細(xì)胞增殖及調(diào)控細(xì)胞五

1、細(xì)胞增殖及調(diào)控細(xì)胞五,,細(xì)胞增殖(cell proliferation)是生命的基本特征，種族的繁衍、個(gè)體的發(fā)育、機(jī)體的修復(fù)等都離不開細(xì)胞增殖。 單細(xì)胞生物細(xì)胞增殖導(dǎo)致生物個(gè)體數(shù)量的增加,維持物種的存在。 多細(xì)胞生物由一個(gè)單細(xì)胞(受精卵)分裂發(fā)育而來(lái)， 細(xì)胞增殖是多細(xì)胞生物繁殖基礎(chǔ)(1 → 1012 → 1014) 成人體內(nèi)每秒鐘仍有數(shù)百萬(wàn)細(xì)胞更新，以補(bǔ)償血細(xì)

2、胞、小腸粘膜細(xì)胞和上皮細(xì)胞的衰老和死亡。另外,機(jī)體創(chuàng)傷愈合、組織再生、病理組織修復(fù)等都要依賴細(xì)胞增殖。,細(xì)胞增殖是通過(guò)細(xì)胞周期(cell cycle)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，細(xì)胞沿著G1→S→G2→M→G1周期性的運(yùn)轉(zhuǎn)，在間期細(xì)胞體積增大(生長(zhǎng))，在M期細(xì)胞先是核分裂，接著胞質(zhì)分裂，完成一個(gè)細(xì)胞周期。而細(xì)胞周期的有序運(yùn)行是通過(guò)相關(guān)基因的嚴(yán)格監(jiān)視和調(diào)控來(lái)保證的。 細(xì)胞無(wú)限制增長(zhǎng)對(duì)個(gè)體來(lái)說(shuō)意味著癌癥，個(gè)體無(wú)限制繁殖對(duì)地球來(lái)說(shuō)意味著災(zāi)難。

3、 可見，嚴(yán)格的細(xì)胞增殖調(diào)控是整個(gè)生命活動(dòng)的最基本保證。,第一節(jié). 細(xì)胞周期概述細(xì)胞周期: 細(xì)胞周期是指細(xì)胞從一次分裂結(jié)束開始，經(jīng)過(guò)物質(zhì)積累到下一次細(xì)胞分裂結(jié)束為止，所經(jīng)歷的一個(gè)有序過(guò)程。其間細(xì)胞遺傳物質(zhì)和其它內(nèi)含物分配給子細(xì)胞。,細(xì)胞分裂與細(xì)胞周期,二. 細(xì)胞周期中各個(gè)不同時(shí)相及其主要事件:G1期(gap1) :指從有絲分裂完成到DNA復(fù)制之前的間隙時(shí)間，染色質(zhì)去凝集，合成某些RNA及蛋白質(zhì)，為DNA復(fù)制作

4、準(zhǔn)備。 G1期存在限制點(diǎn)(Restriction point, R點(diǎn))，也稱檢驗(yàn)點(diǎn)(Checkpoint)被認(rèn)為是G1期晚期的一個(gè)基本事件。細(xì)胞只有在內(nèi)因和外因共同作用下才能完成這一基本事件,順利通過(guò)G1期,進(jìn)入S期并合成DNA。 影響R點(diǎn)的外因主要包括營(yíng)養(yǎng)供給和相關(guān)的激素刺激；內(nèi)因主要是一些與細(xì)胞分裂周期基因(cell division cycle gene，cdc基因，其產(chǎn)物是一些蛋白激酶、磷

5、酸酶等) 調(diào)控過(guò)程相關(guān)的因素及DNA損傷。 檢查點(diǎn)不僅存在于G1期，也存在于S期、G2期及紡錘體裝配檢查點(diǎn)等。,2. S期(synthesis phase) :指DNA復(fù)制的時(shí)期.進(jìn) 行DNA和組蛋白合成，共同組成核小體串珠結(jié) 構(gòu)。同時(shí)，細(xì)胞核結(jié)構(gòu)(核骨架、核纖層、核膜 等)開始調(diào)整。 S期檢驗(yàn)點(diǎn)檢查DNA復(fù)制是否完成。,The DNA replication checkpoint:

6、Entry into mitosis is blocked by incomplete DNA replication,The experiments of DNA replication checkpoint in the mammalian cells in culture were treated with caffeine and hydroxyurea.,3. G2期(gap2) :指DNA復(fù)制完成(雙倍體→四倍體)到有絲分裂

7、開始之前的一段時(shí)間.合成某些RNA及蛋白質(zhì)，其它結(jié)構(gòu)物質(zhì)和亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)也為細(xì)胞分裂進(jìn)行了必要的準(zhǔn)備。 G2/M期檢查點(diǎn)：DNA是否完全復(fù)制，DNA是否有損傷；細(xì)胞大小是否合適；環(huán)境因素是否有利于細(xì)胞 分裂。細(xì)胞能否順利進(jìn)入M期，受G2期檢查點(diǎn)的控制。4. M期(mitosis) :又稱D期(division),指細(xì)胞分裂開始到結(jié)束.細(xì)胞漿移動(dòng)，染色體分離。真核細(xì)胞的細(xì)胞分裂包括有絲分裂(mitosis)和減數(shù)分裂(meio

8、sis)。 中-后期檢驗(yàn)點(diǎn)：紡錘體組裝檢驗(yàn)點(diǎn)。,細(xì)胞周期檢查點(diǎn),Some eukaryotic cell cycle times,細(xì)胞周期的時(shí)間長(zhǎng)短與物種的細(xì)胞類型有關(guān)，如：早期胚胎細(xì)胞無(wú)G1 和G2，細(xì)胞周期最短；小鼠十二指腸上皮細(xì)胞的周期為10小時(shí)；人類胃上皮細(xì)胞24小時(shí)；骨髓細(xì)胞18小時(shí)；培養(yǎng)的人成纖維細(xì)胞18小時(shí)；HeLa細(xì)胞21小時(shí)。 不同細(xì)胞的細(xì)胞周期時(shí)間差異很大S+G2+M 的時(shí)間變化較小，細(xì)胞周期時(shí)

9、間長(zhǎng)短主要差別在G1期。,三.細(xì)胞分類: 根據(jù)增殖狀況的不同，高等動(dòng)物的細(xì)胞可分三類:1.連續(xù)分裂細(xì)胞(周期中細(xì)胞cycling cells): 在細(xì)胞周期中連續(xù)分裂的細(xì)胞,如表皮生發(fā)層細(xì)胞、部分骨髓細(xì)胞及干細(xì)胞。2.G0期細(xì)胞(靜止期細(xì)胞quiescent cells): 暫不分裂的細(xì)胞,但在適當(dāng)?shù)拇碳は驴芍匦逻M(jìn)入細(xì)胞周期,也稱休眠細(xì)胞,如淋巴細(xì)胞、肝、腎細(xì)胞等。3.終末分化細(xì)胞(Terminall

10、y Differentiated cells): 指不可逆地脫離細(xì)胞周期，高度特化，不再分裂的細(xì)胞，如神經(jīng)、肌肉、多形核細(xì)胞等。,四. 細(xì)胞周期同步化: 細(xì)胞同步化(synchronization)是指在自然過(guò)程中發(fā)生或經(jīng)人為處理造成的細(xì)胞周期同步化，前者稱自然同步化，后者稱為人工同步化。1.自然同步化:①多核體:如粘菌只進(jìn)行核分裂,而不發(fā)生胞質(zhì)分裂,形成多核體。數(shù)量眾多的核處于同一細(xì)胞質(zhì)中,

11、進(jìn)行同步化分裂,細(xì)胞核可多達(dá)達(dá)108個(gè),體積達(dá)5-6cm3。瘧原蟲也具有類似的情況。②某些水生動(dòng)物的受精卵:如海膽卵可以同時(shí)授精,最初的3次細(xì)胞分裂是同步的,再如大量海參卵受精后,前9次細(xì)胞分裂都是同步化進(jìn)行的。③增殖抑制解除后的同步分裂:如真菌的休眠孢子移入適宜環(huán)境后,它們一起發(fā)芽,同步分裂。,2.人工同步化⑴.人工選擇同步化:人為將處于不同時(shí)期的細(xì)胞分離出來(lái)①有絲分裂選擇法：用于單層貼壁生長(zhǎng)細(xì)胞。 優(yōu)點(diǎn): 是細(xì)胞

12、未經(jīng)任何藥物處理，細(xì)胞同步化效率高。 缺點(diǎn): 是分離的細(xì)胞數(shù)量少。②密度梯度離心法：根據(jù)不同時(shí)期的細(xì)胞在體積和重量上存在差別進(jìn)行分離（裂殖酵母）。 優(yōu)點(diǎn): 是方法 簡(jiǎn)單省時(shí)，效率高，成本低。 缺點(diǎn): 是對(duì)大多數(shù)種類的細(xì)胞并不適用。⑵.藥物誘導(dǎo)法:通過(guò)藥物誘導(dǎo),使細(xì)胞同步在細(xì)胞周期的某個(gè)時(shí)期,分裂中期阻斷法: 采用藥物(秋水仙素,秋水仙胺)通過(guò)抑制微管聚合來(lái)抑制細(xì)胞分裂器的形成，將細(xì)胞阻斷在細(xì)胞分裂中期。

13、優(yōu)點(diǎn):操作簡(jiǎn)便，效率高，無(wú)非均衡生長(zhǎng)現(xiàn)象 缺點(diǎn):藥物的毒性相對(duì)較大，可逆性較差3.條件依賴性突變株在細(xì)胞周期同步化中的應(yīng)用 將與細(xì)胞周期調(diào)控有關(guān)的條件依賴性突變株轉(zhuǎn)移到限定條件下培養(yǎng)，所有細(xì)胞便被同步化在細(xì)胞周期中某一特定時(shí)期。,第二節(jié). 細(xì)胞分裂 真核細(xì)胞的分裂方式有： 無(wú)絲分裂(amitosis) 有絲分裂(mitosis) 減數(shù)分裂(meiosis)

14、一.無(wú)絲分裂(amitosis):無(wú)絲分裂是低等生物的主要增殖形式,又被稱為直接分裂(direct division)。特點(diǎn)：1.無(wú)紡綞體, 不形成染色體; 2.分裂迅速,能量消耗 少; 3.易造成遺傳物質(zhì)分配不均等。,二. 有絲分裂(mitosis): 由核分裂(karyokinesis)和胞質(zhì)分裂(cytokinesis)組成，它是一個(gè)連續(xù)的分裂過(guò)程。1.有絲分裂器(mitotic apparatus):

15、包括紡綞體、中心體 紡綞體(spindle)由微管構(gòu)成,包括以下四種纖維:動(dòng)粒絲、連續(xù)絲、中間絲和星體絲。,2.有絲分裂器功能：       有絲分裂器由中心體形成，是一個(gè)暫時(shí)性的細(xì)胞器，專門執(zhí)行有絲分裂功能，在ATP提供能量下產(chǎn)生推拉力量，以確保兩套遺傳物質(zhì)能均等地分配給兩個(gè)子細(xì)胞。3.有絲分裂分期：間期(interphase)前期(propha

16、se)前中期(premetaphase)中期(metaphase)后期(anaphase)末期(telophase) 其中間期包括G1期、S期和G2期，主要進(jìn)行DNA復(fù)制、中心體復(fù)制、細(xì)胞體積增大等準(zhǔn)備工作。,⑴. 前期:①染色質(zhì)凝縮(condensation), 在前期末,染色體主縊痕(primary constriction)部位形成一種蛋白復(fù)合物動(dòng)粒(kinetochore);②細(xì)胞骨架解聚,分裂極確立,

17、星體形成，兩個(gè)星體逐漸向細(xì)胞的兩極運(yùn)動(dòng), 有絲分裂紡錘體(mitotic spindle)開始裝配、形成;③核仁解體,核膜消失, Golgi體,ER等細(xì)胞 器解體,形成小的膜泡。,S期中心粒已完成復(fù)制，在前期移向兩極，兩對(duì)中心粒之間形成紡錘體微管，微管通過(guò)微管結(jié)合蛋白在正極末端相連，核膜解體時(shí)，中心粒已到達(dá)兩極，并形成紡錘體。,紡錘體有三種微管結(jié)構(gòu)：①極體微管(polar mt)兩極間的微管,在紡錘體中部重疊,重疊部位

18、結(jié)合有分子馬達(dá) 。②著絲點(diǎn)微管(kinetochore mt),是從著絲點(diǎn)到另一極的微管；③星體微管(astral mt),由中心粒放射出來(lái)的微管。植物沒(méi)有中心粒和星體，其紡錘體稱無(wú)星紡錘體。,⑵.前中期: 核膜解體至染色體排列到赤道面(equatorial plane)上,紡錘體微管與染色體的動(dòng)粒結(jié)合，捕捉住染色體每個(gè)已復(fù)制的染色體的兩個(gè)動(dòng)粒，朝相反方向，保證與兩極的微管結(jié)合；紡錘體微管捕捉住染色體后，形成三種類型的微管不

19、斷運(yùn)動(dòng)的染色體開始移向赤道板，細(xì)胞周期也由前中期逐漸向中期運(yùn)轉(zhuǎn)。核膜破裂成小的膜泡，這一過(guò)程是由核纖層蛋白中特異的Ser殘基磷酸化導(dǎo)致核纖層解體,⑶.中期 染色體排列到赤道面上。,⑷.后期 指妹妹染色體單體分開并移向兩極的時(shí)期。分為后期A、后期B兩個(gè)過(guò)程。,排列在赤道面上的染色體的姐妹染色單體分離產(chǎn)生向極運(yùn)動(dòng)后期(anaphase)大致可以劃分為連續(xù)的兩個(gè)階段,即后期A和后期B后期A:動(dòng)粒微管去裝配變短,染色體

20、產(chǎn)生兩極運(yùn)動(dòng) 后期B:極性微管長(zhǎng)度增加,兩極之間的距離逐漸拉長(zhǎng),介導(dǎo)染色 體向極運(yùn)動(dòng),分裂溝位置的確立,收縮環(huán)形成,收縮環(huán)收縮,收縮環(huán)處細(xì)胞膜融合并形成兩個(gè)子細(xì)胞,Anaphase A: The movement of the chromosomes toward the poles; Kinetochore MT disaassenble at both ends during anaphase A.Anaphas

21、e B: The two spindle poles move farther apart. Both pushing and pulling forces contribute to anaphase B,The events of Anaphase: Both anaphase A and anaphase B contribute to the movement of chromosome toward the spindle p

22、oles,Anaphase B: The two spindle poles move farther apart,Metaphase,Late anaphase,The sliding of overlap MT at anaphase,A model explains the chromosome movement in anaphase,Two alternative models of how the kinetochore m

23、ay generate a poleward force on its chromosome during anaphase A.,⑸.末期 從子染色體到達(dá)兩極,至形成兩個(gè)新細(xì)胞為止的時(shí)期。涉及子核的形成和胞質(zhì)分裂兩個(gè)方面。 動(dòng)物細(xì)胞的胞質(zhì)分裂通過(guò)胞質(zhì)收縮環(huán)的收縮實(shí)現(xiàn)，收縮環(huán)由大量平行排列的肌動(dòng)蛋白組成。 用細(xì)胞松弛素處理這一時(shí)期的細(xì)胞，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？,染色單體到達(dá)兩極，即進(jìn)入了末期(telopha

24、se),到達(dá)兩極的染色單體開始去濃縮核膜開始重新組裝 Golgi體和ER重新形成并生長(zhǎng)核仁也開始重新組裝，RNA合成功能逐漸恢復(fù),有絲分裂結(jié)束,三. 減數(shù)分裂(meiosis): 減數(shù)分裂(meiosis)是有性生殖個(gè)體形成 生殖細(xì)胞過(guò)程中發(fā)生的一種特殊分裂方式。經(jīng)兩次細(xì)胞分裂，而DNA只復(fù)制一次，因此子細(xì)胞中染色體數(shù)目減半(2n → n)。,減數(shù)分裂,1.間期Ⅰ:稱前減數(shù)分裂間

25、期或前減數(shù)分裂期(premeiosis)。間期也可分為G1期、S期和G2期。G2期是有絲分裂向減數(shù)分裂轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵時(shí)期。減數(shù)分裂的S期時(shí)間較長(zhǎng)，部分DNA (約0.3%左右)是在合線期合成的。,2.減數(shù)分裂I:前期I: 減數(shù)分裂的特殊過(guò)程主要發(fā)生在前期I ，通常分為5個(gè)時(shí)期:①細(xì)線期(leptotene);②合線期(zygotene);③粗線期(pachytene);④雙線期(diplotene);⑤終變期(diakin

26、esis),細(xì)線期:染色質(zhì)呈細(xì)絲狀,(每條染色體已經(jīng)過(guò)復(fù)制),染色體呈細(xì)線狀，具有念珠狀的染色粒。持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)，占減數(shù)分裂周期的40%。特點(diǎn)：染色質(zhì)凝集，但兩條染色單體不分離，在顯微鏡下看不到雙線樣染色體結(jié)構(gòu)，而是呈細(xì)的單線狀; 染色體端粒通過(guò)接觸斑與核膜相連，而染色體的其它部分以袢狀伸延到核質(zhì)中?；ㄊ?bouquet stage) 。,偶線期(合線期):同源染色體(homologous chromosome)配對(duì)(pairing)

27、 —— 聯(lián)會(huì)(synapsis)偶線期發(fā)生的另一個(gè)重要事件是合成在S期未合成的約0.3%的DNA(偶線期DNA,即zygDNA) 聯(lián)會(huì):細(xì)線期中兩條同源染色體隨機(jī)排列,到了偶線期同源染色體與核膜相連的部分移位在一起,然后它們的側(cè)面沿中軸緊密相貼進(jìn)行配對(duì),形成四分體。 聯(lián)會(huì)復(fù)合體:在聯(lián)會(huì)部位(緊密相貼處)形成一種特殊結(jié)構(gòu),沿同源染色體縱軸分布,該結(jié)構(gòu)由蛋白質(zhì)構(gòu)成,可分為側(cè)生組分和中央組分,是一暫時(shí)性的結(jié)構(gòu)。,粗線期:染色體明顯變

28、粗變短;同源染色體的非姊妹染色單體間發(fā)生DNA的片斷互換(crossing-over),在光鏡下可看到交叉(chiasma)現(xiàn)象,可產(chǎn)生新 的等位基因組合。,同源染色體仍緊密結(jié)合,并發(fā)生等位基因之間部分DNA片段的交換和重組，產(chǎn)生新的等位基因組合， 出現(xiàn)重組節(jié)，與DNA的重組有關(guān)。 粗線期也合成一小部分DNA,稱為P-DNA, 編碼與DNA點(diǎn)切和修復(fù)有關(guān)的酶類。 粗線期的另一個(gè)重要的生化活動(dòng)是，合成減數(shù)分裂期專有

29、的組蛋白，并將體細(xì)胞類型的組蛋白部分或全部地替換下來(lái)。,雙線期:同源染色體開始逐漸分開,但仍有幾處相連,聯(lián)會(huì)復(fù)合體消失。,聯(lián)會(huì)的同源染色體相互排斥、開始分離，但在交叉點(diǎn)(cross over, chiasma)上還保持著聯(lián)系。 在魚類、兩棲類、爬行類、鳥類以及無(wú)脊椎動(dòng)物的昆蟲中，雙線期的二價(jià)體去凝集而形成燈刷染色體，這一時(shí)期是卵黃積累的時(shí)期。,終變期:染色體進(jìn)一步濃縮，交叉端化。,二價(jià)體顯著變短，并向核周邊移動(dòng)，在核內(nèi)均勻散開。所

30、以是觀察染色體的良好時(shí)期。交叉向染色體的端部移行, 故交叉數(shù)目減少，通常只有一至二個(gè)交叉。終變期二價(jià)體的形狀表現(xiàn)出多樣性,如V形、O形等。 核仁此時(shí)開始消失，核被膜解體，但有的植物，如玉米，在終變期核仁仍然很顯著。,中期Ⅰ  二價(jià)體排列在赤道面上,染色體的形態(tài)因著絲粒位置不同而異,后期Ⅰ 同源染色體在紡綞絲牽引下向兩極移動(dòng),非同源染色體自由組合末期Ⅰ 兩極各得到n條染色體,數(shù)目

31、由2n→n,染色體到達(dá)兩極,逐漸去凝集,在染色體周圍,核膜重新裝配, 細(xì)胞質(zhì)已開始分裂,完全形成兩個(gè)間期子細(xì)胞(具有間期細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)特征,但不進(jìn)行DNA復(fù)制,也沒(méi)有G1,S和G2期之分). 細(xì)胞進(jìn)入末期后,不完全恢復(fù)到間期階段,而是立即準(zhǔn)備進(jìn)行第二次減數(shù)分裂.,3.間期Ⅱ: 染色體不進(jìn)行復(fù)制4.減數(shù)分裂II: 可分為前、中、后、末四個(gè)四期，與有絲分裂相似。 一個(gè)精母細(xì)胞形成4個(gè)精子；一個(gè)卵母細(xì)胞形

32、成一個(gè)卵子及2-3個(gè)極體。,Minimum number of gamete types = 2n , In humans, n = 23,5.減數(shù)分裂的生物學(xué)意義:使有性生殖生物體的染色體數(shù)目世代保持恒定。同源染色體配對(duì)、交換重組、非同源染色體自由組合形成了眾多的由不同染色體組成的配子（223），增加了變異性，擴(kuò)大了后代的變異范圍，增強(qiáng)了個(gè)體對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。為遺傳三大定律的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)。,6.精子的發(fā)生:精巢的曲細(xì)精管上皮的精

33、原細(xì)胞,,初級(jí)精母細(xì)胞,,Ⅰ,兩個(gè)次級(jí)精母細(xì)胞,,Ⅱ,四個(gè)精細(xì)胞,,變形,四個(gè)精子,分化,7.卵子的發(fā)生:卵巢生發(fā)上皮的卵原細(xì)胞,,初級(jí)卵母細(xì)胞,,次級(jí)卵母細(xì)胞 + 第一極體,,卵細(xì)胞 + 3個(gè)第二極體,Ⅰ,Ⅱ,分化,第三節(jié). 細(xì)胞周期的調(diào)控一.MPF的發(fā)現(xiàn)及其作用: Rao和Johnson(1970、1972、1974)將HeLa細(xì)胞同步于不同階段,然后與M期細(xì)胞混合,在滅活仙臺(tái)病毒介導(dǎo)下,誘導(dǎo)細(xì)胞融合,發(fā)現(xiàn)與

34、M期細(xì)胞融合的間期細(xì)胞產(chǎn)生了形態(tài)各異的早熟凝集染色體(prematurely condensed chromosome, PCC),這種現(xiàn)象叫早熟染色體凝集(premature chromosome condensation)。,M期細(xì)胞與G1期細(xì)胞融合,M期細(xì)胞與S期細(xì)胞融合,M期細(xì)胞與G2期細(xì)胞融合,早熟凝集染色體的形成,提示M期細(xì)胞存在誘導(dǎo)染色體凝集(PCC)的物質(zhì),即成熟促進(jìn)因子(maturation promoting f

35、actor,MPF)。,G1期PCC為單線狀，因DNA未復(fù)制。,S期PCC為粉末狀，因DNA由多個(gè)部位開始復(fù)制。,G2期PCC為雙線染色體，說(shuō)明DNA復(fù)制已完成。,非洲爪蟾卵細(xì)胞成熟過(guò)程、受精和第一次卵裂示意圖,1971年，Masui和Markert明確提出了MPF這一概念，非洲爪蟾卵母細(xì)胞成熟過(guò)程可以人為地劃分為六個(gè)時(shí)期，第I至IV期為各級(jí)生長(zhǎng)卵母細(xì)胞，第IV期卵母細(xì)胞在孕酮作用下向第V，VI期轉(zhuǎn)化，進(jìn)而進(jìn)行第I第II次成熟分裂。成熟

36、卵母細(xì)胞受精后，很快便開始第一次卵裂。GV：Germinal vesicle，生發(fā)泡；GVBD：GV broken down, 生發(fā)泡破裂。,成熟卵細(xì)胞質(zhì)移植發(fā)現(xiàn)MPF的存在,注射實(shí)驗(yàn)表明：孕酮誘導(dǎo)卵母細(xì)胞成熟；成熟卵細(xì)胞質(zhì)中，含有卵母細(xì)胞成熟的因子，稱做MPF。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在有蛋白質(zhì)合成抑制劑存在的情況下，孕酮不能誘導(dǎo)卵母細(xì)胞的成熟，而成熟卵細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)則不需要蛋白質(zhì)合成。1988年，Maller實(shí)驗(yàn)室的Lohka等人發(fā)

37、現(xiàn)：MPF=p32+p45，具有蛋白激酶活性，可以使多種蛋白質(zhì)底物磷酸化，從而證明，MPF是一種蛋白激酶。,二. P34cdc2激酶的發(fā)現(xiàn)及其與MPF的關(guān)系:,芽殖酵母細(xì)胞周期   1960s Leland Hartwell以芽殖酵母為實(shí)驗(yàn)材料，利用阻斷在不同細(xì)胞周期階段的溫度敏感突變株 (在適宜的溫度下和野生型一樣), 分離出了幾十個(gè)與細(xì)胞分裂有關(guān)的基因(cell division cycle gene, cdc

38、)。如芽殖酵母的cdc28基因，在G2/M轉(zhuǎn)換點(diǎn)發(fā)揮重要的功能。,裂殖酵母細(xì)胞周期 1970s Paul Nurse等人以裂殖酵母為實(shí)驗(yàn)材料, 同樣發(fā)現(xiàn)了許多細(xì)胞周期調(diào)控基因, 如: 裂殖酵母cdc2的突變型在限制的溫度下無(wú)法分裂; 導(dǎo)致細(xì)胞停留在G2/M交界處。,進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)cdc2和cdc28都編碼一個(gè)34KD的蛋白激酶，二者為同源物其本身并不具備激酶活性，只有當(dāng)其與有關(guān)蛋白（p56cdc13）結(jié)合后，才能表現(xiàn)出激

39、酶活性，促進(jìn)細(xì)胞周期的進(jìn)行。,1983年Timothy Hunt首次發(fā)現(xiàn)海膽卵受精后,在其卵裂過(guò)程中兩種蛋白質(zhì)的含量隨細(xì)胞周期劇烈振蕩,在每一輪間期開始合成,G2/M時(shí)達(dá)到高峰,M結(jié)束后突然消失,下輪間期又重新合成,故命名為周期蛋白(cyclin)。后來(lái)在青蛙、爪蟾、海膽、果蠅和酵母中均發(fā)現(xiàn)類似的情況,各類動(dòng)物來(lái)源的細(xì)胞周期蛋白mRNA均能誘導(dǎo)蛙卵的成熟。 1988年M. J. Lohka 純化了爪蟾的MPF,經(jīng)鑒定由32K

40、D和45KD兩種蛋白組成,是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶,二者結(jié)合可使多種蛋白質(zhì)磷酸化。后來(lái), Paul Nurse(1990)進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證明p32實(shí)際上是CDC2的同源物,而P45是cyclinB的同源物,序列分析表明cyclinB與p56為同源物,從而將細(xì)胞周期三個(gè)領(lǐng)域的研究聯(lián)系在一起 。最終發(fā)現(xiàn), MPF = Cdc2蛋白(催化亞單位) + clyclinB(調(diào)節(jié)亞單位),MPF,p

41、34/p56,CyclinB,p32,？,,,p34,p45,？,,,p56,？,,,Cyclin B,2001年10月8日美國(guó)人Leland Hartwell、英國(guó)人Paul Nurse、Timothy Hunt因?qū)?xì)胞周期調(diào)控機(jī)理的研究而榮獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。,The Nobel Assembly at Karolinska Institute has awarded the Nobel Prize in Phy

42、siology or Medicine jointly to Leland Hartwell, Tim Hunt and Paul Nurse for their discoveries of "key regulators of the cell cycle". Using genetic and biochemical methods, they identified the molecules CDK and

43、cyclin that control the cell cycle in eukaryotic organisms. These fundamental discoveries have a profound impact on many aspects of biology and medicine. CDK and cyclin are key molecules that control and coordinate DNA-s

44、ynthesis, chromosome separation and cell division. CDK and cyclin together drive the cell from one cell cycle phase to the next.,The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2001,三. 細(xì)胞周期蛋白cyclin,特點(diǎn): 在細(xì)胞周期中呈周期性變化, 不同的周期蛋白均含有

45、一段100個(gè)氨基酸的保守序列, 稱為周期蛋白框, 介導(dǎo)周期蛋白與CDK結(jié)合。作用: 激活CDK, 組成不同的周期蛋白-CDK復(fù)合體,呈現(xiàn)不同的CDK激酶活性, 引導(dǎo)CDK作用于不同底物。M期cyclin的N端含有9個(gè)氨基酸的RXXLGXIXN破壞框(destruction box)序列, 參與由泛素介導(dǎo)的cyclinA和cyclinB的降解, 破壞框后為一段約含40個(gè)氨基酸的富含賴氨酸的區(qū)域。G1期cyclin不含破壞框, 但C端含

46、有與G1期cyclin更新有關(guān)的PEST序列.已知30余種, 在脊椎動(dòng)物中為A1-2、B1-3 、C、 D1-3、E1-2、F、G、H等。分為4類: G1型、G1/S型、S型、M型。,Destruction Box in Cyclins,細(xì)胞周期,部分哺乳動(dòng)物和酵母細(xì)胞周期蛋白在細(xì)胞周期中的積累及其與CDK激酶活性的關(guān)系,Cyclin A，B，D，E,Clb1，Clb 2 ，Cln1，2 Cln5，6,Cdc13，Cig1 Cig

47、2,細(xì)胞周期不同時(shí)相下cyclin與CDK的表達(dá)情況,G1期, 在生長(zhǎng)因子的刺激下, cyclin D表達(dá), 并與CDK4、CDK6結(jié)合, 使下游的蛋白質(zhì)如Rb磷酸化, Rb釋放出轉(zhuǎn)錄因子E2F, 促進(jìn)許多基因的轉(zhuǎn)錄, 如編碼cyclinE、A和CDK1的基因。G1-S期, cyclinE與CDK2結(jié)合, 促進(jìn)細(xì)胞進(jìn)入S期。CyclinE的抗體能使細(xì)胞停滯于G1期。在G2-M期, cyclinA、cyclinB與CDK1結(jié)合, CD

48、K1使底物蛋白磷酸化、如將組蛋白H1磷酸化導(dǎo)致染色體凝縮, 核纖層蛋白磷酸化使核膜解體。,不同類型的周期蛋白與周期蛋白激酶的配對(duì)關(guān)系及執(zhí)行功能時(shí)期,CDC2與細(xì)胞周期蛋白結(jié)合才具有激酶的活性,故名細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶(cyclin-dependent kinase,CDK)。CDC2又被稱為CDK1,可將特定蛋白磷酸化,促進(jìn)細(xì)胞周期運(yùn)行,又稱作細(xì)胞周期引擎。如將核纖層蛋白磷酸化導(dǎo)致核纖層解體、核膜消失；將H1磷酸化導(dǎo)致染色體的凝