「第21章 细胞周期及其调控【学习资料】」.ppt

第21章细胞周期及其调控CellCycle Regulatin 1 学习资料 第一节细胞周期各时项的动态变化 2 学习资料 一 细胞周期概念细胞周期 cellcycle 是指细胞从上一次分裂结束开始生长 到下一次细胞分裂结束所经历的过程 又称细胞增殖周期 细胞周期时间 TC 细胞周期经历的时间 3 学习资料 细胞周期 间期 分裂期 M期 DNA合成前期 G1期 G1gap1 DNA合成期 S期 Synthsisphase DNA合成后期 G2期 G2gap2 前期 中期 后期 末期 细胞周期中的细胞 细胞周期分为 G1期 S期 G2期和M期四个时期 Mitosis division 4 学习资料 细胞类型 增殖特性 周期性细胞 始终保持旺盛的增殖活性 G0期细胞 一般不分裂 暂不增殖细胞 终端分化细胞 无增殖能力细胞 结构和功能高度特化 周期性细胞 终端分化细胞 5 学习资料 研究方法 流式细胞术细胞同步化生化方法等等 6 学习资料 一 G1期 DNA合成前期 的生物学事件 G1早期 细胞体积增大 生物合成 形成细胞器触发蛋白 钙调蛋白增加 体积 表面积 核 质比G1晚期 H1及多种蛋白激酶磷酸化 为DNA合成准备 信号分子调控G0 G1晚 S期startpoint DNA合成相关酶 细胞周期运行的蛋白 7 学习资料 二 S期 DNA合成期 1 DNA复制多种酶的参与 2 蛋白质合成 组蛋白 非组蛋白 组装核小体 3 中心粒的复制 并发生分离 发挥微管的组织作用 8 学习资料 三 G2期 有丝分裂前期 的生物学事件 1 促有丝分裂因子 MPF 合成2 微管蛋白 tubulin 合成3 0 3 DNA复制4 结构功能蛋白的合成G2期checkpoint 1 是否完成DNA复制 2 是否有DNA错误复制 9 学习资料 有丝分裂的主要特征是 姊妹染色单体分离 核膜 核仁破裂重建 人为的划分为四个时期 前期 中期 后期 末期 四 M期 有丝分裂期 10 学习资料 细胞有丝分裂过程 11 学习资料 1 有丝分裂间期 核膜 核仁 染色质 中心粒 12 学习资料 1 前期 染色质凝缩 分裂极确立与纺锤体开始形成 核仁解体 核膜消失 前期 13 学习资料 14 学习资料 星体微管 由中心体向外放射 末端结合有分子马达 负责两极的分离 动粒微管 由中心体发出 连接在染色体着丝点动粒上 着丝点上具有马达蛋白 极体微管 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 负责将两极推开 纺锤体有三种微管结构 15 学习资料 染色体的运动 16 学习资料 Twocentrosomes andtheirformingradialarraysofastralmicrotubulesseparatingonthesurfaceofanearlyprophasenewtlungcellnucleus 17 学习资料 2 中期染色体排列到在细胞的赤道面上 赤道板 中期 18 学习资料 3 后期姐妹染色体单体分离并移向细胞两极 后期 19 学习资料 该阶段染色体的分离由微管去聚合假说解释 动粒微管不断解聚缩短 造成的拉力将染色体拉向两极 机理 微管正端插入动粒的外层 微管在此端去组装 动粒中的ATP水解 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 20 学习资料 4 末期从子染色体到达两极 至形成两个新细胞的时期 两个出现 核膜出现 核仁出现两个消失 染色体消失 纺锤丝消失 中间小体 21 学习资料 从子染色体到达两极 至形成两个新细胞的时期 主要标志是子核的形成和胞质分裂 中间小体 22 学习资料 动物细胞的胞质分裂通过胞质收缩环的收缩实现 收缩环由大量平行排列的肌动蛋白组成 用细胞松弛素处理这一时期的细胞 会出现什么现象 23 学习资料 24 学习资料 25 学习资料 DividingMuscleMyoblast primativemusclecell SEMx8 000 26 学习资料 第二节细胞周期调控的动力因素 27 学习资料 一 细胞周期调控蛋白 cellcycle regulatingprotein CDK类蛋白激酶 催化亚单位细胞周期素 Cyclin 调节亚单位CDK抑制因子 CKI 抑制CDK激酶活性 M期促发因子 MPF MPF的发现 一种在G2期形成 能促进M期启动的调控因子 即促细胞成熟因子或促细胞分裂因子 MPF 一 细胞周期调控研究过程的重要事件 28 学习资料 二 细胞周期调控蛋白的种类 1 CDK类蛋白激酶 cyclin dependentkinase CDK与细胞周期素结合才具有激酶的活性 故称细胞周期素依赖性蛋白激酶 cyclin dependentkinase CDK 作用 CDK可将特定蛋白磷酸化 促进细胞周期运行 在动物中已知7种CDK CDK1 7 分为四类 G1 G1 S S期CDK和M期CDK 29 学习资料 2 细胞周期素 cyclins 是一类随细胞周期的变化呈现周期性出现和消失的蛋白质 含A B C D E H 20多种亚型 表达在时间不同 执行功能也多种多样 特点 在细胞周期中呈周期性变化 作用 能与CDK结合 激活CDK 间接调节细胞周期运行 30 学习资料 DEAB 在脊椎动物中为cyclinA1 2 B1 3 C D1 3 E1 2 F G H等 分为4类 G1型 G1 S型 S型 M型 G1 G1 S G2期 CyclinD E A M期 CyclinB 31 学习资料 不同类型CDK Cyclin复合物 包括D1 3 各亚型cyclinD在不同细胞中的表达量不同 但具有相同的功效 32 学习资料 3 细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子 CDKinhibitor CKI CDKI是对CDK激酶起负性调控作用的蛋白质 已发现多种CDKIINK4家族 p16 p15 p18 p19抑制CDK4CIP KIP家族 P21 P27 P57在G1期抑制多种CDK 33 学习资料 CKI对细胞周期起负调控作用 分为 Ink4 P16ink4a P15ink4b P18ink4c P19ink4d 特异性抑制cdk4 cyclinD1 cdk6 cyclinD1 Kip P21cip1 P27kip1 P57kip2 抑制大多数CDK的激酶活性 P21cip1还能与DNA聚合酶 的辅助因子PCNA结合 直接抑制DNA的合成 34 学习资料 A E D P16 P18 P15 P27 P21 CDK4 6 CDK2 CDK2 TGF 血清缺乏 分化 DNA损伤 P53 35 学习资料 M期CDK的激活起始于分裂期cyclin的积累 结合M cyclin的CDK1被Wee1 抑制因子 将Thr14和Tyr15磷酸化而不具有活性 使CDK cyclin不断积累 在M期 Wee1 一种细胞周期调节蛋白 活性下降 CDC25磷酸酶使CDK去磷酸化 去除了CDK活化的障碍 CDK的激活需要Thr161的磷酸化 它是在CDK激酶 CAK 的作用下完成的 三 M期CDK的激活 36 学习资料 37 学习资料 分裂期周期蛋白N端有一段序列与其降解有关 称降解盒 destructionbox 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 G1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 3 M期周期蛋白与分裂中期向后期转化 38 学习资料 泛素的概念 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 39 学习资料 细胞周期蛋白降解盒与降解途径 40 学习资料 泛素介导的周期蛋白降解 41 学习资料 细胞周期中CyclinB的合成与降解 M期周期蛋白与分裂中期向后期转化 42 学习资料 4 CDK1活性下降出M期细胞核重建 染色体解螺旋 启动收缩机制 43 学习资料 进出S期调控 M期末G1CDKs活性 0G1 晚期 增殖信号 激素 生长因子 G1 cyclin转录cyclinD cdk4 cdk6G1 S转换 Start S期DNA合成启动 cyclin CDK2 S CDK 保证精确复制 pre RC 44 学习资料 动物细胞控制S期起始的机制 45 学习资料 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 46 学习资料 CDKactivating 活性位点 抑制位点 47 学习资料 由于某些环境因素的作用细胞周期出现故障或差错 这些信号可是细胞停留在某些点上 称为限制点 主要检验点 4个 G1 S限制点 DNA是否损伤 细胞外环境是否适宜 细胞体积是否足够大 在酵母中称start点 在哺乳动物中称R点 restrictionpoint S期限制点 DNA复制是否完成 G2 M限制点 DNA是否损伤 细胞体积是否足够大 中 后期限制点 纺锤体组装限制点 二 细胞周期限制点 checkpoint 48 学习资料 FourCheckpoints 49 学习资料 1 限制点在细胞周期调控中的作用 细胞周期有敏感点 确保细胞周期事件有序进行 检测 修复 Checkpoint 1 DNA损伤检查点2 DNA复制检查点3 纺锤体组装检查点 50 学习资料 51 学习资料 细胞周期中4个主要的检验点 52 学习资料 53 学习资料 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 FlowCytometry 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 54 学习资料 四 细胞周期同步化 自然同步化 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 药物诱导法 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 55 学习资料 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 细胞周期同步化方法 56 学习资料 2 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 57 学习资料 五 细胞周期中的信号系统调控温度 pH 营养 药物 感染 射线 细胞因子 激素 生长因子 一 生长因子是与细胞增殖有关的信号物质 已知多数能促进细胞增殖 又称有丝分裂原 mitogen PDGF EGF IL TGF FGFNGF等 对G0细胞进入S期有调节作用 58 学习资料 生长因子的作用方式信号通路 ras cAMP 磷脂酰肌醇途径 如通过ras途径 激活MAPK MAPK进入细胞核内 激活c myc myc作为转录因子促进cyclinD SCF E2F等G1 S有关的基因表达 细胞进入G1期 59 学习资料 六 抑素 chalone 和细胞周期 具有严格的组织特异性和细胞周期阶段特异性 是一种由细胞自身产生 分泌的 对细胞增殖起抑制作用的糖蛋白 与膜上的受体结合 引起信号转换及在胞内传递 影响细胞周期相关的蛋白的表达 作用于G1期的抑素可阻止细胞进入S期 称S因子 作用于G2期的抑素可阻止细胞进入M期 称M因子 60 学习资料 p53 P21及Gadd45在G1阻滞中的作用P53有多种下游效应分子 如MDM2 P21WAFl Gadd45 Bax IGFBP3 Fas等 MDM2通过与P53蛋白氨基末端结合来阻止P53蛋白转录激活 形成一个 负反馈环 MDM2的正常功能是限制GI期阻滞的时间 使DNA损伤修复后的细胞重新进入细胞周期 61 学习资料 Gadd45和P21WAFl参与辐射所致细胞G1期阻滞的分子 P53 P21wAF1通路是通过CDK 周期蛋白活性抑制 Rb脱磷酸化而发挥作用的 Gadd growtharrestandDNAdamage 是一些生长抑制和DNA损伤诱导的基因 Gadd45是其中一员 也是野生型P53诱导G1期阻滞的一条通路 62 学习资料 参与的相关蛋白及其作用 1 p21WAF1 CIP1p21基因定位于第六号染色体短臂上 6p21 2 P21蛋白定位于细胞核中 属CKI分子 CDK抑制分子 能广泛抑制各种周期蛋白 CDK复合物 野生型P53蛋白作为转录因子可诱导p21WAF1 CIP1基因的表达 抑制CDK2和CDK4对pRB蛋白的磷酸化失活 进而导致G1 G1 S和S期延迟 使DNA损伤有时间得以修复 63 学习资料 2 ATM基因 ATM是AT 毛细血管扩张性共济失调症 唯一致病基因 人类中大约有1 的人是ATM缺失的杂合子 表现出对电离辐射敏感和易患癌症 ATM编码蛋白激酶 与损伤DNA结合 信号通路有两条 激活Chk1 checkpointkinase 使cdc25的Ser216磷酸化失去活性 抑制M CDK的活性 中断细胞周期 激活Chk2 使P53被磷酸化而激活 然后P53作为转录因子 导致P21的表达 P21抑制G1 S期CDK的活性 中断细胞周期 64 学习资料 65 学习资料 3 P16INK4aP16INK4a基因位于人类染色体9p21区 编码由148个氨基酸组成的分子量为16kD蛋白质 P16INK4a与周期蛋白D1竞争性结合G1期激酶CDK4 CDK6 抑制其对pRB的磷酸化作用 使游离的E2F 1与未磷酸化的PRB结合 依赖于E2F 1转录的基因不能转录 P16INK4a间接抑制包括DNA合成在内的多种生化反应 使细胞周期正常运行 66 学习资料 4 pRB pRB的去磷酸化在M及s期由蛋白磷酸酶1催化进行 在周期蛋白 CDK复合物与蛋白磷酸酶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 67 学习资料 生长因子与相应受体结合 通过信号传递促进cyclin基因表达 cyclin与相应的CDK结合为激酶复合物对pRb进行磷酸化 磷酸化的pRb释放其结合并抑制的蛋白 主要是转录因子E2F以及具激酶活性的CAB 1蛋白等 游离的E2F进入核内 与多种具特殊序列的基因启动子区结合 如c myc b myb cdc2 二氢叶酸还原酶 TK及E2F 1基因等 促进这些基因的表达 这些基因的产物促进细胞通过G1 S调控点 CKI通过抑制cyclin CDK激酶活性 使pRb不能磷酸化 pRb仍与E2F结合 E2F则不能进入核内发挥转录作用 使细胞停滞于G1期 G1 S调控点以pRb为中心构成一个复杂网络