细胞周期精选课件.ppt

关于细胞周期第一页，本课件共有38页2细胞周期调控细胞周期调控 细胞周期调控是环境中控制细胞增殖的因素及细细胞周期调控是环境中控制细胞增殖的因素及细胞内与细胞增殖有关的基因及其产物相互作用的结果。胞内与细胞增殖有关的基因及其产物相互作用的结果。生长因子与生长因子受体调节生长因子与生长因子受体调节信号转导调节信号转导调节周期蛋白和周期蛋白激酶的调节周期蛋白和周期蛋白激酶的调节第二页，本课件共有38页3生长因子是一类通过与特异的高亲和性的细胞受体结合，生长因子是一类通过与特异的高亲和性的细胞受体结合，发生一系列生化反应，最终引起细胞增殖和生物学效应发生一系列生化反应，最终引起细胞增殖和生物学效应的多肽类物质。的多肽类物质。生长因子与其受体结合后，可诱导多种基因的转录。生长因子与其受体结合后，可诱导多种基因的转录。这些基因分这些基因分早反应基因早反应基因和和迟反应基因迟反应基因两类。早反应基两类。早反应基因对迟反应基因的活化作用是细胞由因对迟反应基因的活化作用是细胞由G1G1期向期向S S期转变的关期转变的关键。键。生长因子与生长因子受体生长因子与生长因子受体第三页，本课件共有38页4信号转导调节信号转导调节生长因子、激素等信号与膜上的受体结合，通过激发生长因子、激素等信号与膜上的受体结合，通过激发细胞内第二信使，对细胞的代谢起调节作用，从而有细胞内第二信使，对细胞的代谢起调节作用，从而有效地控制细胞的增殖和分化。效地控制细胞的增殖和分化。第四页，本课件共有38页5周期蛋白和周期蛋白激酶的调节周期蛋白和周期蛋白激酶的调节细胞周期研究历程细胞周期研究历程细胞周期调控蛋白细胞周期调控蛋白细胞周期调控细胞周期调控第五页，本课件共有38页6细胞周期研究历细胞周期研究历程程第六页，本课件共有38页7MPFMPF的发现的发现 MPF(maturation-promoting factor)即卵细胞促成熟因子,又叫细胞促分裂因子，或期促进因子RaoRao和和Johnson1970Johnson1970年将年将HelaHela细胞同步于不同阶段，然细胞同步于不同阶段，然后与后与M M期细胞混合，在灭活仙台病毒介导下，诱导细胞期细胞混合，在灭活仙台病毒介导下，诱导细胞融合，发现与融合，发现与M M期细胞融合的间期细胞产生了形态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各异的早熟凝集染色体(prematurely condensed(prematurely condensed chromosomechromosome，PCC)PCC)，这种现象叫做早熟染色体凝集，这种现象叫做早熟染色体凝集(premature chromosome condensation)(premature chromosome condensation)。第七页，本课件共有38页8G1期期PCC为单线状，因为单线状，因DNA未复制。未复制。S期期PCC为粉末状，因为粉末状，因DNA由多个部位开始复制。由多个部位开始复制。G2期期PCC为双线染色体，说明为双线染色体，说明DNA复制已完成。复制已完成。第八页，本课件共有38页9 人们猜测，在人们猜测，在M M期的细胞中存在着某种物质，它能够期的细胞中存在着某种物质，它能够促进染色体的凝聚和细胞的分裂。后来，人们在不同类型促进染色体的凝聚和细胞的分裂。后来，人们在不同类型的的M M期细胞中分别提取出了能够促进细胞分裂的因子，期细胞中分别提取出了能够促进细胞分裂的因子，统称为成熟促进因子统称为成熟促进因子(maturationpromotingfactor，MPF)。第九页，本课件共有38页10CDKCDK的发现的发现1960s Leland 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，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基基因因，在G2/M转换点发挥重要的功能。第十页，本课件共有38页11第十一页，本课件共有38页121970s Paul Nurse等人以裂殖酵母为实验材料，同样发现了许多细胞周期调控基因，如：裂殖酵母cdc2、cdc25的突变型在限制的温度下无法分裂；weel1突变型则提早分裂，而cdc25和wee1都发生突变的个体却会正常地分裂。进一步的研究发现cdc2和cdc28都编码一个34KD的蛋白蛋白激酶激酶，促进细胞周期的进行。而weel和cdc25分别表现为抑制和促进CDC2的活性。这也解释了为何cdc25和wee1双重突变的个体可以恢复野生型的表型第十二页，本课件共有38页13第十三页，本课件共有38页14细胞周期蛋白素细胞周期蛋白素(cyclin)(cyclin)的发现的发现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，下轮间期又重新合成，故命名为周期蛋白周期蛋白(cyclin)。后来在青蛙、爪蟾、海胆、果蝇和酵母中均发现类似的情况，各类动物来源的细胞周期蛋白mRNA均能诱导蛙卵的成熟。第十四页，本课件共有38页151988年M.J.Lohka 纯化了爪蟾的MPF，经鉴定由32KD的CDC2和45KD的CyclinB两种蛋白组成，二者结合可使多种蛋白质磷酸化。MPF、CDC和和Cyclin的关系的关系第十五页，本课件共有38页16MPFMPF是由是由cyclincyclin和和CDCCDC基因编码的依赖基因编码的依赖于于cyclincyclin的蛋白激酶的蛋白激酶(cyclin-dependentkinase，CDK)组成组成第十六页，本课件共有38页172001年年10月月8日美国人日美国人LelandHartwell、英国人、英国人PaulNurse、TimothyHunt因对细胞周期调控机理因对细胞周期调控机理的研究而荣获诺贝尔生理医学奖。的研究而荣获诺贝尔生理医学奖。第十七页，本课件共有38页18控制细胞周期的蛋白质控制细胞周期的蛋白质 CDKCDK类蛋白激酶类蛋白激酶：这类蛋白激酶常以磷酸化的形式直接：这类蛋白激酶常以磷酸化的形式直接作用于细胞周期，包括作用于细胞周期，包括DNADNA合成的启动和终止，染色体合成的启动和终止，染色体的凝集、运动和松懈，核膜、核仁的崩解和重新形成，的凝集、运动和松懈，核膜、核仁的崩解和重新形成，核纤层的降解和重新聚合，纺缍体的形成和消失等。核纤层的降解和重新聚合，纺缍体的形成和消失等。它们可根据作用的时期不同分为它们可根据作用的时期不同分为G1G1、G1/SG1/S、S S、及、及M M期期CDKCDK。cyclincyclin：是一类能与：是一类能与CDKCDK结合，使结合，使CDKCDK磷酸化和活化的蛋磷酸化和活化的蛋白。这类蛋白的活性是随细胞周期而进行周期性的变化。白。这类蛋白的活性是随细胞周期而进行周期性的变化。CDKCDK激酶对细胞周期起着核心性调控作用激酶对细胞周期起着核心性调控作用第十八页，本课件共有38页19CDKCDK和细胞周期蛋白是和细胞周期蛋白是控制和协调控制和协调DNADNA合成、合成、染色体分离和细胞分染色体分离和细胞分裂的重要分子。裂的重要分子。CDKCDK和细胞周期蛋白一起和细胞周期蛋白一起使细胞从一个细胞周使细胞从一个细胞周期到下一个细胞周期期到下一个细胞周期。第十九页，本课件共有38页20CDKCDC2与细胞周期蛋白结合才具有激酶的活性，故名细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclin-dependent kinase，CDK)。它发挥作用时一般选择底物中某个丝氨酸或苏氨酸残基。CDC2又被称为CDK1，可将特定蛋白磷酸化，促进细胞周期运行，又称作细胞周期引擎。如将核纤层蛋白磷酸化导致核纤层解体、核膜消失；将H1磷酸化导致染色体的凝缩等。在动物中已知7种CDK。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。第二十页，本课件共有38页21细胞周期蛋白cyclin细胞周期蛋白是一类随着细胞周期的变化呈周期性出现与消失的蛋白质，可以分细胞周期蛋白是一类随着细胞周期的变化呈周期性出现与消失的蛋白质，可以分为为A A、B B、C C、D D、E E、F F、G G、H H等等8 8大类，他们在细胞周期的不同阶段相继表达，大类，他们在细胞周期的不同阶段相继表达，与细胞中其他一些蛋白质结合后，参与细胞周期相关活动的调节。与细胞中其他一些蛋白质结合后，参与细胞周期相关活动的调节。特点：在细胞周期中呈周期性变化。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。作用：激活CDK，引导CDK作用于不同底物。已知30余种，在脊椎动物中为A1-2、B1-3、C、D1-3、E1-2、F、G、H等。分为4类：G1型、G1/S型、S型、M型。第二十一页，本课件共有38页22G1期期Cyclins，包括，包括CyclinC、D和和E，调，调节节G1期细胞进入期细胞进入S期。期。分裂分裂Cyclins，包括，包括CyclinA、B、G、H等，等，调节调节G2期细胞进入期细胞进入M期；期；Cyclins表达量随细胞周期的转换而改变。表达量随细胞周期的转换而改变。Cyclins家族家族第二十二页，本课件共有38页23细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子CDK inhibitor,CKI对细胞周期起负调控作用，分为：Ink4(Inhibitor of cdk 4):P16ink4a,P15ink4b,P18ink4c,P19ink4d。特异性抑制cdk4cyclin D1,cdk6cyclin D1。Kip(Kinase inhibition protein)：P21cip1(cyclin inhibition protein 1）P27kip1、P57kip2，抑制大多数CDK的激酶活性。P21cip1还能与DNA聚 合 酶的 辅 助 因 子PCNA（proliferating cell nuclear antigen）结合，直接抑制DNA的合成。第二十三页，本课件共有38页24细胞周期的调控第二十四页，本课件共有38页25一、一、G1G1期期MPFMPF的激活的激活 细胞在生长因子的刺激下，细胞在生长因子的刺激下，G1期期cyclinD表达，表达，并与并与CDK4、CDK6结合，使下游的蛋白质如结合，使下游的蛋白质如Rb磷酸化，磷酸化，磷酸化的磷酸化的Rb释放出转录因子释放出转录因子E2F，促进许多基因的转，促进许多基因的转录，如编码录，如编码cyclinE、A和和CDK1的基因的基因第二十五页，本课件共有38页26第二十六页，本课件共有38页27二、二、G1-S期期yclinE与与CDK2结合，促进细胞通过结合，促进细胞通过G1/S限制点限制点而进入而进入S期。向细胞内注射期。向细胞内注射CyclinE的抗体能使细胞停的抗体能使细胞停滞于滞于G1期，说明细胞进入期，说明细胞进入S期需要期需要CyclinE的参与。的参与。同样将同样将CyclinA的抗体注射到细胞内，发现能抑制的抗体注射到细胞内，发现能抑制细胞的细胞的DNA合成，推测合成，推测CyclinA是是DNA复制所必需的复制所必需的第二十七页，本课件共有38页28三、在三、在G2-M期期cyclinA、cyclinB与与CDK1结合，结合，CDK1使底物蛋白磷使底物蛋白磷酸化、如将组蛋白酸化、如将组蛋白H1磷酸化导致染色体凝缩，核纤层蛋白磷酸化导致染色体凝缩，核纤层蛋白磷酸化，核膜解体等磷酸化，核膜解体等第二十八页，本课件共有38页29第二十九页，本课件共有38页30在中期当在中期当MPFMPF活性达到最高时，激活后期促进因子活性达到最高时，激活后期促进因子APCAPC，将泛素，将泛素连接在连接在cyclinBcyclinB上，泛素化的上，泛素化的cyclinBcyclinB被蛋白酶体被蛋白酶体(proteasome)(proteasome)降解，完成一个细胞周期。降解，完成一个细胞周期。周期蛋白周期蛋白N N端有一段序列与其降解有关，称降解盒端有一段序列与其降解有关，称降解盒(destruction box)(destruction box)。泛素由泛素由7676个氨基酸组成，高度保守。泛素化的蛋白质能被蛋个氨基酸组成，高度保守。泛素化的蛋白质能被蛋白酶体识别和降解，这是细胞内短寿命蛋白和一些异常蛋白酶体识别和降解，这是细胞内短寿命蛋白和一些异常蛋白降解的普遍途径。白降解的普遍途径。26S26S蛋白酶体是一个大型的蛋白酶，可将泛素化的蛋白质蛋白酶体是一个大型的蛋白酶，可将泛素化的蛋白质分解成短肽。分解成短肽。第三十页，本课件共有38页31DestructionBoxinCyclins第三十一页，本课件共有38页32第三十二页，本课件共有38页33第三十三页，本课件共有38页34M期CDK的激活起始于分裂期cyclin的积累。但Cyclin与CDK的结合，并不能使CDK激活结合cyclin B的CDK1被Wee1将Thr14和Tyr15磷酸化而不具有活性在M期，Wee1的活性下降，CDC25使CDK 的Thr14和Tyr15去磷酸化，去除了CDK活化的障碍。CDK的激活需要Thr161的磷酸化，它是在CDK激酶(CDK activating kinase CAK)的作用下完成的。M期CDK的激活第三十四页，本课件共有38页35第三十五页，本课件共有38页36五限制点在细胞周期中的作用五限制点在细胞周期中的作用细胞要分裂，必须正确复制细胞要分裂，必须正确复制DNA和达到一定的体积，在获和达到一定的体积，在获得足够物质支持分裂以前，细胞不可能进行分裂。细胞周得足够物质支持分裂以前，细胞不可能进行分裂。细胞周期的运行，是在一系列称为检验点（期的运行，是在一系列称为检验点（checkpoint）的严）的严格检控下进行的，当格检控下进行的，当DNA发生损伤，复制不完全或纺锤发生损伤，复制不完全或纺锤体形成不正常，周期将被阻断。体形成不正常，周期将被阻断。第三十六页，本课件共有38页37六、细胞周期检验点（check point）主要检验点：G1/S检验点：DNA是否损伤？细胞外环境是否适宜？细胞体积是否足够大？在酵母中称start点，在哺乳动物中称R点(restriction point)。S期检验点：DNA复制是否完成？G2/M检验点：DNA是否损伤？细胞体积是否足够大？中-后期检验点：纺锤体组装检验点。第三十七页，本课件共有38页感谢大家观看第三十八页，本课件共有38页