细胞周期调控蛋白MPF的研究

第三节细胞周期调控的分子机理一、MPF的生化本质、活性调节及其功能MPF(卵细胞促成熟因子，matuation-promotingfactor;细胞促分裂因子，mitosis-promoting

factor;M期促进因子，M-phase-promoting factor)。 Johnson和 Rao1970将Hela细胞同步于不同阶段，然后与M期细胞混合，在灭活仙台病毒介导下，诱导细胞融合，发现与M期细胞融合的间期细胞产生了形态各异的早熟凝集染色体prematurely condensedchromosome，PCC。不同形态的PCCG1期PCC为单线状，因DNA未复制;S期PCC为粉末状，因DNA由多个部位开始复制;G2期PCC为双线染色体，说明DNA复制已完成。人M期细胞与袋鼠 (Ptk)G1、S、G2 期细胞融合诱导 PCC:提示M期细胞存在诱导PCC的因子; 不仅同类M期细胞可以诱导PCC，不同类的M期细胞也可以诱导PCC产生，如人和蟾蜍的细胞融合时同样有这种效果，这就意味着M期细胞具有某种促进间期细胞进行分裂的因子，即成熟促进因子maturation promoting factor，MPF。1971年， Masui和Markert用非洲爪蟾做实验，明确提出MPF的概念 ? ? ? 注射实验表明:孕酮诱导卵母细胞成熟;成熟卵细胞质中，含有

Sunkara将不同时期Hela细胞的提取液注射卵母细胞成熟的因子，称做

MPF1979年，

到蛙卵母细胞中，发现G1和S期的抽取物不能诱导GVBD，而G2和M期的则具有促进胚胞破裂的功能，它将这种诱导物质称为有丝分裂因子MF。后来在CHO细胞，酵母和粘菌中也提取出相同性质的MF。这类物质被统称为MPF。在此后20年里，许多学者致力于MPF的提纯，试图揭示MPF的生化本质。第二个研究领域是为了弄清楚细胞周期调节基因，遗传学家们利用裂殖酵母和芽殖酵母温度敏感突变

株，分离细胞增殖必需的基因(cdc genes cell division cyclegenes) 1960s L. Hartwell以芽殖酵母为实验材料，利用阻断在不同细胞周期阶段的温度敏感突变株(在适宜的温度下和野生型一样)，分离出了几十个与细胞分裂有关的基因cell division cycle gene，CDC，如芽殖酵母的cdc28基因，在G1/S或G2/M转换点发挥重要的功能。Hartwell还通过研究酵母菌细胞对放射线的感受性，提出了checkpoint(细胞周期检验点)的概念，意指当DNA受到损伤时，细胞周期会停下来。以P.Nurse为代表的另一批酵母生物学家研究不同温度下培养的裂殖酵母细胞，也分离出数十种温度敏感的突变体。这些不同的突变体在限定温度下，会滞留在细胞周期的某个阶段。这些与细胞分裂和周期调控有关的基因被称为cdccell divisioncycle基因，根据被发现的先后顺序被命名。 cdc2是第一个被分离出来的cdc基因，表达34kDa的蛋白，称p34cdc2。进一步研究发现其具有激酶活性，可以使许多蛋白磷酸化，在裂殖酵母的周期调控中起重要作用。芽殖酵母中的一个关键cdc基因是cdc28，是第二个被分离出来的cdc基因，编码34kDa的蛋白，具有激酶活性。 p34cdc28是 p34cdc2的同原物，调控细胞周期，特别是G2/M期转变。但研究者很快发现， p34cdc28 或p34cdc2单独并不具有激酶活性，需要同相关蛋白结合后才具有活性(如p34cdc2和蛋白p56cdc13结合)。第三个研究领域，以美国科学家T.Hunt为代表，以海胆为研究材料，发现了细胞周期的另一个重要调控者-------细胞周期蛋白(cyclin) 多年来在上述三个领域的研究，互相之间并没有联系，一直到1988年才突然打破这一局面。1988年Lohka最终将非洲爪蟾卵的MPF纯化，发现MPF由32kD 和45kD两种蛋白质构成，其中32kD是Ser/Thr蛋白激酶。问题:MPF和p34cdc2有何关系,J.Maller和P.Nurse实验室立即合作，很快证明爪蟾卵中的p32与p34cdc2是同原物。与此同时，T.Hunt实验室等以海胆卵为材料研究细胞周期调控，发现一类与细胞分裂有关的蛋白，称为周期蛋cyclin。

然后J.Maller和T.Hunt实验室合作，发现周期蛋白B，证明与p45和

p56cdc13为同原物。这样，沿着不同路线研究细胞周期调控的科学家的研究成果汇合到一点，奇异地发现他们所研究的实际上是共同的东西，MPF即P34cdc2和cyclin B. 这样一个概念逐渐明朗起来:从酵母到海洋无脊椎动物一直到人类的所有真核细胞中存在一个共同的生化分子机制来调节M期启动。因而Nurse(1990)年提出了“M期启动调节的普遍机制”这一概念。The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2001Prize citation: for

their discoveries of key regulators of the cell cycle Leland Hartwell Tim Hunt Paul Nurse

born 1939. born 1943. born 1949. Fred Hutchinson Imperial Cancer Imperial Cancer

Cancer Research Research Fund Research Fund Center Seattle Clare Hall Lincolns Inn

WA USA. Laboratories Fields London South Mimms UK. UK. 2001年的诺贝尔医学奖的获得者为一位美国科学家与两位英国科学家，他们在细胞研究领域取得了重大发现，这些发现有可能引导人们找到治疗癌症的新方法。美联社的记者对此评论说，科学家们所做的工作将使人们对癌症有了进一步的了解。二、MPF的活性调节1. 蛋白质的磷酸化与去磷酸化作用 ? 当p34cdc2与周期蛋白结合形成复合体后，wee1/mik1激酶和Cdk激酶催化P34cdc2第14位的苏氨酸Thr14、第15位的酪氨酸Tyr15和第161位的苏氨酸Thr161磷酸化——形成前体MPF，不表现活性;?P34cdc2在磷酸酶Cdc25c的催化下，其Thr14和Tyr15去磷酸化，才能表现出激酶活性。? Thr161位点保持磷酸化状态是CDK1激酶活性表现所必需的;2 蛋白质的合成与降解 P34cdc2蛋白在细胞周期中的含量相对稳定(而周期蛋白B的含量则呈现周期性变化。 p34cdc2蛋白只有与周期蛋白B结合后才有可能表现出

激酶活性。因而，P34cdc2激酶活性首先依赖于周期蛋白B含量的积累。细胞周期运转到分裂中期后，M期周期蛋白A和B将迅速降解， P34cdc2激酶活性丧失。周期蛋白A和B的降解是通过泛素化途径ubiquitina-tion pathway来实现的。 MPF的活性在催化亚基P34上，其活性受调节亚基Cyclin B的周期性合成与分解控制。三、MPF的功能 MPF的M期可以磷酸化一系列底物，涉及染色质凝集、细胞核解体、细胞骨架崩解等很多方面。现已了解的内容包括:1. MPF能够催化组蛋白H1磷酸化。MPF可使组蛋白H1上与有丝分裂有关的特殊位点磷酸化，这些位点的磷酸化多发生在早、中期染色体凝集时期，可能与染色体凝集及有丝分裂的启动有关。2. MPF可以催化核纤层蛋白(lamin)磷酸化，导致核纤层解体。3. MPF能使necleolin核仁蛋白磷酸化，可能对于M期核仁分解以及染色体凝集有重要作用。4. MPF能使一些原癌基因蛋白产物发生磷酸化，由此产生一系列深远的与细胞分裂有关的生物学效应。如使c-myc 基因产物磷酸化，可能降低这些蛋白在M期与DNA的结合能力，利于染色体凝集。此外，还能使P53、P105 RB等蛋白磷酸化，产生一系列有关的生理效应。5. MPF作用于微管蛋白，控制着细胞周期中微管的动力学变化三、周期蛋白自1983年首次发现周期蛋白后，在不长的时间里有数十种周期蛋白被克隆和分离。如酵母的

Cln1Cln2Clin3Clb1-Clb6，在脊椎动物的A1-2、B1-3 、C、 D1-3、E1-2、F、G、H等。各类周期蛋白均含有一段约100个氨基酸的保守序列，称为周期蛋白框，介导周期蛋白与CDK结合，不同的周期蛋白框识别不同的CDK组成不同的周期蛋白复合体，表现不同的CDK激酶活性。 M期周期蛋白分子的近N端含有一段9

个氨基酸组成的破坏框，参与泛素介导的周期蛋白A和B的降解。G1期周期蛋白分子的C端含有一段特殊的PEST序列，可能与G1期周期蛋白的更新有关。

细胞周期依赖性激酶CDKs介绍

热门靶点-细胞周期依赖性激酶CDKs介绍细胞周期是细胞生命活动的基本过程，它控制着细胞从静止期转向生长增殖期。细细胞周期蛋白依赖激酶（CDKs）和细胞周期蛋白（Cyclins）是整个细胞周期调控机制中的核心分子。细胞周期失调是人类癌症的一个共同特征，细胞周期蛋白依赖性激酶（CDKs）抑制剂对细胞周期控制起着至关重要的作用，也是一个最有前景的癌症治疗领域。细胞周期蛋白依赖性激酶属于丝氨酸/苏氨酸激酶家族成员之一，是一种由细胞周期催化激酶亚基和调节亚基组成的二聚体复合物，目前已经发现11个CDK成员。CDK调节机制依靠正向磷酸化（CDK激动激酶，CAK）和负向磷酸化（Weel，Myt1），以及相关的具有驱动细胞周期的CDK-细胞周期蛋白复合物组装成的高度互连的调节机制。抗肿瘤细胞周期药物治疗目前已知的机制有如下四个。阻滞细胞周期从G1期进入S期。cyclin-CDKs负责调节细胞周期来完成细胞的分裂。cyclin D和CDK4/6在细胞周期进程中发挥着关键的作用，可使Rb蛋白磷酸化和失活，阻滞细胞增殖周期进入S 期。特异性ATP 竞争性CDK4/6抑制剂可诱

导Rb 蛋白阳性肿瘤不可逆的细胞周期G1期阻滞。选择性CDK4/6抑制剂包括ribociclib、abemaciclib和palbociclib，阻滞细胞从G1期进入S期，提高抗肿瘤效果。诸多的细胞周期治疗药物中，批准临床应用只有CDK4/6抑制剂ribociclib、abemaciclib、palbociclib，阻滞细胞周期从G1期进入S期，激活抗肿瘤免疫，控制代谢功能和调节转录水平。调节转录水平有丝分裂期间细胞转录保持在低水平状态，只有当丝分裂结束后转录才会重新激活。CDK9 和CDK12可调控细胞转录。细胞周期治疗领域的研究主要是寻找转录CDKs的抑制剂。激活抗肿瘤免疫研究证实，CDK4/6抑制剂不仅能诱导肿瘤细胞周期阻滞，还促抗肿瘤免疫：首先，CDK4/6抑制剂激活肿瘤细胞内源性逆转录病毒成分表达，增加细胞内双链RNA水平，进而刺激产生Ⅲ 型干扰素并增加肿瘤抗原递呈；其次，CDK4/6抑制剂显著抑制调节性T细胞的增殖，促进细胞毒性T细胞对肿瘤细胞的清除。此为CDK4/6抑制剂联合肿瘤免疫治疗的理论基础。控制细胞代谢功能细胞分裂需cyclin和CDKs这类关键的细胞周期调节蛋白，cyclin-CDKs复合体能够调节细胞代谢从而引起肿瘤消退。Wang等研究显示，cyclin D3- CDK6激酶可以磷酸化糖代谢通路中的两个关键酶（6-磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶M2）并抑制其代谢活性，这直接激活糖代谢的磷酸戊糖通路和丝氨酸通路。研究提示，cyclin D3-CDK6可能成为人类肿瘤亚型的分层因子，cyclin D3-CDK6抑制剂通过调节细胞周期和细胞代谢而成为新的肿瘤治疗方法。 CDK家族蛋白在细胞周期中调控关键的检查点，是充分被验证可用于各种疾病治疗的靶点。主要的药物发现集中在经典的ATP竞争性抑制剂，而新技术的出现也推动了非经典的CDK抑制剂的研究，如变构位点抑制剂、共价抑制剂和非ATP竞争的多肽模拟物。MMD37K是第一个非ATP 竞争性的CDK4/6抑制剂，目前正在开展临床研究。它的出现将引起非经典的CDK抑制剂与存在的ATP竞争性CDK 抑制剂的对比，推动新一代CDK抑制剂的发展。帕博西布（Palbociclib），abemaciclib和ribocicilib都是CDK4/6选择性抑制剂，目前已经被FAD批准或者上

细胞周期调控的研究进展(精)

细胞周期调控的研究进展高燕,林莉萍,丁健 * (中国科学院上海生命科学研究院药物研究所,国家新药研究重点实验室, 中国科学院研究生院,上海 201203 摘要 :细胞周期是一种非常复杂和精细的调节过程,有大量调节蛋白参与其中。此过程的核心是细胞周期依赖性蛋白激酶 (CDKs。 CDKs 的激活又依赖于另一类呈细胞周期特异性或时相性表达的细胞周期蛋白 (cyclins,而 CDKs 调节的关键步骤是细胞周期检查点。 PLKs 是多种细胞周期检查点的主要调节因子, Aurora 蛋白激酶主要在细胞有丝分裂期起作用。本文就上述因素在细胞周期进程中的作用作一综述。关键词 :细胞周期;调控;细胞周期检查点中图分类号:Q253文献标识码:A A review: cell cycle regulation GAO Yan, LIN Li-Ping, DING Jian* (State Key Laboratory of Drug Research, Shanghai Institute of Materia Medica, Shanghai Institues for Biological Sciences, Chinese Academy of Sciences, Graduate School of the Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201203, China

Abstract: The cell cycle is a complex and elaborate process involving numerous regulatory proteins as directors.Central to this process are the cyclin-dependent kinases (CDKs, which are activated in a cyclin-dependentmanner at special points of the cell cycle. Cyclin protein levels rise and fall during the cell cycle and in the waythey periodically activate CDKs. Furthermore, the cell cycle checkpoint is also discussed as a key process inthe regulation of CDKs. PLKs are important mediators for various cell cycle checkpoints, while Aurora kinaseshave emerged as essential regulators of cell division. Here, we reviewed the effects of above factors on cellcycle regulation. Key words: cell cycle; regulation; cell cycle checkpoint 收稿日期 :2005-01-22; 修回日期 :2005-03-09 作者简介 :高燕 (1974— ,女,博士研究生;林莉萍 (1962— ,女,博士,副研究员;丁健 (1953— ,男, 研究员,博士生导师, *通讯作者。文章编号 :1004-0374(200504-0318-05 1概述细胞周期是指一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂的结束 , 细胞由一个分裂为两个子细胞。细胞的分裂由两个连续的过程组成, 即 DNA 复制及染色体的分离。一个细胞周期包括准备阶段的间期和有丝分裂期 (图 1 。间期包括 G 1、 S 和 G 2期。 G 1期时,细胞为遗传物质 DNA 的合成作准备,而 DNA 的合成是在 S 期完成。 G 2期主要完成蛋白质的合成,为细胞进入有丝分裂期作准备。有丝分裂期 (M期又分为前期、中期、后期和末期,以完成染色体的凝集,中心粒移至细胞核对立的两极,核仁解体,核膜消失 (前期 ; 纺锤体形成和染色体排列于其间 (中期 ; 姐妹染色单体分开并移向两极 (后期 ; 子核形成和胞质分裂 (末期。另外, G 1期的 319

细胞周期的划分及各个时期的特点(新)

细胞周期的划分及各期特点【摘要】本文主要是对细胞周期的划分进行简单描述，对细胞周期各个时期的特点进行归纳整理。【关键词】细胞周期；蛋白质； DNA；细胞增殖周期，简称细胞周期(cell cycle)，是指连续分裂的细胞从一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂完成所经历的整个过程。一个细胞周期包括两个阶段：分裂间期和分裂期，分裂间期分G1、S和G2期。分裂期又分为分裂前期、分裂中期、分裂后期和分裂末期。细胞在分列前，必须进行一定的物质准备。在细胞分裂期中，不仅要进行DNA复制，还要进行RNA和蛋白质的合成。 1.分裂间期间期分为DNA合成前期（G1期）、DNA合成期（S期）、DNA合成后期（G2期）三个阶段。 1.1 G1期是指从有丝分裂完成到DNA复制之前的这段时间，又称DNA合成前期。G1期是一个生长期，在这一时期主要进行RNA和蛋白质的生物合成，并且为下阶段S期的DNA合成做准备。在这一时期mRNA、rRNA、tRNA的合成加速，导致结构蛋白和酶蛋白的形成。G1期又分为G1早期和G1晚期两个阶段；细胞在G1早期中合成各种在G1期内所特有的RNA和蛋白质，而在G1晚期至S期则转为合成DNA复制所需要的若干前体物和酶分子，包括胸腺嘧啶激酶、胸腺嘧啶核苷酸激酶、脱氧胸腺嘧啶核苷酸合成酶等，特别是DNA聚合酶急剧增高。这些酶活性的增高对于充分利用核酸底物，在S期合成DNA是不可少的条件。在此期中，细胞要发生一系列生物化学变化，其中最主要的是要合成一定数量的RNA和某些专一性的蛋白质。有些学者把这种蛋白质称为触发蛋白（trigger protein）,触发蛋白的积累有助于细胞通过G1期的限制点进入S期。这种蛋白又称为不稳定蛋白，简称U蛋白。此外，在G1期中还有Hl组蛋白的磷酸化，脱氧核苷的库存增加等变化。Groppi和Coffino发现，G1期也有组蛋白的合成。在G1期中产生了一种称为抑素的物质，与细胞停留在G1期有关。抑素是一种水溶性物质，具有不可透析性、热不稳定性和能为乙醇沉淀等性质，Honk等人为，肿瘤细胞之所以无节制的加速繁殖，是由于对抑素的敏感性降低了。 1.2 S期

细胞周期蛋白依赖性激酶

细胞周期蛋白依赖性激酶周期蛋白依赖性激酶(cyclin-dependent kinase,CDK)在调控纺锤体聚合检查点中起重要作用,其功能是启动、促进和完成细胞周期事件细胞周期蛋白Β1与CDK1形成复合物并磷酸化有丝分裂过程所必需的酶,引发有丝分裂的开始。细胞一旦进入有丝分裂期,促分裂后期复合物(an2aphase-promoting complex,APC)对细胞周期蛋白Β1进行酶解,阻止细胞周期蛋白Β1与CDK1形成复合物,灭活已形成的CDK1-细胞周期蛋白Β1复合物,促使有丝分裂结束诱导细胞进入分裂后期。纺锤体聚合检查点激活后使APC的活性受到抑制,致使细胞周期蛋白Β1不间断地表达,阻滞细胞在分裂中期。在紫杉醇处理的细胞中,因细胞周期蛋白Β1连续表达引起的CDK1-细胞周期蛋白Β1活性增强与紫杉醇诱导的有丝分裂阻滞和细胞凋亡同时存在,而且CDK1显性负突变导致对紫杉醇诱导凋亡的抗性[8]。Zhao JS, Kim JE, Reed E, et al·Molecular mechanism of antitumor activity of taxanes in lung cancer (Review)·International Journal of Oncology, 2005, 27:247~256·细胞分裂周期的调控由内在和外在的2类途径通过细胞周期关卡进行控制。通过关卡实现时相的过渡受到细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclin-depend-entkinases, CDKs)的激活、CDKs 的失活、细胞周期蛋白依赖性激酶抑制蛋白(cyclin-dependent kinase inhibitors, CKIs)的激活以及泛蛋白介导的蛋白水解等因素的影响。肿瘤细胞生长表现为细胞增殖失控、细胞周期和关卡调控失控。因此, CDK可作为抗肿瘤药物的靶点。 Bcl-2Bcl-2、Bax均为Βcl-2家族的成员,前者是从小鼠B细胞淋巴瘤中分离出来的一种由239个氨基酸组成的细胞凋亡抑制因子,可抑制射线、药物、癌基因等多种原因诱导的细胞凋亡;后者是细胞凋亡促进因子。Bcl-2蛋白通常与Bax蛋白形成异二聚体,阻止具有促凋亡活性的Bax蛋白同二聚体的形成,从而达到抑制细胞凋亡的作用 JNK/SAPK有丝分裂原激活蛋白激酶(mitogen-acti2vated protein kinases,MAPKs)超家族亚科的JNK/SAPK(c-Jun N- terminal kinases/stress - activated protein ki2nase),是与细胞凋亡密切相关的细胞内信号转导酶,通过一系列磷酸化级联放大反应将细胞外各种刺激性信号传入细胞内,调节着细胞分裂周期及细胞凋亡。JNK活性提高不是微管蛋白抑制剂引起肿瘤细胞凋亡所必需的,但JNK的激活有利于细胞的凋亡[6]。Sudo T, Nitta M, Saya H, et al·Dependence of paclitaxel sensitivity on a functional spindle assembly checkpoint·Cancer Res, 2004, 64(7):2502~2508· caspase caspase家族涉及凋亡启动,是哺乳动物中的一类半胱氨酸蛋白酶家族。caspase 家族现有caspase-1~11个成员,某一个成员的激活将引起家族中其他成员一系列酶的级联反应[6]。紫杉醇通过激活caspase-3诱导U-2OS细胞死亡,进而引起细胞周期阻滞[13] p53p53是研究最为广泛的抑癌基因,被认为是基因组的守护者,有野生型和突变型。野生型p53的过表达往往能够激活一系列基因的表达从而产生两个结果:细胞分裂周期阻滞和细胞凋亡。p53是遗传毒性压力的紧急制动器,阻止基因组中过多突变的蓄积。Yang等发现微管相关蛋白as2trin的沉默可以诱导p53依赖的细胞凋亡,同时伴随着促凋亡bax蛋白表达的提高和caspase-3活性的增加[15][15]Yang YC, Hsu YT, Wu CC, et al·Silencing of astrin induces the p53-dependent apoptosis by suppression of HPV18 E6 expression and sensitizes cells to paclitaxel treatment in HeLa cells·Biochem Biophys Res Commun,2006, 343(2):428~434· 微管由α和β两种微管蛋白的异二聚体组成,其聚合和解聚的动力学特性,在细胞有丝分裂过程中发挥着重要作用。药物结合到微管或者微管蛋白的特定位点,干扰微管的聚合和解

14 细胞周期(二)

细胞生物学第十四章细胞周期(二) The Cell Cycle Control System ?The cell cycle control system is regulated by both internal and external controls. ?The clock has specific checkpoints where the cell cycle stops until a go-ahead signal is received. 2

细胞周期调控一、细胞周期调控因子的发现二、细胞周期调控因子三、细胞周期调控的机制四、其他 3 一、细胞周期调控因子的发现 1、有丝分裂促进因子（mitosis promoting factor，MPF） 2、成熟促进因子（maturation promoting factor，MPF） 3、细胞分裂周期基因（cell division cycle gene，cdc） 4、细胞周期蛋白(cyclin) 4

1、MPF 的发现 5 G1期PCC S 期PCC G2期PCC 1970年，Johnson RT 和Rao PN 发现M 期HeLa 细胞与间期细胞融合形成早熟染色体凝集（PCC ）。这一现象提示在M 期细胞中存在诱导染色体凝集的因子，称为有丝分裂促进因子（mitosis promoting factor ，MPF ）。 ?1971年，Masui Y 和Markert CL 通过非洲爪蟾卵实验发现成熟卵母细胞细胞质中含有促卵母细胞成熟的因子，称为成熟促进因子（maturation promoting factor ，MPF ）。卵细胞成熟示意图：细胞质移植实验发现MPF ： MPF 的发现

浅谈细胞周期调控

浅谈细胞周期调控朱春森摘要：近年来有关细胞周期调控机制研究进展较快，细胞周期调控可分为G1期调控和非G1期调控。在G1期调控中，细胞周期蛋白依赖性激酶复合体CDK激活后,通过Rb蛋白和转录因子启动基因转录。P16、p21、p15等蛋白通过抑制CDK的活性而发挥作用。P53蛋白和ｍｄｍ2蛋白协同调节细胞周期活动。细胞周期的停滞或细胞凋亡对维护基因组稳定有重要意义。关键词：细胞周期调控 Cyclin CDK CDI 调控机制细胞周期调控是指各种调控因子通过自身的激活和灭活,使细胞启动和完成细胞周期重要事件,并保障这些事件按次序正常进行。细胞周期调控对维护基因组的稳定有着重要的意义。 1. 细胞周期调控的分子基础细胞周期调控的分子基础包括细胞周期蛋白(Cyclin)、细胞周期蛋白依赖蛋白激酶(CDK)和细胞周期蛋白依赖蛋白激酶抑制物(CDI)。它们分别包括CyclinA、CDK17和ｐ21、ｐ27、ｐ18等,ｐ53和视网膜母细胞瘤蛋白(pRb)也参与细胞周期调控。 1.1 Cyclin 周期蛋白不仅仅起激活CDK的作用，还决定了CDK何时、何处、将何种底物磷酸化，从而推动细胞周期的前进。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A 1-2、B 1-3 、C、 D 1-3 、E 1-2 、F、G、H等。分为G 1 型、G 1 /S型S型和M型4类（见表 1）。各类周期蛋白均含有一段约100个氨基酸的保守序列，称为周期蛋白框，介导周期蛋白与CDK结合。表1不同类型的周期蛋白 *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 1.2 CDK CDC2与细胞周期蛋白结合才具有激酶的活性，称为细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK)，因此CDC2又被称为CDK1，激活的CDK1可将靶蛋白磷酸化而产生相应的生理效应。这些效应的最终结果是细胞周期的不断运行。因此，CDK激酶和其调节因子又被称作细胞周期引擎。目前发现的CDK 在动物中有7种。各种CDK分子均含有一段相似的激酶结构域，这一区域有一段保守序列，即PSTAIRE，与周期蛋白的结合有关。 1.3 CDKI CDKI家族即细胞周期蛋白依赖激酶抑制剂家族，目前发现的CDKIS按其结构和功能不同分为两类:一类为INK4(Inhibito:of CDK4)家族，包括pl6、pls、p18、p19四名成员，其蛋白结

细胞周期调控蛋白MPF的研究

细胞周期调控蛋白MPF的研究第三节细胞周期调控的分子机理一、MPF的生化本质、活性调节及其功能MPF(卵细胞促成熟因子，matuation-promotingfactor;细胞促分裂因子，mitosis-promoting factor;M期促进因子，M-phase-promoting factor)。 Johnson和 Rao1970将Hela细胞同步于不同阶段，然后与M期细胞混合，在灭活仙台病毒介导下，诱导细胞融合，发现与M期细胞融合的间期细胞产生了形态各异的早熟凝集染色体prematurely condensedchromosome，PCC。不同形态的PCCG1期PCC为单线状，因DNA未复制;S期PCC为粉末状，因DNA由多个部位开始复制;G2期PCC为双线染色体，说明DNA复制已完成。人M期细胞与袋鼠 (Ptk)G1、S、G2 期细胞融合诱导 PCC:提示M期细胞存在诱导PCC的因子; 不仅同类M期细胞可以诱导PCC，不同类的M期细胞也可以诱导PCC产生，如人和蟾蜍的细胞融合时同样有这种效果，这就意味着M期细胞具有某种促进间期细胞进行分裂的因子，即成熟促进因子maturation promoting factor，MPF。1971年， Masui和Markert用非洲爪蟾做实验，明确提出MPF的概念 ? ? ? 注射实验表明:孕酮诱导卵母细胞成熟;成熟卵细胞质中，含有 Sunkara将不同时期Hela细胞的提取液注射卵母细胞成熟的因子，称做 MPF1979年，到蛙卵母细胞中，发现G1和S期的抽取物不能诱导GVBD，而G2和M期的则具有促进胚胞破裂的功能，它将这种诱导物质称为有丝分裂因子MF。后来在CHO细胞，酵母和粘菌中也提取出相同性质的MF。这类物质被统称为MPF。在此后20年里，许多学者致力于MPF的提纯，试图揭示MPF的生化本质。第二个研究领域是为了弄清楚细胞周期调节基因，遗传学家们利用裂殖酵母和芽殖酵母温度敏感突变

细胞周期CellCycle

第二节细胞周期(Cell Cycle) 一、细胞周期的基本概念地球上所有的饰物均是通过充分的细胞生长和分裂而维持生存和保持物种延续的。一个细胞经过一系列生化事件而复制它的组分，然后一分为二，这种周期性的复制和分裂过程称为细胞周期。细胞增殖是通过细胞周期实现的。在50年代以前,人们把细胞的二次分裂之间的周期称为静止期,因为此时看不出明显形态变化(光镜下),从而认为细胞处于静止状态,将研究重点放在有明显变化的分裂期。1953年,Howard(霍华德)等用同位素32P-磷酸标记蚕豆根尖细胞,发现二次分裂的间期是极其关键的阶段,与DNA复制有关的一系列生化反应均在此阶段,并不静止,而改称为间期,他们第一次提出了一个完整的细胞周期的概念,并确定了细胞周期可划分为四个时期（图4-5）: 图4-5细胞周期全过程示意图间期(Ⅰ) DNA合成前期G1 DNA合成仅在一小段时间, InterPhase DNA合成期S 在合成前后各有一段间期(Gap) DNA合成后期G2 前期prophase 分裂期(M) 中期metaphase Mitotin phase 后期anaphase 末期telophase

I: 为细胞的生长、体积倍增。 M:为细胞的分裂,产生二个子细胞。细胞周期所需时间为周期时限,用Tc表示,各时期所需时间,以TG1 ,Ts,TG2 ,Tm表示,各种细胞的细胞周期时限不一致,可用细胞放射自显影或流式细胞分析仪等测量,一般S,G2 ,M变化小,G1差异大。如人的组织培养细胞,在37℃条件下,大约18-22小时完成一个周期,而间期约占95%。约17小时以上,分裂期45'-1小时左右,可见准备时间长,真正分裂时间很短。二、各时相的生化活动和形态变化特点近年来研究表明,在各时期中细胞内发生复杂而有序的生化变化,特别是间期,生化活动显得更为活跃,另外,细胞形态也发生相应的变化。 1.G1期DNA合成前期指的是上一次细胞分裂结束到DNA开始合成时的这一阶段。 (1)生化: 此阶段进行着活跃的物质合成,供细胞生长及为DNA合成期(S期)作准备, RNA、蛋白质合成迅速,大量合成RNA (rRNA、mRNA、tRNA),形成核糖体,导致结构蛋白和酶蛋白的迅速合成。早晚期合成物明显不同: G1早期:是合成与细胞功能有关的特有蛋白质、酶,供细胞生长用,即用于形成新细胞成份的代谢活动。 G1晚期:主要是合成与DNA合成有关的一些酶和前体物,且RNA含量高于早期, 如DNA聚合酶活性急剧升高,四种核苷酸,组蛋白的mRNA等,还有能量的贮备。所以, G1期为周期中一个重要阶段,其中任何环节受到干扰或抑制,如RNA 量和某些蛋白质量达不到阀值就停止,细胞即不能进入S期。 (2)形态变化核质比逐渐变小,刚分裂结束的子细胞遗传物质与母细胞等量,但体积质量约比母细胞小,经G1期细胞内部活跃的物质代谢,细胞体积逐渐增大,主要是胞质增加,所以核质比变小,细胞表面泡状,丝状突起以及微绒毛逐渐减少。 (3)TG1一般是细胞周期中最长的阶段,有的12小时,有的几天,几月或更长,在周期中变化最大。G1期短,周期短,环境条件影响周期时间一般也是影响G1期时间。

细胞周期控制系统的组成成分

细胞周期控制系统的组成成分很多年以来,虽然细胞生物学家看了DNA合成的模拟过程,例如,有丝分裂和胞与分裂,但是不知道控制著这些分裂过程背后的原理..细胞周期控制系统就像一个在细胞裹的黑箱般不清楚.细胞生物学家甚至究竟细胞有一个独立的控制系统还是DNA合成过程,有丝分裂和胞质分裂不知道为什麽自我控制都不清楚.一个主要的突破发生在1980年代的后期,这突破在于鉴定控制控制系统的主要蛋白质.随著这个突破.人们发现这些蛋白质有别于参与DNA複制,染色体分离等等的过程的蛋白质我们首先考虑细胞控制系统运作的基本原理.之后我们讨论系统的蛋白质成分和这些蛋白质如何激活细胞周期的不同时期. 细胞周期控制系统引发细胞周期的主要过程细胞周期控制系统就像一个自动洗衣机的控制系统般运作.洗衣机透过一连串的步骤运作:进水,搅拌,清洗,冲洗和洗干.这些重要的步骤与细胞周期的重要步骤十分相似—DNA複制,有丝分裂等等.在这两个系统中,一个中央控制器有序地引发每一个步骤.(图17-13)

图17-13 这是有关细胞周期的控制.细胞周期的主要步骤,例如DNA複制,有丝分裂和胞质分裂是由细胞周期控制系统引发.透过与洗衣机的比拟,细胞周期控制系统是...(more...) 一个人如何可能设计出一个控制系统透过细胞周期的活动(对于洗衣机,或者是一个清洗周期?)来安全地引导细胞?原则上,一个人可以想像出最简单的控制系统应该有以下的特徵: 一个可以在特定时间启动每一件事件的时钟或计时器,因此提供固定时间用来完成每一件事情. 一个以正确的顺序启动事件的机理;例如,细胞必须在DNA複制之后进入有丝分裂. 一个可以确保每一个事件在一个周期只被引发一次的机理. 一个完全地和不可逆地引发事件的二项开关(启动/关闭).如果没有这开关,这很明显将会造成极严重的后果,例如,如果染色体压缩或核膜分解被引发但不完全. 鲁棒性:备份机理,从而确保细胞周期能正确地进行,甚至当部分系统不能正常运作的时候.

细胞周期调控

2001年诺贝尔生理学和医学奖

细胞周期调控一、背景介绍 2001年诺贝尔生理学医学奖授予美国西雅图弗瑞德·哈钦森癌症研究中心的Leland H Hartwell、英国伦敦皇家癌症研究基金会的Sir Paul M. Nurse和R. Timothy Hunt，以表彰获奖者们在细胞周期调控方面的卓越发现和贡献。 Leland (1939年生)在上世纪60年代末便认识到用遗传学方法研究细胞周期的可能性。他采用啤酒酵母细胞建立系统模型，经过一系列试验，分离出细胞周期基因发生突变的酵母细胞。Hartwell和其他科学家相继发现了100多种与细胞周期调控相关的CDC基因族。其中，Hartwell发现的CDC28调控细胞周期G1期进程的第一步，故又称为“start”基因。另外，Hartwell在研究酵母细胞对辐射的敏感性基础上，提出了著名的“checkpoint”概念，即当DNA受损时，细胞周期会停止。这一现象的生理意义在于，在细胞进入下一个细胞周期之前能有足够的时间进行DNA修复。后来，Hartwell将“checkpoint”的概念扩展到调控并保障细胞周期各期之间的正确顺序。 Sir Paul (1949年生)继Hartwell之后在70年代中期采用非渊粟酒裂殖酵母细胞为模型，发现了cdc2基因在细胞分裂(从G2期到有丝分裂期)调控方面起重要作用。后来，他发现cdc2与Hartwell在啤酒酵母中发现的“start”基因相同，还可调控从G1期到S期的转变。因此，cdc2基因可调控细胞周期的不同阶段。 1987年，Nurse分离出人类的相应基因——CDK1。Nurse发现CDK的活性依赖可逆性的磷酸化反应。基于这些理论，又有一些人类的CDK分子相继被发现。R. Timothy Hunt(1943年生)在80年代早期发现了第一个周期蛋白分子。周期蛋白是一种在细胞周期中周期性产生和降解的蛋白质。周期蛋白与CDK分子结合，调节CDK的活性。Hunt首先发现，在海胆细胞中周期蛋白在细胞周期中会发生周期性的降解，这是调控细胞周期的重要机制。Hunt在其他物种中也发现了周期蛋白，这些周期蛋白在进化过程中高度保守。 3位诺贝尔奖获得者创建了细胞周期调控的分子机制。CDK分子的含量在细胞周期中是恒定的，但是它的活性却因周期蛋白的调控作用而不同。周期蛋白和CDK分子共同驱动细胞周期从一期到另一期的转变。二、细胞周期简介细胞周期又称细胞分裂周期，是指细胞从一次分裂结束到下一次分裂结束所经历的全过程。分为G1期、S期、G2期和M期。其中，从有丝分裂完成到DNA复制前的间歇时间称为G1期，是细胞生长和DNA合成准备时期。当细胞进入G1期后，细胞开始合成生长所需的RNA、蛋白质、糖类、脂质等，同时其体积在此期逐渐增大。DNA复制的时期为S期，DNA的含量在此期增加一倍。而从DNA复制完成到有丝分裂开始的这段间歇称为G2期，此时细胞合成