分子生物学 第五讲 细胞周期调控.pptVIP

第五讲 细胞周期调控 沈 晗;一、细胞周期的基本概念;细胞周期示意图; 从增殖的角度来看，可将高等动物的细胞分为三类：①连续分裂细胞，在细胞周期中连续运转因而又称为周期细胞，如表皮生发层细胞、部分骨髓细胞。②休眠细胞暂不分裂，但在适当的刺激下可重新进入细胞周期，称G0期细胞，如淋巴细胞、肝细胞等。③不分裂细胞，指不可逆地脱离细胞周期，不再分裂的细胞，又称终端细胞，如神经、肌肉、多形核细胞等等。;当细胞中DNA损伤时，激活凋亡基因，使进入增殖周期的细胞停留在G1→S期，容许细胞修复DNA 避免突变。如果损伤严重时，细胞则走向凋亡。 ;流式细胞术可以检测细胞周期;Experimental demonstration of the coordinated Synthesis of DNA and hitones.;不同细胞的细胞周期长短不同 细胞周期的时间长短与细胞类型有关，如：小鼠十二指肠上皮细胞的周期为10小时，人类胃上皮细胞24小时，骨髓细胞18小时，培养的人成纤维细胞18小时，CHO细胞14小时，HeLa细胞21小时。不同类型细胞的G1长短不同，是造成细胞周期差异的主要原因。;二、细胞周期研究的历史进程;MPF的发现及其作用; 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(prematurely condensed chromosome，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。 不仅同类M期细胞可以诱导PCC，不同类的M期细胞也可以诱导PCC产生，如人和蟾蜍的细胞融合时同样有这种效果，这就意味着M期细胞具有某种促进间期细胞进行分裂的因子。;注射实验表明：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; 人们猜测，在M期的细胞中存在着某种物质，它能够促进染色体的凝聚和细胞的分裂。后来，人们在不同类型的M期细胞中分别提取出了能够促进细胞分裂的的因子，统称为成熟促进因子(maturation promoting factor，MPF)。 当时还不清楚MPF具体的组成和性质，但为人们寻找细胞周期调控机制提供了新的方向。 ;1960s Leland?Hartwell 芽殖酵母 1970s Paul Nurse 裂殖酵母 利用温度敏感突变株，发现许多与细胞分裂有关的基因(cell division cycle gene, CDC)。例：;;budding yeast （芽殖酵母）;Fission yeast （裂殖酵母）;Cdc 25 Wee1 mutant;;1988年M. J. Lohka 纯化了爪蟾的MPF，经鉴定由32KD和45KD两种蛋白组成，二者结合可使多种蛋白质磷酸化。;Structure of MPF ;MPF regulation;;利兰·哈特韦尔Leland H. Hartwell美国弗雷德·哈钦森癌症研究中心美国西雅图b 1939年 ;诺贝尔颁奖时对三人贡献的描述;细胞周期的内源性调控主要是通过“Cyclins-CDKs-CKIs”这一调控网络 ;;CDK;;CDK激酶与可能结合的周期蛋白; 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。;Cyclins;周期蛋白分子结构特征;不同类型的CDK/cyclin复合体;M期周期蛋白N端有一段序列与其降解有关，称破坏框(destruction box)，其降解依赖于泛素途径。 泛素由76个氨基酸组成，高度保守。共价结合泛素的蛋白质能被蛋白酶体识别和降解，这是细胞内短寿命蛋白和一些异常蛋白降解的普遍途径。 26S蛋白酶体是一个大型的蛋白酶，可将泛素化的蛋白质分解成短肽。;Destruction Box in Cyclins; 不同周期蛋白的表达时期不同，与不同的CDK结合，调节不同CDK激酶的活性。 部分哺乳动物和酵母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。;细胞周期调控示意图;CKI;;1、G1期Cyclin D表达，并与CDK 4、CDK6结合，使下游的蛋白质如Rb磷酸化，然后释放出转录因子E2F，促进其他Cyclin和CDK的转录；;2、在G1/S期， cyclinE与CDK2结合，促进细胞进入S期。 3、进入S期后，Cyclin E降解，CDK2转而与CyclinA结合，推进细胞进