医学细胞生物学细胞周期及其调控细胞周期本科2课件

1、亲代细胞 细胞周期间期有丝分裂期（M期）有丝分裂子代细胞 子代细胞 有丝分裂子代细胞 子代细胞 第二节 细胞周期及其调控一、细胞周期的基本概念亲代细胞 细胞周期间期有丝分裂期（M期）有丝分裂子代细胞 子代细胞 有丝分裂子代细胞 子代细胞 细胞周期(cell cycle) 连续分裂的细胞从上一次有丝分裂结束开始到下一次有丝分裂完成所经历的全过程。在这一过程中，细胞通过一系列的生化事件复制细胞的组分，然后将细胞一分为二，这种周期性的复制和分裂过程称为细胞周期。包括间期和有丝分裂期。细胞周期间期DNA复制准备期 (G1期)合成期(S 期)有丝分裂准备期 (G2期)有丝分裂期(M期)G0 期8h11h

2、4h1hG0 期：就是静止期，有些细胞从G1期中退出细胞周期，不进行DNA的复制和细胞分裂,当受到一定的刺激后，即可进入细胞周期，开始进行分裂。根据细胞增殖能力的不同，将细胞分为三类： 周期性细胞 G0期细胞 终末分化细胞二、细胞周期各时相的动态与生物大分子的合成 细胞进行活跃的RNA和蛋白质的合成,细胞体积增大, RNA聚合酶活性升高。 G1期向S期转换所需蛋白（触发蛋白、钙调蛋白、细胞周期蛋白等）； S期DNA复制起始和延长所需要的酶（解螺旋酶、DNA聚合酶）。 多种蛋白质的磷酸化 组蛋白、非组蛋白及某些蛋白激酶 细胞膜对物质的转运功能增强 (一) G1期是DNA复制准备期 G1期细胞对外

3、界变化非常敏感，如温度、营养物质、生长因子、离子浓度、pH值、药物等。R点(restriction point)： 是哺乳动物细胞周期中控制细胞从G1期进入S期的一个调节点，具有调节细胞增殖周期开关的阀门，称R点。 G1期的细胞做好了生化准备之后，能否直接进入S期呢？(二) S 期（合成期） DNA复制合成 GC含量较高的DNA序列早复制、AT含量较高的DNA序列晚复制；常染色质先复制、异染色质后复制。 蛋白质的合成 组蛋白、非组蛋白和染色质凝集蛋白的合成；同时组蛋白的持续磷酸化仍在进行。 中心粒的复制完成新中心粒的形成(三) G2期 (有丝分裂准备期) 合成大量的RNA、ATP及细胞进入有丝

4、分裂期所需要的结构与功能相关的蛋白，为细胞进入M期作准备。 成熟促进因子(maturation promoting factor,MPF) 是一种在G2期形成的、能促进M期启动的调控因子。包括CyclinB和Cdk1 。 MPF的活性单位MPF的调节单位 S期复制的中心粒，在G2期成熟，并移向细胞两极。 G2晚期到M期之前，中心粒周围形成晕（中心粒周围物质）。 (四) M 期 染色质凝集、核膜崩解、姐妹染色单体分离、核膜重建等。 RNA合成抑制、除非组蛋白外，其他蛋白合成显著降低。 为什么细胞能够严格的按照顺序从 间期前期中期后期末期？答：细胞内存在着细胞周期调控系统。 三、细胞周期的调控 细

5、胞周期调控系统（一）细胞周期调控系统的核心 cyclin Cdk CKI 促进Cdk调节因子降解的酶复合物（二）细胞周期检测点（一）细胞周期调控系统的核心 1. 细胞周期蛋白 (Cyclin) Cyclin: 是一类普遍存在于真核细胞中，随细胞周 期的变化呈周期性的合成和降解的蛋白质。 可分为：A、B、C、D、E等几大类，在细胞周期的不同阶段相继表达。 G1期：cyclinC、D、E，促进G1/S转变 （G1期周期蛋白） G1期 向 S 期转变：cyclinA（S期周期蛋白） S期：cyclinB开始表达 G2/M：cyclinB表达达到高峰（M期周期蛋白） M期末： cyclinB降解Cyc

6、lin 需与Cdk结合参与细胞周期活动的调节。周期蛋白框（cyclin box）：在细胞周期蛋白中都存在一个由100个左右的氨基酸组成的保守序列，该序列介导周期蛋白与Cdk结合。 2.细胞周期蛋白依赖性蛋白激酶 (Cyclin-dependent kinase, Cdk) 1Cdk: 是细胞周期调控系统的核心成分之一，是一类必 需与cyclin结合才具有活性的激酶。Cdk家族蛋白 中都存在一个Cdk结构域和可被磷酸化的氨基酸 残基。 Cdk结构域 与相应的细胞周期蛋白结合，发挥激酶的活性。可被磷酸化的氨基酸残基 通过磷酸化和去磷酸化调节其活性。第三步第二步第一步Cdk 14-Thr15-Tyr

7、161-Thrmyt 激酶Wee 1激酶cyclinCAK(cdk活化激酶) cdc25磷酸酶Cdk的活化机制 P P 14-Thr15-Tyr161-ThrCdk cyclin P P 14-Thr15-Tyr161-ThrCdk cyclin P 161-Thr P 15-Tyr14-Thr P cyclin161-Thr P 15-Tyr14-ThrCdk 第一步M-cdk的活化机制 哺乳动物的CKI包括两个家族： （1）CIP/KIP (Kinase inhibition protein)家族：p21、p27、p57 （2） INK4(Inhibitor of cdk 4)家族： p1

8、5、p16、 p18、p19 3. Cdk抑制物(CKI) CKI对Cdk的抑制机制： 通过与cyclin-cdk复合物结合，形成三元复合物，改变Cdk的活性位点的空间位置，使其失活。 CKI对cdk的抑制作用主要在G1期和S期。CKIcyclinCDK4.促进Cdk调节因子降解的酶复合物 SCF：对CKI进行降解 APC：对cyclin进行降解 （二）细胞周期检查点 （1）未复制DNA检测点 （2）纺锤体组装检测点 （3）染色体分离检测点 （4）DNA损伤检查点 （三）细胞周期的胞内调控（2） 复制前复合体（Pre-RC）（1） S期cyclin-Cdk复合物 主要是cyclinA-cdk复

9、合物。 启动DNA复制；1. S期DNA复制的调控机制保证DNA在一个细胞周期只复制一次。 (1) 始终与复制起始点DNA结合。其他调节蛋白都是通过与ORC结合发挥作用。(2) 在G1早期瞬间高表达，是与ORC特异性结合的调控蛋白。(3) Mcm蛋白复合体是在cdc6存在的条件下与ORC结合。被SCF降解G1早期形成Pre-RCMcm解离，并被磷酸化，从核移向胞质。ORC被磷酸化，不能结合调节蛋白。S期中，S-cdk保持高浓度。G2和M早期，S-cdk保持高浓度。在M期， M-cdk表达，继续发挥对底物的磷酸化。M期结束，细胞内所有cdk活性消失。Pre-RC重新组装。S-CdkS期（三）细胞

10、周期的胞内调控（2） 复制前复合体（Pre-RC）（1） S期cyclin-Cdk复合物 主要是cyclinA-cdk复合物。 启动DNA复制；1. S期DNA复制的调控机制保证DNA在一个细胞周期只复制一次。 2. G2/M 期的转换 （2）未复制DNA检查点 （1）G2晚期形成的MPFcyclinB 达到高峰CyclinB-Cdk1增多（非活化状态）G2晚期，cdc25激活CyclinB-cdk1 （活化状态）未复制完成的DNA未复制DNA检查点MPF活化能否进入M期？激酶cdc25pi无活性cdc25活性M期3. M期的调控作用（1）MPF 发挥作用MPF 磷酸化APC后期释放分离酶分解

11、cyclin B末期肌球蛋白去磷酸化相应蛋白去磷酸化胞质收缩形成子核组蛋白H1 、染色质凝集蛋白、核纤层蛋白、微管结合蛋白前期中期能否进入后期？纺锤体组装检查点磷酸化相应（2）MPF 失活MPF失活蛋白APC诱导的水解作用触发姐妹染色单体分离M-Cdk使核纤层蛋白磷酸化4.G1期的调控（1） MPF活性的持续抑制 Hct 1-APC复合物继续降解M期cyclinB CKI增加 M-cyclinB转录水平下降（2）合成的G1期cyclin-cdk复合物 Cyclin-C、D、E与cdk4/6复合物；（3）合成的S期cyclin-cdk复合物及其抑制蛋白何时进入S期？磷酸化抑制蛋白R点S期cycl

12、in-Cdk活性恢复进入S期G1晚期G1-cdk Rb蛋白是视网膜母细胞瘤蛋白，通过结合E2F来调节细胞周期。Rb蛋白G1-cdk (G1期) 磷酸化Rb蛋白失活 Rb蛋白的“刹车” 作用Cyclin EG1期S期Cyclin E磷酸化E2FE2FG1期S期5. DNA损伤检测点 辐射和一些化学物质可以使DNA受损。机体DNA损伤检查点可以阻止受损DNA进入细胞周期。G2期：DNA损伤信号cdc25磷酸化磷酸化cdc25 （失活）去磷酸化Thy15-piThy15M-cdk失活M期G1期：DNA损伤信号通过p53蛋白的阻碍作用，阻止细胞进 入S期。G1期中DNA损伤与p53活化作用活化的p53结合到p21基因的调控区激活转录翻译p21(CKI) G1 期S 期cyclinECdk2cyclinECdk2（四）多种因素与细胞周期调控密切相关1.生长因子 生长因子是一类多肽类蛋白质，与细胞膜上特异性受体结合来促进细胞增殖。2.抑素