基础分子生物学细胞周期和生长调控

基础分子生物学细胞周期和生长调控第1页/共34页29.2Cycleprogressiondependsondiscretecontrolpoints.周期的进程依赖于不同的控制点.当细胞决定分裂时,酵母细胞的起始点和动物细胞中的限制点限定了G1期的时间.第2页/共34页在G1期决定是否复制,在G2期决定是否分裂.第3页/共34页29.3

Checkpointsoccurthroughoutthecellcycle.

关卡遍布整个细胞周期.通过细胞周期的有序过程由关卡控制,只有当前面的阶段全部完成后,细胞才能进入下一个阶段.第4页/共34页根据早期该发生的是否顺利完成,关卡决定着细胞周期的进程.图中用水平的红色小条表示关卡能发生阻断作用的阶段.第5页/共34页关卡可以根据内部和外部的不同条件,在多个时间点上阻断细胞周期.第6页/共34页29.4Cellfusionexperimentsidentifycellcycleinducers.

细胞融合实验确定了细胞周期诱导剂.在异核细胞中,S期细胞核可以诱导G1期细胞核DNA的复制,而这是通过S期激活剂实现的.当两个细胞融合时,有丝分裂的细胞能诱导间期细胞发生伪有丝分裂,而这是通过M期诱导剂实现的.M期诱导剂是通过激活M期激酶产生的,这类激酶由一个催化亚基和一个周期蛋白调节亚基组成.第7页/共34页细胞融合实验产生异核体,而某个细胞核的行为方式取决于在融合之前此细胞核所在细胞所处的状态.第8页/共34页29.5Mphasekinaseregulatesentryintomitosis.

M期激酶调控有丝分裂的起始.MPF最早被确定为能引起G2卵母细胞进入减数分裂的因子.MPF也能诱导体细胞进入有丝分裂.成熟促进因子,M期促进因子和M期激酶是同一物质的不同名称.第9页/共34页非洲爪蟾胚胎发育早期,MPF诱导细胞进入M期.第10页/共34页29.6Mphasekinaseisadimerofacatalyticsubunitandaregulatorycyclin.

M期激酶是由催化亚基和调节性的周期蛋白形成的二聚体.Cdc2是M期激酶的催化亚基,能磷酸化靶蛋白的丝氨酸/苏氨酸位点.调节亚基是周期蛋白A或是周期蛋白B.活性来源于Cdc2亚基上的共价修饰.失活来源于周期蛋白的降解.第11页/共34页M期激酶(MPK)的活性受磷酸化,去磷酸化和蛋白水解作用的调控.三个被磷酸化的氨基酸分别为Thr-14,Tyr-15和Thr-161,前两个为ATP结合位点.第12页/共34页29.7Proteinphosphorylationanddephosphorylationcontrolthecellcycle.细胞周期受蛋白质的磷酸化和去磷酸化控制.M期激酶通过磷酸化各种底物来诱发有丝分裂.通过底物的去磷酸化来终止有丝分裂.组蛋白H1是M期激酶的最适底物之一,常被用来检测激酶的活性.第13页/共34页29.10Cdc2istheonlycatalyticsubunitofthecellcycleactivatorsinS.pombe.Cdc2是裂殖酵母中细胞周期激活剂中的唯一的催化亚基.在有丝分裂过程中,Cdc2与有丝分裂期的周期蛋白(A或B)中的一个形成二聚体而存在.在G1期,Cdc2与G1期周期蛋白形成二聚体.G1期的周期蛋白与有丝分裂期的周期蛋白有远亲关系,但它不是通过降解来调控.Cdc2-G1期周期蛋白二聚体一定要被激活才能进入S期.第14页/共34页裂殖酵母的细胞周期是根据Cdc2-周期蛋白复合体的形式而决定的.

(Cdc13=cyclinB)第15页/共34页29.12

Cdc2activityiscontrolledbykinasesandphosphatases.

Cdc2的活性由激酶和磷酸酶控制.Cdc25是一个磷酸酶,能去除Cdc2的Tyr-15抑制性磷酸基团从而激活M期激酶.Wee1是一个与Cdc25拮抗的激酶,在细胞体积太小时,它会磷酸化Cdc2的Tyr-15.第16页/共34页裂殖酵母中,细胞周期调控包括Cdc2连续的磷酸化和去磷酸化,关卡是通过Tyr和Thr残基的状态变化而运行的.

第17页/共34页29.13DNAdamagetriggersacheckpoint.

DNA损伤引发一个关卡.DNA损伤触发的关卡会阻滞细胞周期,直至损伤被修复.蛋白激酶ATM是该核查通路的关键成分,它能磷酸化Chk2,而Chk2能磷酸化Cdc25,使之处于非活化形式.这条应答通路还能激活一些编码修复蛋白的基因.第18页/共34页对DNA的损伤可以触发应答系统,它能阻滞细胞周期,转录应答基因,修复损伤或者导致细胞死亡.

第19页/共34页DNA损伤能触发G2期关卡.

第20页/共34页29.14Theanimalcellcycleiscontrolledbymanycdk-cyclincomplexes.动物的细胞周期由很多cdk-周期蛋白复合体控制.许多具有cdc2样催化活性亚基cdk的二聚体激酶存在于动物细胞中.cdk2和cdk4是通常结合G1期周期蛋白的催化亚基.第21页/共34页相似或重叠的组分被用来构建M期激酶和一种G1期对应物.

第22页/共34页动物细胞有丝分裂的控制需要M期激酶(MPK)的磷酸化和去磷酸化,而这些酶自身处于相似的控制,或者它们也能应答M期激酶.

第23页/共34页在G1期和S期,一些cdk-周期蛋白复合体是有活性的.阴影箭头表示其活性的维持时间.

第24页/共34页29.16RBisamajorsubstrateforcdk-cyclincomplexes.RB是cdk-周期蛋白复合体的一个主要底物.RB是cdk-G1周期蛋白复合体的重要靶标,S期的起始需要它的磷酸化.第25页/共34页当RB被cdk-周期蛋白磷酸化以后,就解除了细胞进入S期的障碍.

第26页/共34页29.17

G0/G1andG1/Stransitionsinvolvecdkinhibitors.

G0/G1和G1/S转化需要cdk抑制剂的参与CKI蛋白是cdk-周期蛋白二聚体的抑制剂.不同的CKI蛋白对不同的cdk-周期蛋白复合体有特异性.第27页/共34页p16或与cdk4,cdk6结合,或与cdk4,cdk6-周期蛋白二聚体结合,通过抑制cdk-周期蛋白D的活性,阻止RB的磷酸化,使E2F处于被隔离的状态而不能进入S期.

第28页/共34页p21和p27在CAK(Cdc2激活激酶)的作用下,抑制cdk4,cdk6-周期蛋白D以及周期蛋白E的组装和活性;它们还能阻止不依赖RB活性的细胞周期.p16抑制cdk4,cdk6-周期蛋白的组装和活性.

第29页/共34页29.18Proteindegradationisimportantinmitosis.

蛋白质降解在有丝分裂过程中很重要.周期蛋白在有丝分裂的两个时期降解,周期蛋白A在中期,周期蛋白B在末期.APC(有丝分裂后期起始复合体)是一个E3泛素连接酶,