第14章--细胞增殖调控与癌细胞.ppt

第14章细胞增殖调控与癌细胞,第一节细胞增殖调控,一.MPF的发现及其作用卵细胞成熟促进因子（maturationpromotingfactor）细胞有丝分裂促进因子（mitosispromotingfactor）M期促进因子（M-phasepromotingfactor）与M期细胞融合的间期细胞发生了形态各异的染色体凝缩，称之为早熟染色体凝缩(prematurechromosomecondensation，PCC),此种染色体则称为早熟凝缩染色体。,非洲爪蟾卵细胞成熟过程、受精和第一次卵裂示意图,GV,在成熟的卵细胞的细胞质中，必然有一种物质，可以诱导卵母细胞成熟。他们将这种物质称作成熟促进因子，即MPF。1988年Lohka等用非洲爪蟾分离获得MPF，并证明其主要有P32和P45蛋白。P32和P45结合后，可以使多种蛋白底物磷酸化，MPF是一种蛋白激酶。,二、p34cdc2激酶的发现及其与MPF的关系允许温度条件下2023(permissvetemperature)，芽殖酵母正常分裂繁殖，而在限定温度条件下(restrictivetemperature)3537，则不能正常分裂繁殖。由于某个基因发生突变而引起的，产生了突变体。L.Hartwell分离获得了数十个温度敏感突变体（temperature-sensitivemutants）。不同的突变体，发生突变的基因不同，细胞在细胞周期中所停留的时期以及细胞所表现出的形态结构也常常不同。酵母中这些与细胞分裂和细胞周期调控有关的基因，被称之为cdc（celldivisioncycle）基因。如cdc2、cdc25、cdc28等。,cdc2基因是裂殖酵母中的关键基因。cdc2基因突变导致细胞停留在G2/M交界。cdc2基因表达的产物为一种相对分子量为34kDa的蛋白，被称为p34cdc2。p34cdc2具有蛋白激酶活性，可以使多种蛋白底物磷酸化因而被称为p34cdc2激酶。cdc28是芽殖酵母中的关键基因。cdc28基因突变，芽殖酵母细胞或者停留在G1/S交界处，或者停留在G2/M交界处。它的基因表达的产物也是一种相对分子量为34kDa的蛋白，被称为p34cdc28。p34cdc28也是一种蛋白激酶。p34cdc2还是p34cdc28本身不具有酶的活性，必须与另一种蛋白p56cdc13结合才具有激酶的活性。,P34cdc2与MPF都具有激酶活性并能够促进G2/M转换。那么P34cdc2与MPF有何关系？JamesMaller实验室和PaulNurse实验室开始合作证明MPF中的p32可以被芽殖酵母中的p34cdc2特异抗体所识别，并且p34cdc2多肽片段可以增强MPF活性，表明二者为同源物。MPF的p45和p56cdc13是否也有一定关系呢？,三、周期蛋白周期蛋白均含有一段相当保守的氨基酸序列，称为周期蛋白框(cyclinbox)，约100个氨基酸残基，其功能介导周期蛋白与CDK结合。不同的周期蛋白框识别不同的CDK，组成不同的cyclin-CDK复合体，表现出不同的CDK活性。M期周期蛋白的近N端含有一段由9个氨基酸残基组成的特殊序列RXXLGXIXN），称为破坏框（destructionbox），主要参与泛素依赖性的cyclinA和cyclinB的降解。,MphaseCyclin-Cdk(MPF)(Cyclin-dependentproteinkinase),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活性的关系,四、CDK(cyclin-dependentkinase)和CDK抑制因子(cyclin-dependentkinase)CKI,五、细胞周期运转调控（一）G2/M期转化与CDK1的关键性调控作用CDK1激酶，在细胞周期中的含量相对稳定，而cyclinB的含量则呈现周期性变化；p34cdc2蛋白只有与cyclinB结合后才有可能表现出激酶活性。因而，CDK1活性首先依赖于cyclinB含量的积累。cyclinB一般在G1期的晚期开始合成，通过S期，其含量不断增加，到达G2期，其含量达到最大值。,CAK(CDK1-ActivitingKinase),Cyclin-Cdk复合物的多样性,G1SG2/MCyclin-CdkCyclin-CdkCyclin-CdkBuddingYeastCLN1,2,3-CDC28CLB5,(3,4)-CDC28CLB1,2(3,4)-CDC28FissionYeastCIG1-CDC2CIG2-CDC2CIG13-CDC2HigherEukaryotesCyclinD1,2,3-CDK4/6CyclinA-CDK2CyclinB-CDC2CyclinE1,2-CDK2,G1Substrates,SSubstrates,G2/MSubstrates,GrowthandMorphogenesis,DNAReplication,Mitosis,（二）M期周期蛋白与细胞分裂中期向后期转换细胞周期运转到分裂中期后，M期cyclinA和B将迅速降解，CDK1活性丧失，上述被CDK1磷酸化的靶蛋白去磷酸化，细胞周期便从M期中期向后期转化。,APC(AnaphasePromotingComplex)介导选择性降解的靶蛋白与Ubiquitin结合(通过泛素依赖性途径降解)APC主要介导两类蛋白降解:AnaphaseInhibitors和MitoticCyclin.前者维持姐妹染色单体粘连,抑制后期启动；后者的降解意味着有丝分裂即将结束，即染色体开始去凝集，核膜重建。Cdc20和Mad2蛋白位于动粒上，在染色体结合有丝分裂纺锤体前将不能从动粒上释放，由于Mad2与Cdc20结合而抑制APC的活性。所以只有所有染色体都与纺锤体结合后，APC才有活性，才启动细胞向后期转换。,（三）G1/S期转化与G1期周期蛋白依赖性CDK细胞由G1期向S期转化主要受G1期周期蛋白依赖性CDK所控制。哺乳动物细胞中，G1期周期蛋白主要包括cyclinD、E。与G1期周期蛋白结合的CDK主要包括CDK2、CDK4和CDK6等。cyclinDCDK的作用底物是Rb蛋白（retinoblastomaprotein）。Rb蛋白是G1/S期转化的负调控因子。cyclinECDK2活性为S期启动所必需。cyclinACDK2与DNA的复制有关。,SCF泛素化依赖蛋白质降解途径,在整个细胞周期中DNA复制一次，且只能一次。执照因子假说对细胞核染色质DNA复制发行“执照”（licensing）。在M期，细胞核膜破裂，胞质中的执照因子与染色质接触并与之结合，使后者获得DNA复制所必需的“执照”。细胞通过G1期后进入S期，DNA开始复制。随DNA复制过程的进行，“执照”信号不断减弱直到消失。到达G2期，细胞核不再含有“执照”信号，DNA复制结束并不再起始。只有等到下一个M期，染色质再次与胞质中的执照因子接触，重新获得“执照”，细胞核才能开始新一轮的DNA复制。DNA复制执照因子的主要成分Mcm蛋白（minichromosomemantenanceprotein）是其主要成分。,（四）S/G2/M期转换与DNA复制检验点,DNA复制还未完成或者DNA复制出现问题，细胞周期便不能向下一个阶段转换。DNA复制检验点主要包括两种：S期内部检验点（intra-Sphasecheckpoint）以及DNA复制检验点（replicationcheckpoint）,六、其他因素在细胞周期调控中的作用内在因素：癌基因和抑癌基因；外在因素：离子辐射、化学物质作用、病毒感染、温度变化、pH变化等。,第二节癌细胞,一、癌细胞的基本特征（一）细胞生长与分裂失去控制（二）具有浸润性和扩散性,癌细胞的扩散,（三）细胞间相互作用改变（四）表达谱改变或蛋白质活性改变（五）体外培养的恶性转化细胞的特征,染色体非整倍性,二、癌基因与抑癌基因癌基因（oncogene）是控制细胞生长和分裂的一类正常基因，其突变能引起正常细胞发生癌变。癌基因分为：病毒癌基因（v-onco）和细胞癌基因（c-onco）又称原癌基因（protooncogene）抑癌基因（tumorsuppressorgene，antioncogene）编码的蛋白质，其功能是正常细胞增殖过程中的负调控因子，在细胞周期的检验点上起阻止周期进程的作用，或者是促进细胞凋亡。Rb基因P53基因,控制细胞增长和增殖，并与肿瘤发生相关的7类蛋白,p53是一种转录因子，DNA的损伤会导致p53的水平上升，激活DNA的修复系统，同时启动很多下游基因的转录，其中包括p21CIP。p21能够与各种cyclin-CDK复合物结合，抑制它们的活性，使细胞周期阻滞，等待DNA完成修复。在DNA严重损伤的情况下，p53将诱导凋亡因子的表达，使细胞进入程序化死亡。,细胞信号调控网络及肿瘤发生相关的主要调控因子,三、肿瘤的发生是基因突变逐渐积累的结果癌症的发生一般并不是