细胞周期实用.pptx

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1、 概述：细胞是机体内最基本的结构和功能单位 细胞的生长和增殖形成了生物体的生长繁衍 细胞的异常增殖可能导致机体的疾病第1页/共53页 【细胞增殖】细胞分裂和生长的过程 细胞通过分裂进行增殖，把遗传信息传给子代，保持物种的延续和数量增多 细胞增殖、分化不良 组织器官发育不全细胞增殖、分化不全(低分化、去分化或逆分化)肿瘤发生第2页/共53页细胞细胞周期周期 【细胞增殖过程细胞增殖过程】细胞生长细胞生长DNADNA复制复制细胞分裂细胞分裂第3页/共53页【细胞周期】（Cell cycle）Cell cycle is defined as a period from the end of one d

2、ivision to the beginning of next division of a proliferative cell.细胞周期分期 G1SG2M G1期：DNA合成前期（RNA和蛋白质合成)Interphase S期：DNA合成期(DNA复制、组蛋白和非组蛋白合成）G2期：分裂前期（微丝、微管蛋白，成熟因子等合成）M phase M期：分裂期第4页/共53页第5页/共53页三类细胞：持续分裂细胞(continuously dividing cell)：肿瘤细胞，表皮，呼吸、消化、生殖道粘膜上皮，淋巴造血细胞、间皮细胞 不分裂细胞(nondividing cell)：神经元、骨骼肌

3、、心肌细胞 静止细胞(quiescent cell)（G0期）腺体或腺样器官的实质细胞、间叶细胞：肝细胞等第6页/共53页细胞周期的调控（Regulation of the cell cycle）Regulation of the cell Regulation of the cell cyclecycleRegulation of the cell Regulation of the cell cycle cycle by intracellular signalsby intracellular signalsRegulation of the cell Regulation of the

4、 cell cycle cycle by extracellular signalsby extracellular signals第7页/共53页细胞周期素（Cyclin）细胞周期素依赖性激酶（Cyclin-dependent kinase,CDK)细胞周期调控机制的核心细胞周期素依赖性激酶抑制剂（CDK inhibitor,CKI)1、细胞周期自身调控机制Key spotKey spot：CyclinCyclin、CDKsCDKs、CKICKI、Checkpoint of cell cycleCheckpoint of cell cycle第8页/共53页CyclinCyclin周期变化图

5、周期变化图 Cyclin Cyclin A Cyclin A、Cyclin BCyclin B、Cyclin CCyclin C、Cyclin Cyclin E E、Cyclin D1,D2,D3 Cyclin D1,D2,D3、Cyclin HCyclin H第9页/共53页 Cyclins主要通过泛素化降解 泛素由76个氨基酸组成，广泛存在于真核细胞。共价结合泛素的蛋白质被蛋白酶体识别和降解。泛素蛋白质降解的蛋白质第10页/共53页Cyclins的作用：激活CDK,决定 CDK何时将何种底物磷酸化而推动细胞周期进行第11页/共53页CDK:一组丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶 CDK1、CDK2、C

6、DK3、CDK4、CDK5、CDK6、CDK7 CDK与Cyclin结合形成复合物，磷酸化而激活 控制G1期：CDK4、CDK6、CDK2 控制S和G2期：CDK2 控制M期：CDK1第12页/共53页Cdk1第13页/共53页【CDKCDK活化与调控细胞周期活化与调控细胞周期】CDK2CDK2与与cyclin Ecyclin E结合，结合，CDK4CDK4、CDK6CDK6与与cyclin D1cyclin D1、D2D2、D3D3结合结合 RbRb磷酸化磷酸化 游离游离E2FE2F释放释放 启动启动G1G1期期DNADNA合成合成 启动启动S S期期CDK2CDK2与与cyclin Ecy

7、clin E和和A A结合后结合后 识别染色体识别染色体ARS ARS 促进促进S S期期CDK1CDK1与与cyclin Acyclin A结合结合 启动启动G2G2期期CDK1CDK1与与cyclin B1cyclin B1结合结合+MPF+MPF（Mitosis promoting factor)Mitosis promoting factor)启动启动MM期期(PRb)第14页/共53页细胞在生长因子的刺激下，G1期cyclin D表达，并与CDK4、CDK6结合，使下游的蛋白质如Rb磷酸化，磷酸化的Rb释放出转录因子E2F，促进许多基因的转录，如编码cyclinE、A和CDK2的基因

8、。第15页/共53页 【CDKsCDKs活化部位与抑制部位活化部位与抑制部位】活化部位活化部位(CDK(CDK1 1ThrThr161161)磷酸化：磷酸化：CAKCAK对对CDK1CDK1活化部位磷酸化活化部位磷酸化抑制部位（抑制部位（CDKCDK1 1ThrThr1414、TyrTyr1515）去磷酸化：）去磷酸化：依赖于依赖于P80P80cdc25酶作用酶作用第16页/共53页第17页/共53页Cyclin BCyclin B与与CDKCDK1 1结合、磷酸化结合、磷酸化CAKCAK对对CDKCDK1 1活化部位的磷酸化活化部位的磷酸化Cell cycleCell cycleCDKCDK

9、1 1活化活化Thr14、Tyr15抑制部位去磷酸化CAK：CDK活化激酶（CDK activation k kinaseinase）使 CDK1的Thr161部位磷酸化第18页/共53页CKI 可特异性抑制可特异性抑制CDKCDK的活性的活性Ink4Ink4（inhibitor of cdk4)inhibitor of cdk4)：P16P16INK4aINK4a、P15P15INK4bINK4b、P18P18INK4cINK4c和和P19P19INK4dINK4d 特异性抑制特异性抑制 CDK4-CyclinD1CDK4-CyclinD1、CDK6-CyclinD1CDK6-CyclinD

10、1复合物复合物Cip/KipCip/Kip：(cyclin inhibition protein/kinase inhibition protein)(cyclin inhibition protein/kinase inhibition protein)p21p21CiplCipl、P27P27Kip1Kip1和和P57P57Kip1Kip1 抑制抑制 多数多数CDKCDK活性活性第19页/共53页【抑制途径抑制途径】CKIs CKIs通过直接结合通过直接结合CDK-cyclinCDK-cyclin复复合物的磷酸化活化部位，抑制合物的磷酸化活化部位，抑制CDKCDK的激酶活性。的激酶活性。P

11、16P16INK4aINK4a通过结合通过结合CDKCDK4 4单体，单体，阻断它与阻断它与cyclinscyclins的结合。的结合。第20页/共53页 细胞周期校验点细胞周期校验点（Checkpoint Checkpoint）细胞内存在监控机制细胞内存在监控机制校验点校验点 G1/S G1/S 校验点校验点 DNA DNA 损伤？外环境适宜？体积足够损伤？外环境适宜？体积足够？Checkpoint S Checkpoint S期校验点期校验点 DNADNA复制完成？复制完成？G2/M G2/M校验点校验点 DNA DNA 损伤？体积足够？损伤？体积足够？纺锤体组装校验点纺锤体组装校验点 着

12、丝点正确连接纺锤体？着丝点正确连接纺锤体？-校验点系统通过促进抑制通路或抑制激活通路使细胞周 期停止-校验点丢失可导致基因组的不稳定 正常细胞转化为 肿瘤细胞第21页/共53页【Check mechanism】G G1 1/S/S期：期：P53P53 DNA DNA损伤损伤P53P53水平上调，水平上调，磷酸化磷酸化P53P53上调上调 p21p21Cipl基因基因转录，转录，P21P21Cipl能与多种能与多种 CDK-cyclinCDK-cyclin复合物结合，抑复合物结合，抑制制CDKsCDKs的激活，阻滞的激活，阻滞G1/SG1/S的过渡，为的过渡，为DNADNA修复提供足修复提供足够

13、时间够时间第22页/共53页 G2G2期：期：Cdc25(P80)Cdc25(P80)一个蛋白激酶结合在损伤的DNA上，激活Chk1（checkpoint kinase）,Chk1使Cdc25失活，使其不能活化cdc2，导致细胞周期中断。MPF：mitosis promoting factorCDC25为一种磷酸酶Cdc2基因的产物为CDK1，Cdc2为启动有丝分裂所必须第23页/共53页2 2 影响细胞周期的细胞外因素影响细胞周期的细胞外因素 GG1 1期存在一个期存在一个“限定点限定点”（restriction pointrestriction point），决定细），决定细 胞是否进入周

14、期。这胞是否进入周期。这“限定点限定点”主要受细胞外信号的调控。主要受细胞外信号的调控。刺激信号（生长因子刺激信号（生长因子 ）EGF、IGF、IL生长因子通过ras途径，激活MAPK，MAPK进入细胞核内，促进细胞增殖相关基因的表达。如通过一种未知的途径激活c-myc，myc作为转录因子促进cyclin D、E2F等G1-S有关的许多基因表达，细胞进入G1期 第24页/共53页 TGF-TGF-可刺激纤维母细胞增殖可刺激纤维母细胞增殖 可下调可下调cyclinD1cyclinD1和和CDK4CDK4的表达和促进的表达和促进P21P21waflwafl、P27P27kiplkipl和和P15P

15、15ink4bink4b等产生，使其他类型细等产生，使其他类型细胞阻滞在胞阻滞在G1G1期。期。细胞生长条件不具备细胞生长条件不具备 P16P16INK4aINK4a和和P15P15INK4bINK4b增加，并抑制增加，并抑制Cyclin Cyclin D D-CDK4/6-CDK4/6复合物的功能，细胞阻滞复合物的功能，细胞阻滞G1G1期。期。第25页/共53页3 细胞周期相关的癌基因和抑癌基因癌基因 sis癌基因 编码PDGF，可刺激具有该受体的肿瘤细胞增殖 fms癌基因 编码CSF-1受体中一条肽链 CSF-1刺激骨髓细胞增殖第26页/共53页ras癌基因 编码细胞膜上单链鸟苷酸结合蛋白

16、-小G蛋白 当信号从细胞膜传到ras蛋白 raf蛋白（具有丝氨酸、苏氨酸蛋白激酶活性）活化MAPK(Mitogen activated protein kinase)磷酸化，促进细胞周期 N:Ras-GTP激活下游信号分子 Ras 蛋白具GTPase活性,能水解结合的GTP，灭活Ras蛋白活性 ras点突变，失去 GTPase活性，使Ras蛋白活性长期保持第27页/共53页myc癌基因 编码一种核内DNA结合蛋白（起转录因子作用），促进一些细胞分裂所需基因的转录c-jun和c-fos癌基因 编码转录因子AP-1的亚基，AP-1能调节许多基因转录，参与细胞增殖调节 N:只在有丝分裂元刺激后短暂表

17、达第28页/共53页抑癌基因抑癌基因表达产物 CDK抑制物：P15、P16、P21、P27等 抑制细胞周期的蛋白：P53、Rb 抑癌基因突变后，不表达或表达无功能的产物，失去对细胞增殖的抑制作用，使细胞出现过度增殖第29页/共53页细胞周期异常与疾病 细胞过度增殖或不足的本质是细胞周期调控异常。-细胞周期的驱动失控（Cyclin、CDK和CKI表达异常）-监控（检查）机制受损（The impairment of checkpoint system）第30页/共53页细胞增殖异常与相关疾病细胞增殖异常与相关疾病 增殖异常增殖异常 增殖分化异常增殖分化异常再生障碍性贫血再生障碍性贫血 恶性肿瘤恶性

18、肿瘤前列腺肥大前列腺肥大 畸胎瘤畸胎瘤动脉粥样硬化动脉粥样硬化 先天畸形先天畸形家族性红细胞增多症家族性红细胞增多症 X-X-连锁连锁-球蛋白缺乏症球蛋白缺乏症 高高IgMIgM血症血症第31页/共53页恶性肿瘤细胞增殖异常机制 肿瘤细胞最显著的特点 生长失控和幼稚化（不分化）细胞不进入G0期，持续处于细胞周期第32页/共53页1细胞周期驱动机制失控 Cyclins过表达（Overexpression of cyclins）多种肿瘤cyclinD1、cyclinE过表达 基因扩增 Cyclin D1（Bcl-1）过表达的主要原因 乳腺癌、胃癌、食管癌存在Cyclin D1基因扩增过度第33页/

19、共53页染色体倒位染色体倒位（Chromosome inversionChromosome inversion）Cyclin D Cyclin D1 1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 DCyclin D1 1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（Chromosome translocation)Chromosome translocation)Bcl-1 t(11:14)(q13:q32)Bcl-1 t(11:14)(q13:q32)易位易位 Cyclin DCyclin D1 1受受IgIg重链基因增强子影响重链基因增强

20、子影响 Cyclin DCyclin D1 1表达表达 第34页/共53页基因突变基因突变Cyclin D1 T286Cyclin D1 T286突变突变 Cyclin D1Cyclin D1泛素化受阻泛素化受阻 Cyclin D1Cyclin D1【Cyclin DCyclin D过表达致肿瘤机制过表达致肿瘤机制】Cyclin D Cyclin D 过表达过表达 +生长因子生长因子 CDKsCDKs瀑布效应瀑布效应 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 第35页/共53页 CDK CDK 表达异常表达异常主要见于主要见于CDKCDK4 4、CDKCDK6 6过表达。过表达。

21、CDKCDK4 4+cyclin D+cyclin D结合结合 CDKCDK4 4/cyclin D CDKs/cyclin D CDKs表达表达 Rb pRbRb pRb 细胞增殖过度细胞增殖过度 E2F GE2F G1 1/S/S过渡加速过渡加速第36页/共53页 CKICKI表达不足和突变表达不足和突变 肿瘤细胞中常出现肿瘤细胞中常出现CKICKI表达不足或突变。表达不足或突变。p16 p16 InK4InK4基因失活基因失活 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。【MechanismMechanism】p16 p16 I

22、nK4 InK4基因表达基因表达 CDKCDK4 4与与cyclin Dcyclin D结合结合 细胞周期处在细胞周期处在“易于易于”被启动状态被启动状态 易发生细胞癌变易发生细胞癌变 第37页/共53页 Kip/CipKip/Cip含量减少含量减少（Deficient expression of Kip/CipDeficient expression of Kip/Cip）P21P21ciplcipl cyclins/CDKscyclins/CDKs活性活性 细胞周期速度细胞周期速度 DNADNA聚合酶聚合酶的辅助因子的辅助因子（PCNAPCNA）阻滞阻滞DNADNA复制复制 【Mechan

23、ismMechanism】p53p53基因突变基因突变 P21P21cip1cip1转录转录 DNADNA受损细胞增殖受损细胞增殖 第38页/共53页2.细胞周期监控机制受损(Impairment of checkpoint system)主要原因：主要原因：GG1 1/S/S、GG2 2/M/M检查点异常检查点异常 失察结果：探测失察结果：探测DNADNA损伤功能降低损伤功能降低 （如发现不了（如发现不了DNADNA损伤，会导致基因缺失、易位、染色体重排等）损伤，会导致基因缺失、易位、染色体重排等）第39页/共53页 GG1 1/S/S交界处失察交界处失察 P53 P53 进入进入S S期期

24、 DNADNA损伤损伤 修复成功修复成功 GG1 1/S/S检查检查 停顿停顿GG1 1期期 损伤损伤DNADNA修复修复 修复失败修复失败 细胞凋亡细胞凋亡 下调下调bcl-2bcl-2表达、激活表达、激活bax bax 基因基因 P53P53 P53P53突变或丢失突变或丢失 易发生细胞癌变易发生细胞癌变 致变剂致变剂 检测点检查功能检测点检查功能 遗传不稳定性遗传不稳定性 复制忠实性复制忠实性 第40页/共53页 人类肿瘤人类肿瘤p53p53基因突变热点和频率基因突变热点和频率肿瘤型肿瘤型 突变频率（突变频率（%）突变热点突变热点 肿瘤型肿瘤型 突变频率（突变频率（%）突变热点突变热点肺

25、癌肺癌 56 15756 157，248248，273 273 前列腺癌前列腺癌 30 30 不确定不确定结肠癌结肠癌 50 17550 175，245245，248248，273 273 肝细胞癌肝细胞癌 45 24945 249食管癌食管癌 45 45 不确定不确定 胶质癌胶质癌 25 17525 175、248248卵巢癌卵巢癌 44 273 44 273 乳腺癌乳腺癌 22 17522 175、248248、273273胰腺癌胰腺癌 44 273 44 273 子宫内膜癌子宫内膜癌 22 24822 248皮肤癌皮肤癌 44 24844 248、278 278 甲状腺癌甲状腺癌 13

26、24813 248、273273胃癌胃癌 41 41 不确定不确定 白血病白血病 12 17512 175、248248头颈鳞癌头颈鳞癌 37 248 37 248 宫颈癌宫颈癌 7 2737 273膀胱癌膀胱癌 34 280 34 280 软组织肉瘤软组织肉瘤 31 31 不确定不确定DNADNA病毒病毒:SV40:SV40、HPVHPV、腺病毒等、腺病毒等 P53P53蛋白失活蛋白失活 第41页/共53页 GG2 2/M/M 交界处失察交界处失察 GG2 2/M/M交界处交界处 DNADNA双链断裂双链断裂 激活激活DNADNA损伤检查点损伤检查点 阻止细胞进入阻止细胞进入MM期期 诱导修

27、复基因转录诱导修复基因转录 完成断裂的完成断裂的DNADNA修复修复 失去失去GG2 2/M/M检查点的阻滞作用检查点的阻滞作用 染色体发生重排、丢失染色体发生重排、丢失第42页/共53页检测细胞增殖活性的常用方法核分裂计数 高倍视野法（high power fields,HPF)：400倍放大，10视野 单位面积核分裂像更具可比性 核分裂指数(mitotic index,MI)显微镜目镜放置网格测微尺/计算机软件辅助分析第43页/共53页第44页/共53页第45页/共53页免疫组织化学法 Ki67抗体:所测抗原只表达于G1、G2、M和S期细胞，不表达于G0期细胞 第46页/共53页 PCNA

28、抗体(proliferating cell neuclear antigen)36KD高度保守分子，是DNA多聚酶的辅助因子。不表达于G0期细胞 周期素A、B、C、D和E，周期素依赖性激酶CDK检测 细胞增殖的辅助标记第47页/共53页DNA含量测定：胸腺嘧啶标记（thymidine labelling)溴脱氧鸟核甙掺入(bromodeoxyuridine incorporation)放射性核素3H或32P标记胸腺嘧啶或鸟核苷加入培养的细胞液一段时间后，检测细胞的3H或32P的含量，从而了解细胞的DNA合成情况 第48页/共53页流式细胞术（flow cytometry)碘化丙锭（PI）可使细胞DNA和RNA同时染色，细胞经PI染色后，FCM分析可获得DNA直方图，该直方图可显示细胞周期中各期细胞（G0/G1、S、G2/M期)百分比 第49页/共53页第50页/共53页以5-溴脱氧尿嘧啶核苷(BrdUrd)掺和到DNA中，FCM检测BrdUrd的DNA掺入率可获得S期细胞的百分比Feulgen染色后的MSP分析第51页/共53页嗜银核仁组织区法 NORs在控制核糖体RNA的基因转录方面有调节作用。NORs含有高亲银酸性蛋白质,可用银染法显示。LM:位于细胞核内或分裂细胞的染色体上，直径0.5-1 m的黑色小点第52页/共53页感谢您的观看！第53页/共53页