，
Mdm2与P53的结 合，使P53在蛋白 酶体中降解
激活的P53与P21(CKI)基因 的调控区结合，使P21转录 、翻译
P21与G1/S –CDK和 S-CDK结合，使其 失活。
激酶复 合体 G1-CDK G1/SCDK S-CDK M-CDK
脊椎动物 Cyclin Cyclin D* Cyclin E Cyclin A Cyclin B，A CDK CDK4 、6 CDK2
芽殖酵母
Cyclin
CDK CDK1 (CDC28) CDK1 (CDC28) CDK1 (CDC28
CAK
激活位 点的磷 酸化
去磷酸化
MPF的作用(下游事件）
激活的CDK1可将靶蛋白磷酸化而产生相应的生 理效应 • 使H1磷酸化，引起染色体的凝缩 • 使核纤层蛋白磷酸化，造成核纤层解体、核膜 破裂 • 使某些微管结合蛋白磷酸化，引起微管在细胞 中的重新分布，形成有丝分裂纺锤体 • 这些效应的最终结果是细胞周期的不断运行。 • 因此，CDK和cyclin又被称作细胞周期引 擎。
• S期检验点： DNA复制是否完成？
• G2/M检验点（在G2期结束点） 是决定细胞一分为二的控制点， • 相关的事件包括： DNA是否损伤？ 细胞体积是否足够大？
• 中-后期检验点（纺锤体组装检验点，在 中期末）： • 任何一个着丝点没有正确连接到纺锤体 上，引起细胞周期中断。
细胞周期的调控
爪蟾的卵 母细胞
注射M期的细胞质
注射间期细 胞的细胞质
核消失
卵母 细胞 卵母细胞进 入 M期
纺锤体 出现
卵母细胞 没有进入 M期
细胞周期的调控
• MPF - 卵细胞促成因子(maturation-promoting factor) - M期促进因子(M phase-promoting factor) - 有丝分裂促进因子(mitosis-promoting factor) • MPF的生化实质是一种使多种底物蛋白磷酸化的蛋白激酶，由 细胞周期蛋白(cyclin)与周期蛋白依赖性蛋白激酶(cyclindependent protein kinase, CDK)形成的复合物 • MPF = CDK1激酶 = p34cdc2 + cyclin B • P34cdc2是酵母细胞中cdc2基因编码的一种 相对分子质量为34 kD的蛋白，在细胞周 期中含量相对稳定，只有与cyclin B结合 才有可能表现出激酶活性 • cdc(cell division cycle)基因是与细胞分裂 和细胞周期调控有关的基因
周期蛋白的降解途径
• M期周期蛋白N端有一段序列与其降解有 关，称降解盒(destruction box)。 • G1周期蛋白也通过类似的途径降解，但 其N端没有降解盒，C端有一段PEST序 列与其降解有关。
APC介导的蛋白水解作用
在晚有丝分裂期，失活的APC与激活亚基结合，成为激活状态，靶蛋白（ M-周期蛋白的破坏框）被激活状态的APC识别，APC（E3)在E1和E2的 帮助下，将多个泛素分子转移到cyclin上，泛素化的靶蛋白立即被识别， 在蛋白酶体中降解。
• 目前发现的CDK在动物中有7种。
• 各种CDK分子均含有一段相似的激酶结 构域，这一区域有一段保守序列，即 PSTAIRE，与周期蛋白的结合有关。
• 目前从芽殖酵母、裂殖酵母和各类动物 中分离出的周期蛋白有30余种， • 在脊椎动物中为A1-2、B1-3 、C、 D1-3、 E1-2、F、G、H等。 • 分为G1型、G1/S型、S型和M型4类 • 细胞周期蛋白有许多种，每种调节不同 的Cdk的活性。
• p53：一种抑癌基因。 • DNA的损伤可以通过p53激活p21 (Cdk的 抑制因子CKI)的表达，使细胞不能进入S 期，细胞周期阻滞于G1期，以修复损伤 的DNA， • 如不能修复则启动凋亡程序。 • p53的突变使这种刹车机制失灵，细胞突 变率增加，极易发生癌变。
P53 磷酸化处于激 活状态，与Mdm2 分离，使P53 积累
• MPF是含有两个亚基的蛋白复合物 cyclin是它的调节亚基， Cdk是催化亚基
• 有丝分裂促进因子（MPF）
• 为Cdk / cyclin 复合体
– Cdk ：连续合成，含量稳定
– cyclin ：周期性合成（周期蛋白）
• 细胞进入分裂状态和完成分裂活动直接 受周期蛋白周期性合成和降解及Cdk的磷 酸化和去磷酸化的调节。
CDK1 (CDC2)
CDK1 (CDC28)
不同的细胞周期蛋白-Cdk复合 物触发不同的细胞周期步骤
• 在G1-S期， cyclinE与CDK2结合，促进 细胞通过G1/S限制点而进入S期。 • 在G2-M期， cyclinB与CDK1结合， CDK1使底物蛋白磷酸化、如将组蛋白 H1磷酸化导致染色体凝缩，核纤层蛋白 磷酸化使核膜解体等下游细胞周期事件。
第四节细胞周期控制
细胞周期控制系 统 •可以用自动洗 衣机的控制类比
细胞周期的运转需要控制，保 证有序的事件依次完成。
• 细胞长到一定大小——DNA复制——DNA 复制完成——有丝分裂——有丝分裂完 成——胞质分裂
细胞周期检验点CHECKPOINT （关卡，检验点）
• G1/S检验点（靠近G1末期） 在酵母中称start点，在哺乳动物中称R 点(restriction point)， 控制细胞由静止 状态的G1进入DNA合成期， • 相关的事件包括： DNA是否损伤？ 细胞外环境是否适宜？ 细胞体积是否足够大？
细胞周期的调控
• 细胞周期调控系统的主要作用： ①在适当时候激活细胞周期各个时相的相关酶和蛋白 ②确保每一时相事件的全部完成 ③对外界环境因子起反应(如多细胞生物对增殖信号的反应)
• 2001年10月8日，美国人Leland Hartwell、英国人Paul Nurse、 Timothy Hunt因对细胞周期调控机理的研究而荣获诺贝尔生理 医学奖
)
Cln 3 Cln 1、2 Clb 5、6 Clb 1—4
CDK2
CDK1 (CDC2)
CDK1 (CDC28)
（二） S期促进因子（S-phase
promoting factor，SPF）
S期的起始
• 细胞融合试验：S期细胞可以使G1期细胞 合成DNA，但不能使G2期细胞再合成DNA。
S期的细胞 质中存在使 G1期直接 进入S期的 因子
CDK活性发 生变化，
Cyclin浓度在间 期稳定的增加
但浓度恒定
分裂期达到顶峰 ，分裂期末迅速 下降
M期CDK的激活 受磷酸化和去磷酸化 所调节
• M期CDK的激活起始于分裂期cyclin的 积累 cyclin 的积累是因为在 G2-M 期 M-cyclin 基因转录的增强。 • Wee1激酶将CDK1的Thr14和Tyr15磷酸 化，没有活性，
Cyclin
M期周期蛋白泛素化
Cyclin B的降解途径
• G1周期蛋白也通过类似的途径降解，但 其N端没有降解盒，C端有一段PEST序 列与其降解有关。 • SCF（skp1-cullin-F-box protein，三 个蛋白构成的复合体）负责将泛素连接 到G1/S期周期蛋白和某些Cdk的抑制因子 （CKI）上
不同形态的PCC
G1×M
•G1期PCC为单线状，因DNA未复制。
S× M
•S 期 PCC 为 粉末状，因 DNA 由 多 个 部位开始复 制。 •G2期PCC为 双线染色体， 说明DNA复 制已完成。
G2×M
M期促进因子（M-phase promoting factor，MPF）的发现
• 爪蟾的卵母细胞是好的检测系统
G2期的核已经 复制l了DNA S期细胞质中 的因子对它不 起作用
S期细胞质中 使DNA复制 的因子在G2 期细胞质中 消失
G1期的核立即 进入S期‘
G2期的核停在 G2期 S期核继续 DNA的复制
G2期的核停在 G2期
S期核继续DNA 的复制
G1期的核根据 自己的时间表 进入S期
激酶复 合体 G1-CDK G1/SCDK S-CDK M-CDK
SPF和MPF的 激活，需要 cyclin和CDK 的结合，及 CDK的磷酸化 和去磷酸化。 SPF和MPF的 失活，以赖于 cyclin 的降解 。
（三）与周期调控有关的一些 重要蛋白的降解
• 通过泛素途径降解，一些因子参与此过程 • 参与细胞周期调控的泛素连接酶至少有两类， • APC(anaphase promoting complex) 负责将泛素连接到M期周期蛋白上。 • SCF（skp1-cullin-F-box protein，三个蛋 白构成的复合体） 负责将泛素连接到G1/S期周期蛋白和某些CKI 上
(一）M期促进因子（M-phase promoting factor，MPF）
Rao和Johnson(1970、1972、1974)将Hela 细胞同步于不同阶段，然后与M期细胞 混合，在灭活仙台病毒介导下，诱导细 胞融合， 发现与M期细胞融合的间期细胞产生了形 态各异的早熟凝集染色体(prematurely condensed chromosome，PCC)，这种现 象叫做早熟染色体凝集(premature chromosome condensation)。
SCF介导的CKI的降解作用
靶蛋白如CKI的磷酸化，被始终为激活状态的SCF识 别，SCF在E1和E2的帮助下，将多个泛素分子转移 到靶蛋白上，泛素化的靶蛋白立即被识别，在蛋白 酶体中降解。
（四）细胞周期可以被Cdk抑制 蛋白（CDK inhibitor，CKI） 阻挡于G1期
• Cdk的抑制因子——CKI（ Cdk inhibitor protein） ，如p27，p21
脊椎动物 Cyclin Cyclin D* Cyclin E Cyclin A Cyclin B，A CDK CDK4 、6 CDK2