成三元复合物 参与细胞周期的调控 140 Cdk激活机制示意图 141 3 cyclin Cdk的调控作用 cyclin Cdk复合物是细胞周期调控体系的核心 其周期性的形成及降解 引发了细胞周期进程中特定事件的出现 并促成了G1期向S期 G2期向M期 中期向后期等关键过程不可逆的转换 142 143 cyclin Cdk复合物结构与功能 结构 调节亚单位 cyclin催化亚单位 Cdk 功能 在细胞周期不同阶段 选择性地磷酸化不同蛋白 进而对细胞周期进程进行调节 CDK 144 G1期中cyclin Cdk复合物的作用 cyclinD E与Cdk4 6结合构成的复合物能使G1晚期的细胞跨越限制点 向S期发生转换 cyclin Cdk复合物控制G1期向S期转变的两种方式 145 cyclin Cdk复合物激活周期转换相关蛋白 进入G1期 cyclinD合成 与Cdk4 6结合 活化某些转录因子 G1晚期 cyclinE合成 与Cdk2结合 活化其它一些转录因子 与DNA复制相关基因的表达启动 产生DNA合成所需的酶与蛋白质 为细胞进入S期做准备 146 cyclinD在G1 S转化中的关键作用 147 磷酸化S CDK的抑制蛋白 使其发生泛素化及降解 S CDK释放 148 149 S期中cyclin Cdk复合物的作用 cyclinD E Cdk复合物中的cyclin发生降解 使得已进入S期的细胞将无法向G1期逆转 cyclinA Cdk复合物启动DNA的复制 并阻止已复制的DNA再发生复制 cyclinA Cdk是S期最主要的cyclin Cdk复合物 150 启动DNA的复制预复制复合体 pre replicationcomplex pre RC 的形成 复制起始点识别复合物 ORC cdc6 Mcm蛋白 S Cdk磷酸化ORC 激活复制起始点 并激活Mcm环 使其作为解旋酶沿DNA链移动 DNA复制启动 151 保证pre RC不在同一个起始点或其它任何一个起始点再聚合 1 cdc6与ORC分离 2 磷酸化cdc6 使其经SCF介导的泛素化被降解 3 磷酸化Mcm蛋白 使其从胞核中输出 阻止已复制的DNA再发生复制 152 G2 M期转换中cyclin Cdk复合物的作用cyclinB Cdk又被称为成熟促进因子 maturationpromotingfactor MPF 促进M期启动的调控因子 在G2 M期转换中起关键作用 153 MPF的发现 M期及间期细胞融合 间期细胞染色质均会出现早熟凝集 都能向M期转换 154 MPF Cdk1 为一种Ser Thr激酶 是MPF的活性单位 在整个细胞周期进程中的表达均较为恒定 cyclinB 具有激活Cdk1及选择激酶底物的功能 为MPF的调节单位 表达随细胞周期进程发生变化 MPF的组成 155 cyclinB表达达到峰值Cdk1Cdk1被激活MPF活性增高促进G2期向M期转换 MPF的形成及激活 Cdc25 与Cdk1结合 156 157 MPF活性的周期性变化MPF活性增加 细胞进入M期MPF活性达高峰 M期中期 染色单体分开MPF活性下降 细胞退出M期 158 MPF启动M期的相关分子机制MPF中Cdk1为一种Ser Thr 丝氨酸 苏氨酸 激酶 可催化蛋白质Ser与Thr残基磷酸化 是MPF的活性单位 MPF本身也是受磷酸化和去磷酸化的调节 159 M期中cyclin Cdk复合物的作用 MPF M期细胞在形态结构上所发生的变化以及中期向后期 M期向下一个G1期的转换均与MPF相关 1 MPF对M期早期细胞形态结构变化的作用 160 核膜裂解 核纤层蛋白丝氨酸残基磷酸化 引起核纤层纤维结构解体 核膜破裂成小泡 纺锤体形成 多种微管结合蛋白进行磷酸化 使微管发生重排 促进纺锤体的形成 染色质凝集 磷酸化组蛋白H1上与有丝分裂有关的特殊位点诱导染色质凝集 直接作用于染色体凝集蛋白 介导染色体形成超螺旋化结构 进而发生凝集 161 2 MPF促进中期细胞向后期的转换中期染色体两姐妹染色单体的分离是启动后期的关键 粘着蛋白 主要由Scc1与Smc两类蛋白构成 securin蛋白 与分离酶结合 抑制分离酶活性 从而保证粘着蛋白连接活性 MPF作用 使APC磷酸化 引起securin蛋白降解 分离酶释放 分解Scc1 着丝粒分离 进入后期 162 粘连蛋白 cohesin 163 164 MPF APC的激活与染色单体的分离 165 TheSCC1fragmentisasubstrateoftheN endrulepathway 166 RaoH etal Nature410 955 959 TheSCC1fragmentisasubstrateoftheN endrulepathway 167 AccumulationofScc1inyeastincreaseschromosomeinstability 168 MouseUBR2istheubiquitinligaseoftheN endrulepathway 169 cyclinB APC 泛素连接酶 降解 MPF解聚 失活 组蛋白去磷酸化 染色体去凝集 核纤层蛋白去磷酸化 核膜组装 核形成 肌球蛋白去磷酸化 收缩环溢缩 分裂沟加深 胞质分裂 3 MPF在细胞退出M期中的作用 170 cyclinB的变化是关键 171 Cdk1 CyclinB MPF三者的关系 172 173 二 细胞周期检测点监控细胞周期的运行 174 细胞周期检测点 checkpoint 细胞中存在着一系列监控系统 可对细胞周期发生的重要事件及出现的故障加以检测 只有当这些事件完成或故障修复后 才允许细胞周期进一步运行 该监控系统即为检测点 175 176 177 细胞周期检验点 checkpoint 178 未复制DNA检测点纺锤体组装检测点染色体分离检测点DNA损伤检测点 类型 179 ATR激活磷酸化激活Chk1激酶磷酸化cdc25磷酸酶cyclinA B cdk1复合物被抑制SM 1 未复制DNA检测点 监控DNA复制 识别未复制DNA并抑制MPF激活 使未发生DNA复制的细胞不能进入有丝分裂 180 MechanismsofATMandATRactivation 181 CheckpointregulationbytheDDR 182 Mad2激活cdc20失活APC活化受阻securin蛋白多聚泛素化受阻着丝粒不能分离中期后期 2 纺锤体组装检测点 监控纺锤体的组装 阻止纺锤体装配不完全或发生错误的中期细胞进入后期 183 3 染色体分离检测点 监控后期末子代染色体在细胞中的位置 阻止子代染色体未正确分离前末期及胞质分裂的发生 Cdc14磷酸酶的活化 能促使M期cyclin经多聚泛素化途径被降解 导致MPF活性的丧失 引发细胞转向末期 如果后期末子代染色体分离方向出现异常 Cdc14就不会从核仁中释放 细胞向末期的转变受阻 不能退出有丝分裂 184 4 DNA损伤检测点 监控DNA损伤的修复 阻止有DNA损伤的细胞周期继续进行 直到DNA损伤被修复 如果细胞周期被阻在G1或S期 受损的碱基将不能被复制 由此可避免基因组产生突变以及染色体结构的重排 如果细胞周期被阻在G2期 可使DNA双链断片得以在细胞进行有丝分裂以前被修复 185 细胞周期检测点的特点及作用机制 186 三 与细胞周期调控相关的多种因子 187 1 生长因子 Growthfactor 生长因子是一类能与细胞膜上特异性受体结合 把调节细胞生长的信息传递到细胞内部 激活细胞内多种蛋白激酶 最终调节细胞生长的多肽类物质 188 内分泌型 通过血液运送作用于远处的细胞 如表皮生长因子 旁分泌型 作用于邻近细胞 自分泌型 源于产生生长因子的细胞本身 如肿瘤细胞 根据体内生长因子产生细胞和接受细胞之间的关系分为三种模式 1 类型 189 常见的生长因子 190 2 生长因子的作用 与细胞膜上特异性受体结合 经信号转换及多级传递 可激活细胞内多种蛋白激酶 促进或抑制细胞周期进程相关的蛋白质表达 由此可参与对细胞周期的调节 作用阶段 G1期 S期 191 3 生长因子的协同性 正常细胞增殖活动需多种生长因子的共同调控 不同的生长因子在细胞周期的不同阶段发挥作用 如G0期的3T3细胞 G0期 PDGF 启动因子 G1期 EGFIGF 推进因子 R点 S期 192 4 作用与细胞类型有关 对多数类型细胞而言 在G1期向S期转换中起负调节作用 使细胞滞留于G1 S期 而不能向S期转换 对间质来源的细胞 如成骨细胞 TGF 则表现为促进细胞分裂 TGF 193 一类由细胞自身产生的 终止细胞周期进程的信号分子 主要作用在G1期末及G2期 1 组织本身产生的生理性抑制因子 2 作用可逆 对靶细胞无毒性作用 1 生物学特性 2 抑素 chalone 194 各种组织的提取物对小鼠耳廓表皮有丝分裂活性的影响 组织提取物 表皮 肝 肾 肺 脑 有无抑制 3 具严格的细胞 组织特异性 195 表皮提取物 小鼠 大鼠 豚鼠 兔 有无抑制 四种动物的表皮提取物对小鼠表皮有丝分裂的影响 4 无种属特异性 196 2 抑素的作用 G1期抑素 作用于G1期 阻碍细胞进入S期 G2期抑素 作用于G2期 阻碍细胞进入M期 两种抑素无交叉作用 197 3 癌细胞对抑素的反应 1 对抑素的敏感性 2 自身产生的抑素量下降 仅为正常细胞的1 10 1 40 3 膜受体改变 不能结合抑素 大大下降 198 3 cAMP与cGMP cAMP抑制细胞增殖cGMP促进细胞增殖 199 4 RNA剪切因子SR蛋白及SR蛋白特异的激酶 SRPK1 SR蛋白是一组含有大量丝氨酸和精氨酸二肽重复序列的蛋白质 通过磷酸化与去磷酸化调节RNA剪接 200 5 MicroRNA miRNA 与细胞周期的调控 通过调节cyclin Cdk CKI等的表达 miRNA可直接影响细胞周期的进程 尤其是G1向S期的转换 201 MicroRNA miRNA 与细胞周期的调控 202 四 细胞周期调控中癌基因和抑癌基因的作用 203 一 癌基因家族通过多种产物对细胞周期进行调控 原癌基因 proto oncogene 在脊椎动物正常细胞中 与V onc相似的同源DNA序列被称为细胞癌基因 cellularoncogene C onc 或原癌基因 原癌基因为显性基因 为细胞生长 增殖所必需 原癌基突变或过度表达 将导致细胞增殖异常 引起癌变 204 生长因子类蛋白 sis基因的产物 生长因子受体类蛋白 V erb B c fms trk等基因的产物 细胞内信号转导相关的蛋白 raf mos等基因的产物 转录因子类蛋白 c jun c fos c myc等基因的产物 205 二 抑癌基因 anti oncogene 从转录水平影响细胞周期 正常细胞所具有的 能抑制细胞恶性增殖的一类基因 p53 Rb WT 1 NF1 2等 其编码的蛋白质通常能与转录因子结合或本身即为转录因子 抑癌基因为隐性基因 在正常的二倍体细胞中 当两个等位基因同时发生缺失或失活 将导致细胞增殖失控 发生癌变 206 1 Rb 产物为一种分布于胞核的 分子量为105 000的蛋白质 在细胞周期中 pRb可通过改变其磷酸化状态 控制与其结合的转录因子活性 进而影响细胞周期相关蛋白基因的表达 Rb蛋白在G1期向S期转换中的作用 207 2 p53 产物的分子量为53 000 分布于胞核 作为转录因子与其他转录因子结合 在细胞周期进程中 直接或间接影响细胞周期相关基因的转录 使细胞滞留于G1期 208 第三节细胞周期与医学的关系 209 一 细胞周期与组织再生 生理性再生 机体发育过程中产生新生细胞补充衰老死亡细胞 从而维持正常生理功能 干细胞的分裂 210 机制 损伤刺激了原处于G0期的细胞重新进入细胞周期进程 组织分布 肝 肾 骨胳等不发生增殖的组织 补偿性再生 机体一些高度分化 一般不发生增殖的组织在受到外界损伤后重新开始分裂的现象 211 外界损伤发生 胞外信号传递到胞内 激活cyclin Cdk激酶 Rb蛋白磷酸化 与Rb蛋白结合的转录因子被释放 活性恢复 激活细胞分裂相关的基因转录 产物促进细胞进入细胞周期 高度分化的细胞重新进入细胞周期的过程 212 二 细胞周期异常与肿瘤发生 也由G1 G2 S M期构成 细胞周期时间与正常细胞相近或更长一些 这主要与G1期变长有关 一 肿瘤细胞的G1期通常较长 1 肿瘤细胞周期的特点 213 人正常细胞与肿瘤细胞周期时间的比较 正常细胞周期时间 h 肿瘤细胞周期时间 h 食道上皮144食管癌250 8胃上皮66胃癌80结肠上皮24 28结肠癌22 125骨髓细胞24 40急性白血病48