真核细胞周期调控与肿瘤

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(Schizosacchharomycespombe) 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。

NPM异常表达对肿瘤细胞周期调控作用的研究进展徐骏.，曹恩.，矢庆明b,王嘉。

，尹碧洋。

，况晓东.(南昌大学a.病理教研室；b.第二附属医院骨科；c.玛丽女王学院2018级，南昌330006)摘要：细胞周期为母细胞分裂为2个子细胞并且遗传物质均等分配的一个过程.核仁磷酸蛋白(NPM)是一类穿梭于核仁、核质和胞质的多功能蛋白质，与细胞周期密切相关，可通过多种信号通路调节细胞增殖和凋亡，在肿瘤的发生发展中起着重要作用.文章主要阐述NPM异常表达，包括基因突变、过表达和沉默表达等3种形式对细胞增殖或凋亡的影响，以及对肿瘤发生发展的作用.关键词：核仁磷酸蛋白；突变；移位；过表达；沉默表达；增殖；凋亡中图分类号：R392文献标志码：A文章编号：10098194(2021)02—0079—04DOI：10.13764/ki.lcsy.2021.02.024Research Progress on the Regulation of Tumor Cell Cycleby Abnormal Expression of NPMXU Jun a,CAO En a,SHI Qing-ming b,WANG Jia c,YIN Bi-yang c,KUANG Xiao-dong a(.Department of Pathology； b.Department of Orthopaedics,the Second Affiliated Hospital；c.Class of2018Queen Mary College Nanchang University^Nanchang330006,China)ABSTRACT：Thece l cycleisaprocessin whichthe motherce l dividesintotwodaughterce l s and the genetic material is evenly distributed.Nucleolar phosphoprotein(NPM)is a kind of multi-functionalproteinshu t lingbetweennucleolus nucleoplasmandcytoplasm,whichiscloselyrelat-ed to cell cycle.It can regulate cell proliferation and apoptosis through a variety of signal path­ways,and plays an important role in the occurrence and development of tumor.This article mainly describesthee f ectsofabnormalexpressionofNPM，includinggenemutation，overexpressionand silent expression,on cell proliferation or apoptosis,s well as on tumorigenesis and development. KEY WORDS：nucleolarphosphoprotein；mutation；shift；overexpression；silentexpression；multiplication；apoptosis所有真核生物的核糖体RNA(rRNA)在细胞核中合成，核糖体是细胞合成所需的蛋白质合成的分子机器.核仁磷酸蛋白(NPM)是一种重要的核蛋白，与细胞周期密切相关.NPM在调节细胞周期和凋亡中起着重要作用，主要涉及2个方面：其一，NPM直接影响细胞周期，参与核糖体合成，中心体复制和周期控制蛋白的调节⑴，其二,NPM还可以调节促肿瘤或抑制作用，抑制蛋白的活性并影响其靶基因的下游转录，从而调节细胞的增殖和凋亡[2].本文就NPM异常表达对肿瘤细胞周期调控作用的研究进展进行综述.1细胞周期特征细胞的生长和增殖在整个生命周期中都受到仔收稿日期:2021-01-08基金项目：国家自然科学基金(81960012)作者简介：徐骏(1990—),男，硕士研究生，主要从事病理学的研究.通信作者:况晓东，副教授,************************.细和严格的调控，G1/S测试点是最重要的调控开关之一.在这一转折点上，细胞对不同的胞内和胞外刺激因素做出各种不同反应，即细胞分裂、细胞分化或生长停止、G1期停止等.同时在此期间，中心体结合的NPM被cyclin E和CDK2异二聚体复合物磷酸化，启动中心体复制⑶.因此，在G1/S这个测试点，任何可能的损伤或者突变，如抑癌基因失活或癌基因激活，都可能导致异常的细胞增殖或转化.有研究⑷表明,NPM蛋白敲除会导致中心粒数制NPM蛋白磷酸化会导致中心体复制失败.2NPM的结构与功能NPM,也称为B23或N038,位于5q35,包括3个亚型，即NPM1、NPM2和NPM3,目前学术界对NPM1了解最为详细.NPM蛋白的N端富含非极性氨基酸，具有组蛋白伴侣的功能，中间部分是核糖核酸酶活性区，负责组蛋白和核糖体的组装，可以依赖乙酰化增加组装水平.C端是含有核定位信号的核酸结合域.野生型NPM可通过核孔在细胞核和细胞质之间穿梭，参与细胞核和细胞质之间的运输.穿梭过程受核输出信号、核定位信号和核仁定位信号序列控制.NPM可以被一些激酶磷酸化，如酪蛋白激酶n（CKH）.NPM和CKH共同位于细胞核中，调节细胞生长和凋亡［］.3NPM异常表达对肿瘤细胞增殖及凋亡的影响NPM异常表达，包括基因突变、过表达和沉默表达3种形式，对肿瘤细胞的增殖或凋亡产生影响. 33NPM突变对肿瘤细胞增殖的影响有研究［616］表明,NPM突变对许多恶性肿瘤,特别是对血液肿瘤发生发展尤为密切.3.1.1NPM突变与急性髓细胞白血病（AML）FALINI等归首次发现成人AML中NPM1基因突变的检出率为35.2%,正常核型AML中为61.7%,这揭示了NPM基因与血液肿瘤的相关性.近年来,AML中NPM1的异常表达引起了人们的关注和研究.AML中的NPM1突变可发生在FAB-AML的几乎所有亚型中，最常见的突变是M4（发病率77%）、M5a（发病率71%）和M5b（发病率90%）［7］.目前，最常见的突变类型B和D是在相同的基因位点插入CATG和CCTG,而突变类型A 是在野生型NPM1核苷酸序列的956959位插入1个TCTG［］.NPMI基因第12外显子突变在原发性AML尤其是正常核型AML患者中发生率较高，具有特殊的临床特征和较好的预后归.3.1.3NPM突变导致NPM突变基因胞浆异常定位基因突变致NPM胞浆移位的白血病细胞称之为NPMc+细胞.NAKAGAWA等［10］提出，C端色氨酸只在野生型NPM的核仁定位中起主要作用，但是在野生型NPM的细胞质移位中并无显著性作用.当NPM1发生突变后，11-氨基酸残基取代NPM1蛋白C端7-氨基酸,NPM1蛋白末端5个氨基酸均为VSLRK，导致NPM1蛋白C端288和290位点至少1个色氨酸发生突变，削弱了核定位信号，最终导致NPM1在细胞质中的异常定位.此外有研究［11］还发现，突变NPM1的C端产生额外的富含亮氨酸的核输出信号序列，这增强了依赖于CRM1的核输出信号.细胞核定位信号减弱，输出信号增强，最终导致NPM1蛋白在细胞质中的异常定位.FALINI等［幻通过基因转染技术进一步证实突变NPM移位胞浆是通过CRM1依赖途径，此外通过NES序列敲除实验证明突变NPM只有在同时具有2种NES序列的情况下才能实现其胞浆的聚集.NPMc+的异常表达是多种因素共同作用的结果.3.1.3NPM突变（NPMc+）导致血液肿瘤增殖的可能机制白血病细胞的恶性增殖可以通过p53依赖或p53非依赖途径来促进.一方面，依赖P53途径，通过影响p53的稳定性导致肿瘤细胞异常增殖.P53是一种肿瘤抑制基因，由于其突变常导致肿瘤发生。

真核生物3'UTR的转录后水平调控及其与肿瘤的关系康南;王宇;王颖;毛伊雯;燕太强;沈丹华【摘要】真核生物3'非翻译区(3'untranslated regions,3'UTR)在转录后水平调控中起到重要作用,它参与调控mRNA的体内稳定性及降解速率,控制mRNA的利用效率,还决定mRNA的翻译位点及翻译效率,调控mRNA细胞内运输及胞质定位等多种代谢过程.3'UTR既可以与microRNAs或者RNA结合蛋白相互作用来反式调控基因的表达,从而阻止mRNA的翻译或直接降解靶mRNA,同时3'UTR也可以作为独立存在的RNA分子发挥功能,近年来通过对肿瘤全基因组相关研究发现突变发生在3'UTR或与microRNA结合区会破坏细胞内的调控机制,从而影响肿瘤的发生发展,使3'UTR成为目前研究热点,并使其有望成为肿瘤诊断和治疗的新标志物甚至药物靶点.【期刊名称】《医学研究杂志》【年(卷),期】2019(048)002【总页数】4页(P8-11)【关键词】真核生物;3'非翻译区;mRNA代谢;独立分子;突变;肿瘤【作者】康南;王宇;王颖;毛伊雯;燕太强;沈丹华【作者单位】100044 北京大学人民医院病理科;100021 中国医学科学院肿瘤医院分子肿瘤学国家重点实验室;100044 北京大学人民医院病理科;100044 北京大学人民医院病理科;100044 北京大学人民医院病理科;100044 北京大学人民医院病理科【正文语种】中文【中图分类】R34真核生物3′非翻译区(3′untranslated regions，3′UTR)即非翻译区，是指mRNA 分子两端的非编码片段，研究发现，许多mRNA的调控元件存在于5′UTR及3′UTR中，5′UTR主要起始调控mRNA翻译，3′UTR调控mRNA的多种代谢，包括出核、胞质定位、翻译效率及mRNA稳定性等[1]。

Cyclin E失调节及与肿瘤发生的关系细胞周期调控机制紊乱是细胞增生失控从而导致癌变的重要原因。

Cyclin E作为CDK2的一个正向的调节亚单位，它在正常细胞的S期（S phase）有着重要的启动作用。

曾经认为cyclin E的过度表达可以加速细胞周期，异常提高的细胞增殖能力而造成肿瘤发生。

随着研究的深入，对于cyclin E及CDK2有了新的认识，并认为是cyclin E的失调节（Deregulation of cyclin E）导致细胞周期中染色体的不稳定性（chromosome instability，CIN），从而造成肿瘤发生。

1 Cyclin E、CDK2与细胞周期细胞周期(cell cycle)是指亲代细胞分裂结束到子细胞分裂结束之间的间隔时期。

一个典型的细胞周期有4个期即G1-S-G2-M构成,并受到胞内外信号传导途径及反馈环路的调控。

目前已发现A-J 10种细胞周期素(cyclins)作用于细胞周期,有些含亚型如cyclin D1、cyclinD2等共15种cyclins，其中cyclin E及其相关激酶CDK2是重要的G1期调节单位。

1.1 Cyclin E与CDK2在细胞周期中的作用Cyclin E是一类核蛋白,最初是从酿酒酵母菌中提取出来的，其表达升高始于G1中期,至G1晚期的G1/S交界处达高峰,细胞进入S期后,cyclin E开始下降,到G2/M期降为零。

因此cyclin E主要作用于G1晚期、S期开始之前，调控细胞从静止细胞G0期或者G1期通过限制点“R”(point of no return)进入S期。

细胞周期素依赖激酶(cyclin-dependent kinase，CDK)是一类蛋白激酶家族,最早发现于酵母菌中即P34cdc2。

在哺乳动物中,已发现的CDKS至少达7种,分别命名为CDC2(CDK1),CDK2～7。

CDK2作为其成员之一,在G1/S期转换调控中起重要作用。

细胞的细胞周期调控与细胞增殖机制细胞是构成生物体的基本单位，其生命周期主要包括两个阶段：有丝分裂和间期。

细胞生命周期的调控对于维持正常的细胞增殖和生物体的生长发育至关重要。

在这篇文章中，我将详细介绍细胞的细胞周期调控与细胞增殖机制。

一、细胞周期调控细胞周期是指从细胞一次分裂到下一次分裂的过程。

它由四个不同的阶段组成：G1期（第一生长期）、S期（DNA合成期）、G2期（第二生长期）和M期（有丝分裂期）。

为了确保细胞周期的准确进行，细胞周期调控机制起着关键作用。

1.细胞周期调控蛋白细胞周期调控蛋白是控制细胞周期的关键分子。

其中，细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK）和细胞周期蛋白（Cyclin）的相互作用是细胞周期的核心调控机制。

在不同的细胞周期阶段，不同的Cyclin与CDK结合形成活性复合物，进而调节细胞周期的进行。

2.细胞周期检查点细胞周期检查点是一种控制细胞周期进行的关键机制。

细胞周期检查点主要包括G1检查点、G2检查点和M检查点。

这些检查点可以检测细胞是否准备好进入下一个细胞周期阶段，如果存在DNA损伤或其他异常情况，检查点将阻止细胞进入下一个阶段，以保护细胞免受进一步的损害。

只有在问题得到解决后，细胞才能继续进行细胞周期。

二、细胞增殖机制细胞增殖是指细胞数量的增加。

细胞增殖机制包括有丝分裂和无丝分裂两种方式。

1.有丝分裂有丝分裂是一种细胞分裂方式，通过一系列复杂的步骤完成。

有丝分裂包括纺锤体形成、染色体分离、染色体对极体移动和细胞分裂等阶段。

在有丝分裂的过程中，细胞的DNA复制和分配是必须的，确保每个新生细胞都拥有相同的基因组。

2.无丝分裂除了有丝分裂外，细胞还可以通过无丝分裂方式进行增殖。

无丝分裂是一种简单的细胞分裂方式，在原核生物和一些真核细胞中广泛存在。

无丝分裂的过程中，没有明显的纺锤体形成和染色体运动，直接通过分裂鞭毛或裂变完成细胞的增殖。

三、细胞周期调控与细胞增殖的相关疾病细胞周期调控的异常可能导致细胞增殖的紊乱，从而引发一系列与疾病相关的问题。

转录因子的主要功能：
1.基础转录调控：在真核生物中，转录因子作为一般转录因子（general transcription factors，
GTFs），起到基础转录调控的作用。

2.转录的差异性增强：转录因子可以绑定临近调控基因的DNA增强子区域，从而差异调控各种基
因的表达。

3.参与发育过程：转录因子可以参与到发育过程中。

4.细胞信号的沟通：转录因子可以释放一种可以产生与受体细胞进行信号传导的分子，使细胞之间
可以相互沟通。

5.环境应答：转录因子也能参与环境刺激的信号级联下游。

6.细胞周期调控：一些原癌或肿瘤抑制基因，有助于调节细胞周期，这是转录因子的一个重要功能。

7.发病机制：转录因子可以用于改变宿主细胞的基因表达，促进发病机制。

细胞周期循环的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,而后在分裂期(M期)将这两份拷贝正确无误地分配给两个子代细胞.如果在这一过程中产生错误,又得不到及时纠正,那么将导致基因组的不稳定和变异.对单细胞生物,其后果是导致细胞增殖能力下降或细胞死亡;对多细胞生物则通常是引起肿瘤.在长期的进化过程中,细胞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,通常称为细胞周期检验点(checkpoint).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复制受阻时,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,因为染色体的分配主要依赖于纺锤体的作用.从检查点的工作方式来看,又可把检查点分为三个部分:第一个部分是探测器或传感器,它负责检查质量问题;第二个部分是信号传感器,它把“出了质量问题”的信号传递给第三部分———效应器,由效应器去中断细胞周期进程并开动修复机制.细胞周期的控制细胞周期调控是在各期的检验点上进行的.细胞周期中存在两个重要的检查点:一个位于G1/S交界处,在酵母菌中称为启动子,而在哺乳类动物细胞中称为限制点(R点),只要G1时相内的正调节因子累积达到一定程度,周期越过R 点,以后细胞就不再依赖于细胞外促生长因子而顺序完成整个细胞周期,可见R 点是影响细胞周期的最关键点;另一个位于G2/M交界处,它在染色体分开和细胞分裂前保证染色体均分的精确性.目前人们发现的细胞周期调控因子颇多,归纳起来可分三大类:周期素、周期素依赖性蛋白激酶、CDK抑制蛋白(CKIs).CDKs是细胞周期调控的中心环节,CDKs 的调节作用是通过使其底物(pRb及其相关蛋白p107、p130)的磷酸化来实现的;周期素是CDKs的正调节因子,能激活CDK活性;CKIs是负调节因子,可使CDK失活.下面主要从CDKs及其底物、周期素两方面阐述细胞周期调控因子在细胞周期调节中的作用.CDKs及其底物目前已发现的CDK有七种,分别命名为CDC2(CDK1)、CDK2～CDK7,它们在基因序列上的同源性超过40%.CDK的活性受细胞内外多种信号严密控制,活化的CDK包含催化亚单位(CDK)和一个正调亚单位(周期素),前者还需一个保守的Thr （苏氨酸）残基上的磷酸化和Tyr（酪氨酸）残基上的去磷酸化.CDK激活机制主要有:①CDK活化激酶(CDK-activated kinases,CAK)的作用.CAK自身也是CDK,它由一个催化亚单位CDK7/MO15和一个正调亚单位周期素H组成.CAK使CDK2的Thr161、CDK2的Thr160及CDK7的Thr170位点磷酸化而活化它们,CAK还能活化其他绝大多数CDK-周期素复合物.②周期素的扩增或过表达.③CKIs的突变、缺失或低表达.CDK失活机制有:Thr残基上的去磷酸化和Tyr残基上的磷酸化、与周期素s分离、同CKIs结合等途径.CDK被激活后,使其底物发生磷酸化.未磷酸化的pRb能够结合转录因子E2F,并抑制E2F启动S期相关基因的转录.磷酸化的pRb或pRb与某些转化蛋白如SV40的T抗原、腺病毒E1A蛋白、乳头瘤病毒E7蛋白结合,都能导致E2F的释放.游离的E2F与一种蛋白因子DP-1共同形成异源二聚体,能结合DNA的特定位点,正向激活S期相关基因转录,周期越过R点,细胞即从G1期进入S期.E2F分为五种类型.其中E2F1,E2F2,E2F3直接受pRb控制,E2F4和E 2F5主要受pRb相关蛋白p107、p130控制.p130和pRb在磷酸化调节方式上相同,但p130磷酸化的时间在pRb之前,因此认为p130的失活要早于pRb.目前,对p107了解尚少,但已知其和p130功能相似.周期素目前已发现的周期素有八种,分别命名为周期素A～H.根据细胞周期的时相,分为G1、G2、S和M时相以及作用尚未明确的周期素.周期素的过度表达可以激活CDK活性,造成细胞周期调节失控,导致肿瘤的形成,因此也称之为癌蛋白.G1时相周期素包括周期素C、D、E型,其中后两型是主要的.周期素D至少有D1、D2、D3三个亚型.目前周期素D1是研究的热点.周期素D1基因(又称CCND1、BCL-1、PRAD1或D11S128基因)编码的周期素D1由295个氨基酸组成.周期素D2基因(又称CCND2、vin-1基因)编码的周期素D2由290个氨基酸组成.周期素D3基因(又称CCND3基因)编码的周期素D3由292个氨基酸组成.三型周期素D氨基酸序列同源性达53.1%～63.5%,它们的C末端有一个富含脯氨酸(P)、谷氨酸(E)、天冬氨酸、丝氨酸(S)和苏氨酸(T)的残基序列,称之为PEST序列,与蛋白质的降解有关;它们的N末端有一个与某些转化蛋白如SV40的T抗原、腺病毒E1A蛋白、乳头瘤病毒E7蛋白共同的序列：亮氨酸Leu-X-半胱氨酸Cys-X-谷氨酸Glu,此序列同样可与pRb及pRb相关蛋白结合,随后在CDK4/CDK6的作用下,使pRb磷酸化,从而使细胞从G1时相进入S时相.一些生长因子(growth factors,GFs)可诱导它们的表达,一旦去除GFs,周期素D1的水平会迅速下降.因此,称它为生长因子感受器(growth factor sensors).在G1时相,给正常的成纤维细胞显微注射抗周期素D1抗体,能够阻止细胞进入S时相,但在接近G1/S交界处时则注射无效,这一结果表明周期素D1在G1的中晚期发挥着重要作用.周期素E在G1时相的表达晚于周期素D,在G1/S交界处达到高峰,进入S时相后逐渐下降,给细胞显微注射抗周期素E抗体,可阻止细胞进入S时相,因此被认为是调节G1/S时相转换的必需蛋白.细胞进入S时相后,周期素E降解,和它结合的CDK2被释放出来和周期素A结合.S时相周期素包括周期素A.它是周期素中最早被发现的,在G1时相晚期于周期素E之后表达,但直到S时相与CDK2结合后才被激活.给细胞显微注射抗周期素A抗体或反义周期素A能抑制细胞DNA的合成,表明周期素A在S时相有重要作用.另外,它在G2时相与M时相和CDC2(CDK1)结合,可能与有丝分裂有关.因此,周期素A也被称为M时相周期素.M时相周期素包括周期素A和B.周期素B又分为B1、B2、B3三种亚型, 它在S时相晚期和G2时相表达,且只和CDC2(CDK1)结合,在G2/M转换中发挥重要作用.其他周期素包括周期素F、G、H.它们的功能目前尚不完全清楚.对于所有的真核有机体,细胞周期的不同时相的相互协调是非常必要的.各时相要按正确的顺序进行;一个时相完成了,下一个时相才能开始.如果这种相互协调发生错误则会导致染色体的变异,染色体或染色体的一部分将丢失、重排或在两个子细胞之间不平等的分配.这种类型的染色体变异在癌细胞中经常可见.在生物和医学领域,理解如何控制细胞周期具有核心的作用.三位诺贝尔奖获得者在分子水平上认识了细胞周期中是如何从一时相转到下一时相.应用前景细胞周期调控机制将会在生物学、医学等诸多领域中得到广泛应用。