1、细 胞 周 期,第一节 概述,一、细胞周期cell cycle ：从上一次有丝分裂结束开始到下一次有丝分裂结束为止，周而复始的生长过程，并呈现一定的周期性1.分裂间期(静止期）interphase：两次细胞有丝分裂之间的期间，从一次有丝分裂结束释放两个子细胞到子代细胞的有丝分裂开始。分：G1期；S期；G2期。在静止期，细胞外观几乎没有明显的变化,2.分裂期M phase：相当于光学镜下可见的有丝分裂过程。此期合成物质被平均分配给两个完全相同的子细胞，每一个子细胞有一套完整的二倍体染色体。有丝分裂是细胞周期内发生一系列事件累积的结果。完整的细胞周期应包括G1、S、G2、M期,4. 根据各种细胞在
2、细胞周期中DNA合成 及细胞分裂能力不同分：,（一）连续分裂细胞骨髓干细胞、肿瘤细胞。这类细胞具有持续的分裂能力，细胞周期连续运转（二）不分裂细胞神经细胞、肌细胞、白细胞。此类细胞失去了分裂能力，但保持细胞的生理功能（三）休眠期细胞 细胞停止分裂，（G0期细胞）在一定刺激下，这类细胞可重新进入细胞周期进行有丝分裂。G0期细胞DNA停止合成。G0期细胞一般可休眠在G1期，也有在G2期（耳廓细胞）受刺激后直接进入有丝分裂期。,二、细胞周期时相及其特征,(一）细胞周期时相：细胞完成一个周期经过的几个时期细胞周期中每个时期所持续的时间有差别（细胞种类不同差异较大），并有其生物化学特征,（二）时相与生化
3、反应特征,G1期,S期,G2期,M期,持续时间,占间期的大部分时间（6h或12h）,时间长短由基因组复制时间决定68h,最短,1h,与有丝分裂有关的Pr合成,主要生 化反应,RNA、Pr合成（复制DNA所需的酶）,DNA复制，组蛋白、非组蛋白合成,生化合成停止,DNA合成前期,DNA合成期,（胞内的DNA含量二倍体的2n值增加至4n值）,DNA合成后期,（细胞内有两套完整的二倍体染色体）,时相,M期： 细胞形态有明显变化，一个母细胞分裂成2个完全相同的子细胞 分： 有丝分裂前期prophase，P：染色质 染色体，出现分裂极。核层蛋白溶解； 有丝分裂中期metaphase M：核膜破裂，染色体
4、排列在细胞的赤道面，2条姐妹染色体并列不分开；微管解体再装配成纺锤丝，纺锤体；纺锤丝与染色体着丝点连接之后，使染色体向赤道面移动；姐妹染色单体并列是M期的标志 有丝分裂后期 anaphase A：并列的姐妹染色体开始分开、移位至两个极为止（子核形成）。分开成单体是A期的标志； 有丝分裂末期 telophase T：从染色体到达两极，始至两个新细胞形成。染色体 染色质，核仁、核被膜重新合成。纺锤体解体，消失。,第二节 细胞周期调控,为细胞周期调控点的调控，是多因素参与的过程。 cyclins合成和降解； CDKs： 细胞周期素依赖性激酶类cyclin-dependent kinases的激活和灭
5、活（磷酸化和去磷酸化）； 抑制性因素，如CKIs( CDKs抑制物)合成和降解等;生长因子、抑癌基因、癌基因表达产物的参与 它们之间的相互作用或使细胞周期停止在某一特定的位点，或使细胞周期顺利通过调控点。,一、细胞周期素及其(基因) （一）细胞周期素（蛋白）cyclins：cylinA、cyclinB、cyclinC、cyclinD、cyclinE,根据cyclins在不同时相作用分：G1-cyclins：在G1期中发挥作用cyclin C、D（D1，D2，D3）、E；M-cyclins：在G2/M调控点发挥作用cyclin A,Bcyclins与CDKs结合，形成复合物（体）分别参与细胞周期
6、中不同时期地调节cyclin起CDK调节亚基作用,cyclinA,存在于核，使细胞停止在M期；启动促进DNA复制，并为M期所需蛋白质合成做好准备。,降解同A,cyclinB,人：B1，B2,作用同A,B1出现在S晚期胞质中，核被膜破裂前入核。,G1期中点达高峰（cyclinA出现之前）在G1发挥作用,cyclinC,表达模式在不同细胞不同人Hela细胞：D1量在S期之后上升，M期达到顶峰，G1期消失； D3在G1期出现，逐渐升高，S期达顶峰。,cyclinD： D1、D2、D3,其活性被P21、P27抑制。 正常细胞和肿瘤细胞均表达。非转化细胞检测不到。,人：Mw60kd，可与CDK及类似蛋白
7、因子结合（E2F、Rb及P107）。 在DNA合成之前出现，M中期降解,cyclinE：E1，E2,G1中期出现，作用较cyclinA早,1.cyclins结构细胞周期素盒：cyclins含有同源序列（41.854.4相似）， 100150AA残基保守区域（负责与CDKs地相互作用）降解盒:(PEST顺序）通过定时降解或恒定周转来调节蛋白质水平,2.cyclin的降解与泛素蛋白酶小体蛋白分解途径CDK-cyclin复合体活性达高峰时可催化复合体自身cyclin磷酸化。其被泛肽激活酶、泛肽结合酶和泛肽蛋白连接酶顺序催化，将磷酸化cyclin分子上串联一个泛肽链后，cyclin被蛋白酶小体彻底水解
8、cyclin水解后，CDk-cyclin失去活性。cyclins、CDK、CKIs、P53等蛋白都是经过泛素化后进行蛋白降解的。,二、相关的激酶和基因研究发现： 胞浆存在调节细胞周期的因子：M期促发因子或促成熟因子maturation promoting factor MPFMPF蛋白质成分：cyclinCDC2蛋白 （细胞分裂周期基因：cell-division cycle genes，cdc表达之蛋白质）CDC2在人类为细胞周期蛋白依赖激酶(cyclindependent kinases，CDKs）CDKs与cyclin形成复合物在哺乳类细胞周期运行其调控作用（全酶）,(一）周期素依赖性激
9、酶CDKs：单体激酶本身无催化蛋白质磷酸化的活性在某一时相，CDK与cyclin结合成复合物cyclin为调节亚基，调节复合物的激酶活性和底物特异性；复合物的CDKs磷酸化和去磷酸化调节复合物的活性一旦周期素表达 ，就会与CDKs结合.通过化学修饰，CDKs出现蛋白激酶活性，使某些蛋白质磷酸化。 磷酸化蛋白质使细胞进入细胞周期的下一时相。此外，复合物的蛋白激酶活性也受抑制剂的调节。,1.细胞周期素依赖性激酶1（P34CDC2，CDK1）cdc基因表达产物，Mw34KD，具高度保守性。细胞在整个细胞周期都稳定表达CDK1。cyclinA或B与CDK1(P34cdc2)结合，引起其变构形成酶的活性
10、中心。 cyclin和CDK1分别是调节亚基和催化亚基。cyclin-CDK1需要磷酸化才被激活。位于CDK1的ATP结合位点（thr14和thr15）磷酸化，酶无活性；thr-161磷酸化为酶活性所必需。(在 G2期）有丝分裂(M期)时，其去磷酸化（无活性） 。MPF (CDKs-cyclins)重要功能:促进间期的细胞进入有丝分裂（G2期进入M期）,2. Cyclin与CDK的结合，磷酸化与去磷酸化顺序：cyclin 与去磷酸化的P34cdc2结合，产生具有活性的二聚体。引起thr-14/-15的磷酸化。此磷酸化灭活二聚体活性。随后thr-14/-15的磷酸基团移去，thr161被磷酸化，
11、出现ser/thr蛋白激酶作用，磷酸化H1组蛋白,有丝分裂过程开始。（ 磷酸化有放大效应）在M期，cyclin被降解，导致MPF被灭活，同时，一些磷酸酶激活，导致MPF的底物去磷酸化，完成有丝分裂，进入间期。,磷酸化顺序,（二）其他的CDKs动物细胞中存在与P34cdc2类似的CDKs。在细胞周期的不同阶段发挥作用。这些CDKs也需与cyclins结合才发挥蛋白激酶活性。 如：视网膜母细胞瘤相关蛋白PRb-P107转录因子E2F。,三、细胞周期各时相的运行 及运行中cyclins的表达规律,（一）细胞周期的运行过程固定时相顺序：Go期启动进入G1-S-G2-M期四个顺序时相，完成一次细胞周期，
12、进行一次细胞分裂。适宜条件下可重复。,专一的细胞周期调控点checkingpoint ：调节这一连串事件的机制监测细胞周期进展。 以保证细胞周期按一定的次序来进行。,一个限制点：G1时相中间区 （Go/G1）两个控制点：G1/S：控制G1期进入S期 （主要控制点） ；G2/M：控制G2期进入M期,启动DNA复制发生在G1期。如果通过G1/S调控点的条件得到满足，经过一段时间，细胞就会通过此点，进入S期。 触发有丝分裂发生在G2期的末尾。 如果进入M期的细胞仍然不分裂，它保持两套正常的染色体。 细胞一般不会停留在G2期. 当细胞处于特殊情况下(如DNA损伤)，细胞周期就会停在某一调控点，并启动有
13、关程序对细胞内损伤的DNA进行修复，修复完成之后，细胞才进入下一个阶段。,（二）哺乳动物的各种细胞周期时相中存在的CDK和cyclinCDKs cyclin 时相CDK1 A（432aa) G2 B(433aa) G2,MCDK2 A S E(395aa) 晚G1CDK3 ？ ？CDK4 D(295aa) 早G1CDK5 存在于神经元，相当于CDK1CDK6 早G1,G1期：细胞在Go期受到分裂原（生长因子等）刺激，cyclinD和CDK4/6基因表达。cyclinD-CDK4/6复合体，磷酸化修饰呈现ser/thr激酶活性。G1期达高峰，越过限制点（G1晚期CDK2-cylinE加入），细胞
14、越过控制点G1/S，进入S期。,S期：cyclinA-CDK2复合体参与DNA复制 G2期：CDK1-cyclinA/-cyclinB作用，后者为主要功能。CDK1-cyclinB为MPF，直接参与细胞成熟进行有丝分裂，其磷酸化多种与有丝分裂有关的Pr，利于进入M期。 M期：末期cyclinB被泛素化分解，MPF失活而进入下一轮细胞周期或进入Go期。,四、CDK-cyclin复合物的活性调节细胞周期特异的CDK含量基本恒定.CDK-cyclin复合体的活性决定于：相应cyclin水平的高低；CDK分子上一定位点的磷酸化修饰；CKIs含量的高低。哺乳动物细胞CDK磷酸化/去磷酸化此类修饰为人与脊
15、髓动物细胞中的分裂周期基因主要活化机制。如：CDK1-cyclinB的Thr161磷酸化，Tyr15,Thr14去磷酸化才具活性。,五、CKIsCKIs与CDK或CDK-cyclin结合抑制其活性CKIs分：Cip/Kip族（Cip:CDK-interacting protein；Kip:kinase inhibiting protein）;包括P21cip1、P27kip1、P57kip2INK4族（inhibitor of CDK4）：P15INK4A、P16INK4B、P18INK4C、P19INK4D,P21在DNA受损引起细胞周期阻止在G1中具重要作用；P27在细胞培养时去血清引起细
16、胞阻止中有作用；TGF-可诱导P27表达,P15表达增加1030倍阻止于G1期。故为负调节因子。,六、生长因子及其受体,各种（细胞）生长因子通过（细胞）受体将信号传递到细胞内。细胞运用复杂的细胞内机制整合、处理这些信号，推动细胞进入细胞周期。,PDGF 及其受体,PDGF MW为30KD 二聚体，,PDGFR跨膜糖蛋白， 为RTKs,通过PLCPKC途径，促c-fos,c-myc的表达，使细胞增殖。,PDGF为较强的促有丝分裂因子（二倍体细胞的增殖需要）,EGF 及其受体,EGF含53AA残基，6KD （尿液、血液和乳汁）,激活TPK后，通过PLC或激活ras-MAPK系统刺激细胞增生。,EG
17、FR为结合TPK的受体,TGF及 其受体,TGF-：作用类似EGF TGF-：包括15 以二聚体存在。,刺激细胞增殖（少数）和 抑制细胞增殖的双重作用性,降低cyclinE的表达，抑制cyclinECDK2复合物形成； TGF-诱导P15基因的转录和翻译，增强抑制细胞增殖的效果。,IL2及 其受体,IL2，T细胞分泌，133AA,受体：存在于各种淋巴细胞（包括T、B）；结合TPK,结合TPK（Jak）途径促进细胞增殖。,七、相关的原癌基因和抑癌基因 （一）原癌基因其编码蛋白质对细胞周期具有促进作用。 sis 其编码 PDGF的一个亚基，大量表达可刺激具有PDGF受体的肿瘤细胞生长 fms :编
18、码CSF-1受体（Fms蛋白）中一段突变的肽链。Fms11个无关AA残基代替了正常蛋白质羧基端的40个AA残基，结果CSF-1受体在无CSF1时，也激活。 ras 编码突变的小G蛋白，表达产物失去GTPase活性。 myc 编码核内DNA结合蛋白，起转录因子作用； c-jun和c-fas：编码正常转录因子AP-1的亚基，调节许多基因的转录。,（二）抑癌基因抑癌基因正常即可表达. 产物或是CDKs抑制物（如P15,P16,P21,P27)； 或是产物通过CDKIs发挥抑制细胞周期的作用(P53,PRb) P16MTS/INK4(mutiple tumor suppressor, MTS;inhi
19、bitor of CDK4,INK4)P16基因，编码16Kd蛋白质。为细胞周期的负反馈调节因素之一。P16专一与CDK4/CDK6结合，阻止其与cyclin结合，阻止PRb磷酸化，阻滞细胞周期于G1期。 P15MTS2/INK4B：基因与P16相邻而串连。抑制CDK4CDK6，还抑制PRb磷酸化，主要在G1晚期发挥功能，抑制G1向S过渡。,P21（ cipl基因编码），P27：具同源性，均为CDK抑制因子，使细胞停滞在G1期 rb基因:编码110kd磷蛋白Rb ，可与DNA结合抑制原癌基因myc和fos转录的活性。Rb是多种cyclinCDKs底物Rb磷酸化分高磷酸化状态：G1晚期、S、G2
20、和M期出现。低磷酸化：G1的早中期出现,P53： P53基因编码53KD的核蛋白P53。P53对细胞增殖起负调控作用P21蛋白具有使CDK2 （G1到S）酶活性抑制，细胞分裂停止作用。P53蛋白作为典型的转录因子促进P21蛋白表达。P53与细胞凋亡密切相关P53基因的过表达导致P34cdc2（CDK1） 的过早激活，结果导致核膜破坏，细胞凋亡。P53和P34cdc2之间关系尚待进一步研究。,第三节 细胞周期与肿瘤,一、肿瘤细胞周期的特点肿瘤细胞最显著特点：生长失控，幼稚化（不分化）细胞分化的主要标志：组织特异蛋白质表达，增殖停止失去分裂能力，出现该细胞特有的表型结构，相同的细胞累积在一起成为具
21、有特殊功能的组织或器官。,肿瘤细胞周期的特点：大多数与相应的正常细胞相同，或延长 按期细胞增殖的情况肿瘤细胞分：增殖细胞群：与肿瘤块增长直接相关暂不增殖的细胞群：G1或Go期延长，为肿瘤治疗后复发细胞源；不增殖细胞群：这类细胞不进入增殖周期，最终通过分裂、衰老至死亡。肿瘤组织中具有不同分化程度的细胞（未分化、部分分化、高度分化（具有功能）的细胞）,二、肿瘤细胞周期失控的分子基础细胞周期的控制主要由cyclinCDKs复合物，以及CKIs形成的一个级联网络控制。某种原因导致这一网络某一环节失调，致使细胞生长失控，出现肿瘤。（一）cyclin异常G1-cyclins基因突变、重排致使其异常表达，使
22、细胞进入S期，自发增殖，出现转化特征cyclinD1,A与肿瘤发生密切相关HBV致癌之一：HBV整合进cyclinA基因使其一个内含子隔开，异常转录产物刺激细胞增殖。B细胞淋巴瘤，甲状旁腺腺癌等与cyclinD基因过表达（易位）有关。cyclinD1预测指标。（cyclinB亦有关） （二）CDKs和CKIs基因突变肿瘤发现CDK活性高。CKIs基因常见纯合性缺失突变，P15,16,21,27突变CDK磷酸酶异常或pRb磷酸化异常等等,三、细胞周期与肿瘤的基因治疗（一）抑制G1-cyclins的过度表达肿瘤细胞及增殖细胞常有G1cyclins的过度表达，维持CDKs持久活性。反义核酸（DNA或
23、RNA）抑制基因转录（二）促使肿瘤细胞表达正常的CKIs正常CKIs基因导入肿瘤细胞中，使之在细胞中表达，抑制CDK活性，使细胞停滞在G1期。P16，21，27基因重组子（腺病毒载体）导入肿瘤细胞，表达其蛋白，抑制CDKs活性，使细胞停滞在GoG1期。,（三）抑制E2F的活性E2F在促进细胞周期与细胞增殖的基因的转录起重要作用。抑制E2F的活性可抑制这些基因的转录P53通过P21，抑制cyclinCDKs蛋白激酶活性限制Rb磷酸化，低水平磷酸化的Rb与E2F结合，抑制E2F活性。,细胞分裂和增生过程中呈现周期性G1SG2MG1的循环。CDKs、CKIs、CDKs激酶类和磷蛋白磷酸酶等。他们组成一个调节网络对细胞周期进行调节，此网络诸多环节的详细过程仍然不清楚，研究热点。,
