肿瘤防治研究2019年第46卷第2期?Cancer?Res?Prev?Treat,2019,V ol.46,No.2·178·
doi:10.3971/j.issn.1000-8578.2019.18.0930
脊索瘤分子调控机制的研究进展
梁辰，杨辰龙，刘晓光
Research Advances in Molecular Regulatory Mechanism of Chordoma
LIANG?Chen,?YANG?Chenlong,?LIU?Xiaoguang
Department of Orthopaedics, Peking University Third Hospital, Beijing 100191, China Corresponding Author: LIU Xiaoguang, E-mail: xgliuspine@https://www.doczj.com/doc/f816863242.html,
Abstract:?Chordoma?is?a?rare?primary?malignant?bone?tumor?derived?from?notochord?remnants.?Due?to?its?strong?local?invasiveness?and?chemotherapy?resistance,?chordoma?has?a?high?local?recurrence?rate?and?poor?prognosis.?Although?previous?studies?identified?many?molecules?including?brachyury?as?the?oncogenes?in?chordoma,?the?pathogenesis?of?chordoma?remains?to?be?fully?elucidated.?The?treatment?of?chordoma?is?still?a?challenge?for?the?surgeons.?In?recent?year,?multiple?novel?biomarkers?such?as?iASPP,?SMARCB1?and?signaling?pathways?like?PI3K/AKT?have?been?reported?to?be?related?with?the?pathogenesis?of?chordoma.?Identifying?crucial?targets?and?signaling?pathways?is?helpful?to?understand?the?pathogenesis?of?chordoma?further,?and?lays?a?solid?foundation?to?develop?new?drugs?to?improve?the?therapeutic?effects?of?chordoma?on?the?other?hand.?In?this?paper,?we?aim?to?review?the?recent?advances?in?molecular?regulation?mechanism?of?chordoma.
Key words: Chordoma;?Molecule;?Regulatory?mechanism;?Signaling?pathway;?Epigenetics
摘?要：脊索瘤是起源于胚胎残余脊索组织的原发性恶性肿瘤。由于脊索瘤局部侵袭性高及化疗耐受性强，其复发率较高，预后较差。虽然相关研究发现原癌基因Brachyury等多个分子参与脊索瘤发生发展，然而其病因仍不明确。脊索瘤的治疗仍然是困扰临床医生的难题。近年来，新的分子标志物iASPP、SMARCB1及信号通路PI3K/AKT等被证实与脊索瘤的发生相关。确定关键分子及信号通路，一方面有助于深入了解脊索瘤的病因及发病机制，另一方面也为研发新的靶向药物以改善脊索瘤治疗现状奠定基础。本文从目前研究较多的关键分子、信号通路及表观遗传学等方面对脊索瘤分子调控机制的研究进展进行综述。
关键词：脊索瘤；分子；调控机制；信号通路；表观遗传学
中图分类号：R738.1
文献标识码：A 开放科学(资源服务)标识码(OSID)：
收稿日期：2018-07-10；修回日期：2018-11-16
作者单位：100191?北京，北京大学第三医院骨科
通信作者：刘晓光，E-mail:?xgliuspine@https://www.doczj.com/doc/f816863242.html,
作者简介：梁辰（1988-），男，博士在读，主要从事
脊柱肿瘤的基础及临床研究·综?述·
0?引言
脊索瘤是起源于胚胎残余脊索组织的原发肿瘤，国外数据统计其发病率约为百万分之一，占恶性骨肿瘤的1%~4%。肖建如等曾对近十年华东地区3个大型数据库中的1?209例原发性骨肿瘤数据进行分析，结果显示脊索瘤在恶性骨肿瘤中所占比例高达9.8%。该肿瘤发病年龄在50~60岁，男性多于女性，儿童罕见。组织学上，脊索瘤分为经典型，软骨型及去分化型，以经典型为主。发生部位以中轴骨、骶骨最多，其次是颅底及脊柱其他节段[1-2]。脊索瘤为低、中度恶性肿瘤，生长缓慢，起病隐匿，症状不典型，确诊时多数肿瘤体积较大，且临近结构复杂，手术切除难度高。脊索瘤对化疗不敏感，对放疗部分敏感，目前手术切除配合放疗是治疗脊索瘤的常规手段。然而，脊索瘤术后复发率较高，中位生存期6~7年，5年生存率约为65%，10年生存率约为35%[3]。虽然肿瘤的多模式治疗发展迅速，然而脊索瘤的治疗仍是困扰临床医生的难题。既往研究表明，脊索瘤的发生发展具有复杂的调控机制。近年来，有关脊索瘤分子生物学研究逐渐深入，包括Brachyury在内的多个分子、信号通路及mi-croRNA被相继发现，脊索瘤相关靶向治疗也取得一定进展。本文主要对脊索瘤发生发展过程中关键分子、信号通路及表观遗传学等方面的最新研究进展进行综述。
关键分子及信号通路的选择，主要是将肿瘤发生的经典途径与脊索瘤的自身特点相结合，
选取与脊索瘤发生高度相关的分子及信号通路
2001年诺贝尔生理学和医学奖
细胞周期调控 一、背景介绍 2001年诺贝尔生理学医学奖授予美国西雅图弗瑞德·哈钦森癌症研究中心的Leland H Hartwell、英国伦敦皇家癌症研究基金会的Sir Paul M. Nurse和R. Timothy Hunt，以表彰获奖者们在细胞周期调控方面的卓越发现和贡献。 Leland (1939年生)在上世纪60年代末便认识到用遗传学方法研究细胞周期的可能性。他采用啤酒酵母细胞建立系统模型，经过一系列试验，分离出细胞周期基因发生突变的酵母细胞。Hartwell和其他科学家相继发现了100多种与细胞周期调控相关的CDC基因族。其中，Hartwell发现的CDC28调控细胞周期G1期进程的第一步，故又称为“start”基因。另外，Hartwell在研究酵母细胞对辐射的敏感性基础上，提出了著名的“checkpoint”概念，即当DNA受损时，细胞周期会停止。这一现象的生理意义在于，在细胞进入下一个细胞周期之前能有足够的时间进行DNA修复。后来，Hartwell将“checkpoint”的概念扩展到调控并保障细胞周期各期之间的正确顺序。 Sir Paul (1949年生)继Hartwell之后在70年代中期采用非渊粟酒裂殖酵母细胞为模型，发现了cdc2基因在细胞分裂(从G2期到有丝分裂期)调控方面起重要作用。后来，他发现cdc2与Hartwell在啤酒酵母中发现的“start”基因相同，还可调控从G1期到S期的转变。因此，cdc2基因可调控细胞周期的不同阶段。 1987年，Nurse分离出人类的相应基因——CDK1。Nurse发现CDK的活性依赖可逆性的磷酸化反应。基于这些理论，又有一些人类的CDK分子相继被发现。R. Timothy Hunt(1943年生)在80年代早期发现了第一个周期蛋白分子。周期蛋白是一种在细胞周期中周期性产生和降解的蛋白质。周期蛋白与CDK分子结合，调节CDK的活性。Hunt首先发现，在海胆细胞中周期蛋白在细胞周期中会发生周期性的降解，这是调控细胞周期的重要机制。Hunt在其他物种中也发现了周期蛋白，这些周期蛋白在进化过程中高度保守。 3位诺贝尔奖获得者创建了细胞周期调控的分子机制。CDK分子的含量在细胞周期中是恒定的，但是它的活性却因周期蛋白的调控作用而不同。周期蛋白和CDK分子共同驱动细
项目名称:细胞分裂增殖调控的分子机理研究 完成人: 张传茂、蒋青、付文祥、傅静雁、王刚、陈强、刘沁颖 主要完成单位:北京大学 项目简介： 细胞分裂增殖是生物个体生长、发育和繁殖最重要的生命活动。它是由一系列高度动态且受到精密调控的细胞周期事件构成，包括细胞分裂起始时中心体复制、分离和成熟，核膜崩解，染色体凝集和列队，双极纺锤体装配等；以及细胞分裂结束时染色体去凝集，核膜重建等。这一复杂而精细的过程受到CDK、Polo 以及Aurora激酶家族严格的时空调控。细胞分裂增殖的异常会导致包括生长发育异常和肿瘤在内的多种疾病的发生。因此，有关细胞分裂增殖的机理研究具有重大的理论意义和应用价值。 本项目主要研究细胞分裂增殖过程中核膜崩解与重建的动态变化、中心体成熟、染色体凝集与列队以及双极纺锤体装配的调控机制，并取得了以下多项重要成果： 1. 建立了应用相关蛋白质小球和细胞(包括卵细胞)提取物为材料的非细胞体系核膜重建模式，并发现核转运蛋白importin-β参与核膜装配(Curr Biol, 2001, 2002)，使得核膜重建机理研究获得突破性进展。发现结合染色质的含有核定位信号的蛋白(如Nucleoplasmin)能够招募核转运蛋白importin-α，而importin-α又进一步招募importin-β。Importin-β通过结合被p34cdc2磷酸化了的核纤层受体蛋白LBR，将含有LBR的膜泡募集到染色质表面，并在RanGTP的作用下将它们释放下来以促进核膜重建(JBiolChem, 2010; JCell Sci, 2007; Cell Res,2012)，进一步为核膜装配的机理研究提供了重要理论基础。 2. 发现单个氨基酸位点突变可以在细胞定位和功能上实现Aurora-A向Aurora-B的转变，证实Aurora-A和Aurora-B激酶在调控细胞分裂时通过与不同底物结合，调控其自身的定位和功能，为分析Aurora-A和Aurora-B在细胞增殖过程中的调控模式及其在进化上的联系提供了新认识，也为特异性激酶抑制剂的筛选提供了新思路(PNAS, 2009)。该成果受到国际同行的积极评价，并被《NatRevCancer》、《Cur Opin Cell Biol》等广泛引用。 3. 发现Aurora A通过磷酸化TACC3蛋白，促进TACC3与纺锤体定位的clathrin结合并共同参与调控纺锤体装配(JCell Sci, 2010)。发现TACC3能够促进非中心微管成核、小星体装配和动粒-微管结合，再通过分选等关键调控步骤，建立纺锤体与染色体之间的联系(PNAS, 2013)，为双极纺锤体的装配、染色体列队和分离以及细胞分裂奠定了基础。上述成果对认识细胞分裂的机理具有非常重要的意义，受到国际同行的积极评价，并被《NatRevMolCell Biol》、《JCell Biol》等广泛引用。 4. 发现有丝分裂期激酶CDK1和Plk1时序性磷酸化中心体蛋白Nedd1，促进Nedd1与γ-tubulin的结合以增强γ-TuRC 在中心体的募集和微管锚定，进而促进中心体成熟和纺锤体装配(JCell Sci, 2009)。发现Plk1在细胞进入有丝分裂期之前促进纤毛的解聚(JCell Sci, 2013a)，为研究中心体成熟、纤毛解聚与细胞周期调节之间的内在联系提供了全新的机制，并受到了国际同行的认可和广泛引用。其中，针对Plk1在纤毛解聚中的研究，《JCell Sci》在出版当期以“PLK1 links ciliary disassembly andmitosis”为题作出配图评述和亮点文章推介。同时，国际顶级期刊《NatRevMol Cell Biol》也为该成果刊发了题为“Coordinating ciliary dynamics and cell proliferation”的研究亮点短评。
附件1 G6PD基因G487A位点突变调控黑色素瘤增殖 的分子机制 一、项目基本情况 候选人：朱月春，杨银峰，况应敏，田兴亚，胡滔， 张春华，蔡天池，唐琼玲，李丹怡，吕会茹， 任娜，张正 完成单位：昆明医科大学 推荐单位：云南省教育厅 项目所属学科：基础医学 任务来源：国家计划 计划名称和编号： 1.国家自然科学基金项目《红细胞G6PD缺乏时溶血机理的研究》，项目编号：39960027，2000/01-2002/12、13万元，主持人田兴亚。 2.国家自然科学基金项目《云南阿昌族G6PD基因扫描及其克隆表达》，项目编号：30460049，2005/01-2007/12、20万元，主持人朱月春。 3.国家自然科学基金项目《G6PD与人皮肤黑色素瘤STAT5信号传导通路的研究》，项目编号：30860322，2009/01-2011/12、20万元，主持人朱月春。 4.国家自然科学基金项目《G6PD和NADPH氧化酶调控人黑
色素瘤细胞ROS水平及STAT5活性的分子机制》，项目编号：81160246，2012/01-2015/12、55万元，主持人朱月春。 二、项目简介 葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（Glucose-6-phosphate dehydrogenase，G6PD）是磷酸戊糖途的关键酶。人G6PD基因位于Xq2.8，G6PD缺陷不仅引起新生儿黄疸、药物或食物诱导的急性溶血和慢性非球形红细胞性贫血等血液病，还与其他疾病如疟疾、肿瘤、糖尿病、艾滋病等有关。G6PD缺陷是人类最常见的遗传病之一，全世界患病人数超过4亿；云南省是G6PD缺乏症的高发区，并且G6PD 基因变异存在民族及地域性差异，是云南省少数民族高发的基因变异之一。同时，云南也曾经是疟疾流行区，而G6PD缺陷常被认为是疟疾阳性选择的结果。 该研究结合云南地域和民族的特点，在上述4项国家基金资助下，应用生化与分子生物学技术，历时16年，从云南少数民族G6PD基因变异及其溶血机理、到阿昌族G6PD基因克隆表达及酶动力学，重点研究了G6PD在UV密切相关黑色素瘤发生发展中的作用与分子机制，构成了从溶血性疾病到肿瘤的G6PD基因-功能系列研究并获得了如下发现： 1.调查了云南阿昌族G6PD缺陷的发病率，鉴定了云南阿昌族G6PD新单体型G6PD 487G>A/IVS5-612(G>C)，并从酶动力学和分子建模阐明了G6PD 487G>A所致急性溶血的可能机理。 2.构建了稳定敲低G6PD、NOX4表达的人黑色素瘤A375稳转细胞株（A375-G6PDΔ、A375-NOX4Δ），构建了G6PD过表达的A375-G6PDΔ-G6PDWT和A375-G6PDΔ-G6PDG487A稳转细胞株。
项目名称：作物应答盐碱胁迫的分子调控机理首席科学家：郭岩中国农业大学 起止年限：2012.1-2016.8 依托部门：教育部
一、关键科学问题及研究内容 拟解决的关键科学问题： 在前期973项目研究的基础上，本项目以水稻、玉米和拟南芥为材料，拟解决的主要科学问题是：作物重要耐盐碱基因的克隆，植物盐碱胁迫信号感受和重要调控单元的鉴定、作用机制分析以及作物耐盐碱品种培育的分子设计。我们将针对我国不同地区的盐土、碱土和苏打盐土的特殊性、围绕植物响应盐碱胁迫的信号感受-信号转导和基因转录调控两个网络交叉互作的重要节点进行重点研究、并根据得到的重要节点组成的调控单元（Regulatory module），通过“智能型”转化系统进行初步耐盐碱作物的分子设计。这些问题的解决，不仅对解析植物耐盐碱机理和阐明植物适应其它非生物逆境的机理有重要的理论意义，同时对耐盐碱作物分子设计育种和耐盐碱作物新品种培育以及我国盐碱土地的开发利用具有重要的应用前景。 主要研究内容： 在前期973项目顺利实施的基础上，根据作物应答盐碱胁迫的“信号感受—转导—蛋白修饰—染色质修饰/转录调控—离子平衡/细胞活性—反馈互作及网络调控”的基本过程和研究思路，围绕植物响应盐碱胁迫的信号转导和基因转录调控两个网络的交叉互作调控，寻找负责调控植物盐碱胁迫反应的两个网络的重要节点以及由包括这个（或这些）重要节点组成的重要调控单元，重点探讨植物对盐碱胁迫的感知、染色质修饰与盐碱胁迫反应关键基因转录活性调控和植物耐盐碱的关系。使我们能够比较系统和深入地了解植物对盐碱胁迫反应的分子机制，并为通过分子设计培育耐盐碱作物（玉米、水稻）新品种提供理论基础和遗传材料。 通过创造（人工诱变、渗入系等）主要农作物耐盐碱材料和寻找地方品种耐盐碱资源，分离、克隆耐盐碱基因或QTL，明确它们在抗逆调控途径中的位置，初步阐明其耐盐碱的分子调控机理，为作物品种改良提供有利的抗逆新基因。 项目拟研究的主要内容包括： 1）作物感应高盐胁迫的分子机制；
畜禽肌肉和脂肪发育的分子调控机制研究
一、研究内容 （一）项目的总体设想 动物骨骼肌和脂肪细胞的分化、生长和组织发育的调控过程实际上是内在的遗传和表观遗传基础和外在的各种信号分子互作的结果。目前在该研究中存在的主要问题包括：（1）对组织器官的发育学研究还多半停留在单个基因或单个分子调控作用的水平，从系统、多层次和调控分子之间网络联系开展的研究不足，因而不利于对组织器官的发育从整体和完整过程的角度解析其发育的分子机制；（2）一些调控层次，如表观遗传学、RNA、信号分子、内在代谢与微环境等层次上的研究尚属新兴，缺乏深入研究的资料，因而难以客观把握组织器官系统发育多重控制的机制；（3）对骨骼肌和脂肪发育的研究大多集中在人和实验鼠上，由于有限的物种资源，难以从比较生物学角度全面揭示细胞分化调控网络的发生、发展机制。而且已有的研究多是针对骨骼肌和脂肪代谢疾病有关的发病机理，研究存在一定的局限性。（4）近年来，通过干细胞技术和基因敲除等手段，在大小鼠等经典模式动物的骨骼肌和脂肪发育研究方面取得了一系列的进展，揭示了控制干细胞分化及骨骼肌和脂肪发育的多种重要基因和调控通路。但在猪和鸡上，相应的手段和资料相对不足，尤其是猪、鸡骨骼肌和脂肪的胚胎干细胞技术还不够成熟，因而多能胚胎干细胞分化为猪、鸡骨骼肌和脂肪前体细胞的分子机制认识不足；其他模式动物大许多数据尚未在猪和鸡上印证，因而不够明了猪和鸡骨骼肌与脂肪发育机制的特点；骨骼肌和脂肪发育表观遗传学方面的研究尚属新兴，因而不能能解析猪和鸡品种品系发育差异的机制。（5）虽然转基因猪和鸡都有成功的报道，但技术方法尚未能达到实际生产应用的要求，也未见涉及针对调控发育基因方面的研究。 本项目运用干细胞、功能基因组、非编码RNA、RNA和蛋白组学、信号传导等先进研究手段，采用比较生物学研究策略，分别从基因转录与转录后沉默、DNA与蛋白质修饰，外周信号转导通路等层次深入研究猪和鸡的肌肉和脂肪组织发生、细胞生长和分化过程中，DNA、RNA、蛋白质以及外周信号分子之间互作的调控网络关系和系统发生机制，并在miRNA鸡的培育方面进行攻关，填补发育研究领域的一些不足，可望在猪和鸡等畜禽肌肉和脂肪发育的分子调控理论及其应用方面取得重要突破。 基于上述设想，本项目重点解决下列关键科学问题：
浅谈细胞周期调控 朱春森 摘要：近年来有关细胞周期调控机制研究进展较快，细胞周期调控可分为G1期调控和非G1期调控。在G1期调控中，细胞周期蛋白依赖性激酶复合体CDK激活后,通过Rb蛋白和转录因子启动基因转录。P16、p21、p15等蛋白通过抑制CDK的活性而发挥作用。P53蛋白和ｍｄｍ2蛋白协同调节细胞周期活动。细胞周期的停滞或细胞凋亡对维护基因组稳定有重要意义。 关键词：细胞周期调控 Cyclin CDK CDI 调控机制 细胞周期调控是指各种调控因子通过自身的激活和灭活,使细胞启动和完成细胞周期重要事件,并保障这些事件按次序正常进行。细胞周期调控对维护基因组的稳定有着重要的意义。 1. 细胞周期调控的分子基础 细胞周期调控的分子基础包括细胞周期蛋白(Cyclin)、细胞周期蛋白依赖蛋白激酶(CDK)和细胞周期蛋白依赖蛋白激酶抑制物(CDI)。它们分别包括CyclinA、CDK17和ｐ21、ｐ27、ｐ18等,ｐ53和视网膜母细胞瘤蛋白(pRb)也参与细胞周期调控。 Cyclin 周期蛋白不仅仅起激活CDK的作用，还决定了CDK何时、何处、将何种底物磷酸化，从而推动细胞周期的前进。目前从芽殖酵母、裂殖酵母和各类动物中分离出的周期蛋白有30余种，在 脊椎动物中为A 1-2、B 1-3 、C、 D 1-3 、E 1-2 、F、G、H等。分为G 1 型、G 1 /S型S型和M型4类（见表 1）。各类周期蛋白均含有一段约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。 表1不同类型的周期蛋白 *包括D1-3，各亚型cyclin D，在不同细胞中的表达量不同，但具有相同的功效 CDK
细胞周期的关键分子调节机制 摘要：细胞周期是指连续分裂的细胞从一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂完成所经历的整个序贯过程. 细胞周期中每一事件都是有规律、精确地发生, 并且在时间与空间上受到严格调控. 细胞周期中最关键的三类调控因子是: cdc 基因、周期蛋白依赖性激酶( CDKs) 及细胞周期蛋白( cyclin) . 这些调控因子的发现对肿瘤学及发育生物学的发展都有重要的理论和实践意义. 关键词：细胞周期, cdc 基因, 周期蛋白依赖性激酶, 细胞周期蛋白 细胞周期( cell cycle) 是保证细胞正确增殖的过程, 对一个细胞而言, 在分裂过程中获得生存所必需的物质是最关键的环节, 尤其是合成遗传所需物质 . 细胞周期可划分为4 个时相, 即G1、S、G2 和M 期. 在G1 期中, 细胞不断生长发育. 当达到一定体积时, 细胞就会进入DNA 合成( S)期, 细胞内遗传物质开 始复制, 最终形成两套完整的染色体组( chromosome set) , 细胞便进入有丝分裂前的准备( G2) 期. 在有丝分裂(M) 期, 染色体组分离、细胞质分裂, 两套染色体平均分配给两个子细胞, 从而完成一个细胞周期( 图1) . 图1 细胞周期4 个时相 细胞周期中最关键的三类调控因子是: cdc 基因、周期蛋白依赖性激酶( CDKs) 及细胞周期蛋白( cyclin) . 1.cdc基因
1.1 cdc基因的发现 哈特韦尔采用遗传学方法, 用芽殖酵母( Saccha rymyces cerevisiae)作为实验对象研究细胞周期.20世纪70年代初，他通过温度敏感突变技术筛选出突变酵母细胞, 这些细胞的生长停滞在特定的细胞周期时相 , 从而确定缺陷基因所编码的蛋白质在细胞周期调控中的作用，利用种方法,他成功地分离出上百个涉及细胞周期调控的基因（图2）,并命名为cdc 基因. 图2 用荧光钙( calcofluor) 示裂殖酵母(Schizosacchharomyces pombe) 细胞壁和中隔( septum) 野生型细胞的长度加倍并一分为二, 而cdc25 缺陷的细胞已长的很长却不分裂. cdc25 是细胞从G2 期进入M 期必需的基因, 它负责CDK2 的去磷酸化( 引自Nurse P) . 1.2 cdc基因的功能 在哈特韦尔发现的这类基因中, cdc4、6、7、8 等控制DNA 复制, 如cdc8 具有起始DNA 合成的功能 ; cdc5、14、15 等参与染色体分离的调控; cdc3、10、11、13 等调控细胞质的分裂，名为cdc28 的基因, 启动细胞从G1 期进入S期. 该基因编码的蛋白质是其他cdc 基因产物执行功能的前提, 所以又被称为star t基因。 2.周期蛋白依赖性激酶（CDK)
《生物工程进展》1999,V ol.19,No.4 细胞周期检查点的分子机制 吴家睿 (中国科学院上海生物化学研究所 上海 200031) 摘要 细胞在长期的进化过程中发展出了一套保证细胞周期中DNA复制和染色体分配质量的检查机制,通常被称为细胞周期检查点(checkpoint)。当细胞周期进程中出现异常事件,这类调节机制就被激活,及时地中断细胞周期的运行,待细胞修复或排除了故障后,细胞周期才能恢复运转。根据“质量控制”的内容,可将细胞周期检查点分为三种。第一种负责查看DNA有无损伤,称为DNA损伤检查点;第二种负责DNA复制的进度,称为DNA复制检查点;第三类是管理染色体的正确分配与否,称为纺锤体组装检查点。本文围绕检查点工作的这三个方面对其分子机制作一个简单的论述。 关键词 细胞周期 检查点 DN A复制 DNA损伤 染色体分配 细胞周期最主要的任务是将其基因组DNA在DNA合成期(S期)完整地复制成两份拷贝,然后在分裂期(M期)将这两份拷贝正确无误地分配给两个子代细胞。如果在这一任务的完成过程中产生的错误没有得到及时纠正,那么将导致基因组的不稳定和变异。对单细胞生物而言,其后果是导致细胞增殖能力下降或细胞死亡。对多细胞生物而言则通常是引起肿瘤。细胞在长期的进化过程中发展出了一套保证细胞周期中DNA复制和染色体分配质量的检查机制,通常被称为细胞周期检查点(check-point)。这是一类负反馈调节机制。当细胞周期进程中出现异常事件,如DNA损伤或DNA复制受阻,这类调节机制就被激活,及时地中断细胞周期的运行,待细胞修复或排除了故障后,细胞周期才能恢复运转。 根据“质量控制”的内容,可将细胞周期检查点分为三种。第一种负责查看DNA有无损伤,称为DNA损伤检查点(DNA dam ag e checkpo int);第二种负责DN A复制的进度,称为DNA复制检查点(DNA r eplication check-point);第三类是管理染色体的正确分配与否,称为纺锤体组装检查点(Spindle assemmbly checkpo int),因为染色体的分配主要依赖于纺锤体的作用。近几年来,在检查点如何工作的分子机制的研究方面已有了许多进展。本文试图围绕检查点工作的这三个方面作一个简单的论述。 1 DNA损伤检查点 检查点工作的第一步是发现问题。一般认为,DNA损伤的出现可以迅速地激活DNA损伤检查点。由于DNA损伤可以发生在细胞周期的任一个时期,包括G1期、S期、G2/M期中,且DNA损伤有许多种类,所以存在多种探测DNA损伤的手段。它们可以在不同的时期对特定的DNA损伤进行检测。在酵母细胞中, DNA链的断裂和单链DNA的形成可以产生损伤起始信号,由至少两类检查点蛋白进行感知。一类是Rad9;另一类是Rad24,Rad17, M ec3和Ddc1。最新的研究发现,Rad9蛋白在DNA损伤的情况下,被M ec1和T el1激酶磷酸化,然后与Rad53蛋白结合[1]。研究者通过双杂交和免疫共沉淀等方法揭示,Rad17,M ec3和Ddc1形成蛋白复合体,其功能受Rad24的调节,即位于Rad24的下游[2]。Rad24能与DNA复制的辅助蛋白RFC上的亚基Rfc2结合[3]。因此,Rad24可能与RFC形成探测器,一 7
项目名称：糖脂代谢稳态调控的分子机制首席科学家：林圣彩厦门大学 起止年限：2011.1至2015.8 依托部门：教育部
二、预期目标 1. 总体目标 确定机体和细胞在不同生理状况和环境因素下维持糖脂代谢稳态的分子机制，阐明在细胞生长和应激反应中起重要作用的调节因子调控细胞代谢的信号通路网络，为糖脂代谢紊乱造成的肥胖、脂肪肝、糖尿病和癌症的早期诊断和治疗提供理论依据。 2. 五年预期目标 (1) 建立对实验动物代谢相关的生理生化指标分析的技术平台，发现相关基因敲 除或转基因小鼠造成糖脂代谢紊乱的信号通路。 (2) 较系统地描述在逆境下机体和细胞调控糖脂代谢的分子网络以及调控过程 中关键蛋白质和蛋白质复合体的动态调控机制。 (3) 发现新的参与代谢调控的基因，为代谢性疾病和肿瘤的防治提供新的分子靶 标。 (4) 培养高质量博士研究生20-30名，培养3-5名享有国际知名度的专家和5-8名 中青年学术带头人。 (5) 在国际重要刊物发表SCI论文15-25篇，其中争取在Cell、Nature、Science或其 子刊等影响因子10以上杂志发表研究论文5-10篇，申请发明专利3-5项。
三、研究方案 1. 总体研究方案 细胞能量代谢是细胞最基本、最重要的活动之一，与细胞的繁殖、分化、凋亡、运动、信号转导及多种重要疾病的发生密切相关，是生命科学的一个重要领域。细胞要通过能量感应系统随时监测其能量水平状态，在不同的物质和能量状态下要不断地通过细胞内的代谢调控途径来调节其代谢水平以达到一种稳态。同时，细胞在面对内外界一些不良因素时也会做出相应的代谢变化，这些应激反应对细胞正常的生长和功能是极其重要的。如果这些应激反应失调，就会使细胞代谢发生异变，导致如前所述的多种人类重大疾病的发生。本项目的总体研究方案拟利用我们在蛋白质科学、细胞代谢、细胞信号转导等研究领域的研究优势和技术手段，结合细胞生物学、动物生理学等学科的研究方法，集中力量多层次、多角度地研究与细胞代谢调控相关的信号通路网络，分离和鉴定参与细胞代谢调控的新的基因和信号通路，探讨各个信号通路之间的动态调控机制，并研究细胞异常代谢的信号通路，揭示代谢异常与糖尿病、肿瘤等重大疾病的关系。项目总体研究方案如下图1：
项目名称-糖脂代谢稳态调控的分子机制-首席科学家-林圣 彩厦门大学- 项目名称: 糖脂代谢稳态调控的分子机制首席科学家: 林圣彩厦门大学 起止年限: 2011.1至2015.8 依托部门: 教育部 二、预期目标 1. 总体目标 确定机体和细胞在不同生理状况和环境因素下维持糖脂代谢稳态的分子机制～阐明在细胞生长和应激反应中起重要作用的调节因子调控细胞代谢的信号通路网络～为糖脂代谢紊乱造成的肥胖、脂肪肝、糖尿病和癌症的早期诊断和治疗提供理论依据。 2. 五年预期目标 (1) 建立对实验动物代谢相关的生理生化指标分析的技术平台～发现相关基因敲 除或转基因小鼠造成糖脂代谢紊乱的信号通路。 (2) 较系统地描述在逆境下机体和细胞调控糖脂代谢的分子网络以及调控过程 中关键蛋白质和蛋白质复合体的动态调控机制。 (3) 发现新的参与代谢调控的基因～为代谢性疾病和肿瘤的防治提供新的分子靶 标。 (4) 培养高质量博士研究生20-30名～培养3-5名享有国际知名度的专家和 5-8名 中青年学术带头人。
(5) 在国际重要刊物发表SCI论文15-25篇～其中争取在Cell、Nature、Science或其 子刊等影响因子10以上杂志发表研究论文5-10篇～申请发明专利3-5项。 三、研究方案 1. 总体研究方案 细胞能量代谢是细胞最基本、最重要的活动之一～与细胞的繁殖、分化、凋亡、运动、信号转导及多种重要疾病的发生密切相关～是生命科学的一个重要领域。细胞要通过能量感应系统随时监测其能量水平状态～在不同的物质和能量状态下要不断地通过细胞内的代谢调控途径来调节其代谢水平以达到一种稳态。同时～细胞在面对内外界一些不良因素时也会做出相应的代谢变化～这些应激反应对细胞正常的生长和功能是极其重要的。如果这些应激反应失调～就会使细胞代谢发生异变～导致如前所述的多种人类重大疾病的发生。本项目的总体研究方案拟利用我们在蛋白质科学、细胞代谢、细胞信号转导等研究领域的研究优势和技术手段～结合细胞生物学、动物生理学等学科的研究方法～集中力量多层次、多角度地研究与细胞代谢调控相关的信号通路网络～分离和鉴定参与细胞代谢调控的新的基因和信号通路～探讨各个信号通路之间的动态调控机制～并研究细胞异常代谢的信号通路～揭示代谢异常与糖尿病、肿瘤等重大疾病的关系。项目总体研究方案如下图1: 内外环境因素(缺氧、营养缺乏或过剩、癌基因突变等)内外环境因素(缺氧、营养缺乏或过剩、癌基因突变等)
2001 年诺贝尔生理学和医学奖
细胞周期调控 一、背景介绍 2001 年诺贝尔生理学医学奖授予美国西雅图弗瑞德·哈钦森癌症研究中心的Leland H Hartwell 、英国伦敦皇家癌症研究基金会的Sir Paul M. Nurse 和 R. Timothy Hunt ，以表彰获奖 者们在细胞周期调控方面的卓越发现和贡献。 Leland (1939 年生 )在上世纪60 年代末便认识到用遗传学方法研究细胞周期的可能性。 他采用啤酒酵母细胞建立系统模型，经过一系列试验，分离出细胞周期基因发生突变的酵母细胞。Hartwell 和其他科学家相继发现了100 多种与细胞周期调控相关的CDC基因族。其中， Hartwell 发现的 CDC28 调控细胞周期G1 期进程的第一步，故又称为“start ”基因。另外， Hartwell在研究酵母细胞对辐射的敏感性基础上，提出了著名的“checkpoint ”概念，即当 DNA 受损时，细胞周期会停止。这一现象的生理意义在于，在细胞进入下一个细胞周期之 前能有足够的时间进行DNA 修复。后来， Hartwell 将“ checkpoint ”的概念扩展到调控并保 障细胞周期各期之间的正确顺序。 Sir Paul (1949 年生 )继 Hartwell 之后在 70 年代中期采用非渊粟酒裂殖酵母细胞为模型， 发现了 cdc2 基因在细胞分裂(从 G2 期到有丝分裂期)调控方面起重要作用。后来，他发现 cdc2 与 Hartwell 在啤酒酵母中发现的“start ”基因相同，还可调控从G1 期到 S 期的转变。因此， cdc2 基因可调控细胞周期的不同阶段。 1987 年，Nurse 分离出人类的相应基因——CDK1。Nurse 发现 CDK的活性依赖可逆性的磷酸化反应。基于这些理论，又有一些人类的CDK分子相继被发现。R. Timothy Hunt(1943 年生 )在 80 年代早期发现了第一个周期蛋白分子。周期蛋白是一种在细胞周期中周期性产生 和降解的蛋白质。周期蛋白与CDK分子结合，调节CDK的活性。 Hunt 首先发现，在海胆细 胞中周期蛋白在细胞周期中会发生周期性的降解，这是调控细胞周期的重要机制。Hunt 在 其他物种中也发现了周期蛋白，这些周期蛋白在进化过程中高度保守。 3 位诺贝尔奖获得者创建了细胞周期调控的分子机制。CDK分子的含量在细胞周期中是 恒定的，但是它的活性却因周期蛋白的调控作用而不同。周期蛋白和CDK 分子共同驱动细
细胞周期调控与肿瘤发生 细胞周期(cell cycle)是细胞生命活动的基本过程,指从细胞分裂结束开始,到下一次细胞分裂结束为止的过程,DNA合成和细胞分裂是细胞周期的两个主要事件。在进化过程中,细胞发展并建立了一系列的调控机制,以确保细胞周期严格有序地交替和各时期依次有序变更。细胞的调控机制主要以蛋白质的相互作用为基础，以信号传递引起一系列级联反应为主要过程，以对整个过程的监督和控制为主要表现形式。 人们对细胞周期的调控是从MPF的发现开始的。最初，人们对MPF有以下两种解释： 1、细胞分裂期（M期）细胞中的一种能够使染色体凝集的因子，称为细胞促分裂因子（mitosis-promoting factor,MPF）或M期促进因子(M-phase-promoting factor,MPF) 。 2、成熟的卵细胞中的一种可以诱导卵母细胞成熟的物质，称为卵细胞促成熟因子（matuation-promoting factor,MPF）。 但是，随着对MPF的深入研究，科学家又给出了新的解释：MPF是一种能够 /M转换的周期蛋白激酶，含有两个亚单位，一个是催化促进细胞有丝分裂或G 2 亚单位，一个是调节亚单位。催化亚单位的激酶活性要通过与调节亚单位的结合才能体现出来。MPF的调节亚单位就是细胞周期蛋白（cyclin）。 cyclin是一类随细胞周期变化周而复始出现和消失的蛋白质。目前，人们已相继克隆和分离数十种cyclin，这些不同的cyclin在细胞周期中表达的时期不同，执行的功能各异。但各种周期蛋白之间有共同的结构特点，即均含有一段约100个氨基酸残基的保守序列，称为周期蛋白框（cyclin box）。周期蛋白框介导cyclin与CDK（周期蛋白依赖性蛋白激酶）的结合，不同的周期蛋白框识别不同的CDK，组成不同的周期蛋白-CDK复合体，表现不同的CDK激酶活性。M 期cyclin白分子的近N端含有一段9个氨基酸组成的特殊序列，称为破坏框 期cyclin分（destruction box），参与泛素介导的周期蛋白A和B的降解。G 1 期cyclin的更新有关。 子的C端含有一段特殊的序列，可能与G 1 而周期蛋白依赖性蛋白激酶（cyclin-dependent kinase，CDK），是蛋白质激酶家族中的一员，有三个重要的功能域，其中第二功能域结合cyclin，和cyclin协同作用，是细胞周期调控中的重要因子。CDK可以和cyclin结合形成异二聚体，其中CDK为催化亚基，cyclin为调节亚基，不同的cyclin-CDK复合物，通过CDK活性调节不同底物磷酸化，从而实现对细胞周期的调控。 在细胞周期中，CDK激酶的活性受到多种因素的综合调节。cyclin与CDK 的结合是CDK激酶活性的必要条件和先决条件，但并不是充分条件。如果仅仅是cyclin和CDK的结合，并不能激活CDK激酶的活性，因为激酶活性的体现还需要激酶本身的修饰（如磷酸化和去磷酸化）及一些细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子（CDK inhibition,CDKI，可以通过抑制CDK激酶的活性，对细胞周期起负调控作用）的去除等。 细胞周期是一个高度有序的运转过程。如前所述,它的正确运转是在适宜的环境中通过对cyclin-CDK复合物的活性进行精确调控来实现的。cyclin、CDK 的异常表达、CDK抑制因子的缺失等都将使细胞周期发生紊乱,细胞的增殖失控,最终发生癌变。 肿瘤是一类以细胞生长和增殖失控为主要特征的疾病,细胞在增殖、分化和