《細(xì)胞周期及其調(diào)控的分子機(jī)制ppt課件》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《細(xì)胞周期及其調(diào)控的分子機(jī)制ppt課件（32頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

第十二章細(xì)胞周期及其調(diào)控的分子機(jī)制 1 第一節(jié)細(xì)胞的增殖和周期第二節(jié)細(xì)胞周期調(diào)控的分子機(jī)制 2 一 細(xì)胞的增殖一般的細(xì)胞分裂是對稱性分裂 即母細(xì)胞中的遺傳物質(zhì)復(fù)制后平均分配給兩個(gè)子代細(xì)胞 子代細(xì)胞均與母細(xì)胞表型相同 但有些細(xì)胞分裂時(shí)為非對稱性分裂 這種不等分配的非對稱分裂是隨機(jī)的 與微環(huán)境因素有關(guān) 二 細(xì)胞周期 cellcycle 細(xì)胞從上一次有絲分裂到下一次有絲分裂完成所經(jīng)歷的過程稱細(xì)胞周期 cellcycle 可分為間期和有絲分裂期 M期 間期又分G1期 S期和G2期 即G1 S G2 M期 一般間期的時(shí)間較長 多數(shù) 而M期的時(shí)間較短 少數(shù) 如圖12 1 3 間期 interphase 是兩個(gè)細(xì)胞分裂之間的時(shí)間 G1期有絲分裂后期 又稱DNA合成前期 S期即DNA合成期 也稱復(fù)制期 duplicationstage G2期為DNA合成后期 又稱細(xì)胞分裂前期或復(fù)制后期 postduplicationstage 4 M期 mitosisstage 為有絲分裂期 是細(xì)胞周期的終結(jié)期 前期 prophase 染色體形成并分裂成兩條染色單體與中心粒形成紡錘體 核仁 核膜消失 胞質(zhì)回縮 中期 metaphase 姐妹染色體分布在赤道板上排成一圈 后期 anaphase 染色體一分為二 紡錘體收縮 兩個(gè)姐妹染色體向兩極移動 末期 telophase 染色體融合成染色質(zhì) 核仁 核膜出現(xiàn) 胞體一分為二形成兩個(gè)子細(xì)胞 5 三 細(xì)胞周期時(shí)間不同生物細(xì)胞周期時(shí)間有差異 同一系統(tǒng)中不同細(xì)胞 其細(xì)胞周期時(shí)間也有很大差異 細(xì)胞周期時(shí)間主要決定于G1期的時(shí)間 不同生物 不同組織來源的細(xì)胞 不同體外培養(yǎng)的細(xì)胞胞系及腫瘤細(xì)胞 其細(xì)胞周期時(shí)間是有差異的 如表12 1 表12 2 表12 3 表12 4 表12 5 6 7 8 9 第二節(jié)細(xì)胞周期調(diào)控的分子機(jī)制一 細(xì)胞周期的控制點(diǎn)人及哺乳動物細(xì)胞中存在著三個(gè)細(xì)胞周期控制點(diǎn) 即決定G1期發(fā)生的G1控制點(diǎn) 決定S期發(fā)生的S控制點(diǎn)和決定M期發(fā)生的M控制點(diǎn) 如圖12 2 10 G1控制點(diǎn)如圖12 3 11 在G1期哺乳動物細(xì)胞趨向有三種可能性 連續(xù)分裂細(xì)胞不斷突破G1期 S期 通過G2和M期連續(xù)分裂 又稱周期性細(xì)胞 暫時(shí)不增殖細(xì)胞 又稱休眠細(xì)胞或G0期細(xì)胞 細(xì)胞暫停在G1期 不合成 不分裂 無增殖力細(xì)胞 不可逆地脫離細(xì)胞周期走向終末分化又稱終末分化細(xì)胞 在正常情況下哺乳動物體內(nèi)的大部分細(xì)胞是處于非增殖狀態(tài)的休止期 G0期 只在一定條件下才進(jìn)入G1期 只有通過限制點(diǎn)的細(xì)胞才能進(jìn)入S G2 M期 R點(diǎn)是控制細(xì)胞增殖的關(guān)鍵 12 S控制點(diǎn)完成G1期后 S期激活因子 Sphaseactivator 啟動DNA復(fù)制 進(jìn)入S期的完成所有DNA復(fù)制后進(jìn)入G2期 M控制點(diǎn)細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂需要M期激酶 MphaseKinase 的活化 M期激酶是由2個(gè)亞單位組成 一個(gè)是催化亞單位P34 另一個(gè)是調(diào)節(jié)亞單位 包括周期素A cyclinA 和周期素B cyclinB 只有形成P34 cyclinA或P34 cyclinB二聚體時(shí) 產(chǎn)生激酶活性 使細(xì)胞進(jìn)入M期 M后期M期激酶失活 經(jīng)前期 中期 后期 末期后分裂成兩個(gè)子細(xì)胞 結(jié)束M期 13 二 細(xì)胞周期調(diào)控的分子機(jī)制 周期素和周期素依賴性激酶細(xì)胞質(zhì)中有兩種調(diào)節(jié)細(xì)胞周期的有絲分裂促進(jìn)因子 mitosispromotingfactorMPF 一種是周期素 cyclin 另一種是P34蛋白激酶 此激酶的活性依賴于同周期素結(jié)合 故又稱為周期素依賴性蛋白激酶 cyclin dependentKinase cdk 14 周期素 cyclin 對細(xì)胞周期的調(diào)控 G1期周期素G1期周期素有cyclinC D和E型 G0期細(xì)胞受到生長因子刺激后 首先表達(dá)C D型周期素 再表達(dá)E型周期素 然后突破G1控制點(diǎn)進(jìn)入DNA合成的S期 cyclinC的水平在G1期稍有增加 cyclinD在G1期早期開始表達(dá) 并與cdk4 為主 結(jié)合 使細(xì)胞由G0期進(jìn)入G1期 若cyclinD受抑 則細(xì)胞不能進(jìn)入S期 cyclinE表達(dá) 晚于cyclinD 峰值在G1 S過渡點(diǎn) 使細(xì)胞由G1期進(jìn)入S期 15 S期和M期的周期素 cyclinA和cyclinBcyclinA核內(nèi)的合成比cyclinB早 并接近于G1 S期過渡點(diǎn) 一旦被破壞就會抑制染色體的復(fù)制 cyclinHcyclinH與cdk相關(guān)激酶MO15結(jié)合 形成復(fù)合物可增強(qiáng)cdk2 cyclinA激酶活性 16 周期素依賴性蛋白激酶 cdk 對細(xì)胞周期的調(diào)控 cdk1即P34cdc2 可與人cyclinB結(jié)合形成復(fù)合物 通過催化方式可使細(xì)胞進(jìn)入和走出M期 cdk2在G1后期和S期由cdk2基因編碼的P33cdk2與cyclinE cyclinA結(jié)合形成復(fù)合物后 又可與pRb相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合形成復(fù)合物 參與G1和S期基因表達(dá)調(diào)控 cdk3與周期素結(jié)合后 參與G1期調(diào)控 若突變可使G1期阻止 17 cdk4與cyclinD結(jié)合 其復(fù)合物能使pRb磷酸化 釋放轉(zhuǎn)錄因子在G1期啟動表達(dá) cdk5可與cyclinD結(jié)合在G1期發(fā)揮作用 cdk6cdk6與cyclinD1 D2及D3結(jié)合 使pRb磷酸化 與cdk4功能相同 在T細(xì)胞中cdk6先被激活 在巨噬細(xì)胞及成纖維細(xì)胞中cdk4首先被激活 18 周期素依賴性激酶 cdk 抑制蛋白對細(xì)胞周期的調(diào)控周期素依賴性激酶 cdk 的抑制蛋白 CDI 是一種具有抑制cdk功能的新蛋白 能在細(xì)胞周期的特定時(shí)刻負(fù)調(diào)控cdk活性而控制細(xì)胞周期的進(jìn)程 P16P16分子有四個(gè)特殊的ankyrin結(jié)構(gòu)域 能抑制H ras和c myc表達(dá)及細(xì)胞轉(zhuǎn)化 在G1 S點(diǎn)cdk4和cdk6結(jié)合 使cyclinD cdk4 cyclinD cdk6的激酶活性失活 從而抑制細(xì)胞周期進(jìn)入S期 60 腫瘤有p16突變 突變細(xì)胞高達(dá)83 19 P21P21WAF1為P53的下游基因 表達(dá)產(chǎn)物的氨基端有一個(gè)鋅指結(jié)合功能域 羧基端有兩個(gè)核定位信號區(qū) 正常細(xì)胞中 野生型P53基因完整 P21表達(dá)恒定 在生長因子刺激下 G1期P21表達(dá)快速增加 有大量 自由 的P21存在 然后降低 到S期時(shí) 這種 自由 的P21減少 而cyclinA增加 一旦細(xì)胞受 電離輻射 DNA被損傷后 由P53促進(jìn)產(chǎn)生的P21可抑制cyclinE cdk2而造成G1期阻滯 同時(shí)P21可與PCNA 增殖細(xì)胞核抗體 結(jié)合抑制其活化的DNA聚合酶 從而抑制DNA復(fù)制以利DNA修復(fù) 一旦p53突 p21失活 PCNA失活 使cyclinA cdk2超過P21引起腫瘤 20 P24P24可以與cdk2結(jié)合 但不能與cdk4結(jié)合 并具有抗磷酸化酪氨酸的活性 與P21相似 它對細(xì)胞進(jìn)入S期具有負(fù)調(diào)控作用 P27P27分子在細(xì)胞中高度保守 由TGF 誘導(dǎo)的G1期 通過與cyclinE cdk2復(fù)合物結(jié)合 阻止cdk2上第160位蘇氨酸的磷酸化 從而抑制cyclinE cdk2其復(fù)合物的激酶活性 使細(xì)胞阻滯在G1期 21 P15P15只與cdk4和cdk6結(jié)合 與P16有高度同源性 受TGF 刺激而表達(dá)的 使細(xì)胞被阻止在G1期 當(dāng)TGF 刺激時(shí) 因P15可與P27 cyclinD cdk4 cdk6中的激酶單獨(dú)結(jié)合 使P27與更多的cyclinE cdk2結(jié)合 因替換而被游離的cyclinD被降解 從而使細(xì)胞阻止在G1期 22 生長因子與相應(yīng)的受體細(xì)胞因子與細(xì)胞表面受體結(jié)合后 可使受體發(fā)生變構(gòu) 通過跨膜信號傳導(dǎo)激活蛋白激酶活性 可使細(xì)胞內(nèi)靶蛋白的酪氨酸發(fā)生磷酸化 進(jìn)一步觸發(fā)由細(xì)胞質(zhì)到細(xì)胞核的一系列信號傳遞反應(yīng) 核內(nèi)調(diào)控蛋白接受傳來的增殖信號后 才能被激活 與基因組中特定的調(diào)控序列發(fā)生相互作用 從而可啟動與細(xì)胞增殖調(diào)控的特定基因發(fā)生轉(zhuǎn)錄 首先引起fos jun myc等基因的表達(dá) 產(chǎn)生轉(zhuǎn)錄因子 進(jìn)而激活周期素和周期素依賴性激酶的基因表達(dá) 以調(diào)控細(xì)胞周期 舉例如下 23 表皮生長因子 EGF 能促進(jìn)各種組織細(xì)胞的分裂和增殖 血小板衍化生長因子PDGF 來源于血小板 能刺激靜止細(xì)胞離開G0期進(jìn)入生長周期 轉(zhuǎn)化生長因子 TGF 有TGF 和TGF 兩大類 TGF 在結(jié)構(gòu) 生物學(xué)特性上與EGF非常相似 能與EGFR結(jié)合 活化蛋白激酶 發(fā)揮調(diào)節(jié)作用 TGF 的轉(zhuǎn)化活性需EGF或TGF 的協(xié)同 能抑制細(xì)胞增殖 對細(xì)胞生長起負(fù)調(diào)節(jié)作用 抑素 chalone 是與生長因子作用相反 對細(xì)胞生長起抑制作用 24 參與細(xì)胞周期調(diào)控的原癌基因及抑癌基因 激酶類細(xì)胞癌變與蛋白質(zhì)激酶類活性基因的磷酸化有關(guān) 如src fms raf erb B基因編碼的蛋白質(zhì)定位在細(xì)胞膜上 為特異性酪氨酸磷酸化酶 與導(dǎo)致細(xì)胞轉(zhuǎn)化和癌變有關(guān) ras基因由c ras基因編碼的蛋白有類似G蛋白的作用 定位于細(xì)胞膜內(nèi)面 在接受細(xì)胞表面信號刺激后 P21與GTP結(jié)合 形成具GTP酶活性的P21 GTP復(fù)合物 這種復(fù)合物具有傳遞細(xì)胞內(nèi)信號的功能 在其他生長因子的相互作用下 可刺激細(xì)胞生長 并可導(dǎo)致細(xì)胞增殖失控 25 生長因子類蛋白如c sis癌基因編碼的P28sis產(chǎn)物以自分泌方式作用于PDGF受體 使細(xì)胞增殖 有許多癌基因的基因產(chǎn)物均可以自分泌方式來刺激細(xì)胞生長 c mycc myc基因?qū)儆谠缙诜磻?yīng)基因 在特異性生長信號刺激時(shí) 可使細(xì)胞進(jìn)入增殖周期 c myc的表達(dá)增加 不僅可促使G0 G1期的過渡 而且在整個(gè)細(xì)胞周期中都有表達(dá) 與細(xì)胞周期后階段和細(xì)胞凋亡有關(guān) 26 P53基因P53基因產(chǎn)物是一種轉(zhuǎn)錄因子 以四聚體形式與特異的DNA序列結(jié)合后 對靶基因的表達(dá)進(jìn)行調(diào)控 是一種細(xì)胞生長抑制性蛋白 它抑制正常和轉(zhuǎn)化細(xì)胞的生長 使細(xì)胞停滯在G1期 但當(dāng)細(xì)胞DNA損傷時(shí) 抑制G1晚期的基因轉(zhuǎn)錄 以利DNA修復(fù) 對維護(hù)基因穩(wěn)定性起重要作用 若P53突變 喪失了對細(xì)胞周期的控制作用而致使細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)化或惡性變 視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤 retinoblastoma Rb 基因pRb存在于整個(gè)細(xì)胞周期中 它可以在細(xì)胞周期的多個(gè)階段起作用 但是 在不同階段的pRb的磷酸化水平不同 只有非磷酸化的pRb具有抑制細(xì)胞增殖的活性 27 三 對細(xì)胞周期的影響 pRb和E2FpRb蛋白主要涉及調(diào)控細(xì)胞由G1期進(jìn)入S期 其磷酸化狀態(tài)與細(xì)胞周期進(jìn)程緊密相關(guān) 在G1期只有pRb的非磷酸化和低磷酸化狀態(tài) 具有抑制細(xì)胞增殖的作用 但在G1 S M期過渡的過程中 pRb處于高磷酸化狀態(tài) 28 E2F是腺病毒E2啟動子基因 每種E2F同源物 至少有5種 E2F1 E2F5 在核內(nèi)可與其他核蛋白 如DP 1或DP 2 結(jié)合成異二聚體 可與pRb或其同源物 P130或P107 發(fā)生特異結(jié)合 pRb與E2F的結(jié)合可使E2F由轉(zhuǎn)錄活化因子轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)錄抑制因子 而E2F的過高表達(dá)反過來又可克服低磷酸化pRb對G1期的阻滯 細(xì)胞進(jìn)入S期 可打破細(xì)胞周期阻滯 二者間的平衡決定了細(xì)胞是靜止 G0期 還是開始增殖 進(jìn)入G1期 29 調(diào)控pRb 或同源物 與特定E2F DP復(fù)合物的結(jié)合就能在細(xì)胞周期的特定時(shí)段對特定基因轉(zhuǎn)錄的開放或關(guān)閉起調(diào)節(jié)作用 pRb E2F的復(fù)合物還可在G1期與cyclinE cdk2結(jié)合或在S期與cyclinA cdk2結(jié)合 而由E2F 1表達(dá)驅(qū)動的細(xì)胞增殖后 同時(shí)又可啟動細(xì)胞凋亡 綜上所述 細(xì)胞周期起動由G1期進(jìn)入S期的過程是一個(gè)涉及一系列細(xì)胞周期相關(guān)蛋白 周期素和cdk 結(jié)合并接序磷酸化和一系列基因活化的復(fù)雜過程 如圖12 4 30 31 四 細(xì)胞周期的調(diào)控異常和惡性腫瘤細(xì)胞周期素和cdk等細(xì)胞周期相關(guān)蛋白過表達(dá)或缺陷 特別是那些決定細(xì)胞由G1進(jìn)入S期的蛋白若表達(dá)異常 使細(xì)胞周期進(jìn)程超越或突破細(xì)胞周期的控制點(diǎn) 細(xì)胞不能正常發(fā)生細(xì)胞周期阻滯以及細(xì)胞自發(fā)產(chǎn)生的細(xì)胞凋亡 衰老或分化 從而造成細(xì)胞惡性增生 形成惡性腫瘤 P53 Rb等抑癌基因的突變或缺失 與許多惡性腫瘤的發(fā)生 進(jìn)展和不良預(yù)后相關(guān) 如某些生長因子及其受體的高表達(dá)與癌基因異常激活有關(guān) 特別是一些與信號傳導(dǎo)有關(guān)的蛋白酶的異?；罨?以抑制細(xì)胞凋亡基因的異常表達(dá) 均與細(xì)胞的惡性變相關(guān) 32