1、细胞增值调控与肿瘤的分子基础（优选）细胞增值调控与肿瘤的分子基础1.G1期（期（gap 1 phase）2.S期（期（synthesis phase）3.G2期（期（gap 2 phase）4.M期（期（mitosis phase）5.G0期期 CheckpointCheckpointCheckpointCheckpointCheckpointCheckpointInterphase(Long)G1:Cell growthS:DNA replicationG2:Cell growthM-phase=mitosis(Short)Chromosome segregationCytokinesisL
2、eland H.Hartwell R.Timothy(Tim)Hunt Sir Paul M.Nurse M2001年年10月月8日美国人日美国人Leland Hartwell、英国人英国人Paul Nurse、Timothy Hunt因对细胞周期调控机理的研究而因对细胞周期调控机理的研究而获诺贝尔生理医学奖。获诺贝尔生理医学奖。第二节第二节 细胞周期调控的关键分子细胞周期调控的关键分子细胞周期调控的核心蛋白细胞周期调控的核心蛋白2.2.细胞周期蛋白细胞周期蛋白(Cyclin)(Cyclin)：CdkCdk的正调节因子的正调节因子 1.1.周期蛋白依赖性蛋白激酶周期蛋白依赖性蛋白激酶(Cycl
3、in-dependent(Cyclin-dependent kinases,Cdks)kinases,Cdks)：细胞周期调节的中心环节：细胞周期调节的中心环节 一、细胞周期蛋白（一、细胞周期蛋白（Cyclins）v细胞周期蛋白（细胞周期蛋白（Cyclins）是一类伴随细胞周期）是一类伴随细胞周期的不同阶段表达、累积和降解的蛋白质因子。的不同阶段表达、累积和降解的蛋白质因子。细胞周期蛋白盒细胞周期蛋白盒(Cyclin box):与与Cdk结合，激活结合，激活Cdk的蛋白激酶活性的蛋白激酶活性毁灭盒毁灭盒(Destruction box):在在Cyclin的自身降解中的自身降解中发挥重要作用发挥
4、重要作用1、结构特点、结构特点2、调控机理、调控机理Cyclin与与Cdk形成二聚复合体：催化亚基为形成二聚复合体：催化亚基为Cdk，调节亚基为调节亚基为Cyclin。Destruction Box in Cyclins不同类型的不同类型的CDK/cyclin复合体复合体v Cyclin D包括包括D13，各亚型，各亚型cyclin D在不同细在不同细胞中的表达量不同，但具有相同的功效。胞中的表达量不同，但具有相同的功效。3、分类：、分类：A-H细胞周期中不同类型细胞周期中不同类型cyclin的表达变化的表达变化ras proto-oncogene该基因突变时，Cdk4与Cyclin D结合增
5、多，磷酸化多种癌基因产物(如PP60c-sYc、C-abl)，或磷酸化某些抑癌基因产物(如Rb蛋白)，促使细胞从静止态进入增殖态。还含有4个锚蛋白重复序列。（2）获得启动子与/或增强子p53的突变型有两种形式：当细胞在S期发生DNA损伤时，p21的C末端结构域与PCNA直接结合，抑制DNA聚合酶活性，阻止损伤DNA长链的复制。可抑制Cdk4或Cdk6的活性，使其不能对Rb磷酸化。pRb蛋白 pRb蛋白Cdk-activating kinaseuntil Cyclin B destruction肿瘤细胞表达金属蛋白酶-降解粘附蛋白，使得细胞失去固着作用。Protein degradation i
6、s important in mitosis 生长因子受体类：erb B这种排列方式可以导致只在神经组织或胚胎细胞中表达的基因在有可能在B细胞或T细胞中表达，这种表达可导致细胞的增殖和分化异常。Ras基因突变（位于染色体12q）特点 oncogene antioncogene二、周期蛋白依赖性蛋白激酶二、周期蛋白依赖性蛋白激酶v周期蛋白依赖性蛋白激酶周期蛋白依赖性蛋白激酶(Cdks)是一类是一类Ser/Thr蛋蛋白激酶，在细胞周期的调节中起关键作用。人体细白激酶，在细胞周期的调节中起关键作用。人体细胞内主要有胞内主要有Cdk1/Cdc2、Cdk26、Cdk7/CAK和和Cdk8等。等。活性中心
7、：活性中心：ATP结合部位；催化部位结合部位；催化部位调节亚基调节亚基Cyclin的结合部位：正调节的结合部位：正调节P13suc1的结合部位：负调节，阻止细胞进的结合部位：负调节，阻止细胞进/退退M期期1、结构特点：、结构特点：3个主要功能域个主要功能域2、没有酶量的调节：、没有酶量的调节：在整个细胞周期中，某一在整个细胞周期中，某一Cdk的含的含量恒定，其活化量恒定，其活化Cdk与非活化与非活化Cdk的总量不变。的总量不变。CdK的结构的结构、：抑制性磷酸化位点；抑制性磷酸化位点；cyclin结合位点；结合位点；ATP结合位点结合位点b:催化部位催化部位:ATP结合位点结合位点:T-loo
8、p；活性磷；活性磷酸化位点酸化位点:自身磷酸化位点自身磷酸化位点Cyclin ACdk2CDK activating3、组成、结构调节：、组成、结构调节：活化与非活化活化与非活化Cdk的比例的比例正性调节正性调节：人：人Cdk与特定的与特定的Cyclin 结合才有活性；结合才有活性；也只有也只有Cyclin降解才能使降解才能使Cdk最终失活。最终失活。负性调节负性调节：CKI与与Cdk结合后阻止结合后阻止Cdk磷酸化。磷酸化。共价调节共价调节：抑制性位点：抑制性位点磷酸化失活磷酸化失活(Wee1激酶激酶)；去磷酸化复活去磷酸化复活(Cdc25磷酸酶磷酸酶)。协调调节协调调节：人：人Cdc2的的
9、Thr 160/161和和Thr 14/Tyr 15磷酸化，可促进磷酸化，可促进Cdk-Cyclin结合。结合。这种磷酸化这种磷酸化又依赖又依赖Cyclin，Cyclin与与Cdk的结合可导致的结合可导致Cdk T环的移开，暴露出其中的环的移开，暴露出其中的Thr 160/161位点位点。MPF activity controlled by:1)cyclin B levels2)phosphorylation of cdk1Multiple levels of regulation provide input for“checkpoint control”CDK激酶激酶(CDK activat
10、ing kinase，CAK)：磷酸化磷酸化Thr161Wee1激酶：激酶：磷酸化磷酸化Tyr15/Thr14GATC序列的A甲基化。正常细胞增殖需外源性生长因子；肿瘤细胞具有永生性，侵袭性，扩散性。前肽区高度保守序列PRCGXPDV对于保持酶原的潜在状态极其重要癌基因与细胞癌基因的不同点：克隆性选择：在肿瘤发展过程中，基因突变促使细胞获得生长优势，形成克隆群。毁灭盒(Destruction box):在Cyclin的自身降解中发挥重要作用生长快，侵袭和 破坏周围正常组织p21基因的启动子区域含有p53蛋白的结合位点。细胞周期监控：当细胞周期进程中出现异常事件，如DNA损伤或DNA复制受阻时，
11、检测点调节机制被激活，及时地中断细胞周期的运行。周期蛋白依赖性蛋白激酶(Cyclin-dependent kinases,Cdks)：细胞周期调节的中心环节二、CyclinCdk复合物的调节癌基因常有更高的表达水平，或在异常细胞类型中转录。在完成有丝分裂和进入G1早期和G0期时，Cdk-Cyclin水平下降，导致Rb蛋白去磷酸化。Timothy(Tim)Hunt（ALV）2）丧失接触抑制，细胞倾向于堆积和形成集落S期（synthesis phase）周期蛋白依赖性蛋白激酶(Cyclin-dependent kinases,Cdks)：细胞周期调节的中心环节依赖依赖Cyclin的蛋白激酶（的蛋白
12、激酶（Cdc/Cdk）种属种属 Cdk Cyclin 细胞周期或功能细胞周期或功能 裂殖裂殖酵母酵母 Cdc2 CIG1CIG2Cdc13 G1SG2/M 出芽出芽酵母酵母 Cdc28 Cln1、Cln2、Cln3Clb3、Clb4、Clb5、Clb6Clb1、Clb2、Clb3、Clb4 G1SG2/M 哺乳哺乳动物动物 Cdk1Cdk2Cdk3 Cyclin BCyclin E1,E2Cyclin ACyclin EG2/MG1SG1/SCdk4Cdk5 Cyclin D1、D2、D3Cyclin D1、D3 G1Neuronal differentiation Cdk6 Cyclin D
13、1、D2、D3 G1/S Cdk7Cdk8Cdk9 Cyclin HCyclin CCyclin T Cdk-activating kinaseTranscription regulationG1/S 三、三、Cdk抑制蛋白抑制蛋白(CKIs)vCdk抑制蛋白是抑制蛋白是Cdk的负调节因子，拮抗的负调节因子，拮抗Cyclin的的作用，阻止细胞经过检验点作用，阻止细胞经过检验点。（1）CIP/KIP(Kinase inhibition protein)家族：广泛抑家族：广泛抑制制Cdk1-,Cdk2-,Cdk4/6-Cyclin复合物。因其复合物。因其N端和端和C端分别具有不同的结构和功能，故又
14、称双重特异家族。端分别具有不同的结构和功能，故又称双重特异家族。包括包括p21、p27和和p571、CKI两大家族两大家族（2）INK4(Inhibitor of cdk4)家族：特异性抑制家族：特异性抑制Cdk4/6-D Cyclins，因其结构中含有数个具强烈疏水，因其结构中含有数个具强烈疏水性的锚蛋白（性的锚蛋白（ankyrin）重复序列，故又称锚蛋白家族，）重复序列，故又称锚蛋白家族，包括包括p15、p16、p18和和p19。p21vp21p21是第一个被发现的是第一个被发现的CKICKI基因基因(1993(1993年年)，其抑制作用最广，其抑制作用最广泛，对细胞周期各期的泛，对细胞周
15、期各期的CdksCdks均有明显的抑制作用。由于其均有明显的抑制作用。由于其表达蛋白质分子量为表达蛋白质分子量为21 kD21 kD，而且最初认为它与野生型，而且最初认为它与野生型p53p53的生物活性有关，故命名为的生物活性有关，故命名为p21WAF1(Wildtype p53 p21WAF1(Wildtype p53 Activated Fragment1)Activated Fragment1)；后又发现；后又发现p21p21与细胞老化等多种因与细胞老化等多种因素有关，故又称素有关，故又称p21SDL1/Cip1/CAP20/PIC1p21SDL1/Cip1/CAP20/PIC1等。等。
16、第一个被发现的第一个被发现的CKI基因基因p21定位于定位于6p21抑制作用最广泛抑制作用最广泛表达蛋白质分子量为表达蛋白质分子量为21 kDp21的功能的功能v可能作用于细胞周期的多个环节。可能作用于细胞周期的多个环节。vP21可与可与Cyclin、Cdk和增殖细胞核抗原和增殖细胞核抗原(PCNA)组成组成四聚体。其四聚体。其N端结构域与端结构域与CyclinCdk结合，抑制结合，抑制CyclinCdk磷酸化磷酸化Rb蛋白，阻止细胞进入蛋白，阻止细胞进入S期。期。v当细胞在当细胞在S期发生期发生DNA损伤时，损伤时，p21的的C末端结构域末端结构域与与PCNA直接结合，抑制直接结合，抑制DN
17、A聚合酶聚合酶活性，阻止损活性，阻止损伤伤DNA长链的复制。但长链的复制。但p21不能抑制不能抑制DNA复制起始复复制起始复合物的形成和合物的形成和DNA缺口的修补，所以，缺口的修补，所以，DNA的修复的修复不会被抑制。不会被抑制。vp21基因的启动子区域含有基因的启动子区域含有p53蛋白的结合位点。蛋白的结合位点。p16v p16又称又称MTS1基因（基因（Multiple tumor suppressor 1），其），其编码蛋白质的分子量约为编码蛋白质的分子量约为16 kD，主要抑制，主要抑制Cdk4的活性，的活性，故命名为故命名为p16INK4A。p16基因定位于基因定位于9p21-22
18、 其编码序列由其编码序列由3个外显子组成个外显子组成 有有、两个转录本。两个转录本。表达蛋白质分子量为表达蛋白质分子量为16 kDN端含有一个与细胞周期蛋白盒端含有一个与细胞周期蛋白盒N端同源的序列；还含端同源的序列；还含有有4个锚蛋白重复序列。个锚蛋白重复序列。可抑制可抑制Cdk4或或Cdk6的活性，使其不能对的活性，使其不能对Rb磷酸化。磷酸化。CyclinsCdksCKIs的相互作用关系的相互作用关系 CylcinsCdk 细胞周期作用细胞周期作用相关相关CKIs ACdk1，Cdk2S G2 Mp21，p27，p57B(B1,B2)Cdk1（Cdc2）G2 Mp21，p57CD(D13
19、)Cdk4（2，5，6）G1p15,p16,p21,p27,p18,p19,p57EFGH Cdk2Cdk7 G0 G1 SG1,S,G2,M p21，p57 p21 and p27 inhibit assembly and activity of cdk4,6-cyclin D and cdk2-cyclin E by CAK.They also inhibit cycle progression independent of RB activity.p16 inhibits both assembly and activity of cdk4,6-cyclin D.P53基因 基因卫士1)
20、cyclin B levelsRb phosphorylation maintained肿瘤转移/抑制基因与癌/抑癌基因的区别：在淋巴瘤和淋巴细胞白血病中存在免疫球蛋白或T细胞受体基因与未知染色体基因易位。Rb Gene8号染色体上的myc基因易位至14号染色体长臂上Ig H基因旁，在B淋巴细胞该基因活性转录，导致myc基因过度表达。3.细胞表面生长因子受体肿瘤是由连续无休止生长，且分化差的细胞组成的，一般有良、恶性之分。癌基因表达蛋白结合抑癌基因表达蛋白有人将原癌基因看成是一类“管家基因”Gelatinase识别并降解基底膜，降解纤维胶原负性调节：CKI与Cdk结合后阻止Cdk磷酸化。Mul
21、tiple levels of regulation provide input for依赖Cyclin的蛋白激酶（Cdc/Cdk）Cyclin D1、D3负性调节：CKI与Cdk结合后阻止Cdk磷酸化。这是一类负反馈调节机制。正常细胞增殖需外源性生长因子；细胞类型 核型 生长 接触抑制 锚定一、细胞周期的驱动一、细胞周期的驱动1 1、G G1 1期：在生长因子诱导下，期：在生长因子诱导下，Cyclin DCyclin D首先被合首先被合成，于成，于G G1 1中期达到峰值，并与中期达到峰值，并与Cdk4Cdk4、Cdk6Cdk6结合形成结合形成(又称又称G1-G1-CdkC)CdkC)，激活
22、，激活Cdk4Cdk4或或Cdk6Cdk6的蛋白激酶活性，使的蛋白激酶活性，使。磷酸化的。磷酸化的RbRb蛋白与结合的蛋白与结合的E2F(E2F(无活性无活性)分离，释放出有活性的分离，释放出有活性的E2FE2F，E2FE2F作为转录因子作为转录因子，使细胞进入，使细胞进入S S期。期。第三节第三节 细胞周期的调节细胞周期的调节 positive feedback loopRb phosphorylation maintained until Cyclin B destruction细胞周期的驱动细胞周期的驱动2 2、S S期：期：Cyclin DCyclin D降解，降解，Cyclin EC
23、yclin E和和A A积累，先后与积累，先后与Cdk2Cdk2结合为结合为Cyclin E-Cdk2Cyclin E-Cdk2复合物复合物(又称又称G1/S-CdkC)G1/S-CdkC)及及Cyclin A-Cdk2Cyclin A-Cdk2复合物复合物(又称又称S-CdkC)S-CdkC)，维持，维持DNADNA复制。复制。3 3、G G2 2期：期：Cyclin ECyclin E降解，降解，Cyclin BCyclin B积累，并与积累，并与Cdc2(Cdk1)Cdc2(Cdk1)结合，形成促成熟因子结合，形成促成熟因子(maturation-(maturation-promotin
24、g factorpromoting factor，MPF)MPF)复合体，即复合体，即M-CdkCM-CdkC。细胞中。细胞中的蛋白激酶将的蛋白激酶将Cdc2Cdc2的的Tyr15Tyr15和和Thr14Thr14磷酸化，形成无活性磷酸化，形成无活性的前的前MPF(pre-MPF)MPF(pre-MPF)。未磷酸化的活性。未磷酸化的活性MPFMPF能激活磷酸酶能激活磷酸酶Cdc25Cdc25，将，将Cdc2Cdc2的的Tyr15Tyr15和和Thr14Thr14去磷酸化，从而激活更去磷酸化，从而激活更多的多的MPF(Cdc2MPF(Cdc2的自催化过程的自催化过程)，促使染色体浓缩，微管，促使
25、染色体浓缩，微管蛋白磷酸化，细胞骨架的重新组合，推动细胞分裂。蛋白磷酸化，细胞骨架的重新组合，推动细胞分裂。4 4、M M期：期：Cyclin BCyclin B和泛素和泛素(ubiquitin)(ubiquitin)被磷酸化。在特定酶被磷酸化。在特定酶的作用下，磷酸化的的作用下，磷酸化的Cyclin BCyclin B泛素化，然后由依赖泛素的泛素化，然后由依赖泛素的蛋白水解酶催化蛋白水解酶催化，结果使，结果使Cdc2Cdc2失去调节单位而失活，失去调节单位而失活，细胞回到细胞回到G1G1期。促后期复合物期。促后期复合物(APC)(APC)对对M-CyclinM-Cyclin及分裂期其及分裂期
26、其他调控因子的泛素化和蛋白水解起重要作用。他调控因子的泛素化和蛋白水解起重要作用。Protein degradation is important in mitosis细胞周期驱动的核心成分细胞周期驱动的核心成分是是CdksCdks。Cyclin-CdkCyclin-Cdk复合复合物活性的调控决定着细胞物活性的调控决定着细胞周期的进程。周期的进程。二、二、CyclinCdkCyclinCdk复合物的调节复合物的调节v结构调节：结构调节：CdkCdk亚基的磷酸化、亚基的磷酸化、CKIsCKIs的结合。的结合。v数量调节：数量调节：CdkCdk调控因子的转录调控；调控因子的转录调控；主要机制：泛素
27、依赖的蛋白质水解主要机制：泛素依赖的蛋白质水解限速步骤：泛素连接酶催化的泛素转移反应。限速步骤：泛素连接酶催化的泛素转移反应。关键酶：关键酶：SCF(Skp1-Cdc53/cullin-F-box protein complex)和和APC(Anaphase-promoting complex，促后期复合物促后期复合物)，泛素化并降解细胞周期调控蛋白。泛素化并降解细胞周期调控蛋白。The Regulation of APC in Cell Cycle SCF APC作用时相作用时相G1和和S期期M作用底物作用底物G1/S-Cycins和一些和一些调控调控S期起始的期起始的CKIsM-Cycli
28、ns和其他调控有丝分裂的蛋白质和其他调控有丝分裂的蛋白质调控方式调控方式在细胞周期的整个过在细胞周期的整个过程中，程中，SCF活性不变。活性不变。SCF引起的泛素化与引起的泛素化与它的靶蛋白质的磷酸它的靶蛋白质的磷酸化状态有关，化状态有关，SCF只只能识别特异的磷酸化能识别特异的磷酸化蛋白质、使其泛素化蛋白质、使其泛素化并降解。并降解。活性随细胞周期时相的变化而改变，受活性随细胞周期时相的变化而改变，受其活化亚基其活化亚基Cdc20的调控。当细胞接近的调控。当细胞接近分裂期时，分裂期时，M-CdkC刺激刺激Cdc20转录，其转录，其蛋白质合成增加，并与磷酸化的蛋白质合成增加，并与磷酸化的APC
29、结结合形成活性合形成活性Cdc20-APC复合物，在有丝复合物，在有丝分裂后期降解分裂后期降解securin蛋白质，活化蛋白质，活化separase蛋白酶，剪切和解离蛋白酶，剪切和解离cohesin复合物，使复合物，使cohesin复合物脱离染色体，复合物脱离染色体，促使姐妹染色单体分离；泛素化并水解促使姐妹染色单体分离；泛素化并水解M-Cyclins，失活，失活M-Cdk，使细胞离开，使细胞离开M期。分裂末期，期。分裂末期，M-Cyclin的降解可导致的降解可导致所有所有APC的失活。在的失活。在G1期，期，APC的活化的活化蛋白蛋白Hct1与与APC结合，抑制结合，抑制M-Cyclin的的
30、水平。水平。第三节第三节 细胞周期的调节细胞周期的调节 v基因调节：基因调节：CdkCdk的时相性激活是细胞周期调控机制的时相性激活是细胞周期调控机制的核心，其主要依赖于的核心，其主要依赖于CyclinCyclin的细胞周期特异性或的细胞周期特异性或时相性表达、累积和降解。时相性表达、累积和降解。v生长因子及其受体调节生长因子及其受体调节v抑素调节：细胞自身产生的终止增殖的信号分子抑素调节：细胞自身产生的终止增殖的信号分子vcAMPcAMP和和cGMPcGMP调节：含量随细胞周期呈周期性变化调节：含量随细胞周期呈周期性变化v激素调节：生长激素、雌激素等可刺激细胞生长激素调节：生长激素、雌激素等
31、可刺激细胞生长vCaCa2+2+和钙调素调节：高和钙调素调节：高CaCa2+2+水平直接或间接激活蛋水平直接或间接激活蛋白激酶从而调节细胞增殖活动白激酶从而调节细胞增殖活动G G1 1期的启动是细胞周期的关键期的启动是细胞周期的关键:G:G1 1/S/S限制点限制点 生长因子生长因子 (Growth factor)G1SG2MEGF、IGF、IL (+)TGF-(-)PDGF (+)抑素抑素(Chalone)G1SG2MM因子因子(-)S因子因子 (-)三、细胞周期检测点与细胞周期监控三、细胞周期检测点与细胞周期监控 v细胞周期检测点细胞周期检测点(check point)：保证细胞周期中：保
32、证细胞周期中DNA复制和染色体分配的检测机制。细胞一旦通过复制和染色体分配的检测机制。细胞一旦通过了检测点，就可以完成细胞周期。这是一类了检测点，就可以完成细胞周期。这是一类机制。机制。v细胞周期监控：当细胞周期进程中出现异常事件，细胞周期监控：当细胞周期进程中出现异常事件，如如DNA损伤或损伤或DNA复制受阻时，检测点调节机制被复制受阻时，检测点调节机制被激活，及时地中断细胞周期的运行。待细胞修复或激活，及时地中断细胞周期的运行。待细胞修复或排除故障后，细胞周期才能恢复运转。排除故障后，细胞周期才能恢复运转。Checkpoints in Eukaryotic Cell Cycle 细胞周期检
33、测点分类细胞周期检测点分类1、细胞周期检测点分类、细胞周期检测点分类（1）DNA损伤检测点损伤检测点(DNA damage checkpoint)：负责：负责检测检测DNA有无损伤、合成有无错误。有无损伤、合成有无错误。G1晚期检测点晚期检测点(G1/S转换点转换点)：关键性检测点。关键性检测点。控制从控制从G1期进入期进入S期，决定细胞是进入细胞周期，或暂时滞留在期，决定细胞是进入细胞周期，或暂时滞留在G1期，期，或退出周期。在哺乳类动物细胞中，或退出周期。在哺乳类动物细胞中，G1检测点称为检测点称为R点或点或限制点限制点(restriction point)，酵母中为启动点，酵母中为启动点
34、(start)。G2期检测点期检测点(G2/M转换点转换点)：保证细胞：保证细胞DNA复制的完整。复制的完整。（2）DNA复制检测点复制检测点(DNA replication checkpoint)：负责负责DNA复制的进度复制的进度（3）纺锤体组装检测点）纺锤体组装检测点(spindle assembly checkpoint)或或中期检测点中期检测点(metaphase checkpoint)：管理染色体的分配：管理染色体的分配细胞周期检验点细胞周期检验点2、细胞周期监控分子、细胞周期监控分子vRbRb蛋白处于细胞生长和分化调控的中心环节，对细胞周期蛋白处于细胞生长和分化调控的中心环节，对
35、细胞周期两个关键的调控点两个关键的调控点 G1/S G1/S和和G2/MG2/M行使行使“闸门闸门”作用。作用。Rb蛋白的活性决定细胞周期进程：蛋白的活性决定细胞周期进程：G1早期和早期和G2期，期，Rb蛋白处于非磷酸化或低磷酸化状态，与转录因子蛋白处于非磷酸化或低磷酸化状态，与转录因子E2F结合，抑制结合，抑制cyclin E、cyclin A 等基因转录。等基因转录。G1中期，中期，S期和期和G2/M期，期，Rb被磷酸化，解除对被磷酸化，解除对E2F转录活性的抑转录活性的抑制，促使多种进入制，促使多种进入S期所必需的基因被活化。期所必需的基因被活化。（1）Rb蛋白蛋白核内转录因子，核内转录
36、因子，分子量为分子量为105KD活性调节：磷酸化失活，去磷酸化激活。活性调节：磷酸化失活，去磷酸化激活。Rb蛋白至少蛋白至少被磷酸化三次，即被磷酸化三次，即G1中期，中期，S期和期和G2M期。每次磷酸期。每次磷酸化可能发生在化可能发生在Rb蛋白不同的结构域。蛋白不同的结构域。细胞周期中细胞周期中Rb的活性调控的活性调控Cdk4/Cdk6-Cyclin DCdk4/Cdk6-Cyclin D引起引起RbRb蛋白的初始磷酸化，促使蛋白的初始磷酸化，促使Cdk2-Cyclin ECdk2-Cyclin E的形成，后者可加速的形成，后者可加速RbRb的磷酸化。在细胞接的磷酸化。在细胞接近近G1-SG1
37、-S转折点时，转折点时，E2FE2F和和Cdk2-CyclinECdk2-CyclinE活性进一步增加，保活性进一步增加，保证证RbRb蛋白在通过蛋白在通过S S、G2G2和和M M期时始终保持磷酸化状态。期时始终保持磷酸化状态。在完成有丝分裂和进入在完成有丝分裂和进入G1早期和早期和G0期时，期时，Cdk-Cyclin水水平下降，导致平下降，导致Rb蛋白去磷酸化。蛋白去磷酸化。Rb基因的活性受一系列抑癌基因基因的活性受一系列抑癌基因(p16INK4、p21Cip1、p27KIP1等等)的调节，这些基因均属的调节，这些基因均属CKI家族。家族。属于这异类的有sis,int2等5个癌基因。肿瘤是
38、由连续无休止生长，且分化差的细胞组成的，一般有良、恶性之分。Integrins are transmembrane receptorsDNA损伤的修复保护了细胞基因组的完整性，因而也防止了细胞发生癌变的可能性。Stromelysin降解胞外蛋白多糖、层粘连蛋白等根据其功能的差别，还可分成两个亚类正常细胞增殖需外源性生长因子；内因遗传、免疫和内分泌因素四、端粒酶与肿瘤的关系（4）基因放大(基因扩增)致癌方式 激活，异常表达 基因丢失或失活Cytokinesis3.G1期（gap 1 phase）周期蛋白依赖性蛋白激酶(Cyclin-dependent kinases,Cdks)：细胞周期调节的中
39、心环节但p21不能抑制DNA复制起始复合物的形成和DNA缺口的修补，所以，DNA的修复不会被抑制。3.3、肿瘤转移基因和转移抑制基因正常细胞 小 可控 （2）p53蛋白蛋白 vp53p53蛋白可调控蛋白可调控G1/SG1/S和和G2/MG2/M检测点检测点核内转录因子，分子量为核内转录因子，分子量为53KD核心区：高度保守核心区：高度保守 C端碱性区：可单独起作用；四聚化；多个磷酸化位点端碱性区：可单独起作用；四聚化；多个磷酸化位点N端酸性区：易水解，决定半寿期，含端酸性区：易水解，决定半寿期，含1磷酸化位点磷酸化位点结构特点：结构特点：作用机理：作用机理：阻滞细胞增值；监视阻滞细胞增值；监视
40、G1期基因组完整性，期基因组完整性，促使损伤促使损伤DNA修复；诱导细胞凋亡。修复；诱导细胞凋亡。酸性区酸性区核心区核心区碱性区碱性区P53蛋白蛋白The Mechanism of G1 Arrest of Cell Cycle after DNA Damage u当当DNA损伤、核苷损伤、核苷酸缺失或缺氧时，酸缺失或缺氧时，p53被活化，诱导下被活化，诱导下游靶基因如游靶基因如p21Cip1转转录，后者可抑制录，后者可抑制Cyclin D1-Cdk4/6、Cyclin E-Cdk2或或Cyclin A-Cdk2等复等复合体活性，阻断细胞合体活性，阻断细胞周期进入周期进入S或或M期期 P53蛋
41、白蛋白解链酶解链酶复制因子复制因子A AP21蛋白蛋白细胞停滞于细胞停滞于G G1 1期期细胞自杀细胞自杀 DNA损伤损伤P21基因基因P53蛋白蛋白抑抑 制制P53蛋白蛋白成功修复成功修复修复失败修复失败u抑制解链酶活性，抑制细胞增殖抑制解链酶活性，抑制细胞增殖u与复制因子与复制因子A相互作用相互作用，抑制，抑制DNA复制，启动修复复制，启动修复u诱导诱导GADD45GADD45基因转录，引起基因转录，引起G1G1期停滞，期停滞，修复修复DNA。u当当DNA严重损伤，或损伤的严重损伤，或损伤的DNA不能修复时，不能修复时，p53的激活将诱导细胞凋亡，阻止癌变。的激活将诱导细胞凋亡，阻止癌变。
42、u与与TATATATA结合蛋白结合，抑制结合蛋白结合，抑制c-fosc-fos、c-junc-jun、PCNAPCNA及及p53p53基因的自身转录，抑制细胞增殖基因的自身转录，抑制细胞增殖 The Regulation and Functions of p53 Protein（3）其它调节蛋白）其它调节蛋白v毛细血管扩张性共济失调症突变蛋白毛细血管扩张性共济失调症突变蛋白ATM(ataxia telangiectasia mutated)和和ATR(ATM-Rad3-related)ATMATM及及ATRATR在结构与磷酸肌醇激酶家族相似，但功能上在结构与磷酸肌醇激酶家族相似，但功能上属于蛋
43、白质激酶属于蛋白质激酶，是直接，是直接感受感受DNADNA双链断裂损伤双链断裂损伤和启动各和启动各种种DNADNA损伤信号反应通路的主开关分子。损伤信号反应通路的主开关分子。ATMATM可磷酸化可磷酸化p53p53蛋白，激活其活性，继而激活蛋白，激活其活性，继而激活p21p21表达。表达。ATM/ATRATM/ATR磷酸化磷酸化人检测点蛋白质人检测点蛋白质hRad17hRad17是细胞周期检测是细胞周期检测点信息传递的重要早期步骤点信息传递的重要早期步骤:在细胞周期检测的早期，在细胞周期检测的早期，ATR/ATMATR/ATM磷酸化磷酸化hRad17hRad17的的Ser635Ser635和和
44、Ser645Ser645，活化，活化hRad17hRad17，后者将后者将Rad1-Rad9-Hus1Rad1-Rad9-Hus1检测点复合物装载至损伤的检测点复合物装载至损伤的DNADNA上，上，从而终止细胞周期的进程。从而终止细胞周期的进程。第四节第四节 肿瘤的分子基础肿瘤的分子基础v肿瘤：病毒、化学物质、射线等引起基因肿瘤：病毒、化学物质、射线等引起基因(DNA)结构和表达的异常变化，导致细胞周期调控紊乱，结构和表达的异常变化，导致细胞周期调控紊乱，细胞生长细胞生长/增殖失去控制，最终细胞持续分裂和癌增殖失去控制，最终细胞持续分裂和癌变。故被认为是细胞周期疾病。变。故被认为是细胞周期疾病
45、。癌基因癌基因抑癌基因抑癌基因正调控正调控负调控负调控肿瘤细胞与正常细胞的区别肿瘤细胞与正常细胞的区别v 正常细胞增殖需外源性生长因子；具有明显的接触抑制正常细胞增殖需外源性生长因子；具有明显的接触抑制v 肿瘤细胞的特征肿瘤细胞的特征 v 1）减少对生长因子的需求。）减少对生长因子的需求。v 2）丧失接触抑制，细胞倾向于堆积和形成集落）丧失接触抑制，细胞倾向于堆积和形成集落v 3）具有无限期分裂的能力，即细胞永生化）具有无限期分裂的能力，即细胞永生化v 4）不依赖锚定生长，可在软琼脂中生长）不依赖锚定生长，可在软琼脂中生长良、恶性肿瘤的基本区别良、恶性肿瘤的基本区别&肿瘤是由连续无休止生长，且
46、分化差的细胞组成肿瘤是由连续无休止生长，且分化差的细胞组成的，一般有良、恶性之分。的，一般有良、恶性之分。（1）良性肿瘤）良性肿瘤(异形性与周围组织差异不显著异形性与周围组织差异不显著)细胞被周围正常组织所局限，常有一层纤维结缔组织包围细胞被周围正常组织所局限，常有一层纤维结缔组织包围 生长缓慢，呈膨胀性生长缓慢，呈膨胀性 对周围组织不具侵袭破坏性对周围组织不具侵袭破坏性,不发生远处转移。不发生远处转移。（2）恶性肿瘤的特征恶性肿瘤的特征(异形性与周围组织相差显著异形性与周围组织相差显著)细胞呈侵润性生长，周围无结缔组织包围细胞呈侵润性生长，周围无结缔组织包围 生长快，侵袭和生长快，侵袭和 破
47、坏周围正常组织破坏周围正常组织 向远处转移和播散，形成向远处转移和播散，形成 继发性肿瘤继发性肿瘤良性瘤良性瘤恶性瘤恶性瘤组织分化程度组织分化程度与起源组织相似与起源组织相似 与起源组织差别大与起源组织差别大细胞形态细胞形态细胞大小、形态较一致，细胞大小、形态较一致，异型性小，核分裂少、无异型性小，核分裂少、无病理核分裂病理核分裂细胞形态多样，异型明显，细胞形态多样，异型明显，核分裂多，见病理核分裂核分裂多，见病理核分裂生长速度生长速度缓慢缓慢较快较快生长方式生长方式膨胀性和外生性生长，常膨胀性和外生性生长，常有包膜、界清、可推动有包膜、界清、可推动浸润性和外生性生长，无浸润性和外生性生长，无
48、包膜，界不清，移动度差包膜，界不清，移动度差继发继发少出血、坏死少出血、坏死出血、坏死、溃疡等出血、坏死、溃疡等转移转移无无易发生转移易发生转移复发复发很少很少易复发易复发对机体影响对机体影响较小，局部压迫和阻塞较小，局部压迫和阻塞危害大、破坏原发器官、危害大、破坏原发器官、恶病质恶病质肿瘤的发生：肿瘤的发生：正常细胞演变为肿瘤细胞的过程正常细胞演变为肿瘤细胞的过程 正常细胞正常细胞 细胞恶性转化细胞恶性转化 转化细胞的克隆性增生转化细胞的克隆性增生 瘤细胞局部浸润瘤细胞局部浸润 瘤细胞远处转移瘤细胞远处转移肿瘤发生肿瘤发生肿瘤发病的分子基础肿瘤发病的分子基础癌基因癌基因 肿瘤抑制基因肿瘤抑制
49、基因转移基因转移基因 转移抑制基因转移抑制基因凋亡基因凋亡基因 DNA修复基因修复基因细胞周期调控基因细胞周期调控基因 端粒酶端粒酶致瘤因素：致瘤因素：恶性肿瘤发病的分子机制恶性肿瘤发病的分子机制M-Cyclins和其他调控有丝分裂的蛋白质因此sis蛋白可模拟PDGF同其受体结合，刺激细胞过度增殖。激素调节：生长激素、雌激素等可刺激细胞生长活性调节：磷酸化失活，去磷酸化激活。2001年10月8日美国人Leland Hartwell、英国人Paul Nurse、Timothy Hunt因对细胞周期调控机理的研究而获诺贝尔生理医学奖。生长因子 (Growth factor)泛素化并水解M-Cycl
50、ins，失活M-Cdk，使细胞离开M期。正常细胞增殖需外源性生长因子；磷酸化的Rb蛋白与结合的E2F(无活性)分离，释放出有活性的E2F，E2F作为转录因子激活与DNA复制相关基因的表达，使细胞进入S期。Cln1、Cln2、Cln3until Cyclin B destructionS期（synthesis phase）1)cyclin B levels2）丧失接触抑制，细胞倾向于堆积和形成集落细胞癌基因的特点：广泛性、保守性、重要性(调控细胞增殖、分化)、可变性（可诱导致癌）可抑制Cdk4或Cdk6的活性，使其不能对Rb磷酸化。膜结合的酪氨酸激酶G1晚期检测点(G1/S转换点)：关键性检测点
