细胞周期调控课件.ppt

1、细胞生物学细胞生物学细胞生物学(cell cycle)细胞周期细胞周期分裂间期：分裂间期：G1、S、G2分裂期：分裂期：M后期后期分裂间分裂间期期有丝分裂有丝分裂期期(M期期)DNA合成前合成前期期(Gap1,G1)DNA synthesis(S期期)DNA合成后合成后期期(Gap2,G2)前期前期中期中期末期末期G1期期子细胞子细胞分裂间期分裂间期(interphase):G1S G2 有丝分裂期有丝分裂期(mitosis)M(cell cycle)0412812356791013141511小时小时G1期期S期期(DNA合成合成)G2期期M期期G0期期小鼠消化道上皮干细胞的周期时间小鼠消化

2、道上皮干细胞的周期时间G0细胞细胞v根据不同细胞在细胞周期中的细胞分裂行为差异分类：根据不同细胞在细胞周期中的细胞分裂行为差异分类：G0期期(静止期细胞静止期细胞)：暂时脱离细胞周期，停止分裂，执行一定的生物暂时脱离细胞周期，停止分裂，执行一定的生物学功能，在适当刺激下重新进入细胞周期的细胞。学功能，在适当刺激下重新进入细胞周期的细胞。如某些免疫淋巴细胞如某些免疫淋巴细胞,肝、肾等器官的实质细胞肝、肾等器官的实质细胞等。等。二、细胞周期各时相及主要事件二、细胞周期各时相及主要事件二、细胞周期各时相及主要事件二、细胞周期各时相及主要事件二、细胞周期各时相及主要事件二、细胞周期各时相及主要事件n细

3、胞内细胞内DNA含量由含量由2n增至增至4n二、细胞周期各时相及主要事件二、细胞周期各时相及主要事件细胞周期各时相及主要事件细胞周期各时相及主要事件第二节第二节 细胞周期的调控细胞周期的调控 （一）（一）1.细胞周期蛋白细胞周期蛋白（cyclin）2.细胞周期蛋白依赖激酶细胞周期蛋白依赖激酶 (Cyclin-dependent kinase,Cdk）3.Cdk 抑制因子抑制因子（Cdk inhibitor,CKI）4.促进促进Cdk调节因子降解的酶复合物调节因子降解的酶复合物 (SCF和和APC酶复合体酶复合体)调控核心调控核心1.细胞周期蛋白细胞周期蛋白(Cyclin)一类随细胞周期时相变化

4、周期性合成和降解的蛋一类随细胞周期时相变化周期性合成和降解的蛋白白质。质。不同种类的周期蛋白表达的时间不同，不同种类的周期蛋白表达的时间不同，与与Cdk结合，结合，调调节节CDKCDK的激酶活性，推动细胞周期前进。的激酶活性，推动细胞周期前进。Cyclin分类：分类：脊椎动物：脊椎动物：A1-2、B1-3、C、D1-3、E1-2、F、G、H、L1-2、T1-2等。等。分为分为G1型、型、G1/S型、型、S型和型和M型型4类类酵母：酵母：cln1、cln2、cln3、clb16cyclin结构特点结构特点：1.周期蛋白框周期蛋白框（cyclin box）：）：一段约一段约100个氨基酸的保守序列

5、，介导与个氨基酸的保守序列，介导与Cdk 结合成结合成 复合物，参与细胞周期调解。复合物，参与细胞周期调解。2.G1期周期蛋白含有期周期蛋白含有PEST序列：序列：C 端一段与端一段与cyclin降解有关的序列降解有关的序列 3.S、M期周期蛋白含有期周期蛋白含有破坏框破坏框 CyclinA、CyclinB的破坏框序列的破坏框序列泛素化途径降解泛素化途径降解Cyclin的功能的功能:细胞周期不同时期表达不同的周期蛋白，与细胞周期不同时期表达不同的周期蛋白，与不同的不同的CDKCDK结合，调节其激酶的活性。结合，调节其激酶的活性。G1期蛋白：期蛋白：Cyclin C、D、EG1/S期蛋白：期蛋白

6、：Cyclin D、E S期蛋白：期蛋白：Cyclin A、B G2/M期蛋白：期蛋白：Cyclin B M期蛋白：期蛋白：Cyclin B Cyclin D 家族：家族：cyclin D1、cyclin D2、cyclin D3 在在G1期开始表达，期开始表达，M后期降解后期降解 G1期向期向S期转换的期转换的 关键因子关键因子 与与CDK4、CDK6组组 成复合体成复合体 Cyclin E 家族：家族：在在G1 S期高水平表达期高水平表达 与与CDK2、CDK3结合结合 启动启动DNA复制复制 Cyclin A 家族：家族：在在S期开始表达，期开始表达，G2期达高峰期达高峰 与与CDK2结

7、合结合 促进促进DNA复制复制Cyclin B 家族：家族：含有含有2个成员个成员 cyclin B1、cyclin B2 G2末期开始表达末期开始表达 与与CDK1、CDK2结合结合 M后期降解后期降解 促进促进G2期向期向M期转换期转换Cyclin C 家族：家族：与与CDK8结合，组成结合，组成CAK 激活激活CDKCyclin H 家族：家族：与与CDK7结合，组成结合，组成CAK 激活激活CDK、磷酸化、磷酸化RNA-pol的的CTD，调节基因转录调节基因转录Cyclin的周期性表达的周期性表达2.细胞周期蛋白依赖性激酶细胞周期蛋白依赖性激酶(Cyclin-dependent kin

8、ase，Cdk)一类必须一类必须与与Cyclin结合结合才具有激酶活性的蛋白激酶；才具有激酶活性的蛋白激酶；磷酸化细胞周期相关蛋白质（磷酸化细胞周期相关蛋白质（Ser/Thr)；在整个细胞周期中表达量较为恒定；在整个细胞周期中表达量较为恒定；不同的不同的cdk结合特定的结合特定的cyclin。按其发现先后顺序分按其发现先后顺序分Cdk18。CdkCdk通过激酶结构域与通过激酶结构域与Cyclin结合结合不同不同cyclinCdk复合物启动细胞周期的不同步骤复合物启动细胞周期的不同步骤Cyclin and CdksCyclin/CdkcomplexCyclinCdkG1-CdkCyclin DC

9、dk 4,Cdk 6 G1/S-CdkCyclin ECdk 2S-CdkCyclin ACdk 2M-CdkCyclin BCdk 1 CDK激活的结构基础激活的结构基础人体细胞的人体细胞的Cdk的三种状态：的三种状态：非活性状态：非活性状态：活性位点与活性位点与T-环蛋白（环蛋白（T-loop）结合）结合,不结合不结合cyclin.部分激活状态部分激活状态:与与cyclin结合结合,T-loop移出活性中心。移出活性中心。完全激活状态完全激活状态:Cdk的两个氨基酸位点的的两个氨基酸位点的磷酸化磷酸化Cdk存在二个磷酸化位点：存在二个磷酸化位点：活性的活性的Thr161，抑制性抑制性的的T

10、yr15（酵母）（酵母）/Thr14（脊椎动物）位点。（脊椎动物）位点。Cdks激酶活性受激酶活性受cyclin及磷酸化双重作用调节及磷酸化双重作用调节Thr161的磷酸化由的磷酸化由CAK催化。催化。Tyr15 的磷酸化由的磷酸化由Weel激酶激酶催化，催化，由磷酸酶由磷酸酶cdc25去磷酸化。去磷酸化。Thr14的磷酸化由的磷酸化由myt激酶激酶催化，催化，由磷酸酶由磷酸酶cdc25去磷酸化。去磷酸化。Cdk活化激酶活化激酶（Cdk activating kinase,CAK）组成组成：cyclinH Cdk7 p36 作用：作用：使使Cdk 上上Thr161磷酸化（活性磷酸化）磷酸化（活

11、性磷酸化）Wee1激酶激酶：使使Cdk 上上Tyr15磷酸化（抑制性磷酸化）磷酸化（抑制性磷酸化）Cyclin-Cdk是细胞周期运转的驱动力是细胞周期运转的驱动力G1bG1cG1dSG2MG0PDGFREGFRG1aCyclin DCDK4,6Cyclin ECDK2Cyclin ECDK2Cyclin ACDK2Cyclin A,BCDK1E2F限制点限制点DNA复制基因复制基因DNA复制复制MPF 3.CDK抑制因子抑制因子 (cyclin dependent kinase inhibitor,CKI)细胞增殖的负性调节因子，抑癌基因的编码产物。细胞增殖的负性调节因子，抑癌基因的编码产物。

12、两大家族：两大家族：INK4(Inhibitor of CDK4)KIP(kinase inhibition protein)/CIP1.CIP/KIP家族：家族：p21、p27、p57蛋白主要抑制蛋白主要抑制G1期期CDK(Cdk2/4)，直接抑，直接抑 制制 DNA复制或抑制复制或抑制G1S。2.INK4家族：家族：p16、p15、p18蛋白主要抑制蛋白主要抑制Cdk4/6 活性，阻止活性，阻止G1S。结合结合cyclin-Cdk复合物，改变复合物，改变Cdk活性位点空间位置；活性位点空间位置；结合结合Cdk分子分子ATP位点，阻止位点，阻止ATP与与Cdk结合结合INK4：p16INK4

13、a、p15INK4b、p18INK4c、p19INK4d 特异性抑制特异性抑制CDK4-cyclin D1、CDK6-cyclin D1复合物的活性复合物的活性 p15、p16 受受TGF的调控的调控 恶性肿瘤常有恶性肿瘤常有p15、p16 的缺失或突变的缺失或突变 KIP：p21CIP1、p27KIP1、p57KIP2 能抑制大多数能抑制大多数CDK的激酶活性的激酶活性 p21在整个细胞周期中起作用在整个细胞周期中起作用 DNA发生损伤时，发生损伤时，p21表达水平增高，表达水平增高，与与cyclinE-Cdk2结合，抑制细胞从结合，抑制细胞从 G1转向转向S期期 Cdk抑制物蛋白（抑制物蛋

14、白（p21）使细胞周期阻滞）使细胞周期阻滞与与cyclinE-Cdk2形形成三元复合物成三元复合物4.促进促进Cdk调节因子降解的酶复合物调节因子降解的酶复合物Cdk调节因子调节因子CyclinCKICyclin合成，积累，结合合成，积累，结合Cdk周期事件完成周期事件完成Cyclin降解降解CKI降解降解Cdk激酶表现活性激酶表现活性4.促进促进Cdk调节因子降解的酶复合物调节因子降解的酶复合物泛素（泛素（ubiquitin）：）：76 个氨基酸组成个氨基酸组成，高度保守蛋白。高度保守蛋白。多聚泛素链作为多聚泛素链作为标志，可标志，可介导蛋白质被介导蛋白质被蛋白水蛋白水解酶降解。解酶降解。p

15、p多聚泛素链多聚泛素链激酶激酶泛素泛素E1E1E2E2+CdkCdk抑制蛋白（抑制蛋白（CKICKI）活化的活化的SCFSCFSCFSCF催化催化泛素泛素在磷酸化在磷酸化CDKI上聚合介导其降解上聚合介导其降解CKICKI被蛋白酶体水解被蛋白酶体水解(26s proteasome(26s proteasome)CKI的降解的降解E2E2+泛素泛素E1E1活化的活化的APCAPC活化亚基（活化亚基（Cdc20Cdc20）无活性的无活性的APCAPCCdkCdkM-Cyclin多聚泛素链多聚泛素链M-cyclin 被蛋白酶体降解被蛋白酶体降解多聚泛素链多聚泛素链APC催化催化泛素泛素在在Cycli

16、n上聚合介导其水解上聚合介导其水解Cyclin的降解的降解CDKCDK的活性调节的活性调节多因素综合调节多因素综合调节 正调控正调控:cyclin:cyclin，CAKCAK，磷酸酶，磷酸酶 负调控负调控:激酶激酶,CDKI,CDKI 转录后调节转录后调节细胞周期的调控细胞周期的调控 （一）（一）1.细胞周期蛋白细胞周期蛋白（cyclin）2.细胞周期蛋白依赖激酶细胞周期蛋白依赖激酶 (Cyclin-dependent kinase,Cdk）3.Cdk 抑制因子抑制因子（Cdk inhibitor,CDKI）4.促进促进Cdk调节因子降解的酶复合物调节因子降解的酶复合物调控核心调控核心SCFA

17、PC小结小结保证细胞周期正常运转的监控系保证细胞周期正常运转的监控系统，检测细胞周期正常事件及出现的故障。统，检测细胞周期正常事件及出现的故障。1.start点或点或R点点 2.DNA复制检测点复制检测点 3.纺锤体组装检测点纺锤体组装检测点4.DNA损伤检测点损伤检测点5.染色体分离检测点染色体分离检测点DNA复制检测点复制检测点纺锤体组装检测点纺锤体组装检测点R点点1.start点或点或R点点 2.DNA复制检测点复制检测点 3.纺锤体组装检测点纺锤体组装检测点DNA损伤检测点有两个，一个存在于损伤检测点有两个，一个存在于G1晚期晚期，另，另 一个在一个在G2晚期晚期。G1期检测点期检测点

18、通过抑制通过抑制G1/S和和S-Cdk的活化来阻止的活化来阻止 细胞进入细胞进入S期期G2期检测点期检测点通过使通过使Cdc25磷酸化，抑制磷酸化，抑制M-Cdk的的 活化，阻止细胞进入有丝分裂期。活化，阻止细胞进入有丝分裂期。4.DNA损伤检测点损伤检测点DNA损伤与损伤与p53活化在活化在G1期调控中的作用期调控中的作用第四节第四节 细胞周期事件的胞内调控机制细胞周期事件的胞内调控机制磷酸化转录因子磷酸化转录因子磷酸化磷酸化S期期cyclin-Cdk抑制蛋白抑制蛋白（CKI）蛋白合成蛋白合成生长因子生长因子 cyclinD合成合成 +Cdk4,6 Rb磷酸化磷酸化cyclinE/A基因的转

19、录基因的转录DNA和中心体的复制和中心体的复制泛素化降解泛素化降解S期期cyclin-Cdk活化活化 Rb 蛋白蛋白：G 1/S期转化的期转化的负性调节因子，控制负性调节因子，控制G1期进展，使细胞期进展，使细胞 停留在停留在G1期。期。生长因子刺激生长因子刺激G 1 期期cyclinD表达表达 cyclinD与与CDK4、CDK6结合，使结合，使Rb磷酸化磷酸化 磷酸化的磷酸化的Rb释放出释放出转录因子转录因子E2F E2F促进促进cyclinE、A基因的转录，促使基因的转录，促使G 1 期向期向S期转化期转化 cyclinE/CDK2、cyclinA/CDK2启动启动DNA和中心体的复制和

20、中心体的复制 到达到达S期一定时期，期一定时期，G 1 期期cyclin通过泛素化途径降解通过泛素化途径降解生长因子信号激活生长因子信号激活G1期期CDK/cyclin的激酶活性的激酶活性(1)CyclinA的合成始于的合成始于G1S期转化，进入期转化，进入S期后，期后，CyclinA-Cdk2成为主要的成为主要的Cyclin-Cdk复合物复合物。(2)在在S期期CyclinA-Cdk2复合复合 物位于物位于DNA复制中心。复制中心。(3)CyclinA-Cdk2不仅起始不仅起始DNA的复制，而且防止的复制，而且防止DNA的再次复制。的再次复制。3.M3.M期的进出与有丝分裂事件的触发期的进出

21、与有丝分裂事件的触发 G2期向期向M期的转换期的转换 有丝分裂事件的触发有丝分裂事件的触发 M期的退出期的退出成熟促进因子成熟促进因子(maturation promoting factor,MPF)的发现的发现(1970,Johnson和和Rao)M期细胞和间期细胞融合，出现期细胞和间期细胞融合，出现早熟染色体凝集早熟染色体凝集（PCC）融合融合M期期（1）G2期向期向M期的转换期的转换G1期期PCC为单线状为单线状融合融合S期细胞期细胞S期期PCC为粉末状为粉末状融合融合G2期期PCC为双线染色体状为双线染色体状成熟促进因子成熟促进因子(MPF)1988，(Maller实验室实验室,Loh

22、ka等等)p32蛋白蛋白p45蛋白蛋白MPF 磷酸化底物磷酸化底物蛋白激酶活性蛋白激酶活性 (p45蛋白蛋白)CyclinB（调节亚单位）（调节亚单位）Cdk1（催化亚单位）（催化亚单位）催化亚单位催化亚单位：细胞周期蛋白依赖激酶细胞周期蛋白依赖激酶(Cdk1)调节亚单位调节亚单位：CyclinBCyclinB-Cdk1复合物：复合物：MPFCAKweelcdc25M-Cdk的活化促使的活化促使G2/M期的转换期的转换活化的活化的M-Cdk核纤层蛋白核纤层蛋白P 核膜崩解核膜崩解染色体凝集染色体凝集蛋白、组蛋蛋白、组蛋白白H1P染色体凝集染色体凝集微管结合蛋微管结合蛋白白-P纺锤体形成纺锤体形

23、成M phase(2)有丝分裂事件的触发有丝分裂事件的触发 (3)M期的退出期的退出 CyclinB的降解、的降解、Cyclin与与Cdk分离；分离；Cdk1的第的第14 Thr，15 Tyr二个位点的氨二个位点的氨 基酸残基磷酸化；基酸残基磷酸化；使使MPF失活，促进细胞从失活，促进细胞从M期向期向G1期转化期转化细胞周期的胞外调控因素细胞周期的胞外调控因素生长因子主要作用生长因子主要作用生长因子主要作用生长因子主要作用G1期期和和S期期思考题：思考题：1.细胞周期的概念细胞周期的概念2.泛素的概念泛素的概念3.细胞周期各时相生物化学变化细胞周期各时相生物化学变化4.细胞周期调控因素细胞周期调控因素5.MPF的活化及作用的活化及作用