细胞生物学细胞周期与调控讲稿.ppt
关于细胞生物学细胞周期与调控第一页，讲稿共六十一页哦n人来源于人 人的繁殖n“一切细胞来自细胞”细胞的增殖细胞增殖细胞增殖(cell proliferation)是细胞通过生长和分裂使细胞数目增加的过程。细胞增殖是细胞生命活动的基本特征之一细胞增殖细胞增殖?细胞周期与调控第二页，讲稿共六十一页哦 细胞增殖有十分精确的调控机制，表现出精确的平衡和严格的时间及空间的顺序性和周期性，如果异常就会产生疾病。n如造血细胞生成的速率小于血液中细胞死亡的速率，就会造成贫血；n机体局部细胞无休止的分裂就会产生肿瘤；n细胞增殖过程中染色体分配异常就会导致染色体病。所以探讨细胞增殖的机理对于医学的理论和实践有十分重要的意义。第三页，讲稿共六十一页哦第一节第一节 细胞周期的基本概念细胞周期的基本概念一、细胞周期（cell cycle)细胞增殖的顺序性和周期性：细胞周期生长分裂第四页，讲稿共六十一页哦（一）细胞增殖周期概念细胞周期细胞周期：指连续分裂的细胞连续分裂的细胞从亲代细胞分裂结束开始开始到子代细胞分裂结束为止为止所经历的全过程，简称细胞周期(cell cycle)。何为细胞周期何为细胞周期?第五页，讲稿共六十一页哦 DNA合成前期(G1期)间期 DNA合成期(S期)DNA合成后期(G2期)细胞周期 分裂期（M）前期、中期、后期、末期 “圆”常用于表示周期性概念第六页，讲稿共六十一页哦（二）细胞周期时间不同生物或不同 组织细胞的周期时间可以有很大差别:有的只需几十分钟，如早期胚胎细胞；有的要几十个小时，如某些上皮细胞和离体培养细胞；也有的要1-2年（肝、肾实质细胞）甚至更长的时间。细胞周期时间细胞周期时间(cycle time，TC)细胞增殖过程所经历的时间则称为细胞周期时间。何为细胞周期时间何为细胞周期时间?第七页，讲稿共六十一页哦不同细胞的周期时相差别很大：TC TG1 TS TG2 TM TC TG1小鼠食道上皮 87 75 7.2 4.1 0.7 12小鼠腹壁上皮 151 139 6.2 5.3 0.5 12 人大肠粘膜 24 10 11.5 2 0.5 14 人宫颈癌 20 8 6.8 4.5 1.5 12人羊膜 19.4 9.8 6.8 2.2 0.6 9.6大鼠肝 47.5 28 16 1.8 1.7 15.5人肺成纤维细胞 16.8 6 6 4 0.8 10.8 细胞时相(小时)第八页，讲稿共六十一页哦从表中可看出:n不同细胞的TC差别很大nTC与 TG1的变化一致nTS +TG2 +TM 值比较稳定,约12-24小时nTM 较小,约1小时左右可见可见,G1期时间决定细胞周期时间期时间决定细胞周期时间第九页，讲稿共六十一页哦二、细胞周期各时相的划分 合成前期（期）细胞增殖周期（TC）合成期（期）合成后期（期）分裂期（M）细胞周期各个阶段所需时间分别为:TG1、TS、TG2、TM TC =TG1 +TS +TG2 +TM 单位:小时第十页，讲稿共六十一页哦持续增殖细胞持续增殖细胞 不断进入周期，进行分裂，如皮肤生发层细胞，骨髓造血 细胞等。暂不增殖细胞暂不增殖细胞 又称期细胞，如肝肾的部 分细胞。肝切除后开始分裂修复。不增殖细胞不增殖细胞 即细胞失去增殖能力，合成（分化细胞）其功能性蛋白而走向分化，又称不育细胞或终末细胞。根据细胞增殖状态，将机体细胞分三类根据细胞增殖状态，将机体细胞分三类：第十一页，讲稿共六十一页哦分化死亡G01期细胞三种去向：第十二页，讲稿共六十一页哦0 期细胞的特点：表型分化的细胞，其性质与1期相似，因此，可视为延长了的1期细胞 暂停分裂 可恢复增殖能力 对药物的敏感性差期细胞即部分G1期细胞离开周期暂停分裂,当给予适宜的刺激时又可进入周期开始分裂，这类细胞称为0期细胞。如肝细胞、肾细胞等什么是G0细胞?第十三页，讲稿共六十一页哦细胞周期各时相生化特点的总结 G1 S G2 M G1A G1BRNA合成 S期需要的酶 DNA复制 有丝分裂因子 染色质组装为蛋白质合成 及前体物质 组蛋白、及微管蛋白的合成 染色体，均等核糖体形成 的合成 非组蛋白合成 分配入子细胞（细胞生长 （为DNA复 （为细胞分裂 胞质分裂 物质积累）制做准备）做准备）第十四页，讲稿共六十一页哦第十五页，讲稿共六十一页哦细细胞周期的特点有：胞周期的特点有：n单单向性向性 即即细细胞只能沿胞只能沿G1SG2M方向推方向推进进而不能逆行而不能逆行n阶阶段性段性 在在4个个连续连续的的时时相中，相中，细细胞的形胞的形态态与代与代谢谢特点有特点有较较明明显显的差异，的差异，细细胞可因某种原因在胞可因某种原因在某某时时相停滞相停滞(arrest)下来，待生下来，待生长长条件好条件好转转后，后，细细胞可重新活胞可重新活跃跃起来起来过过渡到下一渡到下一时时相。相。第十六页，讲稿共六十一页哦试想一想，46条染色质（每条染色体DNA长度约40000 m）绕在一个很小的范围内(细胞核直径约30m），如何平均分配？染色体形成的意义完成遗传物质的平均分配只有绕成一个个线团，才能平均分配。第十七页，讲稿共六十一页哦调控元素：细胞周期素(cyclin)细胞周期素依赖激酶 (cyclin-dependent kinase，CDK)细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂 （CDK inhibitory protein CKIS）Cyclins CDKs CKIS调控网络第二节第二节 细胞周期调控细胞周期调控第十八页，讲稿共六十一页哦背景n成熟促进因子(maturation promoting factor，MPF)=CDK1(cdc2)+cyclinB第十九页，讲稿共六十一页哦1983年，Evans等首次在海洋无脊椎动物中发现一组蛋白质呈周期性出现，并调节细胞的生长，其被确定为细胞周期蛋白(细胞周期素)。细胞周期蛋白（细胞周期蛋白（cyclin）至少发现有11种不同的cyclin，分别为A、B1、B2、C、D1、D2、D3、E、F、G和H。其中8种主要的cyclin己被分离。根据cyclin调控细胞周期时相的不同，可分为G1期和M期两大类。第二十页，讲稿共六十一页哦（一）（一）G1期胞周期蛋白（期胞周期蛋白（G1cyclin）作用在G1期或G1/S交界期，启动细胞周期和促进DNA合成的cyclin，G1期是增殖细胞唯一能接受从外界传入的增殖或抑制增殖信号的时期。pcyclin Dcyclin D：cyclin D1、cyclinD2、cyclin D3 pcyclin Ccyclin C pcyclin Ecyclin E：cyclin Ecyclin E1、cyclin E2cyclin E2 第二十一页，讲稿共六十一页哦第二十三页，讲稿共六十一页哦（二）（二）M期细胞周期蛋白（期细胞周期蛋白（M-cyclin）在G2M交界期诱导细胞分裂的cyclin。cyclinA：cyclin A是G1期向S期转移的限速因素，也可促进细胞从G2期向M期的转化。cyclinB：cyclin B是有丝分裂蛋白激酶的一个亚单位，能促进G2期向M期的过渡。哺乳动物cyclin B在S晚期合成。cyclin A与与cyclin B之间存在多种差异之间存在多种差异（1）周期积累方式不同，cyclin A含量在S期及G2期初最高，cyclin B在G2期末含量最高；（2）结合的催化亚基不同；（3）功能不同，cyclin A在S期发挥作用，与DNA的复制完成有关，cyclin B在G2M交界期发挥作用，诱发细胞分裂；（4）对细胞分裂的影响不同，cyclin B持续升高可使细胞停滞于分裂期，而cyclin A的持续升高并不影响细胞分裂的完成。第二十六页，讲稿共六十一页哦 二、细胞周期素依赖激酶二、细胞周期素依赖激酶(cyclin-dependentkinase，CDK)CDK是一类重要的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，包括CDK17种。催化亚基 CDK 复合物 调节亚基 cyclin。ATP的结合部位 第二十七页，讲稿共六十一页哦三、细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂三、细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂（CDKinhibitoryproteinCKIS）CKIS是CDK抑制蛋白，通过竞争性地抑制cyclin或cyclinCDK复合物，导致cyclin生物学功能丧失；G1期CKIS有2个蛋白家族：（一）INKs：p15、p16、p18、p19 是CDK4和CDK6的特异性抑制物。（二）CIP KIPs：p21、P27、p57等，抑制各种cyclin-CDK复合物，阻止CDK激酶的激活，或阻止活化的CDK激酶活性。第二十八页，讲稿共六十一页哦第三十二页，讲稿共六十一页哦p27丝裂原刺激G0G1SG2MG1SG2MG0DEAB细胞受丝裂原刺激后合成cyclin的时序和相对浓度第三十三页，讲稿共六十一页哦Cyclin B的降解途径第三十四页，讲稿共六十一页哦名称与之结合的细胞周期素CDK1CDK2CDK3CDK4CDK5CDK6CDK7CDK8cyclin Bcyclin A,D,E未知cyclin Dcyclin Dcyclin Dcyclin Dcyclin D细胞周期素及与之对应的CDKs第三十五页，讲稿共六十一页哦 细胞周期的调控可分为外源和内源性调控,外源性调控主要是细胞因子以及其它外界刺激引起；内源性调控主要是通过CyclinCDKCDI的网络调控来实现。调控中各元素间的相互作用调控中各元素间的相互作用 第三十六页，讲稿共六十一页哦图1.cyclin、CDK及CDKI 相互关系第三十七页，讲稿共六十一页哦 各种细胞周期蛋白随特定细胞时相而出现。各种细胞周期蛋白随特定细胞时相而出现。G1早期，cyclinD表达并与CDK2或CDK4结合，成为 始动细胞周期的启动子；G1晚期、进入S早期后cyclinE表达，并与CDK2结合，推动细胞进入S期；进入S期后，cyclin A表达，cyclinD、cyclin E降解；S晚期、G2早期，cyclIin A、cyclin B表达，并与cdc2(CDK1)结合，促进细胞进入M期。第三十八页，讲稿共六十一页哦 cyclin A 和CDK2相结合可以调节S期进入G2期；cyclin Bl2可与CDKl结合并在G2M转化期间活性达到最高峰；与cyclin C匹配的CDK及其酶解底物尚不清楚；cyclinH与cyclinC有较高的同源序列，可以和CDK7装配成全酶对细胞周期各阶段行使调节作用。第三十九页，讲稿共六十一页哦细胞转录因子（细胞转录因子（E2F）在许多DNA合成基因和细胞生长调控基因的启动子中均含有E2F的位点，E2F可以直接活化这些基因，启动DNA合成使细胞进入S期。在E2F基因活化转录功能区内有一段18个氨基酸的序列可与Rb结合，Rb通过与E2F功能区的结合遮盖其功能区，抑制其活性转录功能，抑制DNA合成。E1A的介入，释放出更多的游离E2F，影响着一些与转化表型有关的特定基因表达。第四十页，讲稿共六十一页哦Rb基因基因 Rb基因位于人类染色体13q14，其转录产物Rb蛋白是主要的转录信号连接物，在细胞周期中起制动器功能。它能与转录因子E2F结合并阻止相应基因转录表达，从而抑制细胞生长。cyclin D是Rb调节细胞周期的基础。cyclin D1-CDK4复合物可看做G1期Rb蛋白激酶，它能结合Rb的N末端，磷酸化Rb蛋白，使转录因子释放，导致G1S转化。第四十一页，讲稿共六十一页哦第四十二页，讲稿共六十一页哦cyclinD1与与Rb的功能是相互依赖的的功能是相互依赖的 低磷酸化的Rb还可刺激cyclin D1的转录，使其合成增加，并活化再导致Rb磷酸化，这样形成负反馈环以调节cyclin D1的表达。CyclinE-CDK2的作用是通过正反馈以促进Rb磷酸化和E2F的释放。第四十三页，讲稿共六十一页哦P21和和p27抑制抑制cyclin-CDK复合物的负性调节作用复合物的负性调节作用 P21结合并抑制多种cyclin-CDK复合物，负性调节CDK功能，实验证明，正常细胞多数cyclin-CDK复合物都与p21结合，而多数转化细胞中则不结合。P21是P53作用的靶点，p21启动子含有P53结合位点。G1期DNA损伤可激活p53，诱导P21转录，导致cyclin D-CDK4和cyclin E-CDK2抑制，从而阻止细胞进入S期，使损伤DNA得到修复。p21在p53介导的DNA损伤所致的G1期停滞中起重要作用。第四十四页，讲稿共六十一页哦 P53 P16 介导 抑制CDK4 p21 CDK4 cyclinD1 抑制CDK4 活化CDK4 P cdk 介导的磷酸化 Rb Rb P E2F 无活性复合物 E2F启动 DNA转录 G1 S DNA转录第四十五页，讲稿共六十一页哦 CDK活性状态是以磷酸化形式存在的活性状态是以磷酸化形式存在的。CAK（CDK激活酶）可诱导CDK磷酸化，而p27通通过过与与CDK亚亚单单位位的的结结合合，使CAK不能与CDK直接发生作用。非活化的CDK不能使Rb蛋白磷酸化，使细胞停留在G1期，对细胞周期进行负调控。P27还可阻止Rb蛋白磷酸化，其过度表达能抑制细胞进入G1期。p27在调节细胞进入和退出M期中起重要作用，抗丝裂原环境中细胞生长停滞与p27CDK2复合物的量相关。第四十六页，讲稿共六十一页哦第四十七页，讲稿共六十一页哦细胞周期阶段细胞周期阶段cyclin-CDK复合物复合物抑制因子抑制因子 P16 P21 P27 G1 cyclinD1-CDK4 G2/S cyclinE-CDK2 +S cyclinA-CDK2 +G2/M cyclinB-CDK2 +第四十八页，讲稿共六十一页哦问题与展望问题与展望 细胞周期通常受到信号传导途径和反馈环路的精确调控,其正常与否和细胞以及个体的生长、分化、衰老和癌变密切相关。经过一个完整的细胞周期后，有的细胞继续增殖,有的细胞可能暂不增殖或永不增殖。决定细胞周期后各类细胞命运的关键则是细胞周期的调控。目前对细胞周期的调控研究已作为生命科学研究的热点，随着研究的深入将进一步揭示细胞周期调控的分子机制、细胞信号传导途径、恶性肿瘤癌变机制，将对认识细胞生长的动力学、有目的的调控细胞周期、对肿瘤的防治干预具有重要的指导意义。第四十九页，讲稿共六十一页哦生长因子与生长因子受体生长因子与生长因子受体周期蛋白和周期蛋白依赖性激酶周期蛋白和周期蛋白依赖性激酶细胞增殖的调控第五十页，讲稿共六十一页哦第五十一页，讲稿共六十一页哦细胞增殖与医学肿瘤的恶性增殖：有机体局部器官组织的细胞超常增殖，其所形成的赘生物称为肿瘤。肿瘤组织的细胞也有三种增殖状态：、增殖型 、暂不增殖型 、永不增殖型 第五十二页，讲稿共六十一页哦细胞周期和肿瘤治疗 1、0期的肿瘤细胞对化疗药物不敏感，又具有肿瘤复发的潜在危险性。根据细胞增殖的调控机理，可以利用血小板源生长因子激活0期细胞，将它们驱入期，进入增殖状态，再用理化疗法就可以收到较为理想的效果。、细胞周期和用药 根据细胞周期代谢活动特点选用不同的治疗药物是临床治疗的常规方法。、用细胞或基因植入进行治疗 抑癌基因的导入或原癌基因的置换等进行基因治疗被认为有深远前景。第五十三页，讲稿共六十一页哦感感谢谢大大家家观观看看第六十一页，讲稿共六十一页哦
