细胞生物学--第十章：3细胞增殖与调控

第二节细胞周期调控,一、MPF的发现及其作用MPF（卵细胞促成熟因子，matuation-promotingfactor；细胞促分裂因子，mitosis-promotingfactor；M期促进因子，M-phase-promotingfactor）。,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(prematurelycondensedchromosome，PCC)。G1期PCC为单线状，因DNA未复制；S期PCC为粉末状，因DNA由多个部位开始复制；G2期PCC为双线染色体，说明DNA复制已完成。,人M期细胞与袋鼠（Ptk）G1、S、G2期细胞融合诱导PCC：提示M期细胞存在诱导PCC的因子；,不同形态的PCC,1988年Maller实验室从非洲爪蟾卵中纯化出MPF，证明主要含p32和p45两种蛋白，表现出激酶活性。,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、P34cdc2激酶的发现及其与MPF的关系,1960sL.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，分离出了几十个与细胞分裂有关的基因(celldivisioncyclegene，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(celldivisioncycle)基因，根据被发现的先后顺序被命名。,裂殖酵母中的cdc2基因表达34kDa的蛋白，称p34cdc2。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，编码34kDa的蛋白，具有激酶活性。p34cdc28是p34cdc2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，p34cdc28或p34cdc2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p34cdc2和蛋白p56cdc13结合）。,之后，J.Maller和P.Nurse实验室立即合作，很快证明爪蟾卵中的p32与p34cdc2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p56cdc13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A1-2、B1-3、C、D1-3、E1-2、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，不同的周期蛋白框识别不同的CDK,组成不同的周期蛋白复合体，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,哺乳动物和酵母部分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，几个实验室同时工作构建了人类、爪蟾和果蝇的cDNA文库，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：CDK1-10。cdc2最早被发现，被命名为CDK1。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激酶的效应是多方面的，如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(Inhibitorofcdk4)，如:P16ink4a、P15ink4b、P18ink4c、P19ink4d，特异性抑制cdk4cyclinD1、cdk6cyclinD1复合物。,CIP/Kip(Kinaseinhibitionprotein)：包括P21cip/waf1(cyclininhibitionprotein1)、P27kip1(kinaseinhibitionprotein1)、P57kip2等，能抑制大多数CDK的激酶活性，P21cip/waf1还能与DNA聚合酶的辅助因子PCNA（proliferatingcellnuclearantigen）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（p34cdc2激酶），由p34cdc2蛋白（或p34cdc28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,CD