第14章细胞周期的调控与癌细胞

第十四章2012

细胞周期的调控与癌细胞

第一节细胞增殖的调控

一、MPF的发现及其作用（P421，299）

MPF（maturation-promoting factor）

——促成熟因子

细胞促分裂因子(mitosis-promoting factor)

Ｍ期促进因子(M phase-promoting factor)

染色体超前凝集现象（premature chromosome condensation，PCC）——M期细胞与间期细胞的融合实验，导致染色体不同程度的凝集。

G1期细胞与M期细胞融合

G1期PCC呈细单线状

S期细胞与M期细胞融合

S期PCC呈粉末状

G2期细胞与M期细胞融合

G2期PCC呈双线染色体状

(P424)

1988年，从非洲爪蟾中实验分离MPF，并证明主要成分为p32和p45两种蛋白，二者相互结合后，表现出蛋白激酶活性，可以使多种蛋白质底物磷酸化。

二、p34cdc2激酶的发现及其与MPF的关系（P424，301）

1、cdc基因（cell division cycle）的发现：

L.Hartwell，P. Nurse；酵母温度敏感突变株

2、cdc基因的表达产物

p34cdc2 ，本身不具有蛋白激酶活性，当与p56cdc13结合后，可以使得多种蛋白底物磷酸化，又称p34cdc2激酶；

3、p34cdc2与MPF的关系（P424）

免疫实验和序列分析证明：

p34cdc2与p32为同源蛋白

4、细胞周期蛋白（cyclin）与MPF（P425）

1983年，Tim Hunt在海胆中发现两种细胞周期蛋白（cyclin A，B），广泛分布于各种真核生物中，含量随细胞周期而变化，间期积累，分裂期消失。

序列分析表明，周期蛋白B与p45是同源物。

MPF由2个亚单位：

——Cdc2蛋白（催化亚单位）和周期蛋白B（调节亚单位）组成，二者结合具有蛋白激酶活性。

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2001

"for their discoveries of key regulators of the cell cycle"

三、周期蛋白（cyclin）（P425，302）

1、分类：发现众多周期蛋白，表达时期不同，功能多样：

G1期周期蛋白：只在G1期表达，调节G1/S，存在时间较短；

M期周期蛋白：间期表达和积累，调节M，存在时间较长。

2、周期蛋白分子结构

（1）均含有一段保守的氨基酸序列——周期蛋白框（cyclin box）, 约100氨基酸残基，介导周期蛋白和周期蛋白依赖性蛋白激酶（CDK激酶）结合；

（2）M期周期蛋白分子近N端含有一段由9个氨基酸残基组成的破坏框（destruction box）

RXXLGXIXN

参与由泛素介导的周期蛋白的降解。

（3）G1期周期蛋白分子不含破坏框，但C端含有PEST序列，与该类蛋白的更新有关。

3、cyclin在细胞周期中的变化（P426）

不同的周期蛋白在细胞周期中表达的时期不同，且与不同的CDK结合，调节不同的CDK激酶活性。

四、CDK和CDK抑制因子(p427，303)

1、定义

CDK激酶（cyclin－dependent kinase）

——细胞中的该类蛋白与周期蛋白结合（作为调节亚单位），表现出蛋白激酶活性；

不同的CDK激酶结合不同的周期蛋白，执行不同的调节功能。

2、CDK激酶分子结构（P428）

具有类似的CDK激酶结构域（CDK kinase domain），该域中的PSTAIRE序列非常保守，可结合周期蛋白；

存在被磷酸化修饰的位点，对酶活性起到调节作用。

五、细胞周期运转调控（P429，304）

CDK激酶对细胞周期起核心调控作用；

不同的CDK激酶在细胞的不同时期表现出活性，从而对细胞周期的不同时期进行调节。（一）G2/M期转化和CDK1激酶的调节

1、CDK1激酶的周期性

MPF＝CDK1 or p34cdc2＋周期蛋白B

p34cdc2——含量稳定；

周期蛋白B——含量周期性变化；

CDK1激酶活性依赖于周期蛋白B的积累

2、CDK1激酶的功能（P430）

催化某些蛋白质特异位点的丝氨酸/苏氨酸残基，改变其结构和启动其功能，实现调控细胞周期的目的。

如：

组蛋白H1 磷酸化→促进染色体凝集

核纤层蛋白磷酸化→促使核纤层解聚

核仁蛋白磷酸化→促使核仁解体

见P430 表14－2

3、CDK激酶活性的调节因素

周期蛋白和CDK激酶的结合（先决条件）

↓

Wee1/Mik1激酶和CAK（CDK激活激酶）催化CDK的Thr14、Tyr15和Thr161磷酸化

↓

磷酸酶Cdc25催化Thr14、Tyr15去磷酸化

↓

CDK表现出激酶活性

（二）M期周期蛋白与细胞分裂中期向后期转换（P431，306）

分裂中期，M期周期蛋白A和B迅速降解，CDK1激酶活性丧失。被CDK1激酶磷酸化的蛋白质去磷酸化，细胞从M期向后期转化。

周期蛋白Ａ和Ｂ的降解依赖于泛素化途径，分子结构中的破坏框起到重要调节作用

后期促进复合物（APC）（P432）

组分在分裂间期中表达，多种组分，但只在M期才表现出活性，可能受到CDK激酶活性的调节。

APC活性受到多种因素的综合调节。如Cdc20的正调控和纺锤体装配检验点的检控。（三）G1/S期转化与G1期周期蛋白依赖性CDK（自学）

（四）S/G2/M期转换与DNA复制检验点（自学）

“为什么有丝分裂中DNA只能复制一次？”

——DNA复制执照因子学说

细胞质中的Mcm蛋白（minichromosome maintenance protein）等因子，在M期核膜破裂时，与染色质结合，使之获得DNA复制必需的执照；

进入S期后，随着DNA复制，“执照”信号不断消失，在G2期，细胞核不再含有该信号，DNA复制结束并不再起始。只能等到下一个M期才能重新获得“执照”。

六、其他因素在细胞周期调控中的作用（p437，310）

1、原癌基因和抑癌基因

均是细胞生命活动所必需的基因，产物对细胞增殖和分化起着重要的调控作用；

原癌基因非正常表达，可导致细胞转化，增殖过程异常，甚至癌变；

抑癌基因表达产物对细胞增殖起负性调节作用。

2、外界因素：

辐射、化学物质、病毒、温度、pH变化等。

本节完

第十四章第二节2012

癌细胞

肿瘤（tumor）在致瘤因素作用下，细胞在基因水平上失去对其生长的正常调控，导致异常增生，形成肿块。

? 良性肿瘤：生长缓慢，与周围组织边界明显。

? 恶性肿瘤：癌症(cancer)，生长快、具有迁移性。

? 据2001年卫生事业发展情况统计公报，恶性肿瘤为城市地区居民死因第一位。

? 肿瘤组织由实质和间质两部分构成，实质是肿瘤细胞，间质由结缔组织和血管组成。

癌的类群

1、癌——组织的外表面和内表面生长的癌

如肺癌、乳腺癌、结肠癌

2、瘤——中胚层形成的组织中形成的癌

如骨、软骨、脂肪、结缔组织、肌组织

3、淋巴瘤和白血病——淋巴和血液里面产生的癌。白血病主要是幼稚血细胞大量增殖并侵犯正常组织。

一、癌细胞的基本特征

（一）细胞生长和分裂失去控制

不产生凋亡反应，细胞永生，核质比例增大（1：1），分裂快速；

（二）具有侵润性和扩散性

细胞间粘着性下降，侵润周围健康组织，或者通过血液和淋巴循环在其他部位粘着和增殖。

（三）细胞间相互作用改变

水解基底膜成分，间隙连接消失，异常表达膜受体蛋白，粘着别处细胞，逃避免疫监督

（四）蛋白表达谱系或蛋白活性改变

往往出现胚胎细胞中表达的蛋白，具有较高的端粒酶活性，某些恶性增殖、扩散相关的蛋白；mRNA转录谱系的改变

不同种类的癌细胞，mRNA转录谱系存在差异

存在广泛的异质性

（五）体外培养的恶性转化细胞的特征

永生、可以悬浮培养、失去接触抑制，分裂期细胞增多。

染色体异常

癌细胞染色体常常出现染色体的缺失和增加，即非整倍性（aneuploidy），并且不会因此而进入凋亡。

自分泌激活

能够分泌刺激自身增殖的生长因子促进自身分裂，培养中往往可以无血清生长。

二、癌基因与抑癌基因

（一）原癌基因和癌基因

1、原癌基因（proto-oncogene）的发现

在劳氏肉瘤病毒中发现一个Src基因，可以导致被感染的鸡体内产生肿瘤。

在鸡体细胞基因组内也发现一个与病毒Src同源性很高的基因片段，不具有致癌能力，称为细胞癌基因（cellular oncogene）或者原癌基因（proto-ongogene）。

随着多种病毒癌基因（v-oncogene）的发现，在真核细胞中陆续发现100多种原癌基因。

2、原癌基因proto-oncogene：

A normal cellular gene that encodes a protein usually in involved in regulation of cell growth or differentiation and that can be mutated into a cancer-promoting oncogene, either by changing the protein-coding segment or by altering its expression.

from《Molecular Cell Biology （5th Edition）》

2、癌基因（oncogene）

A gene whose product is involved either in thansforming cells in culture or in inducing cancer in animals. Most oncogenes are mutant forms of normal genes (proto-oncogenes) that encode proteins involved in the control of cell growth or division.

from《Molecular Cell Biology （5th Edition）》

3、原癌基因向癌基因的转化

——原癌基因的激活

①点突变激活——原癌基因的编码区发生突变，从而使产物的性质和活性发生变化；

②强启动子插入激活——改变了结构基因表达方式和表达的量；

③染色体易位和重排——使本不在一起的基因序列同原癌基因串连，可能合成新的蛋白质或者融合蛋白，改变了基因的自然活性；

④原癌基因扩增——拷贝数大量增加，转录水平大大提高。

（二）抑癌基因

正常细胞增殖过程中的负调控因子，它编码的蛋白质抑制细胞生长和阻止细胞癌变。如果突变，细胞由于丧失增殖的负调控而过度增殖。

癌基因是细胞分裂、肿瘤发生的“加速器”——油门

抑癌基因是细胞生长和恶化的“制动器”——刹车

p53基因是是迄今发现与人类肿瘤相关性最高的基因。该基因编码一种分子质量为53kDa的磷酸化蛋白质，命名为P53。

p53基因——基因组的卫士

p53蛋白——相对分子量53X103的多肽；

缺失导致Li－Fraumeni综合征；

p53基因的消除是许多肿瘤细胞转向完全恶化过程中一个重要步骤；

p53基因的功能：

激活一些分裂相关基因如p21；

指导遗传损伤的细胞进入凋亡；

p53基因和癌症放射化学治疗中的作用。

三、肿瘤的发生是基因突变逐渐积累的结果

（一）物理化学致癌物

1、化学致癌物

辐射对癌的诱发

包括来自太阳的紫外线、外层空间的宇宙射线、自然发生的放射性元素的放射线、医疗军事和实验中的高能辐射（如X光）。

（二）肿瘤发生遗传学

1、体细胞突变学说

致癌因子引起体细胞基因突变，使正常体细胞转化为前癌细胞，然后在一些促癌因素作用下，发展成癌细胞。该学说认为肿瘤起源于一个突变细胞（单克隆性），是突变细胞的单克隆增殖细胞群。

原发型肿瘤细胞内相同的染色体畸变、遗传标记和同工酶支持该学说。

过于简单，只注重外界致癌因素，忽略了细胞内部的遗传因素，无法解释遗传性肿瘤。

2、二次突变学说

认为肿瘤需要两次或者两次以上的突变才能发生。

遗传型的肿瘤，第一次突变发生在生殖细胞或者父母遗传而来，该个体的所有体细胞实质上都是潜在的前癌细胞，任何体细胞如果再发生第二次突变，就会转化为癌细胞。因而具有家族性、多发性、双侧性、早发性特点。

非遗传型肿瘤是由于第一次突变发生在成体的某个体细胞中，这个体细胞增殖的细胞克隆为前癌细胞，如果在这个细胞或者克隆再发生第二次突变，则可能形成肿瘤。因此具有发病迟、散发、单发、单侧性特点。

具有较广的临床证实，但是仍然忽视了遗传因素的作用。

3、癌基因学说

多步致癌假说（多次打击学说）

细胞癌变往往需要多个癌基因的协同作用，要经过多阶段的演变，不同阶段涉及不同癌基因的激活。换句话说，不同癌基因的激活在时间和空间上进行一定的配合，共同表达才能形成癌细胞表型。

四、肿瘤干细胞

14章完