细胞增殖与调控课件.ppt

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1、关于细胞增殖与调控现在学习的是第1页，共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，诱导期细胞混合，在灭活仙台病毒介导下，诱导细胞融合，发现与细胞融合，发现与M期细胞融合的间期细胞产生了形态期细胞融合的间期细胞产生了形态各异的各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

2、为双线染色体，说明线染色体，说明DNA复制已完成。复制已完成。现在学习的是第2页，共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现在学习的是第3页，共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，表现出激酶活性两种蛋

3、白，表现出激酶活性。孕酮诱导卵母细胞成熟；成熟卵细胞质中，含有卵母细胞成熟的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，称做因子，称做因子，称做因子，称做MPFMPF现在学习的是第4页，共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，利用阻为实验材料，利用阻断在不同细胞周期阶段的温度敏感突变株，分离出了几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

4、因十个与细胞分裂有关的基因(celldivisioncyclegene，CDC)，如芽殖酵母的，如芽殖酵母的cdc28基因，在基因，在G2/M转换点发转换点发挥重要的功能。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，意指（细胞周期检验点）的概念，意指当当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。现在学习的是第5页，共30页 以以P.Nurse为代表的另一批酵母生物学家研究不为代表的另一批酵母生物学家研究不同温度下培养的同温度下培养的裂殖酵母裂殖酵母细胞

5、，也分离出数十种温细胞，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温度下，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。这些与细胞分裂和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周期调控有关的基因被称为cdc(cell division cycle)基基因，根据被发现的先后顺序被命名。因，根据被发现的先后顺序被命名。现在学习的是第6页，共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，可以使许多蛋白磷酸进一步研究发现其具有激酶活性，可以使许多蛋白

6、磷酸化，在裂殖酵母的周期调控中起重要作用。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的的蛋白，具有激酶活性。蛋白，具有激酶活性。p34cdc28是是 p34cdc2的同原物的同原物，调控细，调控细胞周期，特别是胞周期，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）。）。现在学习的是第7页，共3

7、0页 之后，之后，J.Maller和和P.Nurse实验室立即合作，很快实验室立即合作，很快证明爪蟾卵中的证明爪蟾卵中的p32与与p34cdc2是同原物。与此同时，是同原物。与此同时，T.Hunt实验室等以海胆卵为材料研究细胞周期调控，发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，称为周期蛋白现一类与细胞分裂有关的蛋白，称为周期蛋白(cyclin)。然后然后J.Maller和和T.Hunt实验室合作，发现周期蛋白实验室合作，发现周期蛋白B，证，证明与明与p45和和p56cdc13为同原物为同原物。现在学习的是第8页，共30页2001年年10月月8日日,L.Hartwe

8、ll、P.Nurse、T.Hunt因对细胞周期调控机理的研究而荣获诺因对细胞周期调控机理的研究而荣获诺贝尔生理医学奖。贝尔生理医学奖。现在学习的是第9页，共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，称个氨基

9、酸的保守序列，称为为周期蛋白框周期蛋白框，介导周期蛋白与，介导周期蛋白与CDK结合，不同的周期蛋结合，不同的周期蛋白框识别不同的白框识别不同的CDK,CDK,组成不同的周期蛋白复合体，表现不同组成不同的周期蛋白复合体，表现不同的的CDKCDK激酶活性。激酶活性。现在学习的是第10页，共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个氨基酸个氨基酸组成的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的降解。的降解。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

10、蛋白的更新有关。现在学习的是第11页，共30页周期蛋白分子结构特征周期蛋白分子结构特征现在学习的是第12页，共30页 哺乳动物哺乳动物和酵母部分和酵母部分细胞周期蛋细胞周期蛋白在细胞周白在细胞周期中的积累期中的积累及其与及其与CDK激酶活性的关激酶活性的关系。系。现在学习的是第13页，共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、爪蟾和果蝇的时工作构建了人类、爪蟾和果蝇的cDNA文库，得到文库，得到了一系列与了一系列与cdc2相关的基因。相关的基因。他们有两个共同的特点他们有

11、两个共同的特点，一是一是含有一段类似的氨基酸序列，含有一段类似的氨基酸序列，二是二是都可以同周期蛋白都可以同周期蛋白结合。统称为周期蛋白依赖性蛋白激酶，结合。统称为周期蛋白依赖性蛋白激酶，CDK激酶。激酶。现在学习的是第14页，共30页 已经命名的已经命名的CDK激酶包括：激酶包括：CDK1-10。cdc2最早被最早被发现，被命名为发现，被命名为CDK1。各种。各种CDK分子都含有一段类分子都含有一段类似的似的CDK激酶结构域，其中一段激酶结构域，其中一段PSTAIRE的序列相当的序列相当保守，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

12、活性有关。化与激酶的活性有关。CDK激酶的效应是多方面的，如将核纤层蛋白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，将磷酸化导致核纤层解体、核膜消失，将H1磷酸化导磷酸化导致染色体的凝缩等等。致染色体的凝缩等等。现在学习的是第15页，共30页与与cdc2类似的类似的CDK蛋白分子图解蛋白分子图解现在学习的是第16页，共30页 细胞中还具有细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因细胞中还具有细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子（子（CDKinhibitor，CDKI）对细胞周期起负调控作用，）对细胞周期起负调控作用，目前发现的目前发现的CDKI分为两大家族：分为两大家族：Ink4(Inhi

13、bitorofcdk4)，如，如:P16ink4a、P15ink4b、P18ink4c、P19ink4d，特异性抑制，特异性抑制cdk4cyclinD1、cdk6cyclinD1复合物。复合物。现在学习的是第17页，共30页 CIP/Kip(Kinase inhibition protein)：包括：包括P21cip/waf1(cyclin inhibition protein 1)、P27kip1(kinase inhibition protein 1)、P57kip2等，能等，能抑制大多数抑制大多数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

14、的辅助因子PCNA（proliferating cell nuclear antigen）结合，直接抑制）结合，直接抑制DNA的合成。的合成。现在学习的是第18页，共30页周期蛋白激酶周期蛋白激酶五、细胞周期转运调控五、细胞周期转运调控现在学习的是第19页，共30页周期蛋白激酶的活性周期蛋白激酶的活性现在学习的是第20页，共30页细胞周期调控示意图细胞周期调控示意图现在学习的是第21页，共30页裂殖酵母细胞周期的调控裂殖酵母细胞周期的调控现在学习的是第22页，共30页人细胞周期的调控人细胞周期的调控现在学习的是第23页，共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

15、控作用 CDK1激酶（激酶（p34cdc2激酶），由激酶），由p34cdc2蛋白（或蛋白（或p34cdc28蛋白）与周期蛋白蛋白）与周期蛋白B组成。组成。现在学习的是第24页，共30页现在学习的是第25页，共30页 CDK1激酶催化不同的底物（主要是磷酸化丝氨酸和苏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。氨酸），参与细胞的多种功能。现在学习的是第26页，共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现在学习的是第27页，共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现在学习的是第28页，共30页CDK1的调节与活化的调节与活化;CAK=CDK1-Activiting Kinase现在学习的是第29页，共30页感感谢谢大大家家观观看看现在学习的是第30页，共30页