細胞周期 ppt課件

1、2024/3/15,1,蒲淑萍基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院細胞生物學(xué)及遺傳學(xué)教研室,細胞周期(cell cycle),2024/3/15,2,★細胞的最終命運：細胞分裂(cell division)及生長(相關(guān)物質(zhì)準(zhǔn)備和積累)→細胞增殖(cell proliferation)，受到嚴(yán)密的調(diào)控機制所監(jiān)控細胞死亡(cell death),2024/3/15,3,受精卵及卵裂,2024/3/15,4,Dividing Muscle Myoblast (

2、primative muscle cell) (SEM x8,000),2024/3/15,5,示植物細胞有絲分裂,2024/3/15,6,2024/3/15,7,,2001年10月8日，美國人Leland Hartwell、英國人Paul Nurse、Timothy Hunt因?qū)毎芷谡{(diào)控機理的研究而榮獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎 。,2024/3/15,8,標(biāo)準(zhǔn)的細胞周期：從G1期開始，歷經(jīng)S、G2，到M期結(jié)束。,202

3、4/3/15,9,●細胞周期 ●細胞周期時間(Tc) G1(DNA合成前期) 變異范圍大(0h~數(shù)年) 間期 S (DNA合成期) 8~30h G2 (DNA合成后期) 0h;1~5h 分裂期(M) 0.5~1h,,,第一節(jié)

4、 細胞周期的基本概念,細胞周期時間因細胞類型、狀態(tài)和環(huán)境而異。,2024/3/15,10,●細胞的增殖特性,1）連續(xù)增殖細胞（周期性細胞）：能夠增殖，不斷進入周期完成分裂。2）暫不增殖細胞（休眠細胞，G0細胞）：長期停留在G1晚期(G0期)而不越過限制點，未喪失分裂能力，在適當(dāng)條件下可恢復(fù)到增殖狀態(tài)。3）永不增殖細胞（終末分化細胞）：始終停留在G1期 ，失去增殖能力直到衰老死亡。,,(p189),2024/3/15,11,執(zhí)行某

5、種生物學(xué)功能，或進行細胞分化，或走向死亡；或回到細胞周期。,,(限制點，R點),(p204),2024/3/15,12,●細胞周期研究方法,細胞周期模型細胞周期同步化 如細胞分裂收獲法流式細胞技術(shù),2024/3/15,13,by flow cytometer microscopy,,,,,(包括G0),2024/3/15,14,●細胞周期檢驗點(checkpoint),★ G1∕S之DNA損傷檢驗點，限制點，R點

6、 ★ S期之DNA復(fù)制檢驗點★ G2∕M之DNA損傷檢查點★ M期中期∕后期之紡錘體組裝檢驗點,(p204),2024/3/15,15,DNA復(fù)制是否完成？,,damage,S期檢驗點,,2024/3/15,17,第二節(jié) 細胞周期的主要事件,一、G1期：細胞生長、分裂決定、復(fù)制準(zhǔn)備,1. RNA、蛋白質(zhì)(如與DNA復(fù)制有關(guān)的酶及與G1期向S期轉(zhuǎn)變相關(guān)的蛋白質(zhì)等)合成和代謝活動旺盛 （→細胞的第一生長期）

7、 2. 分裂決定：越過G1期檢驗點 3. DNA含量為2n,2024/3/15,18,二、S期： DNA合成、染色質(zhì)組裝、中心體復(fù)制、通過S期檢查點,1. DNA復(fù)制，2n → 4n2. 組蛋白、非組蛋白合成3. 染色質(zhì)復(fù)制（組裝成核小體）4. 中心體復(fù)制,2024/3/15,19,DNA復(fù)制與組蛋白合成同步的實驗,2024/3/15,20,2024/3/15,21,三、G2期：DNA損傷檢查、分

8、裂準(zhǔn)備,1. 越過G2期檢驗點 2. RNA、蛋白質(zhì)(如微管蛋白、染色質(zhì)凝集相關(guān)蛋白之成熟促進因子、M期調(diào)控蛋白)合成（→細胞的第二生長期） 3. DNA含量4n,2024/3/15,22,四、M期：染色體分離、胞質(zhì)分裂,DNA的精確分配,4n,2n,2n,,,有絲分裂,有絲分裂減數(shù)分裂,,2024/3/15,23,第三節(jié) 細胞周期的調(diào)控,一、周期性基因表達是細胞周期的原動力 cyclin-Cdk蛋白質(zhì)磷酸

9、化調(diào)控系統(tǒng)是細胞周期的引擎分子：催化靶蛋白(如 H1、H3、NHP如RNA聚合酶、lamin、其它骨架蛋白等)的磷酸化，參與周期的調(diào)控。其中，G1期為cyclin D-Cdk4/6和cyclin E-Cdk2 S期為cyclin A-Cdk2 G2/M期為cyclin A/B-Cdk1,（p201）,2024/3/15,24,周期蛋白(cyclin)： 細胞周期中周期性合成和降解的蛋白質(zhì)，與

10、Cdk結(jié)合，促Cdk對靶蛋白的磷酸化，是復(fù)合物的調(diào)節(jié)亞基。目前從酵母和各類動物中分離出的周期蛋白有30余種，在脊椎動物中為A1-2、B1-3 、C、 D1-3、E1-2、F、G、H等。所有cyclin含保守的周期蛋白框(cyclin box)。M期周期蛋白(cyclinA、B)有降解盒(destruction box)， G1期周期蛋白(cyclinC、D、E)有PEST序列，與這些蛋白質(zhì)的降解有關(guān)。 依賴周期蛋白的蛋白激酶

11、(cyclin dependent kinase，Cdk)：催化靶蛋白的磷酸化，為復(fù)合物的催化亞基。 Cdk在動物中有9種。各種Cdk以其激酶結(jié)構(gòu)域與周期蛋白框結(jié)合。,,,2024/3/15,25,cyclin-Cdk組合的多樣性與活性的周期性變化,,2024/3/15,27,HeLa細胞中cyclin的周期性表達,,,,,,,,2024/3/15,29,M期引擎分子：cyclin B-Cdk1 (成熟或有

12、絲分裂促進因子，MPF),S期已開始合成 G2期達峰值 M期后期被降解,,cyclin B,（p201）,2024/3/15,30,,(Cdk1),(Cdk1),2024/3/15,31,MPF 活性周期,Cdk1激酶活性首先依賴于cyclin B含量的積累。 cyclin B的含量達到一定值并與Cdk1蛋白結(jié)合，同時在其他一些因素的調(diào)節(jié)下， 在M期逐漸表現(xiàn)出最大激酶活性。,2024/3/15,32,MPF在M期的調(diào)節(jié)作

13、用：啟動細胞從G2期進入M期的相關(guān)事件。（p202）,Cdk1,,激活A(yù)PC,RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,,,核仁解體,,染色體凝集,核膜破裂,紡錘體形成,2024/3/15,33,M期cyclin的降解盒(破壞框)與泛素化降解,（蛋白酶體）,（后期啟動復(fù)合物）,二、細胞周期的清道夫——周期性蛋白質(zhì)的泛素化降解,多聚泛素鏈,（泛素）,2024/3/15,34,泛素（Ubiquitin，Ub）是一種高度保守的小蛋白（含76個氨基酸），普遍存

14、在于真核細胞內(nèi)。如人類和酵母的泛素有96%的相似性。泛素共價地結(jié)合于底物蛋白質(zhì)的賴氨酸殘基，被泛素標(biāo)記的蛋白質(zhì)將被蛋白酶體特異性地識別并迅速降解。 E1：泛素激活酶E2：泛素結(jié)合酶E3：泛素連接酶，泛素化的關(guān)鍵酶，包括APC、SCF等。 APC(后期啟動復(fù)合物)的活性變化是分裂中期/后期轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵問題。 SCF(蛋白酶解復(fù)合體),(A) SCF介導(dǎo)CKI(cdk抑制蛋白)的

15、降解；(B) APC介導(dǎo)M-cyclin的降解。,細胞周期運轉(zhuǎn)到分裂中期后，M期周期蛋白A和B迅速降解， Cdk1激酶活性喪失，細胞周期便從M期中期向后期轉(zhuǎn)化。S期周期蛋白D和E降解后，推動細胞進入G2期。,2024/3/15,37,泛素是蛋白質(zhì)降解標(biāo)簽。泛素化蛋白降解機制是細胞內(nèi)短壽命蛋白和一些異常蛋白降解的普遍途徑，是非溶酶體的蛋白質(zhì)分解系統(tǒng)。,2024/3/15,38,蛋白酶體：26S，一種巨型蛋白質(zhì)復(fù)合物，特異識別泛素化的蛋

16、白質(zhì)并降解之，蛋白質(zhì)被切割為約7-8個氨基酸長的肽段；這些肽段可以被進一步降解為單個氨基酸分子，然后被用于合成新的蛋白質(zhì)。,2004年諾貝爾化學(xué)獎的獲獎主題是泛素調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)酶解過程的發(fā)現(xiàn)。三位獲獎?wù)邽榘?#183;切哈諾沃、阿夫拉姆·赫什科和歐文·羅斯。,,,2024/3/15,40,三、細胞周期的負調(diào)控,細胞至少可通過兩種不同機制阻遏細胞周期的運轉(zhuǎn)： ◆Cdk抑制因子(CKI)：主要通過與Cdk結(jié)合來抑制cy

17、clin-Cdk復(fù)合物的裝配或其活性，而將細胞阻止在不同的檢驗點。 根據(jù)CKI的分子質(zhì)量，分別被命名為p15、p16、p21、p27、p53等。這些蛋白質(zhì)具有一定的同源性。 ◆周期調(diào)控系統(tǒng)組分停止合成，如G0細胞，大部分cyclin和Cdk都消失，這在多細胞生物尤其明顯。,（p199，200）,2024/3/15,41,CKI 的抑制作用,2024/3/15,42,p21抑制G1期Cdk和PCNA(DNA聚合酶δ的輔助因子),2024

18、/3/15,43,p53基因：屬于抑癌基因，其產(chǎn)物主要是細胞周期負調(diào)控因子，可抑制細胞的生長和分裂。位于人類染色體17p13，表達的p53蛋白是一種入核蛋白，能阻止DNA損傷或突變的細胞通過DNA損傷檢驗點，從而將細胞阻于G1期，抑制細胞增殖。作用方式之一為p53/p21聯(lián)合機制。 （p201，圖15-11）,2024/3/15,44,p21主要對G1期Cdk起抑制作用，還直接抑制DNA復(fù)制。,D

19、NA損傷導(dǎo)致細胞阻滯于G1期的p53/p21機制,DNA損傷通過一種間接機制活化p53：正常細胞中，p53高度不穩(wěn)定且濃度很低，這是由于p53與Mdm2相互作用， Mdm2作為泛素連接酶使p53成為蛋白酶破壞的靶蛋白。DNA損傷激活磷酸化p53的蛋白激酶，降低它與Mdm2的結(jié)合，使 p53濃度增高，也增強了p53促進基因轉(zhuǎn)錄的能力。,2024/3/15,45,如果p53基因突變或缺失，等于失去了“分子警察”，DNA損傷引起的突變會導(dǎo)致細

20、胞癌變。,p53基因與周期負調(diào)控、細胞凋亡和癌變,2024/3/15,46,甲狀旁腺良性瘤、乙型肝炎病毒誘發(fā)的肝癌、乳腺癌、淋巴細胞瘤和cyclinA或D等的過度表達有關(guān)。cyclinA與HBV基因的一段有同源性，故HBV 可整合入cyclinA 基因，使其表達的嵌合蛋白缺乏cyclin的降解盒，而不能被降解，使cyclinA持久作用，促細胞惡性增殖。原發(fā)性食道磷狀細胞癌及家族性黑色素瘤中發(fā)現(xiàn)INK4基因有移位、缺失，而它編碼的P1

21、6是Cdk4/Cdk6的抑制蛋白。,第四節(jié) 細胞周期與疾病,2024/3/15,47,AIDS病病毒HIV感染時，使T細胞的Cdk1的酪氨酸殘基過分磷酸化而失活，并使cyclinB積累，造成細胞停留于G2期而不能進入M期，最終導(dǎo)致細胞死亡。,2024/3/15,48,細胞周期調(diào)控因子在腫瘤中的異常,2024/3/15,49,（七）細胞周期復(fù)習(xí)題,基本概念：細胞周期、細胞周期檢驗點、cyclin-Cdk復(fù)合物、CKI、蛋白質(zhì)的泛素化降