细胞增殖及其调控3教案.ppt
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1、细胞增殖及其调控3 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望l1960sLelandHartwell,1970sPaulNurse以芽殖酵母和裂殖酵母为实验材料,利用温度敏感突变株,发现许多与细胞分裂有关的基因(celldivisioncyclegene,cdc)。l如:裂殖酵母cdc2、芽殖酵母cdc28 突变型在限制温度下无法分裂;Wee1 突变型提早分裂,cdc25 突变型细胞体积增大而不分裂;cdc2 和cdc28 都编码一个34KD的蛋白激酶(p3
2、4cdc2,p34cdc28),且属于同源物,均能促进细胞周期的进行,在调节G1/S转化中起作用。但这两种激酶只有结合相关蛋白后,才表现激酶活性。wee1 和cdc25 分别表现为抑制抑制和促进促进 CDC2的活性。FissionyeastFissionyeast裂殖酵母细胞周期裂殖酵母细胞周期buddingyeastbuddingyeast芽殖酵母细胞周期芽殖酵母细胞周期Cdc25&Wee1mutantCdc25&Wee1mutantCdc25表达不足,细胞长得过长而不分裂;Wee1表达不足,细胞很小就开始分裂了。l1980sTimothyHunt发现海胆的卵裂过程中两种蛋白质的含量随细胞周
3、期振荡,命名为周期蛋白(cyclinA和B)。后来发现各类动物来源的细胞周期蛋白mRNA均能诱导蛙卵的成熟。l1988年Lohka将非洲爪蟾的MPF纯化。经鉴定MPF由32KD和45KD两种蛋白组成,是一种丝氨酸/苏氨酸激酶。l进一步的研究发现MPF=CDC2+clyclinBMPF=CDC2+CyclinBLeland H.Hartwell R.Timothy(Tim)Hunt Sir Paul M.Nurse 2001年 10月 8日 美 国 人 LelandHartwell、英 国 人 Paul Nurse、TimothyHunt因对细胞周期调控机理的研究而获诺贝尔生理医学奖。二、二、二
4、、二、CDKCDKlCDC2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细胞周期蛋白依赖性激酶赖性激酶(cyclin-dependentkinase,CDK)。lCDC2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。l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。CKI对细胞周期起负调控作用,阻止Cyclin-Cdk复合物的装配或活性;而将细胞阻止在不同的检验点。如DNA受损后,细胞将停留于G1C
5、heckpoint让DNA修复或者凋亡。CDI包括INK4家族和CIP/KIP家族:-Ink4(Inhibitorofcdk4):P16ink4a,P15ink4b,P18ink4c,P19ink4d。特异性抑制cdk4cyclinD1,cdk6cyclinD1。-Kip(Kinaseinhibitionprotein):P21cip1(cyclininhibitionprotein1)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(proliferatingcellnuclearantigen)结合,直接抑制DNA的合成。三、细
6、胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子三、细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子三、细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子三、细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子(CDKinhibitorCDKinhibitor,CKICKI)P21cip1抑制抑制CDK和和PCNATwosuchcheckpoints:1.OneinlateG1:proventsentryintoSphase;2.OneinlateG2:proventsentryintomitosis;P53:generegulatoryprotein.DNAdamageactivatesp53byanindirectmechanism.P21(CKIprotein)bi
7、ndstoG1/S-CdkandS-Cdkandinhibitstheiractivities,therebyhelpingtoblockentryintoSphase.Mdm2actsasaubiquitinligasethattargetsp53fordestructionbyproteasomes.Phosphrylatedp53reduceitsbindingtoMdm2.vDNAdamagecheckpoint:Cell-cycleprogressionisblockedbyDNAdamageandp53四、细胞周期蛋白(四、细胞周期蛋白(四、细胞周期蛋白(四、细胞周期蛋白(cycl
8、incyclin)l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,称为周期蛋白框周期蛋白框,介导周期蛋白与CDK结合。l作用:激活CDK,决定CDK何时、何处、将何种底物磷酸化,从而推动细胞周期的前进。l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。l分为4类:G1型、G1/S型、S型、M型。lG1期:期:在生长因子的刺激下,cyclinD表达,并与CDK4、CDK6结合,使下游的蛋白质如Rb磷酸化,Rb释放出转录因子E2F,促进许多基因的转录,如编码cyclinE、A和CDK1的基因。lG1-S期:期:cyclinE与CDK2结合
9、,促进细胞进入S期。CyclinE的抗体能使细胞停滞于G1期。l在在G2-M期:期:cyclinA、cyclinB与CDK1结合,CDK1使底物蛋白磷酸化、如将组蛋白H1磷酸化导致染色体凝缩,核纤层蛋白磷酸化使核膜解体。五、五、五、五、Cyclin-Cdk Cyclin-Cdk 复合物的多样性及细胞周期调控复合物的多样性及细胞周期调控复合物的多样性及细胞周期调控复合物的多样性及细胞周期调控不同类型的不同类型的不同类型的不同类型的CDK/cyclinCDK/cyclin复合体复合体复合体复合体*包括包括D1-3,各亚型,各亚型 cyclin D 在不同细胞中在不同细胞中的表达量不同,但具有相同的
10、功效。的表达量不同,但具有相同的功效。lcell cycle regulationlM期CDK的激活起始于分裂期cyclin的积累。其浓度决定于降解的速度;但在大多数细胞的有丝分裂周期中,cyclin的积累是因为在G2-M期cyclin基因转录的增强。l结合cyclinB的CDK1被Wee1将Thr14和Tyr15磷酸化而不具有活性,使CDK/cyclin不断积累。l在M期,Wee1的活性下降,CDC25使CDK去磷酸化,去除了CDK活化的障碍。lCDK的激活需要Thr161的磷酸化,它是在CDK激酶(CDKactivatingkinase,CAK)的作用下完成的。M M期期期期 CDK CD
11、K 的激活的激活的激活的激活CDK activatingCDK activating1、Wee/Mik-14、15-磷酸化2、Cdc25c-14、15-去磷酸化3、CAK-16磷酸化vTheactivationofM-phasecyclin-Cdkcomplexes(M-Cdks)triggersentryintomitosisTheactivationofM-Cdk在中期当MPF活性达到最高时,激活后期促进因子APC(anaphasepromotingcomplex),将泛素连接在cyclinB上,cyclinB被蛋白酶体(proteasome)降解,完成一个细胞周期。分裂期周期蛋白N端有一
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