（By stages）
G1→S→G2→M
Cell cycle phase
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)
G2期：DNA合成后期/分裂前期（微丝、微管蛋白，
成熟因子等合成）
M phase M期：有丝分裂期
Mitosis
向后期转变。
（5）细胞周期检查点
保证细胞周期中DNA复制和染色体分配质量的检查机制，为负反 馈调节机制 DNA 损伤检查点 G1/S交界处检查，DNA损伤则停在G1 期，以进行修复后复制
DNA复制检查点
纺锤体组装检查点
S/G2交界处检查，负责检查DNA复制 进度 G2/M交界处检查，检查有功能的纺锤 体形成，管理染色体的正确分配
CAK（CDK activation kinase,CDK活化激酶）
由cyclin H、CDK7和P36蛋白组成的复合物 调节大多数CDK活性 本身通过CDK7 Thr170残基的磷酸化后被激活 是转录因子TFIIH的组成成分，在RNA转录中发挥作用
【CDK活化与调控细胞周期】
▲
CDK2与cyclin E结合， CDK4、CDK6与cyclin D1、D2、D3结合 pRb磷酸化 游离E2F释放 DNA合成↑ 启动G1期 启动S期 促进S期 启动M期
2001 Nobel Prize
Leland H. Hartwell 1970s “Checkpoint” Yeast genetics ~100 CDC genes
Paul M. Nurse 1970s CDKs yeast
Tim Hunt 1980s Cyclins Sea Urchins
【细胞增殖过程】
1. 细胞周期自身控制（Regulation of intracellular signals ） 细胞周期调控机制的核心是一组周期素依赖性蛋白激酶 （Cyclin dependent kinase, CDKs）
Key spot：Cyclin、 CDKs、 CDI、Checkpoint of cell cycle。
细胞增殖和凋亡异常与疾病
Abnormal Cell Proliferation, Apoptosis and Related of Disease
Chen Wei Associate professor chenwei566@
瘤细胞为什么会发生？
裸鼠的结肠癌病理模型复制
胃癌手术后肿瘤细胞转移 患者
Cyclin 周期变化图
Cyclin-CDK复合物及其相关蛋白
Cyclins A B(B1,B2) 相关CDKs CDK1，CDK2 CDK1(cdc2) 细胞周期作用 S+G2 / M G2 / M 相关蛋白 p107+E2F，p21，PCNA p21,PCNA 底物 降解 Rb ubiquitin Rb ubiquitin
பைடு நூலகம்
对细胞周期前一事件作出反应，保证细胞增殖按质完成
检查点工作方式
探测器：检测上一期进展的质量问题；
传感器：将探测器所检获的“质量问题”信号下传 效应器：由效应器去中断细胞周期进程并开动修复机制
CDK既是细胞周期转折的主要调节因子，也是细胞周期 检查点的效应器。
Cell cycle checkpoints
CDK4、CDK6
▲
【抑制途径】
▲
CDIs通过直接结合CDK-cyclin复
合物的磷酸化活化部位，抑制CDK
的激酶活性。
▲
P16INK4a通过结合CDK4单体，
阻断它与cyclins的结合。
■癌基因与抑癌基因
CDI
1.Ink: p16ink4a在S期达到高峰，是G1/S限制点负调控 机制的重要组成部分。 2.P21kip1作用较强，作用谱较广泛。主要调控细胞 周期确保遗传物质精确地传递给下一代，以消除 DNA损伤而引发的肿瘤。 3.P27kip1为停止细胞分裂所必需，在休止细胞内高 表达，在增殖细胞内低表达。与G1后期的 cyclinE/CDK2复合物结合，抑制其磷酸化。
(CDI)
细胞周期的控制（Regulation of the cell cycle）
Regulation of the cell cycle
Regulation of the cell cycle by intracellular signals Regulation of the cell cycle by extracellular signals
短寿命蛋白C-末端都有一个(或一个以上)富含Pro(P), Glu(E), Ser(S)和Thr(T)的序列(脯氨酸（P），谷氨酸 （E），丝氨酸（S），及苏氨酸（T）残基)的40个aa残 基组成的结构域，简称PEST序列，它可以影响到某些蛋 白的稳定性 。 PEST 样序列中3 个赖氨酰残基可能是其泛素化结合位 点，将3个赖氨酰残基都进行突变，ste3p 的泛素化和胞 吞会严重受损。
C
D(D1-3) E F G H
CDK8
CDK4(2,5,6) CDK2 CDK7
G1
G1 G1+G1 / S S G1 G1/ S,G2 /M
p107+E2F ,p21,PCNA -
Rb -
PEST
PEST PEST -
Rb,p21,p27,p15,p16,PCNA Rb
CDK1,4,6 -
Cdks
Cell cycle checkpoints
2. 细胞外信号的调控
CDI可抑制其活性
泛素降解CDK
Cdks
cyclins
自1983年首次发现周期蛋白后，许多科学家纷纷 开展周期蛋白研究，短短10年就从各种生物中克 隆分离了数十种周期蛋白，如酵母的Cln1、Cln2、 Cln3、Clb1-Clb6，高等动物的周期蛋白A1-2、B1-3 、C、D1-3、E1-2、F、G、H等等。 各种周期蛋白均含有100个左右的保守氨基酸序列 ，称为周期蛋白框，它可介导周期蛋白与CDK结 合。 M期周期蛋白(A2,B1)分子的N端含有破坏
框。G1期周期蛋白分子的C端含有一个PEST序 列。
部分周期蛋白分子结构特征 图中除Cln3外，均为人的周期蛋白分子，所有这些分 子均含有一个周期蛋白框。
100aa组成cyclin box
调节亚基
Cyclin
-COOH
H2N-
cyclin
Combine
CDK
PSTAIRE
CDK
催化亚基
Cyclin/CDK Cyclin/CDK/CDI
Yeast
CDK CDK1(CDC28) CDK1(CDC28) CDK1(CDC28) CDK1(CDC28)
CDK1(CDC2) Clb 1-4
●CDKs家族
CDKs是一组丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。称为CDK1~9。
【CDK1活化促进G2/M转换】
Thr14、Tyr15抑制部位去磷酸化
Cyclin与CDK1结合、磷酸化 CDK1活化 CAK对CDK1活化部位的磷酸化
Interphase
Prophase
Prometaphase
Metaphase
Anaphase
Telophase
Cytokinesis
Phases of the cell cycle
DNA Cell Cycle Analysis
细胞（增殖）周期特点
单向性: G1S G2 M
阶段性: 各期细胞形态和代谢特点有明显差异。
Thr161
Cell cycle
CDK活化激酶（CDK activation kinase,CAK）
【CDKs活化部位与抑制部位】
CAK对CDK1活化部位磷酸化活化，同时伴有抑制部位磷酸化活化。
▲活化部位（CDK1Thr161）磷酸化
▲抑制部位（CDK1Thr14、Tyr15）去磷酸化依赖P80cdc25酶作用
Cyclin box 结构与功能
Classification
Cyclin B1、Cyclin A、Cyclin E、 Cyclin D1,D2,D3, F,G,H,T。
细胞周期蛋白的破坏框与降解途径
G1周期蛋白也通过类似的途径降解，但其N端没有 破坏框，C端有一段PEST序列与其降解有关。
PEST
▲ pRb蛋白：人视网膜母细胞瘤基因 肿瘤抑制基因, 作用于G1期，阻止G1到S期的转化。 Rb蛋白在G1期呈低磷酸化状态，在晚G1期，S、G2、M期 则高磷酸化；
低磷酸化Rb与E2F结合，抑制其介导的激活作用，阻止G1
到S期的转变；
高磷酸化Rb不能与E2F结合，不能抑制其功能。
Rb磷酸化时，E2F被释放，启动多种对细胞周期的进行很重要的基 因转录，包括二氢叶酸还原酶、胸苷激酶、DNA多聚酶α、胸苷酸 合酶（thymidylate synthase）、b-myb、CDK1及c-myc等基因。
Kinase complex
G1-CDK G1/S-CDK S-CDK M-CDK
Cyclins Vertebrate
Cyclin Cyclin D* Cyclin E Cyclin A Cyclin B CDK CDK4 、6 CDK2 CDK2 Cyclin Cln 3 Cln 1、2 Clb 5、6
Cyclins降解主要是泛素-蛋白酶体进行泛素化降解
SUMO
泛 素
蛋白质
降解的蛋白
(4)泛素依赖的蛋白溶解系统
CDC34途径：
水解CDI，促使细胞从G1期转换到S期；
后期促进复合体(anaphase-promoting
complex,APC)途径： 通过E3 ligase与有丝分裂后期的抑制因子和有丝分裂 cyclin结合并将其水解，从而促使细胞有丝分裂中期