第十四章 细胞增殖调控
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细胞学作业第十四章 细胞增殖调与癌细胞
一、简述p34^cdc2/cyclin B蛋白激酶的发现过程。
Tim Hunt 为代表的科学家以海胆卵为材料，对细胞周期调控进行了深入研究。
JR.Evans 等人于1983年报道，在海胆卵细胞中含有两种特殊蛋白，它们的含量随周期过程变化而变化，一般在细胞间期内积累，在细胞分裂期内消失，在下一个周期有重复这一过程，因而它们将其命名为周期蛋白。
随后的研究证明：周期蛋白为诱导蛋白进入M期所必须。
各种生物之间的周期蛋白在功能上有着广泛的互补性。
将海胆cyclin B的mrna引入到非洲爪蟾卵非细胞系中，其翻译产物可诱导该非细胞体系进行多种细胞周期循环。
接下来的一系列实验提示周期蛋白可能参与MPF的功能调节。
二、举例说明CDK在细胞周期中是如何执行调节功能的？细胞周期调控包括正调控、负调控和信号反应。
CDK激酶是正调控因子，它是细胞沿周期运行的引擎蛋白。
以MPF为例阐述：MPF是一种使多种底物磷酸化的蛋白激酶，即CDK1激酶，由p34蛋白和周期蛋白B结合而成。
CDK1激酶活性首先依赖于周期蛋白B含量的积累。
周期蛋白B一般在G1期的晚期开始合成，通过S期，其含量不断增加，达到G2期，其含量达到最大值，CDK1激酶的活性随着周期蛋白B浓度变化而变化。
CDK1激酶的活化还受到激酶与磷酸酶的调节。
活化的CDK1激酶可使更多的CDK1激酶活化。
随着周期蛋白B 含量达到一定程度，CDK1激酶活性开始出现，到G2晚期阶段，CDK1激酶活性达到最大值并一直维持到M期的中期阶段。
活化的CDK1激酶促使分裂期细胞在分裂前期执行下列生化事件：（1）染色质开始浓缩形成有丝分裂染色体；（2）细胞骨架解聚，有丝分裂纺锤体开始组装；（3）高尔基复合体、内质网等细胞器解体，形成小的膜泡。
在有丝分裂的后期，活化的后期促进因子APC主要介导两类蛋白降解：后期抑制因子和有死分裂周期蛋白。
前者维持姐妹染色单体粘连，抑制后期启动；后者的降解意味着CDK1激酶失去活性，有死分裂即将结束，即染色体开始去凝集，核膜重建。
植物生理学第十四章 细胞增殖及其调控
494 , 1990
• • • the 45 kDa protein and the cyclin B
Jean Gautier, Chris Norbury, Manfred Lohka, Paul Nurse and James Maller.
Purified Maturation-Promoting Factor Contains the Product of a Xenopus Homolog of the Fission Yeast Cell Cycle Control Gene cdc2+. Cell, 54, 433 , 1988 • • • the 32(34) kDa protein and the Cdc2
蛋白质合成抑制剂 蛋白质合成抑制剂
MPF的纯化 1988，James Maller
MPF含p32和p45 MPF为蛋白激酶
成熟卵细胞质移植发现ＭＰＦ的存在
二、p34cdc2激酶的发现及其与MPF的关系 p34cdc2激酶
催化亚单位 调节亚单位
MPF的结构组成
三、周期蛋白
部分周期蛋白分子结构特征 含有保守的氨基酸序列——周期蛋白框——介导周期蛋白与CDK结合 M期周期蛋白分子N端含有破坏框——参与泛素依赖的蛋白降解 G1期周期蛋白分子C端含有PEST序列——与周期蛋白更新有关
Lohka, M.J.; Hayes, M.K.; Maller, J.L. PNAS. USA 85: 3009-3013. 1988.
• • • 45 kDa and 32 kDa Proteins (3000-fold activity)
Cyclin is a component of maturation-promoting Jean Gautier, ……. James L. Maller. factor from Xenopus. Cell 60: 487-
• • • the 45 kDa protein and the cyclin B
Jean Gautier, Chris Norbury, Manfred Lohka, Paul Nurse and James Maller.
Purified Maturation-Promoting Factor Contains the Product of a Xenopus Homolog of the Fission Yeast Cell Cycle Control Gene cdc2+. Cell, 54, 433 , 1988 • • • the 32(34) kDa protein and the Cdc2
蛋白质合成抑制剂 蛋白质合成抑制剂
MPF的纯化 1988，James Maller
MPF含p32和p45 MPF为蛋白激酶
成熟卵细胞质移植发现ＭＰＦ的存在
二、p34cdc2激酶的发现及其与MPF的关系 p34cdc2激酶
催化亚单位 调节亚单位
MPF的结构组成
三、周期蛋白
部分周期蛋白分子结构特征 含有保守的氨基酸序列——周期蛋白框——介导周期蛋白与CDK结合 M期周期蛋白分子N端含有破坏框——参与泛素依赖的蛋白降解 G1期周期蛋白分子C端含有PEST序列——与周期蛋白更新有关
Lohka, M.J.; Hayes, M.K.; Maller, J.L. PNAS. USA 85: 3009-3013. 1988.
• • • 45 kDa and 32 kDa Proteins (3000-fold activity)
Cyclin is a component of maturation-promoting Jean Gautier, ……. James L. Maller. factor from Xenopus. Cell 60: 487-
细胞生物学细胞增殖(1)
如：成人心肌细胞、神经元细胞等。
五 、细胞周期的研究方法
（一）细胞周期模型
细胞周期研究常用的模型有： 酵母细胞 早期胚胎细胞 体外培养的哺乳动物细胞
五 、细胞周期的研究方法
（二）细胞同步化
细胞同步化（synchronization of cell）: 使处于 细胞周期不同阶段的培养细胞，共同进入细胞周期 某一特定阶段，这一过程称为细胞的同步化。
三、细胞周期不同时相及其的主要事件
（一）G1期（DNA合成前期）： 早G1期
限制点（restriction,R点）:早、晚G1期之间
晚G1期
细胞周期的主要事件
一、G1期（合成前期）：
1、早G1期——细胞生长 主要表现为：RNA、蛋白质、脂类以及糖类的大
量合成，形成大量的细胞器和其他结构，使细胞体积、 表面积以及细胞核、质比例增加。
2、DNA损伤检控点（G1/S期、G2 期） 作用：防止受损DNA细胞进入S期，保证DNA复制的正确性； 防止受损DNA细胞进入M期，保证子细胞遗传物质的正确性。
（3）结果：① 控制下一事件启动（抑制CDK的活性）。 ② 应对机制：激活DNA修复、分化、凋亡。
第三节 细胞周期的运行机制
四、细胞周期的检控点（检查点）
1、R点（G1/S期）： 作用：对细胞体积、接触抑制、营养条件、生长因子（必要条件）、 药物等进行检测，确定细胞是暂时停止生长、继续进入S期，或是发生 凋亡。
细胞同步化的方法：诱导同步化和选择同步化
选择同步化：根据细胞的体积、黏附性等的时 相特征来对不同时相的细胞进行选择和分离，从 而实现细胞的同步化。
如：有丝分裂摇落法、活细胞沉淀分离法
第三节 细胞周期的调控
2001年诺贝尔生理学与医学奖
五 、细胞周期的研究方法
（一）细胞周期模型
细胞周期研究常用的模型有： 酵母细胞 早期胚胎细胞 体外培养的哺乳动物细胞
五 、细胞周期的研究方法
（二）细胞同步化
细胞同步化（synchronization of cell）: 使处于 细胞周期不同阶段的培养细胞，共同进入细胞周期 某一特定阶段，这一过程称为细胞的同步化。
三、细胞周期不同时相及其的主要事件
（一）G1期（DNA合成前期）： 早G1期
限制点（restriction,R点）:早、晚G1期之间
晚G1期
细胞周期的主要事件
一、G1期（合成前期）：
1、早G1期——细胞生长 主要表现为：RNA、蛋白质、脂类以及糖类的大
量合成，形成大量的细胞器和其他结构，使细胞体积、 表面积以及细胞核、质比例增加。
2、DNA损伤检控点（G1/S期、G2 期） 作用：防止受损DNA细胞进入S期，保证DNA复制的正确性； 防止受损DNA细胞进入M期，保证子细胞遗传物质的正确性。
（3）结果：① 控制下一事件启动（抑制CDK的活性）。 ② 应对机制：激活DNA修复、分化、凋亡。
第三节 细胞周期的运行机制
四、细胞周期的检控点（检查点）
1、R点（G1/S期）： 作用：对细胞体积、接触抑制、营养条件、生长因子（必要条件）、 药物等进行检测，确定细胞是暂时停止生长、继续进入S期，或是发生 凋亡。
细胞同步化的方法：诱导同步化和选择同步化
选择同步化：根据细胞的体积、黏附性等的时 相特征来对不同时相的细胞进行选择和分离，从 而实现细胞的同步化。
如：有丝分裂摇落法、活细胞沉淀分离法
第三节 细胞周期的调控
2001年诺贝尔生理学与医学奖
第十四章 细胞增殖及其调控 YJ——【细胞生物学】
• Golgi体、ER等细胞器解体，形成小的膜泡。
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本节内容结束
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2. 前中期
• 核膜破裂成小的膜泡，这一过程是由核纤层蛋 白中特异的Ser残基磷酸化导致核纤层解体；
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• 纺锤体微管与染色体的动粒结合，捕捉住染色 体 • 每个已复制的染色体有两个动粒，朝相反方向， 保证与两极的微管结合；纺锤体微管捕捉住染 色体后，形成三种类型的微管； • 不断运动的染色体开始移向赤道板。细胞周期 也由前中期逐渐向中期运转。
第十三章 细胞增殖及其调控
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本节内容结束
一、细胞增殖（Cell proliferation）的意义
• 细胞增殖是细胞生命活动的重要特征之一，是生物 繁育的基础。 • 单细胞生物细胞增殖将直接导致生物个体数量的增 加。 • 多细胞生物由一个单细胞（受精卵）分裂发育而来， 细胞增殖是多细胞生物繁殖的基础。
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• 成体生物仍然需要细胞增殖，主要取代衰老死 亡的细胞，维持个体细胞数量的相对平衡和机 体的正常功能。 • 机体创伤愈合、组织再生、病理组织修复等， 都要依赖细胞增殖。
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二、细胞周期
• 细胞从一次分裂结束开始，经过物质准备，直到下 一次分裂完成为止，称为一个细胞周期。
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• 细胞周期时相组成： • G1期 ：从有丝分裂完成到DNA复制之前的间隙 时间。 • S期：DNA复制时期。 • G2期：从DNA复制完成到有丝分裂开始的间隙时 间。 • M期：有丝分裂期，胞质分裂期。
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本节内容结束
• 根据细胞增殖情况，细胞可分成三类： • 周期中细胞/连续分裂细胞（cycling cell）：一直 在进行细胞周期运转，如上皮组织的基底层细胞。 • 静止期细胞/G0期细胞：可暂时离开细胞周期，在 一定因素诱导下，又可以很快返回细胞周期。 • 终末分化细胞（terminally differentiated cell）：一 旦特化定性后则终生不再分裂。
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本节内容结束
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2. 前中期
• 核膜破裂成小的膜泡，这一过程是由核纤层蛋 白中特异的Ser残基磷酸化导致核纤层解体；
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• 纺锤体微管与染色体的动粒结合，捕捉住染色 体 • 每个已复制的染色体有两个动粒，朝相反方向， 保证与两极的微管结合；纺锤体微管捕捉住染 色体后，形成三种类型的微管； • 不断运动的染色体开始移向赤道板。细胞周期 也由前中期逐渐向中期运转。
第十三章 细胞增殖及其调控
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本节内容结束
一、细胞增殖（Cell proliferation）的意义
• 细胞增殖是细胞生命活动的重要特征之一，是生物 繁育的基础。 • 单细胞生物细胞增殖将直接导致生物个体数量的增 加。 • 多细胞生物由一个单细胞（受精卵）分裂发育而来， 细胞增殖是多细胞生物繁殖的基础。
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• 成体生物仍然需要细胞增殖，主要取代衰老死 亡的细胞，维持个体细胞数量的相对平衡和机 体的正常功能。 • 机体创伤愈合、组织再生、病理组织修复等， 都要依赖细胞增殖。
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二、细胞周期
• 细胞从一次分裂结束开始，经过物质准备，直到下 一次分裂完成为止，称为一个细胞周期。
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• 细胞周期时相组成： • G1期 ：从有丝分裂完成到DNA复制之前的间隙 时间。 • S期：DNA复制时期。 • G2期：从DNA复制完成到有丝分裂开始的间隙时 间。 • M期：有丝分裂期，胞质分裂期。
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本节内容结束
• 根据细胞增殖情况，细胞可分成三类： • 周期中细胞/连续分裂细胞（cycling cell）：一直 在进行细胞周期运转，如上皮组织的基底层细胞。 • 静止期细胞/G0期细胞：可暂时离开细胞周期，在 一定因素诱导下，又可以很快返回细胞周期。 • 终末分化细胞（terminally differentiated cell）：一 旦特化定性后则终生不再分裂。
细胞增殖及其调控
细胞增殖及其调控细胞依赖增殖维持其存在，繁衍后代。
细胞增殖是细胞生命活动的重要特征之一。
细胞增殖包含3个组成部分，即生长、DNA复制和细胞分裂，这些均体现在细胞周期进程中，因此细胞增殖是通过细胞周期实现的。
细胞增殖受到严密的调控机制所监控。
任何细胞，不管是简单的单细胞，还是高等生物体内的细胞，其增殖过程都必须遵循一定的规律。
细胞周期与细胞分裂(细胞周期、有丝分裂、减数分裂)细胞周期的调控（Cdk激酶和周期蛋白在细胞周期进程中的调控作用及其活性调节、细胞周期运转的调控、其他内在、外在因素在周期调控中的作用）细胞周期与细胞分裂细胞周期㈠细胞周期(cell cycle)概述细胞依靠增殖维持其存在，繁衍后代。
为了阐明细胞是如何繁殖的，应该考虑三个主要问题：①细胞如何复制它的内含物；②它们如何分配复制好的内含物并分裂为二；③它们如何协调好上述两个过程必需的所有机器，以保证诸如只有在复制完成后才进行细胞分裂。
细胞增殖受到严密的调控机制所监控。
任何细胞不管是简单的单细胞，还是高等生物体内的细胞，其增殖过程都必须遵循一定的规律。
细胞增殖过程中，任何一个关键步骤的错误，都有可能导致严重后果，甚至细胞死亡。
在高等生物中细胞增殖调控更为复杂。
它不仅要遵循细胞自身的增殖调控规律，同时还要遵守生物体整体调控机制的调节。
不然，不受约束而生成的细胞将被机体免疫系统所清除，或癌变，威胁整个生命。
由此可见，细胞增殖调控是整个生命活动的最基本保证。
细胞周期(cell cycle)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过程。
细胞周期有时也称为细胞生活周期(cell life cycle)或细胞繁殖周期(cell reproductive cycle)。
人们最初从细胞形态变化考虑，将细胞周期简单地划分为两个相互延续的时期，即细胞有丝分裂期(mitosis)和位于两次分裂期之间的分裂间期(inter phase)。
第十四章细胞增殖调控详解
• 不同的Cyclin-CDK复合体表现不同的CDK 活性：不同的周期蛋白在细胞周期中表达的时
相不同，并通过不同的周期蛋白框与不同的 CDK结合，组成不同的cyclin-CDK复合体，表 现出不同的CDK活性。
周期蛋白含量随细胞周期的变化
部分周期蛋白分子结构特征（图14-4）
Hale Waihona Puke 细胞周期蛋白的降解盒与降解途径
部分哺乳动物（A）和酵母细胞（B牙殖和C裂殖）周期 蛋白在细胞周期中的积累及其与CDK活性的关系（图14-5）
四、CDK和CDK抑制因子
• 周期蛋白依赖性蛋白激酶（cyclin-dependent kinase, CDK）：由周期蛋白结合并活化的调控 细胞周期进程的蛋白激酶。 CDK通过磷酸化其 底物而对细胞周期进行调控。 • CDK有多种：在人体中发现并命名的CDK包括 CDK1（Cdc2）~CDK13。不同的CDK在细胞 周期中起调节作用的时期不同。 • 某些CDK与cyclin的配对关系及执行的功能的时 期：见表14-1。 • CDK激酶结构域：各种CDK的CDK激酶结构域 保守程度有所不同，但其中有一小段序列则相当 保守，即PSTAIRE序列，与周期蛋白结合有关。
• 成熟卵细胞细胞质移植发现成熟促进因子的存 在：两位科学家分离出第Ⅳ期等待成熟的非洲 爪蟾卵母细胞，并用孕酮进行体外刺激，诱导 卵母细胞成熟，然后进行细胞质移植实验，他 们发现，在成熟的卵细胞的细胞质中必然有一 种物质可以诱导卵母细胞成熟，即成熟促进因 子（MPF）；后来还证明，在成熟卵细胞中， MPF已经存在，只需通过翻译后修饰即可转化 为活性状态的MPF。 • 1998年分离获得了MPF：1998年，科学家们 以非洲爪蟾卵为材料，分离获得了微克级的纯 化MPF，并证明其主要含有p32和p45两种蛋 白，并且是一种蛋白激酶。
专题一 细胞增殖及其调控
TdR双阻断法: 是最常使用的方法
向对数增殖期的培养细胞的培液中加入TdR，使细胞阻于S期和G1S期交界处。 当移去TdR，洗涤细胞。当释放时间大于ts时，所有细胞均脱离S 期，这时再给予第二次 TdR阻断。 细胞群体再经过G2+M+G1的时间，则细胞阻断于G1-S交界处的一个 狭窄的区段中（ tG1+tG2+tm＞ts ） 。
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； 机体局部细胞无休止的分裂就会产生肿瘤； 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。
第一节 细胞周期与细胞分裂
一、细胞周期 (一)细胞周期概述
1．细胞周期的发现：
细胞有丝分裂期(mitosis)和位于两次分裂期之间的分裂 间期(interphase)或静止期； 1953年，Howard和Pelc的32P标记蚕豆实生苗根尖实验发 现：DNA的复制仅发生在静止期中的一个区段； 将细胞周期划分为4个时期：S期(DNA合成期)、 M期 (有丝分裂期)、 G1期(M期结束到 S期之间的间隙)、 G2期 (S期结束到 M期之间的间隙)。细胞在细胞周期中顺序经 过 G1-S-G2-M而完成其增殖。
(三)测定细胞周期及各时相时间的方法
（1）标记有丝分裂百分数法（PLM）： 标记有丝分裂百分率法对测定细胞进行脉冲标记、 定时取材、利用放射自显影技术显示标记细胞， 通过统计标记有丝分裂细胞百分数的办法来测定
细胞周期。放射标记物为3H或者14C标记的TDR。
PLM TG2 +1/2TM
100
Counts
0
0
75
150
225
细胞增殖与分化调控
细胞增殖与分化调控细胞增殖与分化是生物体发展和生长的重要过程。
细胞增殖是指细胞数量的增加，而细胞分化则是指细胞从原始状态转变为特定类型和功能的细胞。
这两个过程在人体的发育、组织修复、癌症的发展等方面起着关键的作用。
本文将探讨细胞增殖和分化的调控机制，以及其在生物学和医学领域的重要意义。
一、细胞增殖调控细胞增殖调控在维持生物体组织结构和功能的平衡中起着关键作用。
细胞增殖受到一系列内外环境因素的调控，包括细胞周期调控、生长因子信号通路、细胞凋亡等。
1. 细胞周期调控细胞周期调控是细胞增殖的核心机制之一。
细胞周期由四个主要阶段组成：G1期、S期、G2期和M期。
在细胞周期过程中，细胞的DNA复制、有丝分裂和细胞分裂等关键事件依次发生。
这些事件受到一系列细胞周期蛋白激酶的调控。
细胞周期调控的紊乱与癌症等疾病的发生密切相关。
2. 生长因子信号通路生长因子信号通路在细胞增殖调控中也起着至关重要的作用。
生长因子是一类能够刺激细胞增殖和分化的分子信号物质。
它们结合到细胞表面的受体上，触发一系列信号传导级联反应，最终导致细胞增殖和分化。
一些常见的生长因子包括表皮生长因子（EGF）、纤维连接蛋白生长因子（FGF）等。
3. 细胞凋亡细胞凋亡是一种重要的细胞增殖调控机制。
它是一种有限的程序性细胞死亡方式，通过清除老化、异常和受损细胞，维持组织的正常状态。
细胞凋亡的紊乱可能导致癌症、炎症和自身免疫性疾病等病理状态。
二、细胞分化调控细胞分化是细胞从未分化状态向特定类型和功能细胞的转变过程。
这是一个高度调控的过程，受到基因表达调节、细胞因子影响等多种因素的调控。
1. 转录因子调控转录因子是一类能够结合到DNA序列上的蛋白质，能够启动或抑制特定基因的转录。
它们在细胞分化过程中起着关键的调控作用，可以通过激活或抑制特定基因的表达，决定细胞分化的方向和命运。
2. 信号转导通路细胞外的信号分子（如生长因子、细胞外基质等）可以通过细胞膜上的受体，激活细胞内的信号转导通路。
细胞增殖及其调控(共84张PPT)
• 来自高尔基体的囊泡沿微管运到成膜体中间， 融合形成细胞板。囊泡内物质沉积为初生壁和 中胶层，不断运来的囊泡使细胞板扩展，形成 完整的细胞壁，将子细胞一分为二。
• 囊泡膜形成新的质膜，两侧质膜来源于共同的 囊泡，膜间有连通的管道，形成胞间连丝。
植物细胞成膜体的形成
三、 减数分裂（Meiosis）
• 细胞增殖是生命的基本特征：种族繁衍、个体发 育、机体修复等离不开细胞增殖。
• 胚胎发育从1个受精卵增至1012细胞，成年1014;
• 成人每秒有数百万新细胞产生，补偿血细胞、小 肠粘膜细胞和上皮细胞的衰老和死亡。
• 细胞增殖是通过细胞周期(cell cycle)实现，细 胞周期的运行受相关基因严格监视和调控。
逆地抑制DNA合成，不影响其它时期细胞，最 从形态来看，SC形成偶线期，成熟于粗线期，并存在数天，消失于双线期。
2、S期：DNA合成期，主要事件是DNA合成，还合成组蛋白、DNA复制所需的酶 ②分裂极确定,纺锤体开始形成; 同源染色体发生配对，配对的过程又称联会(synapsis)。
终可将细胞群阻断在S期或G/S交界处。常用的 现在认为它与同源染色体间的交换有关。
• 植物双线期一般较短，但动物双线期停留的时间 长，人的卵母细胞在5个月胎儿已达双线期，直 到排卵都停在双线期。
• 在鱼类、两栖类、爬行类、鸟类以及昆虫中，双 线期的二价体解螺旋形成灯刷染色体。
• 1)细线期：
• 染色体已经复制，并开始凝缩，所以又称为凝 线期(synizesis)，但染色体呈细线状，光镜下 分辨不出两条染色单体。
• 在有些物种中表现为染色体细线一端在核膜的 一侧集中，另一端放射状伸出，形似花束，称 为花束期(bouquet stage)。
• 2)偶线期：
• 囊泡膜形成新的质膜，两侧质膜来源于共同的 囊泡，膜间有连通的管道，形成胞间连丝。
植物细胞成膜体的形成
三、 减数分裂（Meiosis）
• 细胞增殖是生命的基本特征：种族繁衍、个体发 育、机体修复等离不开细胞增殖。
• 胚胎发育从1个受精卵增至1012细胞，成年1014;
• 成人每秒有数百万新细胞产生，补偿血细胞、小 肠粘膜细胞和上皮细胞的衰老和死亡。
• 细胞增殖是通过细胞周期(cell cycle)实现，细 胞周期的运行受相关基因严格监视和调控。
逆地抑制DNA合成，不影响其它时期细胞，最 从形态来看，SC形成偶线期，成熟于粗线期，并存在数天，消失于双线期。
2、S期：DNA合成期，主要事件是DNA合成，还合成组蛋白、DNA复制所需的酶 ②分裂极确定,纺锤体开始形成; 同源染色体发生配对，配对的过程又称联会(synapsis)。
终可将细胞群阻断在S期或G/S交界处。常用的 现在认为它与同源染色体间的交换有关。
• 植物双线期一般较短，但动物双线期停留的时间 长，人的卵母细胞在5个月胎儿已达双线期，直 到排卵都停在双线期。
• 在鱼类、两栖类、爬行类、鸟类以及昆虫中，双 线期的二价体解螺旋形成灯刷染色体。
• 1)细线期：
• 染色体已经复制，并开始凝缩，所以又称为凝 线期(synizesis)，但染色体呈细线状，光镜下 分辨不出两条染色单体。
• 在有些物种中表现为染色体细线一端在核膜的 一侧集中，另一端放射状伸出，形似花束，称 为花束期(bouquet stage)。
• 2)偶线期：
第十四章 细胞增殖调控与癌细胞
结果 找到cdc基因，如cdc28,表达蛋白为 34kDa,称为p34cdc28
结论 第二个被分离出来的cdc基因； 突变后细胞停留在G1/S或G2/M期 。
cdc2: 第一个被分离出来的cdc基因，表达蛋白为p34cdc2 特点：突变后裂殖酵母细胞停留在G2/M期
cdc28: 第二个被分离出来的cdc基因，表达蛋白为p34cdc28 特点：突变后芽殖酵母细胞停留在G1/S或G2/M期
结论
在成熟的卵母细胞中，必定有一种物质，能诱导卵 母细胞成熟，这种物质称为成熟促进因子（MPF）
卵细胞细 胞质移植 实验
成熟卵母细胞中 的物质能诱导卵 母细胞成熟
实验三 时间 研究者 步骤
1988 Maller et al
以2和p45两种蛋白。p32和p45结合后， 表现出蛋白激酶活性，能使多种蛋白质底物磷酸化
1、CDK
通过Pdc2同类基因，不同物种的cdc2基因编 码的蛋白质都含有一段相似序列，并且都能和周期蛋白结合， 将其作为调节亚基，进而表现出激酶活性。它们被统称为周 期蛋白依赖性蛋白激酶(cyclin-dependent kinase)，简称 CDK。
A： G1期DNA未复制，超前染色体为单线性； B：S期DNA正在复制，超前染色体为点状，很多复制起始点；
C：G2期DNA复制完毕，超前染色体为双线性。
实验二 时间
研究者
1971 Masui和Markert
步骤
用解剖的方法分离非洲爪蟾第IV期卵母细胞， 孕酮诱导成熟后进行细胞质移植实验
结果
孕酮诱导成熟的卵母细胞的细胞质 能诱导其他卵母细胞的成熟
已经发现CDK1-CDK13等CDK激酶。
（1）与不同类型的周期蛋白相结合的CDK
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第十四章 细胞增殖调控与癌细胞
细胞增殖是通过严格调控的细胞周期 来实现的，在细胞周期的不同阶段有一系 列检查点对该过程进行严密监控。不然， 不受约束而生成的细胞将被机体免疫系统 所清除，或者癌变，转化为癌细胞。癌细 胞不仅表现出增殖失控，同时还具有侵润 和转移的特征，最终导致个体的死亡。 第一节 细胞增殖调控 第二节 癌细胞
（一）G2/M期转化与CDK1的关键性调控作用 • CDK活性受到多种因素的综合调节：①周期蛋 白与CDK结合只是激活CDK活性的先决条件： 仅周期蛋白与CDK结合，并不能使CDK激活； ②还需要其它几个步骤的修饰：cyclinBCDK1复合物（无活性）→ Wee1/mik1激酶和 CDK1活化激酶（CAK）→ cyclinB-CDK1的 Thr14、Tyr15和Thr161磷酸化（无活性前体 MPF） →cdc25C蛋白磷酸酶→ cyclinBCDK1仅剩Thr161磷酸化（有激酶活性的MPF ） （ MPF 对cdc25C 有正反馈作用） • 不同的CDK之间有一定的代偿功能；CDK对个 体和器官的发育也起着重要的调节作用。
（二）M期周期蛋白与细胞分裂中期向后期转化
• APC活性受到多种因素的综合调节：① M期 CDK激酶和蛋白磷酸酶对APC的活性起着调节 作用；② 纺锤体组装检查点调控APC的活性， 如cdc20和Mad2（有丝分裂捕获缺陷蛋白2）分 别为APC有效的正调控因子和负调控因子，在分 裂中期之前，位于动粒上的Mad2与cdc20结合 并抑制其活性。到分裂中期，Mad2从动粒上消 失，解除对cdc20的抑制作用，促使APC活化， 导致M期周期蛋白降解，M期CDK活性丧失。
第一节 细胞增殖调控
一、MPF的发现及其作用 二、p34cdc2激酶的发现及其与MPF的关 系 三、周期蛋白 四、CDK和CDK抑制因子 五、细胞周期运转调控 六、其他因素在细胞周期调控中的作用
• MPF（maturation- /mitosis- / M-phasepromoting factor）：即（卵细胞）成熟促进 因子，或细胞有丝分裂促进因子，也称M期促 进因子，在细胞周期调控中起重要作用。 • PCC（premature chromosome condensation）： 即早熟染色体凝缩，主要是指与M期细胞融合 的间期细胞（G1、S和G2）发生的形态各异的染 色体凝缩。G1期PCC为细单线状（因DNA未复 制），S期PCC为粉末状（因DNA由多个部位开 始复制），G2期PCC为双线染色体状（说明DNA 复制已完成），这样的形态变化可能与DNA复 制状态有关。
通过PCR技术测定与CDK1类似的CDK 蛋白分子图解（图14-6）
不同类型的周期蛋白
激酶复合 体
Cyclin
脊椎动物
芽殖酵母
CDK
Cyclin
CDK
G1-CDK
Cyclin D*
CDK2、4 、6
Cln 3
CDK1(CDC28)
G1/S-CDK
Cyclin E
CDK2
Cln 1、2
CDK1(CDC28)
S-CDK
Cyclin A
CDK2
Clb 5、6
CDK1(CDC28)
G2/M-CDK
Cyclin B
CDK1(CDC2)
Clb 1-4
CDK1(CDC28)
周期蛋白-周期蛋白依赖型激酶复合物在真核生 物细胞周期调控中的作用
真核生物 周期蛋白-周期蛋白依赖型裂殖酵母 脊椎动物 植物
cyclin B在CDK1活性调节过程中的 作用（图14-7）
CDK1激酶活性综合控制示意图（图14-8）
活性MPF的正反馈
（二）M期周期蛋白与细胞分裂中期向后期转化 • 后期促进复合物（anaphase-promoting complex，APC）：20S，泛素连接酶（E3）， 通过泛素依赖性蛋白降解途径，降解M期周期蛋 白和中期向后期转换的非周期蛋白类负调控因子， 使细胞从中期向后期转换。 APC至少由15种成 分组成，分别称为APC1~APC15。APC的发现 是细胞周期研究领域中又一重大进展，表明细胞 分裂中期向后期转换也受到精密调控。 • APC的主要作用：到达分裂中期后，cyclinB/A 与CDK1分离，在APC介导下，通过泛素化依赖 途径而降解。CDK1活性消失，细胞由分裂中期 向后期转化。
• 周期蛋白框（cyclin box）：指所有周期蛋
白中都存在的约由100个残基组成的相当保守的 氨基酸序列，其功能是介导周期蛋白与CDK结 合。
三、周期蛋白
• 破坏框/降解盒（destruction box）：指M
期周期蛋白近N端含有的一段由9个氨基酸残基 组成的特殊序列（RXXLGXIGX），其功能是参 与泛素依赖性的cyclinA和B的降解。在破坏框 之后有一段约40个氨基酸残基组成的Lys（K） 富集区。 • PEST序列：指G1期周期蛋白的C端含有的一 段特殊的PEST氨基酸序列，其功能可能与G1期 周期蛋白的更新（降解）有关。
四、CDK和CDK抑制因子
• CDK的活性受磷酸化修饰调节：细胞内存在多 种因子，对CDK分子结构进行磷酸化修饰，从 而调节CDK的活性。 • CDK抑制蛋白（CDK inhibitor, CKI）：指对 CDK起负调控作用的蛋白质，包括Cip/Kip家族 和INK家族。① Cip/Kip家族：包括p21、p27和 p57等，其中p21主要对G1期CDK（CDK2~4和 CDK6）起抑制作用 p21还与DNA聚合酶δ 的辅 助因子增殖细胞核抗原（PCNA）结合，抑制DNA 的复制；② INK家族：包括p16、p15、p18和 p19等，其中p16主要抑制CDK4和CDK6活性。
• 不同的Cyclin-CDK复合体表现不同的CDK 活性：不同的周期蛋白在细胞周期中表达的时
相不同，并通过不同的周期蛋白框与不同的 CDK结合，组成不同的cyclin-CDK复合体，表 现出不同的CDK活性。
周期蛋白含量随细胞周期的变化
部分周期蛋白分子结构特征（图14-4）
细胞周期蛋白的降解盒与降解途径
部分哺乳动物（A）和酵母细胞（B牙殖和C裂殖）周期 蛋白在细胞周期中的积累及其与CDK活性的关系（图14-5）
四、CDK和CDK抑制因子
• 周期蛋白依赖性蛋白激酶（cyclin-dependent kinase, CDK）：由周期蛋白结合并活化的调控 细胞周期进程的蛋白激酶。 CDK通过磷酸化其 底物而对细胞周期进行调控。 • CDK有多种：在人体中发现并命名的CDK包括 CDK1（Cdc2）~CDK13。不同的CDK在细胞 周期中起调节作用的时期不同。 • 某些CDK与cyclin的配对关系及执行的功能的时 期：见表14-1。 • CDK激酶结构域：各种CDK的CDK激酶结构域 保守程度有所不同，但其中有一小段序列则相当 保守，即PSTAIRE序列，与周期蛋白结合有关。
一、MPF的发现及其作用
一、MPF的发现及其作用
• M期细胞中可能存在细胞有丝分裂促进因子：
M期细胞可以诱导PCC，暗示在M期细胞中可 能存在一种诱导染色体凝缩的因子，称为细 胞有丝分裂促进因子（MPF）。
M期细胞与G1（A）、S（B）和G2（C）期细胞融合诱 导早熟染色体凝缩（PCC）（图14-1）
（四）S/G2/M期转换与DNA复制检查点
（一）G2/M期转化与CDK1的关键性调控作用 • CDK1活性依赖于cyclinB含量的积累： cyclinB（或cyclinA）的含量达到一定值并与 CDK1结合，同时在其它一些因素的调节下， 逐渐表现出最高激酶活性（G2/M期转换和M期 启动）。
• CDK1催化底物蛋白磷酸化：CDK1通过使某些 底物蛋白磷酸化，改变其下游的某些靶蛋白的 结构和启动其功能，实现其调控细胞周期的作 用。CDK1选择底物中某个特定序列中的某个 Ser/Thr残基磷酸化。CDK1可以使多种底物蛋 白磷酸化（见表14-2）。
• 成熟卵细胞细胞质移植发现成熟促进因子的存 在：两位科学家分离出第Ⅳ期等待成熟的非洲 爪蟾卵母细胞，并用孕酮进行体外刺激，诱导 卵母细胞成熟，然后进行细胞质移植实验，他 们发现，在成熟的卵细胞的细胞质中必然有一 种物质可以诱导卵母细胞成熟，即成熟促进因 子（MPF）；后来还证明，在成熟卵细胞中， MPF已经存在，只需通过翻译后修饰即可转化 为活性状态的MPF。 • 1998年分离获得了MPF：1998年，科学家们 以非洲爪蟾卵为材料，分离获得了微克级的纯 化MPF，并证明其主要含有p32和p45两种蛋 白，并且是一种蛋白激酶。
Cln3- CDC28
G1-S
Cln1/2- CDC28
S
Clb5/6- CDC28
G2-M
Clb1-4 -CDC28
Cig1- CDC2
Cig2- CDC2
Cig2- CDC2
Cdc13- CDC2
CycD- CDK4/6 CycD- CDKA
CycE- CDK2 CycA- CDKA
CycA- CDK2 CycA- CDKA
后期促进复合物（ APC ）作为有丝分裂的 终结者
马达蛋白和微管系统共同协作导致染色体分离
Cyclin B的降解途径
• 细胞由G1期向S期（G1/S期）转化主要受G1期周 期蛋白依赖性CDK：cyclinD-CDK4/6、 cyclinE- CDK2和cyclinA-CDK2。 • cyclinD-CDK4/6为细胞G1/S期转化所必需： cyclinD包括D1、D2和D3，它们的表达有细胞 和组织特异性；cyclinD-CDK4/6的底物主要是 Rb蛋白（retinoblastoma protein）即成视网膜 细胞瘤蛋白，Rb蛋白是E2F的抑制因子，E2F是 促进与G1/S期转化和DNA复制有关的基因转录 的转录因子，Rb蛋白在G1/S期转化中起负调控 （“刹车”）作用，在G1期的晚期通过磷酸化 而失活。
CycA/B- CDK1 CycA/B- CDKA
细胞增殖是通过严格调控的细胞周期 来实现的，在细胞周期的不同阶段有一系 列检查点对该过程进行严密监控。不然， 不受约束而生成的细胞将被机体免疫系统 所清除，或者癌变，转化为癌细胞。癌细 胞不仅表现出增殖失控，同时还具有侵润 和转移的特征，最终导致个体的死亡。 第一节 细胞增殖调控 第二节 癌细胞
（一）G2/M期转化与CDK1的关键性调控作用 • CDK活性受到多种因素的综合调节：①周期蛋 白与CDK结合只是激活CDK活性的先决条件： 仅周期蛋白与CDK结合，并不能使CDK激活； ②还需要其它几个步骤的修饰：cyclinBCDK1复合物（无活性）→ Wee1/mik1激酶和 CDK1活化激酶（CAK）→ cyclinB-CDK1的 Thr14、Tyr15和Thr161磷酸化（无活性前体 MPF） →cdc25C蛋白磷酸酶→ cyclinBCDK1仅剩Thr161磷酸化（有激酶活性的MPF ） （ MPF 对cdc25C 有正反馈作用） • 不同的CDK之间有一定的代偿功能；CDK对个 体和器官的发育也起着重要的调节作用。
（二）M期周期蛋白与细胞分裂中期向后期转化
• APC活性受到多种因素的综合调节：① M期 CDK激酶和蛋白磷酸酶对APC的活性起着调节 作用；② 纺锤体组装检查点调控APC的活性， 如cdc20和Mad2（有丝分裂捕获缺陷蛋白2）分 别为APC有效的正调控因子和负调控因子，在分 裂中期之前，位于动粒上的Mad2与cdc20结合 并抑制其活性。到分裂中期，Mad2从动粒上消 失，解除对cdc20的抑制作用，促使APC活化， 导致M期周期蛋白降解，M期CDK活性丧失。
第一节 细胞增殖调控
一、MPF的发现及其作用 二、p34cdc2激酶的发现及其与MPF的关 系 三、周期蛋白 四、CDK和CDK抑制因子 五、细胞周期运转调控 六、其他因素在细胞周期调控中的作用
• MPF（maturation- /mitosis- / M-phasepromoting factor）：即（卵细胞）成熟促进 因子，或细胞有丝分裂促进因子，也称M期促 进因子，在细胞周期调控中起重要作用。 • PCC（premature chromosome condensation）： 即早熟染色体凝缩，主要是指与M期细胞融合 的间期细胞（G1、S和G2）发生的形态各异的染 色体凝缩。G1期PCC为细单线状（因DNA未复 制），S期PCC为粉末状（因DNA由多个部位开 始复制），G2期PCC为双线染色体状（说明DNA 复制已完成），这样的形态变化可能与DNA复 制状态有关。
通过PCR技术测定与CDK1类似的CDK 蛋白分子图解（图14-6）
不同类型的周期蛋白
激酶复合 体
Cyclin
脊椎动物
芽殖酵母
CDK
Cyclin
CDK
G1-CDK
Cyclin D*
CDK2、4 、6
Cln 3
CDK1(CDC28)
G1/S-CDK
Cyclin E
CDK2
Cln 1、2
CDK1(CDC28)
S-CDK
Cyclin A
CDK2
Clb 5、6
CDK1(CDC28)
G2/M-CDK
Cyclin B
CDK1(CDC2)
Clb 1-4
CDK1(CDC28)
周期蛋白-周期蛋白依赖型激酶复合物在真核生 物细胞周期调控中的作用
真核生物 周期蛋白-周期蛋白依赖型裂殖酵母 脊椎动物 植物
cyclin B在CDK1活性调节过程中的 作用（图14-7）
CDK1激酶活性综合控制示意图（图14-8）
活性MPF的正反馈
（二）M期周期蛋白与细胞分裂中期向后期转化 • 后期促进复合物（anaphase-promoting complex，APC）：20S，泛素连接酶（E3）， 通过泛素依赖性蛋白降解途径，降解M期周期蛋 白和中期向后期转换的非周期蛋白类负调控因子， 使细胞从中期向后期转换。 APC至少由15种成 分组成，分别称为APC1~APC15。APC的发现 是细胞周期研究领域中又一重大进展，表明细胞 分裂中期向后期转换也受到精密调控。 • APC的主要作用：到达分裂中期后，cyclinB/A 与CDK1分离，在APC介导下，通过泛素化依赖 途径而降解。CDK1活性消失，细胞由分裂中期 向后期转化。
• 周期蛋白框（cyclin box）：指所有周期蛋
白中都存在的约由100个残基组成的相当保守的 氨基酸序列，其功能是介导周期蛋白与CDK结 合。
三、周期蛋白
• 破坏框/降解盒（destruction box）：指M
期周期蛋白近N端含有的一段由9个氨基酸残基 组成的特殊序列（RXXLGXIGX），其功能是参 与泛素依赖性的cyclinA和B的降解。在破坏框 之后有一段约40个氨基酸残基组成的Lys（K） 富集区。 • PEST序列：指G1期周期蛋白的C端含有的一 段特殊的PEST氨基酸序列，其功能可能与G1期 周期蛋白的更新（降解）有关。
四、CDK和CDK抑制因子
• CDK的活性受磷酸化修饰调节：细胞内存在多 种因子，对CDK分子结构进行磷酸化修饰，从 而调节CDK的活性。 • CDK抑制蛋白（CDK inhibitor, CKI）：指对 CDK起负调控作用的蛋白质，包括Cip/Kip家族 和INK家族。① Cip/Kip家族：包括p21、p27和 p57等，其中p21主要对G1期CDK（CDK2~4和 CDK6）起抑制作用 p21还与DNA聚合酶δ 的辅 助因子增殖细胞核抗原（PCNA）结合，抑制DNA 的复制；② INK家族：包括p16、p15、p18和 p19等，其中p16主要抑制CDK4和CDK6活性。
• 不同的Cyclin-CDK复合体表现不同的CDK 活性：不同的周期蛋白在细胞周期中表达的时
相不同，并通过不同的周期蛋白框与不同的 CDK结合，组成不同的cyclin-CDK复合体，表 现出不同的CDK活性。
周期蛋白含量随细胞周期的变化
部分周期蛋白分子结构特征（图14-4）
细胞周期蛋白的降解盒与降解途径
部分哺乳动物（A）和酵母细胞（B牙殖和C裂殖）周期 蛋白在细胞周期中的积累及其与CDK活性的关系（图14-5）
四、CDK和CDK抑制因子
• 周期蛋白依赖性蛋白激酶（cyclin-dependent kinase, CDK）：由周期蛋白结合并活化的调控 细胞周期进程的蛋白激酶。 CDK通过磷酸化其 底物而对细胞周期进行调控。 • CDK有多种：在人体中发现并命名的CDK包括 CDK1（Cdc2）~CDK13。不同的CDK在细胞 周期中起调节作用的时期不同。 • 某些CDK与cyclin的配对关系及执行的功能的时 期：见表14-1。 • CDK激酶结构域：各种CDK的CDK激酶结构域 保守程度有所不同，但其中有一小段序列则相当 保守，即PSTAIRE序列，与周期蛋白结合有关。
一、MPF的发现及其作用
一、MPF的发现及其作用
• M期细胞中可能存在细胞有丝分裂促进因子：
M期细胞可以诱导PCC，暗示在M期细胞中可 能存在一种诱导染色体凝缩的因子，称为细 胞有丝分裂促进因子（MPF）。
M期细胞与G1（A）、S（B）和G2（C）期细胞融合诱 导早熟染色体凝缩（PCC）（图14-1）
（四）S/G2/M期转换与DNA复制检查点
（一）G2/M期转化与CDK1的关键性调控作用 • CDK1活性依赖于cyclinB含量的积累： cyclinB（或cyclinA）的含量达到一定值并与 CDK1结合，同时在其它一些因素的调节下， 逐渐表现出最高激酶活性（G2/M期转换和M期 启动）。
• CDK1催化底物蛋白磷酸化：CDK1通过使某些 底物蛋白磷酸化，改变其下游的某些靶蛋白的 结构和启动其功能，实现其调控细胞周期的作 用。CDK1选择底物中某个特定序列中的某个 Ser/Thr残基磷酸化。CDK1可以使多种底物蛋 白磷酸化（见表14-2）。
• 成熟卵细胞细胞质移植发现成熟促进因子的存 在：两位科学家分离出第Ⅳ期等待成熟的非洲 爪蟾卵母细胞，并用孕酮进行体外刺激，诱导 卵母细胞成熟，然后进行细胞质移植实验，他 们发现，在成熟的卵细胞的细胞质中必然有一 种物质可以诱导卵母细胞成熟，即成熟促进因 子（MPF）；后来还证明，在成熟卵细胞中， MPF已经存在，只需通过翻译后修饰即可转化 为活性状态的MPF。 • 1998年分离获得了MPF：1998年，科学家们 以非洲爪蟾卵为材料，分离获得了微克级的纯 化MPF，并证明其主要含有p32和p45两种蛋 白，并且是一种蛋白激酶。
Cln3- CDC28
G1-S
Cln1/2- CDC28
S
Clb5/6- CDC28
G2-M
Clb1-4 -CDC28
Cig1- CDC2
Cig2- CDC2
Cig2- CDC2
Cdc13- CDC2
CycD- CDK4/6 CycD- CDKA
CycE- CDK2 CycA- CDKA
CycA- CDK2 CycA- CDKA
后期促进复合物（ APC ）作为有丝分裂的 终结者
马达蛋白和微管系统共同协作导致染色体分离
Cyclin B的降解途径
• 细胞由G1期向S期（G1/S期）转化主要受G1期周 期蛋白依赖性CDK：cyclinD-CDK4/6、 cyclinE- CDK2和cyclinA-CDK2。 • cyclinD-CDK4/6为细胞G1/S期转化所必需： cyclinD包括D1、D2和D3，它们的表达有细胞 和组织特异性；cyclinD-CDK4/6的底物主要是 Rb蛋白（retinoblastoma protein）即成视网膜 细胞瘤蛋白，Rb蛋白是E2F的抑制因子，E2F是 促进与G1/S期转化和DNA复制有关的基因转录 的转录因子，Rb蛋白在G1/S期转化中起负调控 （“刹车”）作用，在G1期的晚期通过磷酸化 而失活。
CycA/B- CDK1 CycA/B- CDKA