细胞增殖调控课件.pptx
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- 细胞 增殖 调控 课件
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1、第一节第一节 细胞增殖调控细胞增殖调控一、一、MPF的发现及其作用的发现及其作用二、二、p34cdc2激酶的发现及其与激酶的发现及其与MPF的关的关系系三、周期蛋白三、周期蛋白四、四、CDK和和CDK抑制因子抑制因子五、细胞周期运转调控五、细胞周期运转调控六、其他因素在细胞周期调控中的作用六、其他因素在细胞周期调控中的作用一、一、MPF的发现及其作用的发现及其作用 MPFMPF(maturation-/mitosis-/M-phase-maturation-/mitosis-/M-phase-promoting factorpromoting factor):即(卵细胞)成熟促进):即(卵细胞
2、)成熟促进因子,或细胞有丝分裂促进因子,也称因子,或细胞有丝分裂促进因子,也称M M期促期促进因子,在细胞周期调控中起重要作用。进因子,在细胞周期调控中起重要作用。PCCPCC(premature chromosome condensationpremature chromosome condensation):):即早熟染色体凝缩,主要是指与即早熟染色体凝缩,主要是指与M M期细胞融合期细胞融合的间期细胞(的间期细胞(G G1 1、S S和和G G2 2)发生的形态各异的染)发生的形态各异的染色体凝缩。色体凝缩。G G1 1期期PCCPCC为细单线状(因为细单线状(因DNADNA未复未复制)
3、,制),S S期期PCCPCC为粉末状(因为粉末状(因DNADNA由多个部位开由多个部位开始复制),始复制),G G2 2期期PCCPCC为双线染色体状(说明为双线染色体状(说明DNADNA复制已完成),这样的形态变化可能与复制已完成),这样的形态变化可能与DNADNA复复制状态有关。制状态有关。一、一、MPF的发现及其作用的发现及其作用 M M期细胞中可能存在细胞有丝分裂促进因子:期细胞中可能存在细胞有丝分裂促进因子:M M期细胞可以诱导期细胞可以诱导PCCPCC,暗示在,暗示在M M期细胞中可期细胞中可能存在一种诱导染色体凝缩的因子,称为细能存在一种诱导染色体凝缩的因子,称为细胞有丝分裂促
4、进因子(胞有丝分裂促进因子(MPFMPF)。)。M期细胞与期细胞与G1(A)、)、S(B)和)和G2(C)期细胞融合诱)期细胞融合诱导早熟染色体凝缩(导早熟染色体凝缩(PCC)(图)(图14-1)成熟卵细胞细胞质移植发现成熟促进因子的存成熟卵细胞细胞质移植发现成熟促进因子的存在:在:两位科学家分离出第两位科学家分离出第期等待成熟的非洲期等待成熟的非洲爪蟾卵母细胞,并用孕酮进行体外刺激,诱导爪蟾卵母细胞,并用孕酮进行体外刺激,诱导卵母细胞成熟,然后进行细胞质移植实验,他卵母细胞成熟,然后进行细胞质移植实验,他们发现,在成熟的卵细胞的细胞质中必然有一们发现,在成熟的卵细胞的细胞质中必然有一种物质可
5、以诱导卵母细胞成熟,即成熟促进因种物质可以诱导卵母细胞成熟,即成熟促进因子(子(MPF);后来还证明,在成熟卵细胞中,);后来还证明,在成熟卵细胞中,MPF已经存在,只需通过翻译后修饰即可转化已经存在,只需通过翻译后修饰即可转化为活性状态的为活性状态的MPF。1998年分离获得了年分离获得了MPF:1998年,科学家们年,科学家们以非洲爪蟾卵为材料,分离获得了微克级的纯以非洲爪蟾卵为材料,分离获得了微克级的纯化化MPF,并证明其主要含有,并证明其主要含有p32和和p45两种蛋两种蛋白,并且是一种蛋白激酶。白,并且是一种蛋白激酶。非洲爪蟾卵细胞成熟过程(非洲爪蟾卵细胞成熟过程()、受精和)、受精
6、和第一次卵裂示意图(图第一次卵裂示意图(图14-2)成熟卵细胞细胞质移植发现成熟促进因子成熟卵细胞细胞质移植发现成熟促进因子(MPF)的存在(图)的存在(图14-3)二、二、p34cdc2激酶的发现及其与激酶的发现及其与MPF的关系的关系(已知)非洲爪蟾卵:(已知)非洲爪蟾卵:MPF p32 p45;MPF是激酶 裂殖酵母:裂殖酵母:cdc2(基因)p34cdc2(蛋白)p34cdc2激酶调控G2/M转换;p34cdc2 p56cdc13。cdc即细胞分裂周期之缩写。芽殖酵母:芽殖酵母:cdc28(基因)p34cdc28(蛋白)p34cdc28激酶调控G1/S和G2/M转换;p34cdc28
7、p34cdc2(同源物)。p34cdc2 p32(同源物)。(同源物)。海胆卵:海胆卵:含量随细胞周期进程变化而变化的蛋白质即周期蛋白(cyclin),cyclinB是MPF的另一种主要成分;cyclinB p56cdc13(同源物)。结论:结论:MPF 催化亚基单位催化亚基单位(CDK)调节亚调节亚单位(单位(Cyclin)。)。CDK为周期蛋白(为周期蛋白(cyclin)依赖性蛋)依赖性蛋白激酶白激酶三、周期蛋白三、周期蛋白 周期蛋白(周期蛋白(cyclin):):指含量随细胞周期进程指含量随细胞周期进程变化而周期性变化的蛋白质,一般在细胞间期内变化而周期性变化的蛋白质,一般在细胞间期内积
8、累,在细胞分裂期内消失,在下一个细胞周期积累,在细胞分裂期内消失,在下一个细胞周期中又重复这一消长现象。中又重复这一消长现象。周期蛋白有多种:周期蛋白有多种:酵母中的周期蛋白有酵母中的周期蛋白有Cln13、Clb16;哺乳动物细胞中的周期蛋白;哺乳动物细胞中的周期蛋白A12、B13、C、D13、E12、F、G、H、L12、T12等。等。周期蛋白框(周期蛋白框(cyclin box):):指所有周期蛋指所有周期蛋白中都存在的约由白中都存在的约由100个残基组成的相当保守的个残基组成的相当保守的氨基酸序列,其功能是介导周期蛋白与氨基酸序列,其功能是介导周期蛋白与CDK结结合。合。三、周期蛋白三、周
9、期蛋白 破坏框破坏框/降解盒(降解盒(destruction box):):指指M期周期蛋白近期周期蛋白近N端含有的一段由端含有的一段由9个氨基酸残基个氨基酸残基组成的特殊序列(组成的特殊序列(RXXLGXIGX),其功能是参),其功能是参与泛素依赖性的与泛素依赖性的cyclinA和和B的降解。在破坏框的降解。在破坏框之后有一段约之后有一段约40个氨基酸残基组成的个氨基酸残基组成的Lys(K)富集区。富集区。PEST序列:序列:指指G1期周期蛋白的期周期蛋白的C端含有的一端含有的一段特殊的段特殊的PEST氨基酸序列,其功能可能与氨基酸序列,其功能可能与G1期期周期蛋白的更新(降解)有关。周期蛋
10、白的更新(降解)有关。不同的不同的Cyclin-CDK复合体表现不同的复合体表现不同的CDK活性活性:不同的周期蛋白在细胞周期中表达的时:不同的周期蛋白在细胞周期中表达的时相不同,并通过不同的周期蛋白框与不同的相不同,并通过不同的周期蛋白框与不同的CDK结合,组成不同的结合,组成不同的cyclin-CDK复合体,表复合体,表现出不同的现出不同的CDK活性。活性。周期蛋白含量随细胞周期的变化周期蛋白含量随细胞周期的变化部分周期蛋白分子结构特征(图部分周期蛋白分子结构特征(图14-4)细胞周期蛋白的降解盒与降解途径细胞周期蛋白的降解盒与降解途径部分哺乳动物(部分哺乳动物(A)和酵母细胞()和酵母细
11、胞(B牙殖和牙殖和C裂殖)周期裂殖)周期蛋白在细胞周期中的积累及其与蛋白在细胞周期中的积累及其与CDK活性的关系(活性的关系(图图14-5)四、四、CDK和和CDK抑制因子抑制因子 周期蛋白依赖性蛋白激酶周期蛋白依赖性蛋白激酶(cyclin-dependent kinase,CDK):由周期蛋白结合并活化的调控):由周期蛋白结合并活化的调控细胞周期进程的蛋白激酶。细胞周期进程的蛋白激酶。CDK通过磷酸化其通过磷酸化其底物而对细胞周期进行调控。底物而对细胞周期进行调控。CDK有多种有多种:在人体中发现并命名的:在人体中发现并命名的CDK包括包括CDK1(Cdc2)CDK13。不同的。不同的CDK
12、在细胞在细胞周期中起调节作用的时期不同。周期中起调节作用的时期不同。某些某些CDK与与cyclin的配对关系及执行的功能的时的配对关系及执行的功能的时期:见表期:见表14-1。CDK激酶结构域激酶结构域:各种:各种CDK的的CDK激酶结构域激酶结构域保守程度有所不同,但其中有一小段序列则相当保守程度有所不同,但其中有一小段序列则相当保守,即保守,即PSTAIRE序列,与周期蛋白结合有关。序列,与周期蛋白结合有关。四、四、CDK和和CDK抑制因子抑制因子 CDK的活性受磷酸化修饰调节:细胞内存在多的活性受磷酸化修饰调节:细胞内存在多种因子,对种因子,对CDK分子结构进行磷酸化修饰,从分子结构进行
13、磷酸化修饰,从而调节而调节CDK的活性。的活性。CDK抑制蛋白(抑制蛋白(CDK inhibitor,CKI):指对):指对CDK起负调控作用的蛋白质,包括起负调控作用的蛋白质,包括Cip/Kip家族家族和和INK家族。家族。Cip/Kip家族:包括家族:包括p21、p27和和p57等,其中等,其中p21主要对主要对G1期期CDK(CDK24和和CDK6)起抑制作用)起抑制作用 p21还与还与DNA聚合酶聚合酶的辅的辅助因子增殖细胞核抗原(助因子增殖细胞核抗原(PCNAPCNA)结合,抑制)结合,抑制DNADNA的复制;的复制;INK家族:包括家族:包括p16、p15、p18和和p19等,其中
14、等,其中p16主要抑制主要抑制CDK4和和CDK6活性。活性。通过通过PCR技术测定与技术测定与CDK1类似的类似的CDK蛋白分子图解(图蛋白分子图解(图14-6)不同类型的周期蛋白不同类型的周期蛋白激酶复合体脊椎动物芽殖酵母CyclinCDKCyclinCDKG1-CDKCyclin D*CDK2、4、6Cln 3CDK1(CDC28)G1/S-CDKCyclin ECDK2Cln 1、2CDK1(CDC28)S-CDKCyclin ACDK2Clb 5、6CDK1(CDC28)G2/M-CDKCyclin BCDK1(CDC2)Clb 1-4CDK1(CDC28)周期蛋白周期蛋白-周期蛋白
15、依赖型激酶复合物在真核生周期蛋白依赖型激酶复合物在真核生物细胞周期调控中的作用物细胞周期调控中的作用 真核生物真核生物周期蛋白周期蛋白-周期蛋白依赖型激酶复合物在细胞周期调控中周期蛋白依赖型激酶复合物在细胞周期调控中的作用的作用G1G1-SSG2-M芽殖酵母芽殖酵母Cln3-CDC28Cln1/2-CDC28Clb5/6-CDC28Clb1-4-CDC28裂殖酵母裂殖酵母Cig1-CDC2Cig2-CDC2Cig2-CDC2Cdc13-CDC2脊椎动物脊椎动物CycD-CDK4/6CycE-CDK2CycA-CDK2CycA/B-CDK1植物植物CycD-CDKACycA-CDKACycA-C
16、DKACycA/B-CDKACDC:细胞分裂周期蛋白细胞分裂周期蛋白Cyclin的周期性变化的周期性变化植物细胞周期控制的图示植物细胞周期控制的图示 p21抑制作用的机理抑制作用的机理 五、细胞周期运转调控五、细胞周期运转调控 细胞周期调控系统(细胞周期调控系统(cell cycle control system)是指调节细胞周期运行的蛋白质网络系统。是指调节细胞周期运行的蛋白质网络系统。CDK因对因对细胞周期运行起着核心调控作用而被称为周期引擎分子。细胞周期运行起着核心调控作用而被称为周期引擎分子。不同种类的周期蛋白与不同种类的不同种类的周期蛋白与不同种类的CDK结合,构成不结合,构成不同的
17、同的MPF。不同的。不同的MPF在细胞周期的不同时期表现活在细胞周期的不同时期表现活性,因而对细胞周期的不同时期进行调节。性,因而对细胞周期的不同时期进行调节。MPF又被称又被称作细胞周期引擎。作细胞周期引擎。(一)(一)G2/M期转化与期转化与CDK1的关键性调控作用的关键性调控作用 (二)(二)M期周期蛋白与细胞分裂中期向后期转化期周期蛋白与细胞分裂中期向后期转化 (三)(三)G1/S期转化与期转化与G1期周期蛋白依赖性期周期蛋白依赖性CDK (四)(四)S/G2/M期转换与期转换与DNA复制检查点复制检查点(一)(一)G2/M期转化与期转化与CDK1的关键性调控作用的关键性调控作用 CD
18、K1活性依赖于活性依赖于cyclinB含量的积累含量的积累:cyclinB(或(或cyclinA)的含量达到一定值并与)的含量达到一定值并与CDK1结合,同时在其它一些因素的调节下,结合,同时在其它一些因素的调节下,逐渐表现出最高激酶活性(逐渐表现出最高激酶活性(G2/M期转换和期转换和M期期启动)。启动)。CDK1催化底物蛋白磷酸化催化底物蛋白磷酸化:CDK1通过使某些通过使某些底物蛋白磷酸化,改变其下游的某些靶蛋白的底物蛋白磷酸化,改变其下游的某些靶蛋白的结构和启动其功能,实现其调控细胞周期的作结构和启动其功能,实现其调控细胞周期的作用。用。CDK1选择底物中某个特定序列中的某个选择底物中
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