第四节
细胞周期的界面机制
• 一、 细胞周期与DNA修复 所有的真核细胞中都高度保守者这一 整套完整的精密机制，承担着 DNA 损伤、 错误地发现，并将其信号传递给相应的机 制，，去阻滞细胞周期的运行，并同时进 行 DNA 损伤的修复。然后视修复情况，细 胞基因的突变。决定继续分裂或死亡，执 行一系列细胞的重要生命活动。
第一节
ห้องสมุดไป่ตู้
历史回顾
• 一、生命复制之谜的揭开 1.1858年建立细胞理论： 生命的基本形式是细胞，机体由细胞 构成，细胞的生长复制形成了生物体的生 长繁衍，细胞的异常或死亡导致机体的疾 病或死亡 细胞生长中有两种形式： 有丝分裂期和细胞间期
1951年发现了细胞分裂周期： G1 S G2 M G0 随着成熟刺激因子（maturation promoting factor,MPF）， 细胞周期素 （cyclin），细胞周期素依赖性蛋白激 酶的发现使对细胞周期及与肿瘤的发 生发展关系的研究有了很大进展
三、肿瘤与细胞周期研究的重大突破 （一）肿瘤是多步骤发生多基因突变的进行 性疾病：二次打击学说，肿瘤的发生发展 是一个细胞克隆进化的过程 （二）肿瘤是一类细胞周期疾病 各种基因的功效会聚到细胞周期机制 形成肿瘤
• 细胞各时相的动态变化
• １、G1期 RNA 在此期大量合成，导致蛋白 质量明显增加。S期所需的DNA复制相 关的酶系，如DNA聚合酶，G1期向S期 转变相关的蛋白质如触发蛋白、钙调 蛋白、细胞周期蛋白等均在此期合成。
• （１） CDK2、 CDK4与cyclin-E结合，而 CDK２、 CDK４、 CDK５、 CDK６ 与 cyclin－Ｄ结合是G1期运行的必备条件。 • （２） CDK２与cyclin-E结合是S期启动的 必要条件。 • （３） CDK２与cyclin-A的结合是G2期启 动和进行的必要条件。 • （４） CDC2(CDC1)与cyclin-B1的结合是 M期事件启动和进行的必要条件
• 四、Thr14/Tyr15磷酸化和去磷酸化。 CDC2的激活过程是Thr160/161磷酸化 和Thr14/Tyr15磷酸化过程，CDC2激活后去 激活大蛋白激酶或抑制磷酸酶使Weel灭活 最终是细胞进入有丝分裂 • 五、细胞周期依赖性蛋白激酶抑制物： （CKI） CKI 主 要 有 两 大 家 族 ， 一 类 是 p21(CIP1/WAF1/CAP20/SDI1) 和 p27(KIP1), 它们主要与CDK2、 CDK4的抑制有关；另 一类是p16INK4和 p15INK4B，主要与CDK4 、 CDK6的抑制密切相关。
• ３、G2期 为细胞分裂准备期，细胞中合成一些与 M 期结构功能相关的蛋白质，与核膜破裂， 染色体凝集相关的成熟促进因子在此期合 成。 微管蛋白G２期合成达高峰，为M期纺 锤体微管的形成提供了丰富的来源。 已经复制的中心粒在 G2 期逐渐长大， 并开始向细胞两极分离。
• ４、M期 为细胞有丝分裂期。在此期细胞 中，染色体凝集后发生姊妹染色单体 的分离，核膜核仁破裂后再重建，胞 质中有纺锤体收缩环出现，随着两个 子核的形成，胞质也一分为二，由此 完成细胞分裂。
生命是如何生长，生存，繁衍和死亡？ 在每一个生命个体中都存在一个精密的程 序，或生物钟。生物钟决定着细胞是否、 何时生长、分裂、或死亡。这就是细胞周 期调控机制，它在相关基因的控制下，依 据一定的规则和节奏运行着，调控细胞的 生长、分裂和死亡。在胚胎细胞，细胞周 期保持快速运行，在一些成年细胞中其运 行慢得多，而在神经元细胞细胞周期几乎 完全不运行。在生长过程中的细胞，如果 细胞周期不能运行，结果是死亡。而在成 熟细胞，细胞周期不正确的运行，结果则 是肿瘤的发生。
• 3.人类主要的CDK有７种：CDK1-7 • 4.人类主要的cyclin有８类１１种： cyclin－A, cyclin-B(B1:B2), cyclinC, cyclinD(D1,D2,D3), cyclin-E, cyclin-F, cyclin-G, cyclin-H.
• 细胞周期素与CDKs结合后，CDKs才具有 活性，它们两者的结合使细胞周期有序进 行。具体结合方式如下：
第六章
细胞周期与肿瘤
目前从多方面对肿瘤进行了深入研究 （流行病学、病因学、遗传），肿瘤是多 因素，多步骤，多阶段的。但是肿瘤的恶 性增生从生物学角度看，主要表现在两个 方面：一是肿瘤细胞的不灭性，即细胞凋 亡障碍；二是细胞增殖失控，程序发生紊 乱，只是增殖超常加快。这两方面均已成 为肿瘤发生发展研究的热点。
• 三、Thr160/161磷酸化： CDK的激活，除了必须与相应的 cyclin结合 外，还需要在其保守的苏氨酸残基上进行磷酸化。 在人类细胞的 CDC2，这一关键性的磷酸化是在 １６１位的苏氨酸残基（Thr16１），CDK2则在 １６０位的苏氨酸残基（Thr16０） CDK7 与 cyclinH 结合后， 不仅可以使 CDC2 和CDK2磷酸化，还能使较远的的CDK家族成员 CDK4磷酸化。所以一种CAK能使细胞周期调控 中心的所有重要的CDK-cyclin底物磷酸化而激活。 这种CAK导致的某一种CDK-cyclin底物磷酸化， 与cyclin的时相性起伏相平行。
在人体细胞增殖中，在G1期存在相似 的调控机制。在G1期较晚时，也有一个决 定点，称为“限制点”（restriction point）， 与酵母的START功能类似，不同的是，人 类细胞是否通过“限制点”，进入细胞周 期，主要受与细胞增殖有关的细胞外生长 因子的调控，而不是营养素。只要有相应 的生长因子存在，细胞就能通过R点进入S 期，完成整个细胞周期。回到G0/1期。相 反，如果细胞在G1期就缺乏相应的生长因 子，细胞周期的运行将停止在R点，此时细 胞进入“安静状态，称之为G0期。
Cyclin的功能调控主要依靠其蛋白 水平的细胞周期特异性起伏。Cyclin蛋 白质水平的细胞周期时相性起伏与它 们的m RNA起伏也有密切关系，但机 制不清楚。
Cyclin蛋白质还含有特别的 区间，能将相应的CDK引到特定 的底物或亚细胞部位，因此， cyclin蛋白质除了激活相应的 CDK外，还有加强CDK对特定的 物的作用。这一功能可能是因为 cyclin与特定的物质之间的正反 应所致。
细胞分裂周期图
二、肿瘤发生、发展与生命复制研究的会合 通过研究发现了1.存在于正常细胞内 的原癌基因发生错误转变为癌基因2.一些基 因失活后正常细胞转变为癌细胞—抑癌基 因。经过70年代的癌基因时代，80年代的 抑癌基因时代90年代的多基因时代或癌基 因蛋白网络时代，提出了一系列的理论： 肿瘤多步骤里论、DNA修复理论、细胞凋 亡理论，进一步阐明细胞周期核心机制、 细胞周期启动机制、细胞周期检测点机制
作用机制：未完全清楚，大多数 CKI 是 通 过 直 接 与 Thr160/161 磷 酸 化 后 的 CDKcyclin复合物密切结合，直接抑制其蛋白激 酶活性。 现较为肯定的是p21，其调控水平在基 因转录的层面，当DNA损伤和细胞衰老时， 具有转录因子作用的p53增高，抑制其蛋白 激酶活性，阻滞细胞周期的进行。
细胞分裂周期及主要调控机制
第二节 细胞周期机制的核心－CDK调控机制 • 一、CDK调控中心 细胞周期机制的核心，是一组蛋白激 酶，它们各自在细胞周期内特定的时间激 活，通过对相应的底物磷酸化，驱使细胞 完成细胞周期。这些蛋白激酶的细胞周期 特异性或时相性激活，依赖于一类细胞周 期特异性或时相性表达、累及与分解的蛋 白质，称为细胞周期素，而前者被称为细 胞周期依赖性蛋白激酶。这一核心调控机 制来源于科学家对酵母、非洲爪蟾卵、果 蝇和人类细胞的研究，由于其亿万年进化 后仍被高度保守下来。
二、细胞周期素（cyclins）是调控CDK活性 的主要成分 起初人们定义 cyclin 时，是根据其蛋白 质水平在细胞周期内呈时相性起伏的特征。 现在看来，正确的定义，应根据该蛋白质 结构上是否存在能与 CDK 催化亚单位结合、 激活的特异性区域。所有的cyclin 蛋白分子 结构上，都有一个由１００多个氨基酸组 成的相对保守的区域，人们称为细胞周期 盒。 Cyclin box 的主要功能是与 cyclin 结合 并激活之，如果该区域突变，cyclin与CDK 的结合能力和激活功能同时丧失。
• 1.Wee1/CDC25（Wee1基因）： 真核生物的基因，编码酪氨酸蛋白激 酶，通过对P34CDC进行磷酸化而抑制细胞分 裂周期。
• 2.CDC２５ gene（细胞周期基因２５）： 酿酒酵母中编码 NEF 因子的基因，能 激活酵母RAS蛋白以及Ha-Ras蛋白。NEF因 子是一种病毒调节蛋白。
连接信号转导与细胞周期有两条途径， 一是cyclin－D/CDK4，二是 cyclinE/CDK2。二者都是G1期进行的 限速步骤，即cyclinD或cyclinE的过度 表达，均能缩短G1期时间或加速G1期 进行
• 二、细胞周期的监控机制 • （一） DNA损伤检测点 抑癌基因p53在人类细胞周期G1期检测 点起着关键性作用。还存在G2期检测点。 • （二） 时相次序监测点 有MPF(有丝分裂促进因子)，可以诱导 所有细胞周期时相的细胞核发生染色体凝 集。 SPF(S 期促进因子 ) ，只能诱发 G1 期细 胞进入S期而不能使G2期细胞进入M期。
蛋白质的磷酸化作用在G1期开始增 加，，这将有利于G1晚期染色体结构 成分的重排。非组蛋白、一些蛋白激 酶在G1期也可发生磷酸化，已知大多 数蛋白激酶磷酸化发生于其丝氨酸或 苏氨酸、酪氨酸部位。
• ２、S期 S期是细胞进行大量DNA复制的阶段， 组蛋白及非组蛋白也在此期大量合成，最 后完成染色体的复制
• （１）、DNA复制需要多种酶的参与 包括 DNA 聚合酶、 DNA 连接酶、胸腺 嘧啶核苷酸激酶、核苷酸还原酶等。随着 细胞由G1期进入S期，这些酶的含量或活性 可显著增高
• （２）、DNA复制具有严格的时间顺序 通常， GC 含量较高的 DNA 序列在早 S 期复制，晚S期复制的主要为ＡＴ含量高的 DNA 序列；就染色体而言，常染色质的复 制较异染色质要早，典型的例子如人女性 的细胞中，当其它染色体都被复制完以后， 才开始进行纯化的X染色体复制。