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1、山东大学医学院生化与分子生物学系任桂杰第一讲第一讲细胞周期调控与肿瘤细胞周期调控与肿瘤Cellcycleregulationandtumor1内容介绍内容介绍:第一节第一节 细胞周期概述细胞周期概述第二节第二节 细胞周期的各元素及其相互作用细胞周期的各元素及其相互作用第三节第三节 细胞周期调控与肿瘤细胞周期调控与肿瘤2 第一节第一节 细胞周期概述细胞周期概述 一、细胞周期一、细胞周期 细胞增殖周期，细胞增殖周期，简称细胞周期简称细胞周期(cell(cell cycle)cycle)，是指连续分，是指连续分裂的细胞从上一次有裂的细胞从上一次有丝分裂结束开始丝分裂结束开始,到下到下一次有丝分裂结束
2、为一次有丝分裂结束为止所经历的整个过程。止所经历的整个过程。3G1G1期：（期：（DNADNA合成前期）合成前期）从有丝分裂完成到从有丝分裂完成到DNADNA复复制之前的一段时期；制之前的一段时期；S S期：期：（DNADNA合成期合成期）为为DNADNA复制的时期；复制的时期；G2G2期期：（：（DNADNA合成后期合成后期）从从DNADNA复制完成到有丝分复制完成到有丝分裂开始的一段时期；裂开始的一段时期；M M期：（有丝分裂期）期：（有丝分裂期）从细胞分裂开始到结束的从细胞分裂开始到结束的一段时期。一段时期。u细胞分裂周期细胞分裂周期4 4个时相个时相DNADNA合成前期合成前期DNAD
3、NA合成期合成期DNADNA合成后期合成后期有丝分裂期有丝分裂期 MphaseG01.Phases of Cell Cycle42.Characteristics of Cell Cycle PhasesG G1 1期：期：n细胞周期的大部分时相处于细胞周期的大部分时相处于G G1 1期，动物细期，动物细胞一般为胞一般为6-126-12小时。该期主要的生化活动小时。该期主要的生化活动是是合成合成RNARNA和蛋白质和蛋白质。S S期：期：n此期一般持续此期一般持续6-86-8小时，其长短主要由基因小时，其长短主要由基因组的复杂度决定。该期主要的生化活动是组的复杂度决定。该期主要的生化活动是复制
4、复制DNADNA。5G G2 2期：期：n该期主要的生化活动是该期主要的生化活动是合成一些与有丝分合成一些与有丝分裂有关的蛋白质裂有关的蛋白质。M M期：期：n该期很短，一般持续该期很短，一般持续0.5-20.5-2小时。该期生小时。该期生化合成停止，化合成停止，细胞形态发生改变细胞形态发生改变，一个母一个母细胞分裂成细胞分裂成2 2个子代细胞个子代细胞。63.Checking Points of Cell Cycle真核细胞的分裂增殖必须经过两个关键的调真核细胞的分裂增殖必须经过两个关键的调控点：即控点：即DNADNA合成开始时的合成开始时的G G1 1SS期的转换期的转换和和有丝分裂开始时
5、的有丝分裂开始时的G G2 2MM期的转换期的转换。除此之外，细胞还有除此之外，细胞还有G G0 0GG1 1期的转换期的转换，以及，以及S S期期的检查点。的检查点。784.4.细胞周期的特点细胞周期的特点:单向性：只能沿G1、S、G2、M方向推进。阶段性：各期细胞形态和代谢特点有明显差异，细胞可因某种原因在某时相停止下来，待生长条件适合后重新活跃到下一时相。检查点：各时相交叉处存在检查点，决定细胞下一步的增殖趋向。细胞微环境：细胞周期是否顺利推进与细胞外信号和条件等密切相关。91.1.周期性细胞：周期性细胞：连续分裂的细胞连续分裂的细胞；始终处于增殖和；始终处于增殖和死亡的动态平衡中（稳态
6、更新），如表皮细胞、死亡的动态平衡中（稳态更新），如表皮细胞、骨髓细胞。骨髓细胞。2.G2.G0 0期细胞：期细胞：休眠细胞休眠细胞；暂时脱离细胞周期，适当；暂时脱离细胞周期，适当刺激可重新进入细胞周期（条件更新）。如肝、刺激可重新进入细胞周期（条件更新）。如肝、肾细胞。肾细胞。3.3.终端分化细胞：终端分化细胞：不分裂细胞不分裂细胞；不可逆的脱离细胞；不可逆的脱离细胞周期，丧失增值能力，但具有一定生理功能。如周期，丧失增值能力，但具有一定生理功能。如神经细胞、心肌细胞。神经细胞、心肌细胞。二、机体活细胞的分类二、机体活细胞的分类1011细胞周期蛋白/素(cyclin，CLN)细胞周期素依赖激
7、酶(cyclin-dependent kinase，CDK)细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂（CDK inhibitory protein，CKI）第二节第二节细胞周期的元素及其相互作用细胞周期的元素及其相互作用调节细胞周期的3类蛋白质:121.1.周期蛋白依赖性蛋白激酶（周期蛋白依赖性蛋白激酶（CDK)-CDK)-CDK1-6,CDK1-6,是调节细胞是调节细胞周期的主要蛋白质，通过使其他蛋白质磷酸化而驱动细胞周期的主要蛋白质，通过使其他蛋白质磷酸化而驱动细胞周期进程周期进程,其活性受周期蛋白的正调控，受其活性受周期蛋白的正调控，受CKICKI的负调控。的负调控。2.2.周期蛋白（周期蛋白（cy
8、clin)-cyclin)-A,B,C,D,EA,B,C,D,E等，不同的周期蛋白等，不同的周期蛋白与不同的与不同的CDKCDK结合形成结合形成cyclin-CDKcyclin-CDK复合物，可调节细胞周复合物，可调节细胞周期的不同阶段。期的不同阶段。3.3.CDKCDK抑制蛋白（抑制蛋白（CKI)-CKI)-与与CDKCDK结合后可抑制结合后可抑制CDKCDK的活性，可的活性，可分为两大家族：分为两大家族：CIP/KIP(p21,p27,p57CIP/KIP(p21,p27,p57等等):):广泛抑制多广泛抑制多种种CDKCDK的活性。的活性。INK4INK4家族家族(P15,p16,p18
9、,p19(P15,p16,p18,p19等等):):特异性特异性抑制作用。抑制作用。13CDK4/cyclin D-CDK2/cyclin E-CDK2/cyclin A-CDK1/Cyclin B 1415162001年，年，Leland Hartwell，Paul nurse和和 Tim hunt因成功揭因成功揭示细胞周期分子机制而共同获得第示细胞周期分子机制而共同获得第100届诺贝尔生理学与医学届诺贝尔生理学与医学奖。这标志着细胞周期的研究已获得全世界的认同，为细胞周奖。这标志着细胞周期的研究已获得全世界的认同，为细胞周期与肿瘤的研究奠定了基础。期与肿瘤的研究奠定了基础。17 Cycli
10、n(CLN)Cyclin(CLN)又称周期素，是一组结构又称周期素，是一组结构相似相似,并能结合和调节细胞周期蛋白依赖并能结合和调节细胞周期蛋白依赖激酶激酶(cyclin-dependent kinase,CDK)(cyclin-dependent kinase,CDK)活活性的蛋白质。性的蛋白质。1.Structure and Function of Cyclin18n周期素都是周期素都是CDKCDK的调节亚基的调节亚基，分别在细胞周期的，分别在细胞周期的不同时期积累，激活不同时期积累，激活CDKCDK，使其具有催化关键底，使其具有催化关键底物磷酸化的作用并调节底物活性。物磷酸化的作用并调节
11、底物活性。n在高等真核细胞中，周期素至少分为在高等真核细胞中，周期素至少分为A A、B B、C C、D D、E E、F F、G G等几大类。等几大类。19 不同的周期蛋白（不同的周期蛋白（cyclin A,B,C,D,E,cyclin A,B,C,D,E,F,G,HF,G,H等）能与不同的等）能与不同的CDKCDK结合，可调节细结合，可调节细胞周期的不同阶段。胞周期的不同阶段。G1G1 S G2 MS G2 M D-CDK4/6E-CDK2A-CDK2B-CDK1G1期运行期运行S期启动期启动G2期启期启动和进行动和进行M期启动期启动和进行和进行20G1SG2Mprophasemetaphas
12、eanaphasetelophaseCyclin DCDK4/6Cyclin BCDK1Cyclin ACDK2Cyclin ECDK2Cyclins/CDKs in the different phases of cell cycle21The Expressional Levels of Cyclins during Cell Cycle22CyclinsCyclins的时相性起伏的时相性起伏DEABCyclinCyclin的功能调控主要依靠其蛋白质水平的的功能调控主要依靠其蛋白质水平的细胞周期特异性起伏。细胞周期特异性起伏。23The Relationship of Cyclin Exp
13、ressional Levels with DNA Replication24100aa组成组成cyclin boxCyclin-COOH-COOHH H2 2N-N-cyclincyclinCDKCDKCyclin/CDKCyclin/CDKCombine催化亚基催化亚基 CDKCDK所有所有Cyclin蛋白分子上都有一段与蛋白分子上都有一段与CDK结合并使之激活的结合并使之激活的保守区，称为保守区，称为细胞周期素盒细胞周期素盒(Cyclin box)。25n 此外，周期蛋白还含有此外，周期蛋白还含有降解盒降解盒（destruction boxdestruction box）或）或PESTP
14、EST序列（脯序列（脯-谷谷-丝丝-苏），苏），可通过定时降解或快速转换来可通过定时降解或快速转换来调节周期素的水平。调节周期素的水平。26周周期期素素的的家家族族成成员员27Cyclins通过泛素通过泛素-蛋白酶体途径降解蛋白酶体途径降解 282.Structure and Function of CDK CDKCDK是一组是一组丝氨酸丝氨酸/苏氨酸苏氨酸蛋白激酶，蛋白激酶，需与相应的需与相应的cyclincyclin结合才能显示活性，结合才能显示活性，故故CDKCDK称为依赖称为依赖cyclincyclin的蛋白激酶。的蛋白激酶。不同阶段有相应的不同阶段有相应的cyclin/CDKcycl
15、in/CDK。cyclincyclinCDKCDKCyclin/CDKCyclin/CDK29n人们对人们对CDKCDK的认识，最初是通过研究培养细胞和的认识，最初是通过研究培养细胞和酵母细胞而得到的。酵母细胞而得到的。n目前已经确定的目前已经确定的CDKCDK有：裂殖酵母中有：裂殖酵母中CdC2CdC2；酿酒；酿酒酵母中的酵母中的CdC28CdC28、PHO85PHO85、KIN28KIN28以及人类细胞中以及人类细胞中CDKCDK1 110 10。2.1 Types and Characters of CDK30脊椎动物的CDK CDK结合的相应cyclin 作用的细胞周期 CDK1CDK
16、2CDK3CDK4CDK5CDK6CDK7 CyclinA,BCyclinACyclinD1,D2,D3CyclinECyclinD1,D2,D3P35*,CyclinD1,D2,D3CyclinD1CyclinH,P36*G2/M转换；M早期S期；G2期G1期G1/S转换G1期G0/G1转换、G1期神经纤维的磷酸化、G1期G0/G1转换活化CDK*P35，P36的结构与细胞周期蛋白无相似性31nCDKCDK的分子量一般为的分子量一般为353540kD40kD，不同，不同CDKCDK的氨基的氨基酸组成有酸组成有40%40%以上的同源性以上的同源性。nCDKCDK催化亚基的活性中心约由催化亚基的
17、活性中心约由300300个氨基酸残基个氨基酸残基组成，当处于组成，当处于单体或非磷酸化状态时，单体或非磷酸化状态时，CDKCDK没没有催化活性有催化活性。32Molecular Structure of CDK233n在在激激活活因因素素中中，目目前前认认为为CDKCDK与与周周期期素素的的结结合合以以及及保保守守的的苏苏氨氨酸酸残残基基(Thr(Thr161161)的的磷磷酸酸化化是是较较为重要的两种调节因素；为重要的两种调节因素；n而而在在抑抑制制因因素素中中，CDKCDK的的N-N-端端氨氨基基酸酸残残基基的的抑抑制制性性磷磷酸酸化化(Thr(Thr1414和和TyrTyr1515)以以
18、及及抑抑制制蛋蛋白白(CKI)(CKI)的结合的结合是主要的调节因素。是主要的调节因素。2.2 Regulation of CDK Activity3435 周期素的激活作用：周期素的激活作用：n周期素中的“周期素盒”结构域直接和CDK结合，并与CDK的激活相关。n周期素的结合与激活作用主要通过周期素在细胞周期中的浓度波动来调控。2.2.1 Activation of CDK36CyclinA-CDK2 Complex with ATP Bound37 磷酸化修饰的激活作用：磷酸化修饰的激活作用：nCDKCDK的激活还必须依赖于其保守的苏氨酸残的激活还必须依赖于其保守的苏氨酸残基的磷酸化，如在
19、人基的磷酸化，如在人CDKCDK1 1（p34p34cdc2cdc2）的）的ThrThr161161和和CDKCDK2 2的的ThrThr160160的磷酸化，就与这两个的磷酸化，就与这两个酶的激活相关。酶的激活相关。38n催化CDK1和CDK2磷酸化的酶是CAK，催化亚基为CDK7 CAK 调节亚基为周期素周期素H 组装蛋白因子MAT1（MAT1 CDK-activating kinase assembly factor 1）39Complex of CDK7-CyclinH-MAT1 Cyclin HCDK7MAT140CAKCDK的激活机制的激活机制:CDK Thr 160/161磷酸化
20、磷酸化 CDK/Cyclin cell cycle41nCDKCDK的激活和失活还与的激活和失活还与 Thr14/Tyr15 Thr14/Tyr15 的磷酸的磷酸化和去磷酸化有关。化和去磷酸化有关。nThr14/Tyr15Thr14/Tyr15的去磷酸化的去磷酸化导致导致CDKCDK的激活的激活,使其使其去磷酸化的去磷酸化的磷酸酶是磷酸酶是CDC25CDC25。42CDKCDK启动启动cell cycle:cell cycle:CDK激活激活Cyclin与与CDK结合结合CAK对对CDK Thr 160/161的磷酸化的磷酸化Cell cycleCDC25 对对CDKThr14/Tyr15去磷
21、酸化去磷酸化43 磷磷酸化修饰的抑制作用：酸化修饰的抑制作用：n在在人人的的CDKCDK1 1和和CDKCDK2 2中中，ThrThr1414和和TyrTyr1515残残基基的的磷磷酸酸化可抑制化可抑制CDKCDK的催化活性。的催化活性。n其其原原因因在在于于上上述述残残基基的的侧侧链链位位于于该该酶酶活活性性中中心心ATPATP结合部位的顶端。结合部位的顶端。2.2.2 Inhibition of CDK44n催化催化ThrThr1414和和TyrTyr1515磷酸化的是两种不同的蛋白激磷酸化的是两种不同的蛋白激酶，使酶，使ThrThr1414磷酸化的为蛋白激酶磷酸化的为蛋白激酶Myt1My
22、t1 ，使，使TyrTyr1515磷酸化的是蛋白激酶磷酸化的是蛋白激酶Wee1/Mik1Wee1/Mik1 。n催化催化ThrThr1414和和TyrTyr1515脱磷酸化的是蛋白磷酸酶脱磷酸化的是蛋白磷酸酶CDC25CDC25。n因因此此，蛋蛋白白激激酶酶Wee1Wee1和和Myt1Myt1及及蛋蛋白白磷磷酸酸酶酶CDC25CDC25的相对活性，决定的相对活性，决定CDKCDK1 1和和CDKCDK2 2的活性高低。的活性高低。45Regulation of CDK ActivityCAK46 抑制蛋白的作用：n抑制蛋白，即周期素依赖性蛋白激酶抑制子（CKI），大部分CKI都是抑癌基因的编码
23、产物。n在哺乳动物细胞中，目前已经确定的CKI主要有：P15和P16、P19、P21、P27、P53和PRb，可分别抑制各型CDK的活性。47P16INK4A和P15INK4B：n是分别由抑癌基因INK4A/MTS1和INK4B/MTS2编码合成的蛋白质，能专一性的与CDK4和CDK6结合，并阻止其与周期素的结合反应，从而抑制其蛋白激酶活性，使细胞停留于G1期。48 P16 CDK4 cyclinD1 一一 P cdk介导的磷酸化 Rb Rb P 一 G1 S DNA转录49P21WAF1/CIP1：n是由抑癌基因WAF1/CIP1编码合成的蛋白质，几乎能与所有的周期素-CDK复合物结合，抑制
24、其蛋白激酶活性，使细胞停留在G1期。50P27KIP1：n是由抑癌基因KIP1编码合成的蛋白质，也能与几乎所有的周期素-CDK复合物结合，抑制其蛋白激酶活性，使细胞停留于G1期。51p27-cyclin-cdk complex52P53：n由抑癌基因p53编码合成的蛋白质，是WAF1/CIP1基因（P21）的转录激活因子。n因此，P53的表达可促进P21WAF1/CIP1的转录表达，从而抑制CDK的蛋白激酶活性。53Function of P53：545556PRb：n是由Rb抑癌基因编码合成的蛋白质，有低磷酸化型和高磷酸型两种型式。n低磷酸化型的PRb可与转录因子E2F形成复合体，抑制其转录
25、激活作用，阻止细胞分裂；而高磷酸化型的PRb则不能与E2F形成复合体。n催化PRb由低磷酸化型转变为高磷酸化型的蛋白激酶就是各型CDK。57RbRb在细胞周期内的磷酸化在细胞周期内的磷酸化 58Cyclin D与CDK结合使Rb释放结合的转录因子E2F 5960Figure.Regulation of Rb and E2F activities in late G1.Interaction of E2Fs with nonphosphorylated Rb protein initially inhibits E2F activity.When signaling from mitogens
26、is sustained,the resulting initiate the phosphorylation of Rb,converting some E2F to the active form,which activate target genes whose products are essential for S phase.61Rb function is linked to other tumor suppressors62小结小结RbRb的生理作用的生理作用:RbRb基因是视网膜母细胞瘤的致病基因，位于基因是视网膜母细胞瘤的致病基因，位于13q1413q14。RbRb蛋白蛋白
27、p105p105 两种形式：磷酸化两种形式：磷酸化RbRb和非磷酸化和非磷酸化RbRb（活性形式）（活性形式）RbRb蛋白的蛋白的作用：作用：1.1.非磷酸化非磷酸化RbRb与转录因子与转录因子E2FE2F结合，抑制其活性，使细胞停留结合，抑制其活性，使细胞停留在在G1G1期。期。E2FE2F 是很强的转录因子，可促进许多参与是很强的转录因子，可促进许多参与S S期的酶期的酶和蛋白质如和蛋白质如DNADNA聚合酶、胸苷激酶、二氢叶酸还原酶等的表聚合酶、胸苷激酶、二氢叶酸还原酶等的表达，增强达，增强DNADNA的复制，促进细胞通过的复制，促进细胞通过G1/SG1/S控制点。控制点。2 2Rb R
28、b 磷酸化磷酸化 磷酸化的磷酸化的RbRb释放释放E2F E2F 促进促进DNADNA的合成的合成 细胞分裂增殖。细胞分裂增殖。633.3.病毒癌蛋白（病毒癌蛋白（SV40 SV40 大大T T抗原，腺病毒抗原，腺病毒EIAEIA和人乳头瘤病和人乳头瘤病毒毒E7E7等）和等）和RbRb结合，释放结合，释放E2FE2F，从而促进细胞的分裂增，从而促进细胞的分裂增殖和转化。殖和转化。4.Rb4.Rb基因的突变失活（点突变，缺失或基因的突变失活（点突变，缺失或GCGC岛的高甲基化岛的高甲基化等）使之失去结合等）使之失去结合E2FE2F和抑制细胞增殖的能力。和抑制细胞增殖的能力。5.5.生长因子如生长
29、因子如EGFEGF、PDGFPDGF和癌基因和癌基因c-mycc-myc等都可促进等都可促进cyclinD1cyclinD1的表达和的表达和D1-CDK4/6D1-CDK4/6的形成，从而促进细胞的的形成，从而促进细胞的分裂增殖。分裂增殖。6 6 CDKCDK抑制蛋白抑制蛋白P16P16是抑癌基因是抑癌基因 P16P16可竞争性地与可竞争性地与CDK4/6CDK4/6结合，抑制结合，抑制CDK4/6CDK4/6的活性，的活性，从而抑制细胞从从而抑制细胞从G1SG1S过渡，使细胞停留在过渡，使细胞停留在G1G1期。期。643.3.细胞周期调控中各元素间的相互作用细胞周期调控中各元素间的相互作用
30、细胞周期的调控可分为外源和内源性调控.外源性调控主要是细胞因子以及其它外界刺激引起；内源性调控主要是通过CyclinCDKCKI的网络调控来实现。65u生长信号（生长信号（GF）：通过早期应答基因传递到细通过早期应答基因传递到细胞周期调控机制时胞周期调控机制时,首先是首先是cyclinD的表达增加的表达增加,与与CDK4/6形成复合物，使细胞周期运行。形成复合物，使细胞周期运行。u抑制信号（抑制信号（TGF-）：促进促进CKI表达增加表达增加,抑制抑制CyclinD-CDK4/6复合物的功能，使细胞阻滞复合物的功能，使细胞阻滞在在G1期。期。6667PRbE2FD-CDK 4/6E2F磷酸化磷
31、酸化的的Rb EGF,PDGF,c-myc等等Cyclin-D病毒癌蛋白与病毒癌蛋白与RbRb结合结合参与参与S S期期DNADNA合成的合成的蛋白质基因的表达蛋白质基因的表达细胞的过度增殖细胞的过度增殖 和癌变和癌变Rb Rb 基因的突变基因的突变P16突变的突变的Rb蛋白蛋白6869 各种细胞周期蛋白随特定细胞时相而出现。各种细胞周期蛋白随特定细胞时相而出现。G1G1早期，早期，cyclinDcyclinD表达表达并与并与CDK4CDK4或或CDK6CDK6结合，成结合，成为始动细胞周期的启动子；为始动细胞周期的启动子；G1G1晚期、晚期、进入进入S S早期后早期后cyclinEcycli
32、nE表达，并与表达，并与CDK2CDK2结合，推动细胞进入结合，推动细胞进入S S期；期；进入进入S S期后，期后，cyclin Acyclin A表达表达，cyclin A cyclin A 和和CDK2CDK2相结合可以调节相结合可以调节S S期进入期进入G2G2期；期；S S晚期、晚期、G2G2早期，早期，cyclIin AcyclIin A、cyclin Bcyclin B表达，表达，并与并与cdc2cdc2结合，促进细胞进入结合，促进细胞进入M M期。期。70 P53 P16 介导 抑制CDK4 p21 CDK4 cyclinD1 抑制CDK4 活化CDK4 P cdk介导的磷酸化
33、Rb Rb P E2F 无活性复合物 E2F启动 DNA转录 G1 S DNA转录71 CDKCDK活性状态是以磷酸化形式存在的活性状态是以磷酸化形式存在的。CAKCAK可可诱诱导导CDKCDK磷磷酸酸化化（ThrThr161161），而而p27p27通通过过与与CDKCDK亚亚单单位位的的结结合合，使使CAKCAK不不能能与与CDKCDK直直接接发发生生作作用用。非非活活化化的的CDKCDK不不能能使使RbRb蛋蛋白白磷磷酸酸化化，使使细胞停留在细胞停留在G1G1期，对细胞周期进行负调控。期，对细胞周期进行负调控。P27P27还还可可阻阻止止RbRb蛋蛋白白磷磷酸酸化化，其其过过度度表表达达
34、能能抑制细胞进入抑制细胞进入G1G1期。期。72小结小结:n细胞周期由一系列瀑布式的细胞周期由一系列瀑布式的CDKsCDKs激活激活所驱动所驱动nCDKsCDKs的激活受控于的激活受控于四大机制四大机制 (cyclin,CAK,(cyclin,CAK,Weel/CDC25,CKIs)Weel/CDC25,CKIs)nCDKsCDKs激活执行细胞周期的两大生物学功能激活执行细胞周期的两大生物学功能:复复制和分裂制和分裂73第三节第三节 细胞周期调控与肿瘤细胞周期调控与肿瘤n 科学家在研究中逐渐发现，几乎所有科学家在研究中逐渐发现，几乎所有癌基因、癌基因、抑癌基因抑癌基因的生物学效应，最终都会聚到
35、的生物学效应，最终都会聚到细胞周期细胞周期机机制上。制上。n 许多癌基因、肿瘤抑制基因许多癌基因、肿瘤抑制基因直接参与细胞周期直接参与细胞周期的调控的调控，或者本身就是细胞周期调控复合体的主要或者本身就是细胞周期调控复合体的主要成分成分。这些基因变异的结果，导致了细胞周期的失。这些基因变异的结果，导致了细胞周期的失控，直接诱发肿瘤。控，直接诱发肿瘤。74驱动机制驱动机制检查机制检查机制CKI-checkpointCDK4,6/cyclinDCDK2/cyclinECDK2/cyclinACDK1/cyclinBCyclin-CDK+细胞恶性增殖细胞恶性增殖驱动力增强驱动力增强检查机制失灵检查机
36、制失灵v肿瘤细胞恶性增殖的机制肿瘤细胞恶性增殖的机制75v肿瘤细胞恶性增殖的机制肿瘤细胞恶性增殖的机制CyclinCyclin的过表达的过表达CDKCDK的增多的增多CKICKI表达不足和突变表达不足和突变检查点功能障碍检查点功能障碍细胞增殖过度与肿瘤细胞增殖过度与肿瘤G G1 1/S/S检查点功能障碍（检查点功能障碍（P P5353突变）突变）G G2 2/M/M检查点功能障碍检查点功能障碍恶恶性性增增殖殖76一、肿瘤细胞周期失控的分子基础一、肿瘤细胞周期失控的分子基础 1 1细胞周期蛋白异常细胞周期蛋白异常 G1cyclin基因突变、重排，使这些cyclin异常表达，从而使细胞通过G1期，
37、进入S期，细胞即自发增殖，出现转化特征。许多人类肿瘤中，均发现有cyclin D1基因的扩增。77Cyclin D1Cyclin D1（原癌基因（原癌基因Bcl-1Bcl-1）过表达原因）过表达原因:基因扩增基因扩增（Cyclin D1过表达的主要机制）过表达的主要机制）乳腺癌、胃癌、食道癌存在乳腺癌、胃癌、食道癌存在Cyclin D1基因扩增过度。基因扩增过度。染色体倒位染色体倒位（Chromosome inversion）Cyclin D1基因倒位于甲状旁腺启动子控制下基因倒位于甲状旁腺启动子控制下 Cyclin D1蛋白合成蛋白合成 甲状旁腺腺癌甲状旁腺腺癌 染色体易位染色体易位（Chr
38、omosome translocation)Bcl-1 t(11:14)(q13:q32)易位易位 Cyclin D1受受Ig重重链基因增强子影响链基因增强子影响 Cyclin D1表达表达78【Cyclin DCyclin D过表达致肿瘤机制过表达致肿瘤机制过表达致肿瘤机制过表达致肿瘤机制】Cyclin DCyclin DCyclin DCyclin D过表达过表达过表达过表达 +生长因子生长因子生长因子生长因子 CDKsCDKsCDKsCDKs瀑布效应瀑布效应瀑布效应瀑布效应 细胞增殖过度细胞增殖过度细胞增殖过度细胞增殖过度 易发生细胞癌变易发生细胞癌变易发生细胞癌变易发生细胞癌变 基因突
39、变基因突变基因突变基因突变Cyclin DCyclin DCyclin DCyclin D1 1 1 1 T T T T286286286286突变突变突变突变 Cyclin DCyclin DCyclin DCyclin D1 1 1 1泛素化受阻泛素化受阻泛素化受阻泛素化受阻 Cyclin DCyclin DCyclin DCyclin D1 1 1 179B型肝炎病毒（hepatitisBvirus,HVB）感染人体后成为导致肝癌的因素之一，有研究发现，HVB基因组整合入cyclinA基因的一个内含子中，产生异常、过量表达的转录物。和正常的cyclinA相比，它缺少N端的“destruc
40、tionbox”，逃脱了对它的降解，大量异常的cyclinA刺激细胞增殖。80 2 2CDKCDK和和CKICKI基因的突变基因的突变研究中发现肿瘤细胞CDK的水平一般较高，而CKI基因常见纯合性缺失突变，细胞内缺少CKI，或CKI抑制CDK功能的丧失。CDK CDK 表达异常表达异常表达异常表达异常主要见于主要见于主要见于主要见于CDKCDK4 4、CDKCDK6 6过表达。过表达。过表达。过表达。CDKCDK4 4+cyclin D+cyclin D结合结合结合结合 CDKCDK4 4/cyclin D/cyclin D pRb pRb pRb pRb磷酸化磷酸化磷酸化磷酸化 细胞增殖过度
41、细胞增殖过度细胞增殖过度细胞增殖过度 E2F GE2F G1 1/S/S过渡加速过渡加速过渡加速过渡加速81细胞增殖异常细胞增殖异常n CKI的缺失与突变的缺失与突变 肿瘤细胞中常见肿瘤细胞中常见肿瘤细胞中常见肿瘤细胞中常见CKICKI（肿瘤抑制基因）表达不足或突变。（肿瘤抑制基因）表达不足或突变。（肿瘤抑制基因）表达不足或突变。（肿瘤抑制基因）表达不足或突变。【p16 p16 InK4InK4基因失活原因基因失活原因基因失活原因基因失活原因】突变或缺失、染色体易位、突变或缺失、染色体易位、突变或缺失、染色体易位、突变或缺失、染色体易位、p16 p16 InK4InK4高度甲基化。高度甲基化。
42、高度甲基化。高度甲基化。【MechanismMechanism】p16 p16 InK4 InK4基因表达基因表达基因表达基因表达 CDKCDK4 4与与与与cyclin Dcyclin D结合结合结合结合 细胞周期处在细胞周期处在细胞周期处在细胞周期处在“易于易于易于易于”被启动状态被启动状态被启动状态被启动状态 易发生细胞癌变易发生细胞癌变易发生细胞癌变易发生细胞癌变 可能82 【Mechanism】p53p53基因突变基因突变基因突变基因突变 P21P21cip1cip1转录转录转录转录 DNADNA受损细胞增殖受损细胞增殖受损细胞增殖受损细胞增殖 P21 P21含量减少含量减少含量减少
43、含量减少（Deficient expression of Kip/CipDeficient expression of Kip/Cip）P21P21ciplcipl功能功能功能功能 cyclins/CDKscyclins/CDKs活性活性活性活性 细胞周期速度细胞周期速度细胞周期速度细胞周期速度 增殖细胞核抗原（增殖细胞核抗原（增殖细胞核抗原（增殖细胞核抗原（PCNAPCNA）阻滞阻滞阻滞阻滞DNADNA复制复制复制复制 83 3 3癌基因和抑癌基因突变癌基因和抑癌基因突变不少癌细胞中发现Rb或P53基因发生了突变，使Rb失去了阻断mRNA转录，P53失去了使细胞休止在G1后期的功能，造成细胞
44、周期失控。84细胞周期素与原癌基因：细胞周期素与原癌基因：u与与G0G0G1G1期转化有关的原癌基因期转化有关的原癌基因有有mycmyc和和rasras，它们在，它们在转化细胞中与转化细胞中与cyclin Dcyclin D共同作用。共同作用。uE2FE2F刺激刺激c-mycc-myc和和cyclin Acyclin A的表达。的表达。E2FE2F释放可以进一步释放可以进一步增加增加c-mycc-myc的表达，诱导的表达，诱导cyclin Ecyclin E和和cyclin Acyclin A。ucyclin Ecyclin ECDKCDK的激活的激活则依赖于则依赖于rasras和和mycmy
45、c的共同作用。的共同作用。uc-mycc-myc表达增加表达增加可防止可防止cyclinE-CDK2cyclinE-CDK2灭活灭活，允许细胞在，允许细胞在p27p27存在的情况下继续增殖。存在的情况下继续增殖。uc-fosc-fos高表达可下调高表达可下调p27p27水平水平而使而使cylcinE-CDK2cylcinE-CDK2复合物复合物活性增强，促使细胞增殖。活性增强，促使细胞增殖。uC-mycC-myc与与rasras在细胞内共表达时可使细胞内在细胞内共表达时可使细胞内p27p27消失。消失。85Defects of DNA checkpoints&tumorNormalTumorT
46、umor86二、细胞周期调控与肿瘤的防治策略二、细胞周期调控与肿瘤的防治策略抑制抑制cyclincyclin或或/和和CDKCDK的表达和活性的表达和活性提高提高CKICKI的表达和活性的表达和活性修复有缺陷的细胞周期检查点修复有缺陷的细胞周期检查点87三、细胞周期与肿瘤的基因治疗三、细胞周期与肿瘤的基因治疗 1.1.抑制抑制G1G1期期cyclinscyclins的过度表达的过度表达G1期期cyclins反反义义核核酸酸（RNA干干扰扰），在在体体外外和和裸裸鼠鼠体体内内都都可可抑抑制制肺肺癌癌的的增增殖殖。反反义义DNA可可以以与与基基因因结结合合而而阻阻止止基基因因的的转转录录，反反义义
47、的的RNA可可与与mRNA结结合合，而而抑抑制制其其翻翻译译，都都可可以以达达到到抑抑制制肿瘤细胞增殖的目的。肿瘤细胞增殖的目的。88 2.2.促使肿瘤细胞表达正常的促使肿瘤细胞表达正常的CKIsCKIs有有报报道道用用正正常常的的P16、P21、P27基基因因与与腺腺病病毒毒载载体体重重组组，将将重重组组的的腺腺病病毒毒导导入入肿肿瘤瘤细细胞胞，重重组组的的腺腺病病毒毒在在肿肿瘤瘤细细胞胞内内表表达达有有功功能能的的P16、P21和和P27蛋蛋白白，抑抑制制CDKs的的活活性性，使使肿肿瘤瘤细细胞胞停停止止在在G0G1，抑制肿瘤细胞增殖。，抑制肿瘤细胞增殖。89 3.3.抑制抑制E2FE2F的活性的活性把把对对E2F有高度亲和性的双链有高度亲和性的双链DNA片段导片段导入细胞，入细胞，该该DNA能够结合游离状态的能够结合游离状态的E2F生成生成一种复合物，复合物中的一种复合物，复合物中的E2F不再与有关基因不再与有关基因的启动子结合，从而阻断这些基因的表达，抑的启动子结合，从而阻断这些基因的表达，抑制细胞增生。制细胞增生。909191