细胞周期调控与肿瘤

细胞周期2013.7.1目录

细胞周期概述细胞周期的自身调节细胞周期运行的调控细胞周期紊乱与肿瘤细胞周期的概述细胞周期是指正常连续分裂的细胞从前一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂完成所经历的连续动态过程，可分为5期：即G0期（静息期）、G1期（DNA合成前期）、S期（DNA合成期）、G2期（DNA合成后期）、M期（有丝分裂期）。G0期：是指分裂后相对稳定的一段时期，也称为静止期；其持续时间有很大的变数，有时可长达几十年。G1期：持续时间大致为6~12h，它决定是否开始为细胞分裂准备复制DNA。S期：持续6~8h，为基因组复制G2期：所需时间为3~4h，细胞将为有丝分裂做准备，并对DNA复制进行检查，以肯定该过程已成功地结束。M期：持续1~2h，新复制的染色体将分开，各自进入子代细胞里的适当位置，分裂成两个独立的子细胞。细胞周期的特点 单向性：G1期－﹥S期－﹥

G2期－﹥

M期阶段性：细胞可因某种原因在某时相停止下来，待生长条件好转后细胞可重新活跃起来过渡到下一个时相。检查点：增殖细胞在分裂过程中，为了保证DNA复制和染色体分配质量，细胞内各个时相交叉处存在检查点，只有通过了检查点的检查，细胞才能进入下一个时相。细胞周期的自身调节CDK是细胞周期运行的引擎Cyclin与CDK结合是细胞周期的正调控机制CDK抑制剂是细胞周期的负调控机制泛素-蛋白酶体对细胞周期的调节Rb蛋白(retinoblastomaprotein,视网膜母细胞瘤蛋白）：可以结合基因调节蛋白E2F，从而抑制细胞增殖。一些细胞外信号，如某些些生长因子，可以使G1CDK复合物活化，使Rb蛋白磷酸化，改变其构型，将所结合的基因调节蛋白释放，从而激活那些为细胞增殖所需的基因。E2F：是一个重要的转录因子家族,通过调节靶基因的转录活性在细胞周期、DNA复制、生长、分化、凋亡等多种细胞进程中发挥关键的作用。CDK是细胞周期运行的引擎

CDK（细胞周期蛋白依赖性激酶）属于丝/苏氨酸激酶家族，有13个成员，分别被命名为CDK1~13。如果把细胞周期看作是一种周而复始的运动，那么其推动力主要来自CDK，它是细胞周期的引擎。CDK的底物有多种，其中最主要的是Rb。在人细胞，控制G1期的是CDK4/CDK6和CDK2，它们对Rb进行磷酸化，释放Rb对E2F的转录抑制作用，从而推动细胞进入S期。S期和G2期依赖于CDK2；而M期主要由CDK1负责。CDK在细胞周期中的表达量相对稳定，以非活性的形式存在，与特定的cyclin结合后，构像发生变化，经过一系列磷酸化和去磷酸化后被激活，影响细胞周期的进程。在人源性细胞中，CDK和cyclin结合后，CDK的激活与否还受到CDK激活蛋白酶（CAK）机制、CDK抑制物（CDKIs）机制和Weel及CDC25等因素的调节。Cyclin与CDK结合是细胞周期的正调控机制Cyclin（细胞周期蛋白）：最先从海胆胚胎中分离鉴定的，分子量为50KD蛋白质的一大家族。目前从哺乳动物细胞中分离出9类主要的Cyclin。调节CDK活性的任务主要由此蛋白负责。Cyclin由于其能刺激细胞异常分裂，诱发肿瘤形成，故有人认为编码cyclin的基因可能是癌基因特别是位于染色体11q13区的cyclinD基因。G1期，在生长因子的刺激下，cyclinD表达，并与CDK4、CDK6结合，使下游的蛋白质磷酸化,促进许多基因的转录，如编码cyclinE、A和CDK1的基因。G1期-S期，cyclinE与CDK2结合，促进细胞进入S期。CyclinE的抗体能使细胞停滞于G1期。在G2-M期，cyclinA、cyclinB与CDK1结合，CDK1使底物蛋白磷酸化，如将组蛋白H1磷酸化导致染色体凝缩，核纤层蛋白磷酸化使核膜解体。CyclinC、D和E－﹥G1期周期蛋白CyclinA

－﹥G2期周期蛋白CyclinB

－﹥M期周期蛋白CDK的激活过程CDK抑制剂是细胞周期的负调控机制CDKI（CDK抑制剂）可阻止细胞通过检验点，其作用方式是直接与CDK或cyclin-CDK复合物结合，从而对细胞周期进行负向调控。CDKIs分为两类，一类是双重特异性家族（CIP/KIP），包括了p21、p27、p57。另一类是锚蛋白家族（CDK4/6，INK4），包括了p15、p16、p18、p19。p21为CIP/KIP家族的代表，是p53下游的转录产物，可与多种cyclin-CDK复合物结合，抑制底物磷酸化作用导致G1期阻滞。p21蛋白的C端抑制DNA复制的必需因子—增殖细胞核抗原（PCNA），使增殖细胞从G1期－﹥S期的过程受阻，以便修复受损的DNA或最终导致细胞凋亡。

CDKI主要作用于细胞周期的G1期－﹥S期调控点泛素-蛋白酶体对细胞周期的调节

真核细胞含有两种蛋白溶解途径，即溶酶体途径和非溶酶体途径。溶酶体途径主要降解细胞外蛋白，主要经内吞作用。非溶酶体途径主要降解细胞内蛋白，约80%蛋白经泛素-蛋白酶体途径（UPP）。泛素化修饰涉酶

泛素化修饰涉酶：主要有三种，E1泛素激活酶、E2泛素结合酶、E3泛素连接酶。选择什么样的蛋白质进行泛素化主要取决于E2和E3。人体中具有E3活性的蛋白可分为两个家族：HECT家族和RING-finger家族。过去认为泛素-蛋白酶体途径仅仅是降解一些衰老或者损伤的蛋白，但现在则认为该途径对细胞调节至关重要，特别是与肿瘤发生有密切关系。例如：Mdm2正常情况下表达很弱，但在乳腺癌、食管癌、肺癌、软组织肉瘤等肿瘤表达明显增加（Mdm2高表达水平可导致p53表达下调）底物泛素化过程

RF家族中具有E3泛素连接酶活性的单体分子泛素-蛋白酶体对细胞周期相关蛋白的降解Cyclin周期性的出现和消失是细胞周期正常运行的前提，而这些蛋白的降解是通过泛素-蛋白酶体途径来完成的。根据泛素连接酶的不同，参与细胞周期调控的泛素介导的蛋白质降解途径可以分为两类：依赖SCF（S期激酶缔合蛋白-淘汰素-F-盒）的泛素化途径和依赖APC（后期促进复合物）的泛素化途径。在cyclin降解过程中，SCF连接酶负责将cyclinD、cyclinE和某些CDKIs（p21、p27、p57）泛素化，从而启动S期；而APC连接酶则负责M期的cyclinA、cyclinB和其他有丝分裂因子泛素化。目前认为肿瘤发生时，除去相关cyclin基因扩增使相应蛋白表达量增高外，UPP降解异常也是导致cyclin表达增高的原因之一。细胞周期运行的调控细胞周期是一个不可逆的过程。在正常情况下，一旦DNA复制开始了，随后就会进入有丝分裂状态，最终形成两个子代细胞。细胞通常在G1期需要通过某些机制来决定是否进入细胞周期（S期），在哺乳动物细胞的G1期里就存在一个限制点（RPoint）。调控限制点的分子机制主要通过pRb的磷酸化状态来实现的。在限制点之前，pRb处于低磷酸化状态。这时它与转录激活因子E2F相结合，抑制其活性。当细胞受到生长因子刺激后，细胞内的CDK-cyclin复合物被活化，从而对pRb进行磷酸化。过磷酸化的pRb处于失活状态，不能与E2F结合，从而使E2F的转录作用被激活，推动细胞进入S期。细胞周期检查点调控细胞周期的完成，不仅仅是细胞数量上的一分为二，还意味着质量上的忠实复制。它依赖于一种负反馈机制---细胞周期检查点机制。根据调控内容可以分为三类：DNA损伤检查点调控、DNA复制检查点调控、纺锤体组装检查点调控。P53、ATM/ATR在DNA损伤检查点调控中起关键性作用。复制前复合物（执照蛋白）监控着DNA复制的开始。肿瘤相关基因对细胞周期的调节原癌基因是推动细胞周期进程的正调控力量，肿瘤抑制基因（TSGs）则是抑制细胞周期运行的负调控力量。两者之间的平衡维持着细胞的正常生长状态。细胞周期紊乱与肿瘤

细胞周期的监控和驱动机制的紊乱是肿瘤细胞失控性生长的根本原因，是肿瘤细胞特有的现象，而对正常细胞却是致命的打击。驱动机制的上调表现为推动细胞周期的蛋白常常过度表达，减缓细胞分裂的蛋白常常失活。细胞周期正调控机制上调Cyclin表达上调：在众多cyclins中，与肿瘤关系最为密切的首推CyclinD1。正常细胞中CyclinD1与CDK4/CDK6结合后激活CDK4/CDK6，引起pRb磷酸化，从而解除pRb对转录因子E2F的抑制效应，使细胞从G1期过渡到S期。CyclinD1过度表达可使细胞失去对生长因子的依赖，使G1/S调控点失控，细胞不断进入细胞周期，从而造成恶性增生发生癌变。正调控机制上调还包括了CyclinB、CyclinE、CyclinA以及不同的CDK高表达。丧失对生长抑制信号的敏感性肿瘤细胞中，CDKIs、pRb和p53等对细胞周期负调控机制，其中pRb和p53属于间接“刹车”；CDKIs可以直接与CDK-Cyclin复合物的结合，抑制它们的激活，属于“直接刹车”。p53基因---