细胞增值调控与肿瘤的分子基础

1、刘新文，细胞增值调控 1. G1期（期（gap 1 phase） 2. S期（期（synthesis phase） 3. G2期（期（gap 2 phase） 4. M期（期（mitosis phase） 5. G0期期 Checkpoint Checkpoint Checkpoint Checkpoint Checkpoint Checkpoint Interphase (Long) G1: Cell growth S: DNA replication G2: Cell growth M-phase= mitosis (Short) Chromosome segregation Cytoki

2、nesis 刘新文，细胞增值调控 Leland H. Hartwell R. Timothy (Tim) Hunt Sir Paul M. Nurse M2001年年10月月8日美国人日美国人Leland Hartwell、英国人、英国人Paul Nurse、Timothy Hunt因对细胞周期调控机理的研究而因对细胞周期调控机理的研究而 获诺贝尔生理医学奖。获诺贝尔生理医学奖。 刘新文，细胞增值调控 第二节第二节 细胞周期调控的关键分子细胞周期调控的关键分子 细胞周期调控的核心蛋白细胞周期调控的核心蛋白： 2.2.细胞周期蛋白细胞周期蛋白(Cyclin) (Cyclin) ：CdkCdk的正

3、调节因子的正调节因子 1.1.周期蛋白依赖性蛋白激酶周期蛋白依赖性蛋白激酶(Cyclin-dependent (Cyclin-dependent kinases,Cdks)kinases,Cdks)：细胞周期调节的中心环节：细胞周期调节的中心环节 刘新文，细胞增值调控 一、细胞周期蛋白（一、细胞周期蛋白（Cyclins） v细胞周期蛋白（细胞周期蛋白（Cyclins）是一类伴随细胞周期）是一类伴随细胞周期 的不同阶段表达、累积和降解的蛋白质因子。的不同阶段表达、累积和降解的蛋白质因子。 细胞周期蛋白盒细胞周期蛋白盒(Cyclin box): 与与Cdk结合，激活结合，激活 Cdk的蛋白激酶活性

4、的蛋白激酶活性 毁灭盒毁灭盒(Destruction box): 在在Cyclin的自身降解中的自身降解中 发挥重要作用发挥重要作用 1、结构特点、结构特点 2、调控机理、调控机理 Cyclin与与Cdk形成二聚复合体：催化亚基为形成二聚复合体：催化亚基为Cdk， 调节亚基为调节亚基为Cyclin。 Destruction Box in Cyclins 刘新文，细胞增值调控 不同类型的不同类型的CDK/cyclin复合体复合体 v Cyclin D包括包括D1-3，各亚型，各亚型cyclin D在不同在不同 细胞中的表达量不同，但具有相同的功效。细胞中的表达量不同，但具有相同的功效。 3、分类

5、：、分类：A-H 刘新文，细胞增值调控 细胞周期中不同类型细胞周期中不同类型cyclin的表达变化的表达变化 刘新文，细胞增值调控 二、周期蛋白依赖性蛋白激酶二、周期蛋白依赖性蛋白激酶 v周期蛋白依赖性蛋白激酶周期蛋白依赖性蛋白激酶(Cdks)是一类是一类Ser/Thr蛋蛋 白激酶，在细胞周期的调节中起关键作用。人体细白激酶，在细胞周期的调节中起关键作用。人体细 胞内主要有胞内主要有Cdk1/Cdc2、Cdk26、Cdk7/CAK和和 Cdk8等。等。 活性中心：活性中心：ATP结合部位；催化部位结合部位；催化部位 调节亚基调节亚基Cyclin的结合部位：正调节的结合部位：正调节 P13suc

6、1的结合部位：负调节，阻止细胞进的结合部位：负调节，阻止细胞进/退退M期期 1、结构特点：、结构特点：3个主要功能域个主要功能域 2、没有酶量的调节：、没有酶量的调节：在整个细胞周期中，某一在整个细胞周期中，某一Cdk的含的含 量恒定，其活化量恒定，其活化Cdk与非活化与非活化Cdk的总量不变。的总量不变。 刘新文，细胞增值调控 CdK的结构的结构 、： 抑制性磷酸化位点；抑制性磷酸化位点； cyclin结合位点；结合位点； ATP结合位点结合位点 b: 催化部位催化部位 : ATP结合位点结合位点 : T-loop；活性磷；活性磷 酸化位点酸化位点 : 自身磷酸化位点自身磷酸化位点 刘新文，

7、细胞增值调控 Cyclin A Cdk2 刘新文，细胞增值调控 CDK activating 刘新文，细胞增值调控 3、组成、结构调节：、组成、结构调节：活化与非活化活化与非活化Cdk的比例的比例 正性调节正性调节：人：人Cdk与特定的与特定的Cyclin 结合才有活性；结合才有活性； 也只有也只有Cyclin降解才能使降解才能使Cdk最终失活。最终失活。 负性调节负性调节：CKI与与Cdk结合后阻止结合后阻止Cdk磷酸化。磷酸化。 共价调节共价调节：抑制性位点磷酸化失活：抑制性位点磷酸化失活(Wee1激酶激酶)； 去磷酸化复活去磷酸化复活(Cdc25磷酸酶磷酸酶)。 协调调节协调调节：人：人

8、Cdc2的的Thr 160/161和和Thr 14/Tyr 15磷酸化，可促进磷酸化，可促进Cdk-Cyclin结合。结合。 这种磷酸化这种磷酸化 又依赖又依赖Cyclin，Cyclin与与Cdk的结合可导致的结合可导致Cdk T 环的移开，暴露出其中的环的移开，暴露出其中的Thr 160/161位点位点 。 MPF activity controlled by: 1) cyclin B levels 2) phosphorylation of cdk1 Multiple levels of regulation provide input for “checkpoint control” C

9、DK激酶激酶(CDK activating kinase， CAK)：磷酸化磷酸化Thr161 Wee1激酶：激酶：磷酸化磷酸化Tyr15/Thr14 依赖依赖Cyclin的蛋白激酶（的蛋白激酶（Cdc/Cdk） 种属种属 Cdk Cyclin 细胞周期或功能细胞周期或功能 裂殖裂殖 酵母酵母 Cdc2 CIG1 CIG2 Cdc13 G1 S G2/M 出芽出芽 酵母酵母 Cdc28 Cln1、Cln2、Cln3 Clb3、Clb4、Clb5、Clb6 Clb1、Clb2、Clb3、Clb4 G1 S G2/M 哺乳哺乳 动物动物 Cdk1 Cdk2 Cdk3 Cyclin B Cyclin

10、 E1, E2 Cyclin A Cyclin E G2/M G1 S G1/S Cdk4 Cdk5 Cyclin D1、D2、D3 Cyclin D1、D3 G1 Neuronal differentiation Cdk6 Cyclin D1、D2、D3 G1/S Cdk7 Cdk8 Cdk9 Cyclin H Cyclin C Cyclin T Cdk-activating kinase Transcription regulation G1/S 刘新文，细胞增值调控 三、三、Cdk抑制蛋白抑制蛋白(CKIs) vCdk抑制蛋白是抑制蛋白是Cdk的负调节因子，拮抗的负调节因子，拮抗Cycl

11、in的的 作用，阻止细胞经过检验点作用，阻止细胞经过检验点 。 （1）CIP/KIP(Kinase inhibition protein)家族：广泛抑家族：广泛抑 制制Cdk1-, Cdk2-, Cdk4/6-Cyclin复合物。因其复合物。因其N端和端和C 端分别具有不同的结构和功能，故又称双重特异家族。端分别具有不同的结构和功能，故又称双重特异家族。 包括包括p21、p27和和p57 1、CKI两大家族两大家族 （2） INK4(Inhibitor of cdk4)家族：特异性抑制家族：特异性抑制 Cdk4/6-D Cyclins，因其结构中含有数个具强烈疏水，因其结构中含有数个具强烈疏水

12、 性的锚蛋白（性的锚蛋白（ankyrin）重复序列，故又称锚蛋白家族，）重复序列，故又称锚蛋白家族， 包括包括p15、p16、p18和和p19。 刘新文，细胞增值调控 刘新文，细胞增值调控 p21 vp21p21是第一个被发现的是第一个被发现的CKICKI基因基因(1993(1993年年) )，其抑制作用最广，其抑制作用最广 泛，对细胞周期各期的泛，对细胞周期各期的CdksCdks均有明显的抑制作用。由于均有明显的抑制作用。由于其其 表达蛋白质分子量为表达蛋白质分子量为21 kD，而且最初认为它与野生型，而且最初认为它与野生型p53 的生物活性有关，故命名为的生物活性有关，故命名为p21WAF

13、-1(Wild-type p53 Activated Fragment-1)；后又发现；后又发现p21与细胞老化等多种与细胞老化等多种 因素有关，故又称因素有关，故又称p21SDL1/Cip-1/CAP20/PIC1等。等。 第一个被发现的第一个被发现的CKI基因基因 p21定位于定位于6p21 抑制作用最广泛抑制作用最广泛 表达蛋白质分子量为表达蛋白质分子量为21 kD 刘新文，细胞增值调控 p21的功能的功能 v可能作用于细胞周期的多个环节。可能作用于细胞周期的多个环节。 vP21可与可与Cyclin、Cdk和增殖细胞核抗原和增殖细胞核抗原(PCNA)组成组成 四聚体。其四聚体。其N端结构

14、域与端结构域与Cyclin-Cdk结合，结合， ，阻止细胞进入，阻止细胞进入S期。期。 v当细胞在当细胞在S期发生期发生DNA损伤时，损伤时，p21的的C末端结构域末端结构域 与与PCNA直接结合，直接结合，阻止损，阻止损 伤伤DNA长链的复制。但长链的复制。但p21不能抑制不能抑制DNA复制起始复复制起始复 合物的形成和合物的形成和DNA缺口的修补，所以，缺口的修补，所以，DNA的修复的修复 不会被抑制。不会被抑制。 vp21基因的启动子区域含有基因的启动子区域含有p53蛋白的结合位点。蛋白的结合位点。 刘新文，细胞增值调控 p16 v p16又称又称MTS1基因（基因（Multiple t

15、umor suppressor 1），其），其 编码蛋白质的分子量约为编码蛋白质的分子量约为16 kD，主要抑制，主要抑制Cdk4的活性，的活性， 故命名为故命名为p16INK4A。 p16基因定位于基因定位于9p21-22 其编码序列由其编码序列由3个外显子组成个外显子组成 有有、两个转录本。两个转录本。 表达蛋白质分子量为表达蛋白质分子量为16 kD N端含有一个与细胞周期蛋白盒端含有一个与细胞周期蛋白盒N端同源的序列；还含端同源的序列；还含 有有4个锚蛋白重复序列。个锚蛋白重复序列。 可抑制可抑制Cdk4或或Cdk6的活性，使其不能对的活性，使其不能对Rb磷酸化。磷酸化。 刘新文，细胞增

16、值调控 Cyclins-Cdks-CKIs的相互作用关系的相互作用关系 Cylcins Cdk 细胞周期作用细胞周期作用相关相关CKIs A Cdk1，Cdk2S G2 Mp21，p27，p57 B(B1,B2) Cdk1（Cdc2）G2 Mp21，p57 C D(D13) Cdk4（2，5，6）G1p15, p16, p21, p27, p18, p19, p57 E F G H Cdk2 Cdk7 G0 G1 S G1,S,G2,M p21，p57 刘新文，细胞增值调控 p21 and p27 inhibit assembly and activity of cdk4,6-cyclin D

17、 and cdk2-cyclin E by CAK. They also inhibit cycle progression independent of RB activity. p16 inhibits both assembly and activity of cdk4,6-cyclin D. 刘新文，细胞增值调控 一、细胞周期的驱动一、细胞周期的驱动 1 1、 G G1 1期：在生长因子诱导下，期：在生长因子诱导下，Cyclin DCyclin D首先被合首先被合 成，于成，于G G1 1中期达到峰值，并与中期达到峰值，并与Cdk4Cdk4、Cdk6Cdk6结合形成结合形成 ( (又称

18、又称G1-G1- CdkC)CdkC)，激活，激活Cdk4Cdk4或或Cdk6Cdk6的蛋白激酶活性，使的蛋白激酶活性，使 。磷酸化的。磷酸化的RbRb蛋白与结合的蛋白与结合的E2F(E2F(无活性无活性) ) 分离，释放出有分离，释放出有活性的活性的E2FE2F，E2FE2F作为转录因子作为转录因子 ，使细胞进入，使细胞进入S S期。期。 第三节第三节 细胞周期的调节细胞周期的调节 刘新文，细胞增值调控 positive feedback loop Rb phosphorylation maintained until Cyclin B destruction 刘新文，细胞增值调控 细胞周期

19、的驱动细胞周期的驱动 2 2、S S期：期：Cyclin DCyclin D降解降解，Cyclin ECyclin E和和A A积累，先后与积累，先后与 Cdk2Cdk2结合为结合为Cyclin E-Cdk2Cyclin E-Cdk2复合物复合物( (又称又称G1/S-CdkC)G1/S-CdkC)及及 Cyclin A-Cdk2Cyclin A-Cdk2复合物复合物( (又称又称S-CdkC)S-CdkC)，维持，维持DNADNA复制。复制。 3 3、G G2 2期：期：Cyclin ECyclin E降解降解，Cyclin BCyclin B积累，并与积累，并与 Cdc2(Cdk1)Cdc

20、2(Cdk1)结合，形成结合，形成促成熟因子促成熟因子(maturation-(maturation- promoting factorpromoting factor，MPF)MPF)复合体，即复合体，即M-CdkCM-CdkC。细胞中。细胞中 的蛋白激酶将的蛋白激酶将Cdc2Cdc2的的Tyr15Tyr15和和Thr14Thr14磷酸化，形成无活性磷酸化，形成无活性 的前的前MPF (pre-MPF)MPF (pre-MPF)。未磷酸化的活性。未磷酸化的活性MPFMPF能激活磷酸酶能激活磷酸酶 Cdc25Cdc25，将，将Cdc2Cdc2的的Tyr15Tyr15和和Thr14Thr14去磷

21、酸化，从而去磷酸化，从而激活激活更更 多的多的MPFMPF(Cdc2(Cdc2的自催化过程的自催化过程) )，促使，促使染色体浓缩染色体浓缩，微管微管 蛋白磷酸化蛋白磷酸化，细胞骨架的重新组合，推动细胞分裂。，细胞骨架的重新组合，推动细胞分裂。 4 4、M M期：期：Cyclin BCyclin B和泛素和泛素(ubiquitin)(ubiquitin)被磷酸化被磷酸化。在特定酶。在特定酶 的作用下，的作用下，磷酸化的磷酸化的Cyclin BCyclin B泛素化泛素化，然后由依赖泛素的，然后由依赖泛素的 蛋白水解酶催化蛋白水解酶催化，结果使，结果使Cdc2Cdc2失去调节单位而失活，失去调节

22、单位而失活， 细胞回到细胞回到G1G1期。期。促后期复合物促后期复合物(APC)(APC)对对M-CyclinM-Cyclin及分裂期其及分裂期其 他调控因子的泛素化和蛋白水解起重要作用。他调控因子的泛素化和蛋白水解起重要作用。 Protein degradation is important in mitosis 细胞周期驱动的核心成分细胞周期驱动的核心成分 是是CdksCdks。Cyclin-CdkCyclin-Cdk复合复合 物活性的调控决定着细胞物活性的调控决定着细胞 周期的进程。周期的进程。 刘新文，细胞增值调控 二、二、Cyclin-CdkCyclin-Cdk复合物的调节复合物的调

23、节 v结构调节：结构调节：CdkCdk亚基的磷酸化、亚基的磷酸化、CKIsCKIs的结合。的结合。 v数量调节：数量调节：CdkCdk调控因子的转录调控；调控因子的转录调控； 主要机制：泛素依赖的蛋白质水解主要机制：泛素依赖的蛋白质水解 限速步骤：泛素连接酶催化的泛素转移反应。限速步骤：泛素连接酶催化的泛素转移反应。 关键酶：关键酶： SCF(Skp1-Cdc53/cullin-F-box protein complex)和和APC (Anaphase-promoting complex， 促后期复合物促后期复合物)，泛素化并降解细胞周期调控蛋白。，泛素化并降解细胞周期调控蛋白。 刘新文，细胞

24、增值调控 The Regulation of APC in Cell Cycle SCF APC 作用时相作用时相 G1和和S期期M 作用底物作用底物 G1/S-Cycins和一些和一些 调控调控S期起始的期起始的CKIs M-Cyclins和其他调控有丝分裂的蛋白质和其他调控有丝分裂的蛋白质 调控方式调控方式 在细胞周期的整个过在细胞周期的整个过 程中，程中，SCF活性不变活性不变。 SCF引起的泛素化与引起的泛素化与 它的靶蛋白质的磷酸它的靶蛋白质的磷酸 化状态有关，化状态有关，SCF只只 能识别特异的磷酸化能识别特异的磷酸化 蛋白质蛋白质、使其泛素化、使其泛素化 并降解。并降解。 活性活

25、性随细胞周期时相的变化而改变随细胞周期时相的变化而改变，受，受 其活化亚基其活化亚基Cdc20的调控。当细胞接近的调控。当细胞接近 分裂期时，分裂期时，M-CdkC刺激刺激Cdc20转录，其转录，其 蛋白质合成增加，并与磷酸化的蛋白质合成增加，并与磷酸化的APC结结 合形成合形成活性活性Cdc20-APC复合物复合物，在有丝，在有丝 分裂后期降解分裂后期降解securin蛋白质，蛋白质，活化活化 separase蛋白酶蛋白酶，剪切和解离，剪切和解离cohesin 复合物，使复合物，使cohesin复合物脱离染色体，复合物脱离染色体， 促使姐妹染色单体分离促使姐妹染色单体分离；泛素化并水解泛素化

26、并水解 M-Cyclins，失活，失活M-Cdk，使细胞离开，使细胞离开M 期。分裂末期，期。分裂末期，M-Cyclin的降解可导致的降解可导致 所有所有APC的失活。在的失活。在G1期，期，APC的活化的活化 蛋白蛋白Hct1与与APC结合，抑制结合，抑制M-Cyclin的的 水平。水平。 刘新文，细胞增值调控 第三节第三节 细胞周期的调节细胞周期的调节 v基因调节基因调节：CdkCdk的时相性激活是细胞周期调控机制的时相性激活是细胞周期调控机制 的核心，其主要依赖于的核心，其主要依赖于CyclinCyclin的细胞周期特异性或的细胞周期特异性或 时相性表达、累积和降解。时相性表达、累积和降

27、解。 v生长因子及其受体调节生长因子及其受体调节 v抑素调节抑素调节：细胞自身产生的终止增殖的信号分子：细胞自身产生的终止增殖的信号分子 vcAMPcAMP和和cGMPcGMP调节调节：含量随细胞周期呈周期性变化：含量随细胞周期呈周期性变化 v激素调节激素调节：生长激素、雌激素等可刺激细胞生长：生长激素、雌激素等可刺激细胞生长 vCaCa2+ 2+和钙调素调节 和钙调素调节：高：高CaCa2+ 2+水平直接或间接激活蛋 水平直接或间接激活蛋 白激酶从而调节细胞增殖活动白激酶从而调节细胞增殖活动 G G1 1期的启动是细胞周期的关键期的启动是细胞周期的关键: G: G1 1/S/S限制点限制点

28、刘新文，细胞增值调控 生长因子生长因子 (Growth factor) G1 S G2 M EGF、IGF、IL (+) TGF- (-) PDGF (+) 刘新文，细胞增值调控 抑素抑素 (Chalone) G1 S G2 M M因子因子 (-) S因子因子 (-) 刘新文，细胞增值调控 三、细胞周期检测点与细胞周期监控三、细胞周期检测点与细胞周期监控 v细胞周期检测点细胞周期检测点(check point)：保证细胞周期中：保证细胞周期中 DNA复制和染色体分配的检测机制。细胞一旦通过复制和染色体分配的检测机制。细胞一旦通过 了检测点，就可以完成细胞周期。这是一类了检测点，就可以完成细胞周

29、期。这是一类 机制。机制。 v细胞周期监控：当细胞周期进程中出现异常事件，细胞周期监控：当细胞周期进程中出现异常事件， 如如DNA损伤或损伤或DNA复制受阻时，检测点调节机制被复制受阻时，检测点调节机制被 激活，及时地中断细胞周期的运行。待细胞修复或激活，及时地中断细胞周期的运行。待细胞修复或 排除故障后，细胞周期才能恢复运转。排除故障后，细胞周期才能恢复运转。 刘新文，细胞增值调控 Checkpoints in Eukaryotic Cell Cycle 细胞周期检测点分类细胞周期检测点分类 刘新文，细胞增值调控 1、细胞周期检测点分类、细胞周期检测点分类 （1）DNA损伤检测点损伤检测点(

30、DNA damage checkpoint)：负责：负责 检测检测DNA有无损伤、合成有无错误。有无损伤、合成有无错误。 G1晚期检测点晚期检测点(G1/S转换点转换点)：关键性检测点。控制从：关键性检测点。控制从G1 期进入期进入S期，决定细胞是进入细胞周期，或暂时滞留在期，决定细胞是进入细胞周期，或暂时滞留在G1期，期， 或退出周期。在哺乳类动物细胞中，或退出周期。在哺乳类动物细胞中，G1检测点称为检测点称为R点或点或 限制点限制点(restriction point)，酵母中为启动点，酵母中为启动点(start)。 G2期检测点期检测点(G2/M转换点转换点)：保证细胞：保证细胞DNA复

31、制的完整。复制的完整。 （2）DNA复制检测点复制检测点(DNA replication checkpoint)： 负责负责DNA复制的进度复制的进度 （3）纺锤体组装检测点）纺锤体组装检测点(spindle assembly checkpoint)或或 中期检测点中期检测点(metaphase checkpoint)：管理染色体的分配：管理染色体的分配 刘新文，细胞增值调控 细胞周期检验点细胞周期检验点 刘新文，细胞增值调控 2、细胞周期监控分子、细胞周期监控分子 vRbRb蛋白处于细胞生长和分化调控的中心环节，对细胞周期蛋白处于细胞生长和分化调控的中心环节，对细胞周期 两个关键的调控点两个

32、关键的调控点 G1/S G1/S和和G2/MG2/M行使行使“闸门闸门”作用。作用。 Rb蛋白的活性决定细胞周期进程：蛋白的活性决定细胞周期进程：G1早期和早期和G2期，期， Rb蛋白处于非磷酸化或低磷酸化状态，与转录因子蛋白处于非磷酸化或低磷酸化状态，与转录因子E2F 结合，抑制结合，抑制cyclin E 、cyclin A 等基因转录。等基因转录。 G1中期，中期， S期和期和G2/M期，期，Rb被磷酸化，解除对被磷酸化，解除对E2F转录活性的抑转录活性的抑 制，促使多种进入制，促使多种进入S期所必需的基因被活化。期所必需的基因被活化。 （1）Rb蛋白蛋白 核内转录因子，核内转录因子， 分

33、子量为分子量为105KD 活性调节：磷酸化失活，去磷酸化激活。活性调节：磷酸化失活，去磷酸化激活。Rb蛋白至少蛋白至少 被磷酸化三次，即被磷酸化三次，即G1中期，中期，S期和期和G2M期。每次磷酸期。每次磷酸 化可能发生在化可能发生在Rb蛋白不同的结构域。蛋白不同的结构域。 刘新文，细胞增值调控 细胞周期中细胞周期中Rb的活性调控的活性调控 Cdk4/Cdk6-Cyclin DCdk4/Cdk6-Cyclin D引起引起RbRb蛋白的初始磷酸化，促使蛋白的初始磷酸化，促使 Cdk2-Cyclin ECdk2-Cyclin E的形成，后者可加速的形成，后者可加速RbRb的磷酸化。在细胞接的磷酸化

34、。在细胞接 近近G1-SG1-S转折点时，转折点时，E2FE2F和和Cdk2-CyclinECdk2-CyclinE活性进一步增加，保活性进一步增加，保 证证RbRb蛋白在通过蛋白在通过S S、G2G2和和M M期时始终保持磷酸化状态。期时始终保持磷酸化状态。 在完成有丝分裂和进入在完成有丝分裂和进入G1早期和早期和G0期时，期时，Cdk-Cyclin水水 平下降，导致平下降，导致Rb蛋白去磷酸化。蛋白去磷酸化。 Rb基因的活性受一系列抑癌基因基因的活性受一系列抑癌基因(p16INK4、p21Cip1、 p27KIP1等等)的调节，这些基因均属的调节，这些基因均属CKI家族。家族。 刘新文，细

35、胞增值调控 （2）p53蛋白蛋白 vp53p53蛋白可调控蛋白可调控G1/SG1/S和和G2/MG2/M检测点检测点 核内转录因子，分子量为核内转录因子，分子量为53KD 核心区：高度保守核心区：高度保守 C端碱性区：可单独起作用；四聚化；多个磷酸化位点端碱性区：可单独起作用；四聚化；多个磷酸化位点 N端酸性区：易水解，决定半寿期，含端酸性区：易水解，决定半寿期，含1磷酸化位点磷酸化位点 结构特点：结构特点： 作用机理：作用机理：阻滞细胞增值；监视阻滞细胞增值；监视G1期基因组完整性，期基因组完整性， 促使损伤促使损伤DNA修复；诱导细胞凋亡。修复；诱导细胞凋亡。 酸性区酸性区核心区核心区碱性

36、区碱性区 P53蛋白蛋白 刘新文，细胞增值调控 The Mechanism of G1 Arrest of Cell Cycle after DNA Damage u当当DNA损伤、核苷损伤、核苷 酸缺失或缺氧时，酸缺失或缺氧时， p53被活化，诱导下被活化，诱导下 游靶基因如游靶基因如p21Cip1转转 录，后者可抑制录，后者可抑制 Cyclin D1-Cdk4/6、 Cyclin E-Cdk2或或 Cyclin A-Cdk2等复等复 合体活性，阻断细胞合体活性，阻断细胞 周期进入周期进入S或或M期期 刘新文，细胞增值调控 P53蛋白蛋白 解链酶解链酶 复制因子复制因子A A P21蛋白蛋白

37、 细胞停滞于细胞停滞于G G1 1期期 细胞自杀细胞自杀 DNA损伤损伤 P21基因基因 P53蛋白蛋白 抑抑 制制 P53蛋白蛋白 成功修复成功修复 修复失败修复失败 u抑制解链酶活性，抑制细胞增殖抑制解链酶活性，抑制细胞增殖 u与复制因子与复制因子A相互作用相互作用，抑制，抑制DNA复制，启动修复复制，启动修复 刘新文，细胞增值调控 u诱导诱导GADD45GADD45基因转录，引起基因转录，引起G1G1期停滞，期停滞，修复修复 DNA 。 u当当DNA严重损伤，或损伤的严重损伤，或损伤的DNA不能修复时，不能修复时， p53的激活将诱导细胞凋亡，阻止癌变。的激活将诱导细胞凋亡，阻止癌变。

38、u与与TATATATA结合蛋白结合，抑制结合蛋白结合，抑制c-fosc-fos、c-junc-jun、 PCNAPCNA及及p53p53基因的自身转录，抑制细胞增殖基因的自身转录，抑制细胞增殖 刘新文，细胞增值调控 The Regulation and Functions of p53 Protein 刘新文，细胞增值调控 （3）其它调节蛋白）其它调节蛋白 v毛细血管扩张性共济失调症突变蛋白毛细血管扩张性共济失调症突变蛋白ATM(ataxia telangiectasia mutated)和和ATR(ATM-Rad3-related) ATMATM及及ATRATR在结构与磷酸肌醇激酶家族相似，

39、但功能上在结构与磷酸肌醇激酶家族相似，但功能上 属于蛋白质激酶属于蛋白质激酶，是直接，是直接感受感受DNADNA双链断裂损伤双链断裂损伤和启动各和启动各 种种DNADNA损伤信号反应通路的主开关分子。损伤信号反应通路的主开关分子。 ATMATM可磷酸化可磷酸化p53p53蛋白，激活其活性，继而激活蛋白，激活其活性，继而激活p21p21表达。表达。 ATM/ATRATM/ATR磷酸化磷酸化人检测点蛋白质人检测点蛋白质hRad17hRad17是细胞周期检测是细胞周期检测 点信息传递的重要早期步骤点信息传递的重要早期步骤: : 在细胞周期检测的早期，在细胞周期检测的早期， ATR/ATMATR/AT

40、M磷酸化磷酸化hRad17hRad17的的Ser635Ser635和和Ser645Ser645，活化，活化hRad17hRad17， 后者将后者将Rad1-Rad9-Hus1Rad1-Rad9-Hus1检测点复合物装载至损伤的检测点复合物装载至损伤的DNADNA上，上， 从而终止细胞周期的进程。从而终止细胞周期的进程。 刘新文，细胞增值调控 第四节第四节 肿瘤的分子基础肿瘤的分子基础 v肿瘤：病毒、化学物质、射线等引起基因肿瘤：病毒、化学物质、射线等引起基因(DNA) 结构和表达的异常变化，导致细胞周期调控紊乱，结构和表达的异常变化，导致细胞周期调控紊乱， 细胞生长细胞生长/增殖失去控制，最终

41、细胞持续分裂和癌增殖失去控制，最终细胞持续分裂和癌 变。故被认为是细胞周期疾病。变。故被认为是细胞周期疾病。 癌基因癌基因 抑癌基因抑癌基因 正调控正调控 负调控负调控 刘新文，细胞增值调控 肿瘤细胞与正常细胞的区别肿瘤细胞与正常细胞的区别 v 正常细胞增殖需外源性生长因子；具有明显的接触抑制正常细胞增殖需外源性生长因子；具有明显的接触抑制 v 肿瘤细胞的特征：肿瘤细胞的特征： 1 1）减少对生长因子的需求。减少对生长因子的需求。 2 2）丧失接触抑制，细胞倾向于堆积和形成集落）丧失接触抑制，细胞倾向于堆积和形成集落 3 3）具有无限期分裂的能力，即细胞永生化）具有无限期分裂的能力，即细胞永生

42、化 4 4）不依赖锚定生长，可在软琼脂中生长）不依赖锚定生长，可在软琼脂中生长 刘新文，细胞增值调控 良、恶性肿瘤的基本区别良、恶性肿瘤的基本区别 14)(q24;q32) u8号染色体上的号染色体上的myc基因易位至基因易位至14号染色体长臂上号染色体长臂上Ig H基因旁，基因旁， 在在B淋巴细胞该基因活性转录，导致淋巴细胞该基因活性转录，导致myc基因过度表达。基因过度表达。 刘新文，细胞增值调控 刘新文，细胞增值调控 癌基因癌基因 活化机制活化机制 相关肿瘤相关肿瘤 sis 过度表达过度表达 星形细胞、骨肉瘤，乳腺癌等星形细胞、骨肉瘤，乳腺癌等 erb-B1 过度表达过度表达肺鳞癌、脑膜

43、瘤、卵巢癌等肺鳞癌、脑膜瘤、卵巢癌等 c-Met 基因扩增基因扩增 重排重排 过度表达过度表达 胃癌、肝细胞癌、肾乳头状细胞癌等胃癌、肝细胞癌、肾乳头状细胞癌等 H-ras 点突变点突变 甲状腺癌、膀胱癌等甲状腺癌、膀胱癌等 c-myc 易位易位 Burkitt淋巴瘤淋巴瘤 刘新文，细胞增值调控 启动子插入启动子插入 v一个细胞原癌基因附近一旦被插入一个强有一个细胞原癌基因附近一旦被插入一个强有 力的启动子即被激活。力的启动子即被激活。 鸟类白细胞增生病毒鸟类白细胞增生病毒 （ALVALV） 例如：例如：1 1日龄鸡日龄鸡 产生产生B B细胞淋巴瘤细胞淋巴瘤 vALVALV没有癌基因没有癌基因

44、, ,只有一个强有力的启动子，只有一个强有力的启动子， 当当ALVALV前病毒（前病毒（provirusprovirus）一旦整合到细胞的）一旦整合到细胞的 癌基因旁，即可诱导细胞癌基因的表达。癌基因旁，即可诱导细胞癌基因的表达。 刘新文，细胞增值调控 转座到活性染色质区而激活转座到活性染色质区而激活 刘新文，细胞增值调控 二、抑癌基因（二、抑癌基因（antioncogene） v 抑癌基因：又称肿瘤抑制基因抑癌基因：又称肿瘤抑制基因（tumor suppressor gene）或隐性癌基因或隐性癌基因（recessive oncogene），是一类抑制，是一类抑制 细胞增殖并潜在抑制癌变的基

45、因，这类基因的缺失或细胞增殖并潜在抑制癌变的基因，这类基因的缺失或 失活导致细胞癌变。失活导致细胞癌变。 第一个被发现的抑癌基因：第一个被发现的抑癌基因：Rb 表达产物的亚细胞定位涉及细胞表面、胞质或表达产物的亚细胞定位涉及细胞表面、胞质或 胞核，其功能涉及信号传递、细胞周期调控等。胞核，其功能涉及信号传递、细胞周期调控等。 刘新文，细胞增值调控 1 1、判断条件：、判断条件： 有正常表达；有正常表达； 肿瘤中有缺失或突变；肿瘤中有缺失或突变； 可抑制不含该基因肿瘤细胞的恶性表型可抑制不含该基因肿瘤细胞的恶性表型 2 2、失活途径：、失活途径： 突变；突变； 表达蛋白被磷酸化；表达蛋白被磷酸化

46、； 癌基因表达蛋白结合抑癌基因表达蛋白癌基因表达蛋白结合抑癌基因表达蛋白 刘新文，细胞增值调控 癌基因与抑癌基因比较癌基因与抑癌基因比较 特点特点 oncogene anti-oncogene 基因属性基因属性 cellcell增殖基因增殖基因 组织分化基因组织分化基因 致癌方式致癌方式 激活，异常表达激活，异常表达 基因丢失或失活基因丢失或失活 诱发机理诱发机理 突变或易位突变或易位 突变或缺失突变或缺失 致癌机理致癌机理 显性显性 隐性隐性 肿瘤类型肿瘤类型 白血病，淋巴瘤白血病，淋巴瘤 实体瘤实体瘤 刘新文，细胞增值调控 刘新文，细胞增值调控 3、重要的抑癌基因、重要的抑癌基因 （1）R

47、b（视网膜母细胞瘤基因）：最早被发现（视网膜母细胞瘤基因）：最早被发现 v Rb、p53：均编码转录因子：均编码转录因子 当等位基当等位基 因处于杂因处于杂 合时，会合时，会 出现丢失出现丢失 或突变另或突变另 一个基因一个基因 的趋势，的趋势， 称为杂合称为杂合 性丢失性丢失 刘新文，细胞增值调控 刘新文，细胞增值调控 显性负作用显性负作用(dominant negative effect)(dominant negative effect)：突：突 变型变型p53p53蛋白能抑制野生型蛋白能抑制野生型p53p53的功能的功能 显性致癌作用显性致癌作用(dominant oncogenic

48、effect)： 某些某些p53突变体作为癌基因直接发挥致癌作用。突变体作为癌基因直接发挥致癌作用。 或使癌细胞对放疗、化疗产生抗性而易转移。或使癌细胞对放疗、化疗产生抗性而易转移。 P53基因基因 基因卫士基因卫士 vp53p53的突变型有两种形式：的突变型有两种形式： 致癌剂、电离辐射、致突变剂致癌剂、电离辐射、致突变剂 p53基因正常细胞基因正常细胞 p53基因突变或缺失基因突变或缺失 野生型野生型p53活化活化突变型突变型p53不能活化不能活化 靶基因转录上调靶基因转录上调DNA不能修复不能修复 DNA损伤损伤DNA损伤损伤 p21等等CDK 抑制基因抑制基因 GADD45等等 DNA

49、修复基因修复基因 Bax等促等促 凋亡基因凋亡基因 G1细胞周期停止细胞周期停止 DNA修复成功修复成功 受损细胞恢复正常受损细胞恢复正常 DNA修复失败修复失败 细胞凋亡细胞凋亡 细胞不停止生长细胞不停止生长 细胞突变细胞突变 恶性肿瘤恶性肿瘤 克隆性扩增克隆性扩增 和附加突变和附加突变 刘新文，细胞增值调控 p16p16主要表现为纯合性丢失或突变。主要表现为纯合性丢失或突变。 p16 / MTS1（multiple tumor suppressor 1） 正常时正常时p16与与Cyclin D竞争结合竞争结合Cdk4，特异抑制，特异抑制 其活性，使之不能解除其活性，使之不能解除Rb基因对转

50、录因子的抑制，基因对转录因子的抑制， 从而抑制细胞的增殖，阻止细胞生长。从而抑制细胞的增殖，阻止细胞生长。 该基因突变时，该基因突变时，Cdk4与与Cyclin D结合增多，磷结合增多，磷 酸化多种癌基因产物酸化多种癌基因产物(如如PP60c-sYc、C-abl)，或，或 磷酸化某些抑癌基因产物磷酸化某些抑癌基因产物(如如Rb蛋白蛋白)，促使细胞，促使细胞 从静止态进入增殖态。从静止态进入增殖态。 刘新文，细胞增值调控 三、三、DNA修复基因与肿瘤修复基因与肿瘤 DNADNA损伤的修复保护了细胞基因组的完整性，因而损伤的修复保护了细胞基因组的完整性，因而 也防止了细胞发生癌变的可能性。也防止了

51、细胞发生癌变的可能性。 刘新文，细胞增值调控 刘新文，细胞增值调控 四、端粒酶与肿瘤的关系四、端粒酶与肿瘤的关系 刘新文，细胞增值调控 五、肿瘤发生的多步论五、肿瘤发生的多步论 1、恶性肿瘤的发生是一个多因素作用、多基因突、恶性肿瘤的发生是一个多因素作用、多基因突 变、多阶段逐步演变的过程。变、多阶段逐步演变的过程。 刘新文，细胞增值调控 2、基本步骤：、基本步骤： （1）启动）启动 (initiation)：关键基因突变。：关键基因突变。 生殖细胞突变：可遗传给后代，在后代机体中成生殖细胞突变：可遗传给后代，在后代机体中成 为肿瘤发生的始祖细胞。为肿瘤发生的始祖细胞。 体细胞突变：突变细胞具

52、有增殖优势，形成实质体细胞突变：突变细胞具有增殖优势，形成实质 性细胞克隆。性细胞克隆。 （2）促进作用）促进作用 (promotion) 促进因素本身无或仅有极微弱的致癌作用，不诱促进因素本身无或仅有极微弱的致癌作用，不诱 发基因突变，但能刺激细胞增生，形成良性肿瘤。发基因突变，但能刺激细胞增生，形成良性肿瘤。 促进因素：能改变基因的表达。如：佛波酯。促进因素：能改变基因的表达。如：佛波酯。 刘新文，细胞增值调控 （3 3）发展）发展/ /演进演进(progression)(progression) 由良性肿瘤转变为恶性肿瘤的过程由良性肿瘤转变为恶性肿瘤的过程: : 失控性生长失控性生长,

53、, 血管化血管化, ,抗药性抗药性, ,浸润浸润, ,转移等。转移等。 遗传和细胞生物学特性变化：染色体易位、转座遗传和细胞生物学特性变化：染色体易位、转座 子移动加强、染色体片段缺失、基因和染色单体扩子移动加强、染色体片段缺失、基因和染色单体扩 增、增、DNADNA转染效率增强等。转染效率增强等。 癌变的分子生物学特征：癌变的分子生物学特征：“胎儿基因胎儿基因”表达、激表达、激 素和生长因子的异位表达、细胞癌基因的激活、细素和生长因子的异位表达、细胞癌基因的激活、细 胞表面胞表面MHC抗原表达的丧失、抑癌基因功能丧失等抗原表达的丧失、抑癌基因功能丧失等 刘新文，细胞增值调控 克隆性选择：在肿

54、瘤发展过程中，基因突变促使克隆性选择：在肿瘤发展过程中，基因突变促使 细胞获得生长优势，形成克隆群。通过克隆性选择，细胞获得生长优势，形成克隆群。通过克隆性选择， 肿瘤更加快速生长，其基因突变进一步累积，恶性肿瘤更加快速生长，其基因突变进一步累积，恶性 表型增加，最终使一些细胞获得迁移能力。表型增加，最终使一些细胞获得迁移能力。 刘新文，细胞增值调控 结肠直肠结肠直肠癌的多阶段演化癌的多阶段演化 刘新文，细胞增值调控 六、肿瘤转移的分子基础六、肿瘤转移的分子基础 肿瘤转移主要指肿瘤转移主要指癌细胞原发性脱落，进入细胞外基癌细胞原发性脱落，进入细胞外基 质和血管或淋巴管，并在远处适宜的组织中生长

55、。质和血管或淋巴管，并在远处适宜的组织中生长。 细胞恶性转化细胞恶性转化转移性癌细胞亚克隆转移性癌细胞亚克隆粘附并侵入基粘附并侵入基 底膜底膜浸润细胞外间质浸润细胞外间质侵入血管侵入血管与淋巴细胞相互与淋巴细胞相互 作用作用肿瘤细胞栓子肿瘤细胞栓子与内皮细胞粘附与内皮细胞粘附穿出血管穿出血管 转移灶形成转移灶形成肿瘤血管形成肿瘤血管形成转移灶生长转移灶生长 刘新文，细胞增值调控 整合素基因整合素基因(integrins gene)-(integrins gene)-细胞表面粘合细胞表面粘合 受体受体-细胞基质粘附蛋白细胞基质粘附蛋白-锚定细胞。锚定细胞。 2、肿瘤浸润机制、肿瘤浸润机制 细细

56、胞胞 锚锚 定定 与与 粘粘 附附 分分 子子 刘新文，细胞增值调控 Integrins are transmembrane receptors 刘新文，细胞增值调控 Cadherins 刘新文，细胞增值调控 Ig CAMs 刘新文，细胞增值调控 Matrix Metalloproteinases (MMPs) 肿瘤细胞表达肿瘤细胞表达金属蛋白酶金属蛋白酶-降解粘附蛋白，降解粘附蛋白， 使得细胞失去固着作用。使得细胞失去固着作用。 MMPsMMPs结构特点结构特点 v以以酶原酶原形式分泌形式分泌 v均含均含2个锌离子，其中个锌离子，其中1个位于催化活性中心个位于催化活性中心 v前肽区高度保守序

57、列前肽区高度保守序列PRCGXPDV对于保持对于保持 酶原的潜在状态极其重要酶原的潜在状态极其重要 刘新文，细胞增值调控 vIntestitial Collagenase：分解纤维胶原的螺旋结：分解纤维胶原的螺旋结 构构 vGelatinase：识别并降解基底膜，降解纤维胶原：识别并降解基底膜，降解纤维胶原 vStromelysin：降解胞外蛋白多糖、层粘连蛋白等：降解胞外蛋白多糖、层粘连蛋白等 vMT-MMP：有穿膜区，位于细胞表面：有穿膜区，位于细胞表面 vothers MMPs的类型的类型 刘新文，细胞增值调控 MMPs的活性调节的活性调节 转录水平的调节转录水平的调节 转录后水平的调节

58、转录后水平的调节 酶原的活化酶原的活化 TIMPsTIMPs的抑制作用的抑制作用 v正常细胞含有金属蛋白酶抑制因子基因正常细胞含有金属蛋白酶抑制因子基因( (TIMP TIMP gene),gene),表达的蛋白产物能与蛋白酶结合，抑制其表达的蛋白产物能与蛋白酶结合，抑制其 水解功能。肿瘤细胞该基因表达受阻。水解功能。肿瘤细胞该基因表达受阻。 刘新文，细胞增值调控 用用myc等癌基因染小鼠，可使小鼠产生癌细胞，等癌基因染小鼠，可使小鼠产生癌细胞， 但不转移。说明转化与转移不是同一类基因。但不转移。说明转化与转移不是同一类基因。 癌基因与抑癌基因主要调控肿瘤的恶性表型，诱癌基因与抑癌基因主要调控肿瘤的恶性表型，诱 发和增强癌细胞的转移潜能。发和增强癌细胞的转移潜能。 肿瘤转移基因和转移抑制基因在肿瘤转移中起重肿瘤转移基因和转移抑制基因在肿瘤转移中起重 要作用要作用 3、肿瘤转移基因和转移抑制基因、肿瘤转移基因和转移抑制基因 刘新文，细胞增值调控 RasRas基因既是癌基因，也是肿瘤转移基因，基因既是癌基因，也是肿瘤转移基因， 它引起的癌细胞转移与几种效应蛋白，如它引起的癌