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1、关于细胞增殖与调控第一页，本课件共有30页 Johnson和和 Rao(1970)将将HeLa细胞同步于不同阶段，细胞同步于不同阶段，然后与然后与M期细胞混合，在灭活仙台病毒介导下，诱导细期细胞混合，在灭活仙台病毒介导下，诱导细胞融合，发现与胞融合，发现与M期细胞融合的间期细胞产生了形态各期细胞融合的间期细胞产生了形态各异的异的早熟凝集染色体早熟凝集染色体(prematurely condensed chromosome，PCC)。G1期期PCC为单线状，因为单线状，因DNA未复制；未复制；S期期PCC为为粉末状，因粉末状，因DNA由多个部位开始复制；由多个部位开始复制；G2期期PCC为双为双
2、线染色体，说明线染色体，说明DNA复制已完成。复制已完成。第二页，本课件共有30页人人人人MM期细胞与袋鼠（期细胞与袋鼠（期细胞与袋鼠（期细胞与袋鼠（PtkPtk）G1G1、S S、G2G2期细胞融合诱导期细胞融合诱导期细胞融合诱导期细胞融合诱导PCCPCC：提示：提示：提示：提示MM期细胞存在诱期细胞存在诱期细胞存在诱期细胞存在诱导导导导PCCPCC的因子；的因子；的因子；的因子；不同形态的不同形态的PCC第三页，本课件共有30页 1988年年Maller实验室从实验室从非洲爪蟾卵中非洲爪蟾卵中纯化出纯化出MPF，证明主要含，证明主要含p32和和p45两种蛋白，表现出激两种蛋白，表现出激酶活
3、性酶活性。孕酮诱导卵母细胞成熟；成熟卵细胞质中，含有卵母细胞孕酮诱导卵母细胞成熟；成熟卵细胞质中，含有卵母细胞孕酮诱导卵母细胞成熟；成熟卵细胞质中，含有卵母细胞孕酮诱导卵母细胞成熟；成熟卵细胞质中，含有卵母细胞成熟的因子，称做成熟的因子，称做成熟的因子，称做成熟的因子，称做MPFMPF第四页，本课件共有30页二、二、P34cdc2激酶的发现及其与激酶的发现及其与MPF的关系的关系1960sL.Hartwell以以芽殖酵母芽殖酵母为实验材料，利用为实验材料，利用阻断在不同细胞周期阶段的温度敏感突变株，分离出阻断在不同细胞周期阶段的温度敏感突变株，分离出了几十个与细胞分裂有关的基因了几十个与细胞分
4、裂有关的基因(celldivisioncyclegene，CDC)，如芽殖酵母的，如芽殖酵母的cdc28基因，在基因，在G2/M转转换点发挥重要的功能。换点发挥重要的功能。Hartwell还通过研究酵母菌细胞对放射线的感受性，还通过研究酵母菌细胞对放射线的感受性，提出了提出了checkpoint（细胞周期检验点）的概念，意（细胞周期检验点）的概念，意指当指当DNA受到损伤时，细胞周期会停下来。受到损伤时，细胞周期会停下来。第五页，本课件共有30页 以以P.Nurse为代表的另一批酵母生物学家研究为代表的另一批酵母生物学家研究不同温度下培养的不同温度下培养的裂殖酵母裂殖酵母细胞，也分离出数十细胞
5、，也分离出数十种温度敏感的突变体。这些不同的突变体在限定种温度敏感的突变体。这些不同的突变体在限定温度下，会滞留在细胞周期的某个阶段。这些与温度下，会滞留在细胞周期的某个阶段。这些与细胞分裂和周期调控有关的基因被称为细胞分裂和周期调控有关的基因被称为cdc(cell division cycle)基因，根据被发现的先后顺序被命基因，根据被发现的先后顺序被命名。名。第六页，本课件共有30页 裂殖酵母中的裂殖酵母中的cdc2基因表达基因表达34kDa的蛋白，称的蛋白，称p34cdc2。进一步研究发现其具有激酶活性，可以使许多蛋白。进一步研究发现其具有激酶活性，可以使许多蛋白磷酸化，在裂殖酵母的周期
6、调控中起重要作用。磷酸化，在裂殖酵母的周期调控中起重要作用。芽殖酵母中的一个关键芽殖酵母中的一个关键cdc基因是基因是cdc28，编码，编码34kDa的蛋白，具有激酶活性。的蛋白，具有激酶活性。p34cdc28是是 p34cdc2的同原的同原物物，调控细胞周期，特别是，调控细胞周期，特别是G2/M期转变。期转变。但研究者很快发现，但研究者很快发现，p34cdc28 或或p34cdc2单独并不具有单独并不具有激酶活性，需要同相关蛋白结合后才具有活性（如激酶活性，需要同相关蛋白结合后才具有活性（如p34cdc2和蛋白和蛋白p56cdc13结合结合）。）。第七页，本课件共有30页 之后，之后，J.M
7、aller和和P.Nurse实验室立即合作，很实验室立即合作，很快证明爪蟾卵中的快证明爪蟾卵中的p32与与p34cdc2是同原物。与此同是同原物。与此同时，时，T.Hunt实验室等以海胆卵为材料研究细胞周期实验室等以海胆卵为材料研究细胞周期调控，发现一类与细胞分裂有关的蛋白，称为周期调控，发现一类与细胞分裂有关的蛋白，称为周期蛋白蛋白(cyclin)。然后。然后J.Maller和和T.Hunt实验室合作，实验室合作，发现周期蛋白发现周期蛋白B，证明与，证明与p45和和p56cdc13为同原物为同原物。第八页，本课件共有30页2001年年10月月8日日,L.Hartwell、P.Nurse、T.
8、Hunt因对细胞周期调控机理的研究而荣因对细胞周期调控机理的研究而荣获诺贝尔生理医学奖。获诺贝尔生理医学奖。第九页，本课件共有30页三、周期蛋白三、周期蛋白 自发现周期蛋白后，在不长的时间里有数十种周期自发现周期蛋白后，在不长的时间里有数十种周期蛋白被克隆和分离。如酵母的蛋白被克隆和分离。如酵母的Cln1,Cln2,Clin3,Clb1-Cln1,Cln2,Clin3,Clb1-Clb6Clb6，在脊椎动物的，在脊椎动物的A1-2、B1-3、C、D1-3、E1-2、F、G、H等。等。各类周期蛋白均含有一段约各类周期蛋白均含有一段约100个氨基酸的保守序列，个氨基酸的保守序列，称为称为周期蛋白框
9、周期蛋白框，介导周期蛋白与，介导周期蛋白与CDK结合，不同的周结合，不同的周期蛋白框识别不同的期蛋白框识别不同的CDK,CDK,组成不同的周期蛋白复合体，组成不同的周期蛋白复合体，表现不同的表现不同的CDKCDK激酶活性。激酶活性。第十页，本课件共有30页 M期周期蛋白分子的近期周期蛋白分子的近N端含有一段端含有一段9个氨基个氨基酸组成的酸组成的破坏框破坏框，参与泛素介导的周期蛋白，参与泛素介导的周期蛋白A和和B的的降解。降解。G1期周期蛋白分子的期周期蛋白分子的C端含有一段特殊的端含有一段特殊的PEST序列序列，可能与，可能与G1期周期蛋白的更新有关。期周期蛋白的更新有关。第十一页，本课件共
10、有30页周期蛋白分子结构特征周期蛋白分子结构特征第十二页，本课件共有30页 哺乳动物和哺乳动物和酵母部分细胞酵母部分细胞周期蛋白在细周期蛋白在细胞周期中的积胞周期中的积累及其与累及其与CDK激酶活性激酶活性的关系。的关系。第十三页，本课件共有30页四、四、CDK激酶和激酶和CDK激酶抑制物激酶抑制物 在酵母在酵母cdc2和和cdc28基因被分离后，几个实验室同时基因被分离后，几个实验室同时工作构建了人类、爪蟾和果蝇的工作构建了人类、爪蟾和果蝇的cDNA文库，得到了一文库，得到了一系列与系列与cdc2相关的基因。相关的基因。他们有两个共同的特点他们有两个共同的特点，一一是是含有一段类似的氨基酸序
11、列，含有一段类似的氨基酸序列，二是二是都可以同周期蛋都可以同周期蛋白结合。统称为周期蛋白依赖性蛋白激酶，白结合。统称为周期蛋白依赖性蛋白激酶，CDK激激酶。酶。第十四页，本课件共有30页 已经命名的已经命名的CDK激酶包括：激酶包括：CDK1-10。cdc2最最早被发现，被命名为早被发现，被命名为CDK1。各种。各种CDK分子都含有分子都含有一段类似的一段类似的CDK激酶结构域，其中一段激酶结构域，其中一段PSTAIRE的的序列相当保守，与周期蛋白的结合有关。另外，序列相当保守，与周期蛋白的结合有关。另外，一些位点的磷酸化与激酶的活性有关。一些位点的磷酸化与激酶的活性有关。CDK激酶的效应是多
12、方面的，如将核纤层蛋白磷激酶的效应是多方面的，如将核纤层蛋白磷酸化导致核纤层解体、核膜消失，将酸化导致核纤层解体、核膜消失，将H1磷酸化导致染磷酸化导致染色体的凝缩等等。色体的凝缩等等。第十五页，本课件共有30页与与cdc2类似的类似的CDK蛋白分子图解蛋白分子图解第十六页，本课件共有30页 细胞中还具有细胞周期蛋白依赖性激酶抑制细胞中还具有细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子（因子（CDKinhibitor，CDKI）对细胞周期起负调）对细胞周期起负调控作用，目前发现的控作用，目前发现的CDKI分为两大家族：分为两大家族：Ink4(Inhibitorofcdk4)，如，如:P16ink4a、P15
13、ink4b、P18ink4c、P19ink4d，特异性抑制，特异性抑制cdk4cyclinD1、cdk6cyclinD1复合物。复合物。第十七页，本课件共有30页 CIP/Kip(Kinase inhibition protein)：包括：包括P21cip/waf1(cyclin inhibition protein 1)、P27kip1(kinase inhibition protein 1)、P57kip2等，等，能抑制大多数能抑制大多数CDK的激酶活性，的激酶活性，P21cip/waf1还能与还能与DNA聚合酶聚合酶的辅助因子的辅助因子PCNA（proliferating cell nu
14、clear antigen）结合，直接抑制）结合，直接抑制DNA的合成。的合成。第十八页，本课件共有30页周期蛋白激酶周期蛋白激酶五、细胞周期转运调控五、细胞周期转运调控第十九页，本课件共有30页周期蛋白激酶的活性周期蛋白激酶的活性第二十页，本课件共有30页细胞周期调控示意图细胞周期调控示意图第二十一页，本课件共有30页裂殖酵母细胞周期的调控裂殖酵母细胞周期的调控第二十二页，本课件共有30页人细胞周期的调控人细胞周期的调控第二十三页，本课件共有30页（一）（一）G2/M期转化与期转化与CDK1激酶的调控作用激酶的调控作用 CDK1激酶（激酶（p34cdc2激酶），由激酶），由p34cdc2蛋白
15、（或蛋白（或p34cdc28蛋白）与周期蛋白蛋白）与周期蛋白B组成。组成。第二十四页，本课件共有30页第二十五页，本课件共有30页 CDK1激酶催化不同的底物（主要是磷酸化丝氨酸和激酶催化不同的底物（主要是磷酸化丝氨酸和苏氨酸），参与细胞的多种功能。苏氨酸），参与细胞的多种功能。第二十六页，本课件共有30页细胞中细胞中CDK激酶的活性受到多种因素的调控激酶的活性受到多种因素的调控第二十七页，本课件共有30页CDK1的激活需要的激活需要Thr14和和Tyr15的去磷酸化的去磷酸化Tyr161的磷酸化的磷酸化Weel1可以促进可以促进Thr14和和Tyr15的磷酸化的磷酸化Cdc25可以促进可以促进Thr14和和Tyr15的去磷酸化的去磷酸化第二十八页，本课件共有30页CDK1的调节与活化的调节与活化;CAK=CDK1-Activiting Kinase第二十九页，本课件共有30页感感谢谢大大家家观观看看第三十页，本课件共有30页