细胞增殖及其调控-ppt课件.ppt

1、1ppt课件 细胞周期周而复始地进行着，这种周期性的重复过程受到严格地控制，使得不同的细胞周期事件在空间和时间上相互协调。2ppt课件（一）研究背景 1. 1. MPF MPF 1960年，Masui和Markert研究爪蟾卵母细胞，提出了成熟卵母细胞中存在一种促成熟因子（maturation promoting factor，MPF）。 Rao和Johnson(1970、1972、1974) 以Hela细胞为材料，发现M期细胞具有某种促进间期细胞进行分裂的因子，即促细胞分裂因子(mitosis- promoting factor ，MPF)。 33ppt课件mM M期细胞期细胞(Hela)(

2、Hela)融合的间期细胞染色体发生凝缩，称为早熟凝集染色体融合的间期细胞染色体发生凝缩，称为早熟凝集染色体(prematurely condensed chromosome(prematurely condensed chromosome，PCC)PCC)。 G1G1期期PCCPCC为单线状，因为单线状，因DNADNA未复制。未复制。 S S期期PCCPCC为粉末状，因为粉末状，因DNADNA由多个部位开始复制。由多个部位开始复制。 G2G2期期PCCPCC为双线染色体，说明为双线染色体，说明DNADNA复制已完成。复制已完成。m甚至不同类的甚至不同类的M M期细胞也可诱导期细胞也可诱导PCC

3、PCC产生，说明产生，说明M M期细胞具有促进间期细胞进行期细胞具有促进间期细胞进行分裂的因子，即成熟促进因子分裂的因子，即成熟促进因子(maturation promoting factor(maturation promoting factor， MPF)MPF)。4ppt课件染色体超前凝集（染色体超前凝集（PCC）细胞融合与细胞融合与PCC(Premature chromosomal condense)5ppt课件 2. 2.cdccdc基因基因Leland Hartwell、 Paul Nurse分别以不同的酵母为实验材料，发现了许多与细胞分裂有关的基因(cell division c

4、ycle gene，CDC)。如芽殖酵母的cdc28、裂殖酵母cdc2基因。 如何发现的？ 进一步研究发现：P34P34cdc2cdc2与P34P34cdc28cdc28是同源物，二者本身并不具有激酶活性，只有当其与有关蛋白结合后，其激酶活性才能够表现出来。例如：P34cdc2必须与另一种蛋白P56cdc13结合后才具有激酶活性。 66ppt课件 3.3.cyclincyclin 1983年Timothy Hunt首次发现海胆卵受精后，在其卵裂过程中两种蛋白质的含量随细胞周期剧烈振荡，在每一轮间期开始合成，G2/M时达到高峰，M结束后突然消失，在下一个周期中又重复这一消长现象，故命名为周期素或

5、周期蛋白(cyclin)。随后cyclin很快被分离和克隆出来，证明其广泛存在于从酵母到人类等各种真核生物中，而且在功能上存在互补性。77ppt课件 4. 4. MPF P34cdc2Cyclin ？1988年M. J. Lohka 纯化了爪蟾的MPF，经鉴定由34KD和45KD两种蛋白组成，二者结合可使多种蛋白质磷酸化。 1990 Paul Nurse进一步的实验证明P34实际上是P34cdc2的同源物，P45是cyclinB的同源物，而且，对于P34cdc2的活性而言，cyclin是必需的。从而将细胞周期三个领域的研究联系在一起。8MPF = P34cdc2(CDK1)+Cyclin B（

6、催化亚单位）（催化亚单位）（调节亚单位）（调节亚单位）8ppt课件9ppt课件MPF的生化成分：含有两个亚单位的生化成分：含有两个亚单位MPF =Cdc2+cyclin （催化亚单位（催化亚单位+调节亚单位）调节亚单位）10ppt课件11The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2001for their discoveries of key regulators of the cell cycleLeland Hartwell Timothy Hunt Paul Nurse 11ppt课件12（二）细胞周期的检验点1989年，Hartwell通过构建

7、酵母细胞突变模型证实了细胞周期检验点（check point）的存在，并首次提出检验点的概念。细胞周期的运行，是在一系列检验点的严格检控下进行的，它保证前一个事件完成之后，才启动下一个事件，检查点是细胞的错误监测机制。12ppt课件13主要检验点包括：G1/S检验点：在酵母中称start点，在哺乳动物中称 R点(restriction point)，控制细胞由静止状态的G1进入DNA合成期，相关的事件包括：DNA是否损伤？细胞外环境是否适宜？细胞体积是否足够大？ S期检验点：DNA复制是否完成？13ppt课件14G2/M检验点：是决定细胞一分为二的控制点，相关的事件包括： 所有DNA都正确复制

8、了吗？DNA是否有损伤？细胞体积是否足够大？ 中-后期检验点（纺锤体组装检验点）：所有染色体都排列在纺锤体上了吗？任何一个着丝点没有正确连接到纺锤体上，都会抑制APC活性，引起细胞周期中断。14ppt课件1515ppt课件16ppt课件17（三）细胞周期蛋白cyclin 的种类繁多，目前从芽殖酵母、裂殖酵母和各类动物中分离出的周期蛋白有30余种，在脊椎动物中为A1-2、B1-3 、C、 D1-3、E1-2、F、G、H等。分别参与细胞周期中不同时相的调节。分为G1型、G1/S型S型和M型4类。17ppt课件18人类细胞周期蛋白线性结构示意图实心方框代表“cyclin box ”，方框代表“des

9、truction box”圆形框代表PEST序列18ppt课件19cyclin box：各类周期蛋白均含有一段约100个氨基酸的保守序列，称为周期蛋白盒(cyclin box)，介导周期蛋白与CDK (cyclindependent kinase)结合。 Cyclin也含有降解盒（destruction box）或PEST（脯氨酸谷氨酸丝氨酸苏氨酸）序列，它可以通过定时降解或恒定地迅速周转来调节这些蛋白质的水平，起着CDK的调节亚基的作用。19ppt课件20G G1 1期细胞在生长因子的刺激下，G G1 1期cyclin Dcyclin D表达，并与CDK4CDK4、CDK6CDK6结合，使下

10、游的蛋白质如RbRb磷酸化，磷酸化的RbRb释放出转录因子E2FE2F，促进许多基因的转录。 20ppt课件21Cyclin D与CDK结合使Rb释放结合的转录因子E2F 21ppt课件22ppt课件23 G1 / S期 cyclinE与CDK2结合，促进细胞通过G1/S限制点而进入S期。向细胞内注射CyclinE的抗体能使细胞停滞于G1期，说明细胞进入S期需要CyclinE的参与。S期期 将CyclinA的抗体注射到细胞内，发现能抑制细胞的DNA合成，推测CyclinA是DNA复制所必需的。23ppt课件24G2/M期 cyclinA、cyclinB与CDK1结合，CDK1使底物蛋白磷酸化,

11、如将组蛋白H1磷酸化导致染色体凝缩，核纤层蛋白磷酸化使核膜解体等下游细胞周期事件。 24ppt课件25 M期 在分裂中期当MPF活性达到最高时，通过一种未知的途径，激活后期促进因子APC (anaphase promoting complex) ，负责将泛素连接在cyclinB上，导致cyclinB被蛋白酶体（proteasome）降解，完成一个细胞周期。25ppt课件26哺乳动物细胞周期中各时相不同cyclin的作用 26ppt课件27（四）四）CDKCDK及其调控及其调控 C D K 即 细 胞 周 期 蛋 白 依 赖 性 激 酶 (cyclindependent kinase,CDK)，

12、控制着细胞周期各期之间的顺序转换。CDK是一组相关联的Ser/Thr蛋白激酶。27ppt课件不同类型的CDK/cyclinCDK/cyclin复合体m*包括D1-3，各亚型cyclin D在不同细胞中的表达量不同，但具有相同的功效。28ppt课件m酵母中细胞周期的进程主要由单一的CDK（P34cdc2/ cdc28）所控制。多细胞生物中，细胞周期各期之间的转换需要不同的CDK。29ppt课件30脊椎动物的CDK CDK结合的相应cyclin 作用的细胞周期 CDK1CDK2 CDK3CDK4CDK5CDK6CDK7 CyclinA,BCyclinACyclinD1,D2,D3CyclinE C

13、yclinD1,D2,D3P35*, CyclinD1,D2,D3CyclinD1CyclinH, P36*G2/M转换； M早期S期G1期G1/S 转换G1期G0/G1转换、G1期神经纤维的磷酸化、G1期G0/G1转换活化CDK* P35，P36的结构与细胞周期蛋白无相似性 30ppt课件31 1 1 CyclinCyclin的结合是的结合是CDKCDK激活的第一步激活的第一步 CDK活性的最初调节者是cyclin亚单位。 Cyclin与相应的CDK结合后，引起CDK空间构象改变，暴露其催化亚基。各种细胞周期蛋白程序化的合成和降解保证各对应CDK适时的活化，维持细胞周期的正确时序。31ppt

14、课件细胞周期各时相细胞周期各时相MPF、P34、P56的变化的变化32ppt课件33 2 2CDKCDK的磷酸化与去磷酸化的磷酸化与去磷酸化 以P34cdc2 (CDK1)为例，如果对P34cdc2磷酸化作用位点不同，则对该酶的活性分别产生正向和负向的控制。完整的P34cdc2-cyclin复合物需要磷酸化才能被激活，驱动细胞进入有丝分裂。33ppt课件34ppt课件35P34cdc2的Thr14和Tyr15的磷酸化引起P34cdc2-cyclin复合物的失活，Weel是催化Tyr15磷酸化的激酶，Myt1是Thr14磷酸化的激酶；催化Thr14及Tyr15 脱磷酸化的蛋白磷酸酶为双特异性磷酸

15、酶Cdc25蛋白。35ppt课件36 P34cdc2的Thr161的磷酸化是酶的活性所必需的。CDKs活化激酶CAK（CDKs activiting kinase）应答Thr161的磷酸化，这是另一种蛋白激酶CDK7-Cyclin H复合物。当磷酸酶-1将此位点的磷酸水解，P34cdc2又失去激酶活性。36ppt课件37 3 3CDKCDK抑制剂的作用抑制剂的作用除了磷酸化去磷酸化可以调节MPF活性外，另有一类CDK抑制因子（CDC kinase inhibitor,CKI）可与CDK结合抑制其活性。 37ppt课件38（1）Ink4(Inhibitor of cdk 4)：如P16ink4a

16、、P15ink4b、P18ink4c、P19ink4d，专一地与CDK4、CDK6结合，阻止CDK和cyclinD的结合。使细胞周期不能从G1期的调控点进入到下一个时相。38ppt课件39（2）Cip/Kip：包括P21cip1 (cyclin inhibition protein 1)、P27kip1(kinase inhibition protein 1)、P57kip2等，能与多种cyclin - C D K 复 合 物 包 括 c y c l i n E C D K 2 、cyclinDCDK6、cyclinDCDK4结合，抑制cyclin - CDK复合物的蛋白激酶活性，使一些细胞增

17、殖所需要的蛋白质磷酸化受阻，细胞停留在G1期。39ppt课件40此外P21cip1还可与DNA聚合酶亚单位PCNA (proliferating cell nuclear antigen, PCNA )相互作用， 抑制DNA复制，但不影响DNA修复。40ppt课件41CDK1的激活需要Thr14和Tyr15去磷酸化和Tyr161的磷酸化 41ppt课件CDK1的调节与活化的调节与活化; CAK=CDK1-Activiting Kinase42ppt课件43ppt课件 在中期当MPF活性达到最高时，通过一种未知的途径，激活后期蛋白复合体-APC，将遍在蛋白连接在cyclinB上，导致c y c

18、l i n B 被 蛋 白 酶 体（proteasome）降解，完成一个细胞周期44ppt课件APCAPC介导选择性降解的靶蛋白与UbiquitinUbiquitin结合 ( (通过泛素依赖性途径降解) ) APCAPC主要介导两类蛋白降解: : Anaphase Inhibitors和Mitotic Cyclin. 前者维持姐妹染色单体粘连, 抑制后期启动；后者的降解意味着有丝分裂即将结束，即染色体开始去凝集，核膜重建。 Cdc20 和Mad2蛋白位于动粒上，在染色体结合有丝分裂纺锤体前将不能从动粒上释放，由于Mad2与Cdc20结合而抑制APC的活性。所以只有所有染色体都与纺锤体结合后，A

19、PC才有活性，才启动细胞向后期转换。45ppt课件46ppt课件Destruction Box in Cyclins47ppt课件u癌基因和抑癌基因主要的内在因素u外在因素：离子辐射、化学物质作用、病毒感染、温度变化、PH变化等五、其他内在和外在因素在细胞周期调控中的作用五、其他内在和外在因素在细胞周期调控中的作用48ppt课件m单细胞生物的增殖取决于营养，多细胞生物细胞的增殖与信号途径有关。m生长因子：是与细胞增殖有关的信号物质，已知几十种，多数能促进细胞增殖，又称有丝分裂原（mitogen），如EGF、NGF。m作用方式：旁分泌。m信号通路：ras途径，cAMP途径、磷脂酰肌醇途径。 如通过如通过rasras途径，激活途径，激活MAPKMAPK，MAPKMAPK进入细胞核内，激活进入细胞核内，激活c-mycc-myc，mycmyc作为转录因子促进作为转录因子促进cyclin Dcyclin D、SCFSCF、E2FE2F等等G1-SG1-S有关的基因表达，细胞进入有关的基因表达，细胞进入G1G1期。期。 六、生长因子对细胞增殖的影响49ppt课件50ppt课件 细胞周期/细胞周期时间 G0细胞/G1细胞 联会/同源染色体 二价体/四分体 有丝分裂/减数分裂 有丝分裂器/收缩环 MPF细胞周期的运行受哪些因素调控？51ppt课件