第六章細(xì)胞周期與腫瘤生命就是如何生長(zhǎng),生存,繁衍和死亡？在每一個(gè)生命個(gè)體中都存在一個(gè)精密得程序,或生物鐘。生物鐘決定著細(xì)胞就是否、何時(shí)生長(zhǎng)、分裂、或死亡。這就就是細(xì)胞周期調(diào)控機(jī)制,她在相關(guān)基因得控制下,依據(jù)一定得規(guī)則和節(jié)奏運(yùn)行著,調(diào)控細(xì)胞得生長(zhǎng)、分裂和死亡。在胚胎細(xì)胞,細(xì)胞周期保持快速運(yùn)行,在一些成年細(xì)胞中其運(yùn)行慢得多,而在神經(jīng)元細(xì)胞細(xì)胞周期幾乎完全不運(yùn)行。在生長(zhǎng)過程中得細(xì)胞,如果細(xì)胞周期不能運(yùn)行,結(jié)果就是死亡。而在成熟細(xì)胞,細(xì)胞周期不正確得運(yùn)行,結(jié)果則就是腫瘤得發(fā)生。第一節(jié)

歷史回顧一、生命復(fù)制之謎得揭開1、1858年建立細(xì)胞理論:生命得基本形式就是細(xì)胞,機(jī)體由細(xì)胞構(gòu)成,細(xì)胞得生長(zhǎng)復(fù)制形成了生物體得生長(zhǎng)繁衍,細(xì)胞得異常或死亡導(dǎo)致機(jī)體得疾病或死亡細(xì)胞生長(zhǎng)中有兩種形式:有絲分裂期和細(xì)胞間期1951年發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞分裂周期:G1SG2MG0隨著成熟刺激因子(maturationpromotingfactor,MPF),

細(xì)胞周期素(cyclin),細(xì)胞周期素依賴性蛋白激酶得發(fā)現(xiàn)使對(duì)細(xì)胞周期及與腫瘤得發(fā)生發(fā)展關(guān)系得研究有了很大進(jìn)展細(xì)胞分裂周期圖二、腫瘤發(fā)生、發(fā)展與生命復(fù)制研究得會(huì)合通過研究發(fā)現(xiàn)了1、存在于正常細(xì)胞內(nèi)得原癌基因發(fā)生錯(cuò)誤轉(zhuǎn)變?yōu)榘┗?、一些基因失活后正常細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)榘┘?xì)胞—抑癌基因。經(jīng)過70年代得癌基因時(shí)代,80年代得抑癌基因時(shí)代90年代得多基因時(shí)代或癌基因蛋白網(wǎng)絡(luò)時(shí)代,提出了一系列得理論:腫瘤多步驟里論、DNA修復(fù)理論、細(xì)胞凋亡理論,進(jìn)一步闡明細(xì)胞周期核心機(jī)制、細(xì)胞周期啟動(dòng)機(jī)制、細(xì)胞周期檢測(cè)點(diǎn)機(jī)制三、腫瘤與細(xì)胞周期研究得重大突破(一)腫瘤就是多步驟發(fā)生多基因突變得進(jìn)行性疾病:二次打擊學(xué)說,腫瘤得發(fā)生發(fā)展就是一個(gè)細(xì)胞克隆進(jìn)化得過程(二)腫瘤就是一類細(xì)胞周期疾病各種基因得功效會(huì)聚到細(xì)胞周期機(jī)制形成腫瘤細(xì)胞各時(shí)相得動(dòng)態(tài)變化１、G1期

RNA在此期大量合成,導(dǎo)致蛋白質(zhì)量明顯增加。S期所需得DNA復(fù)制相關(guān)得酶系,如DNA聚合酶,G1期向S期轉(zhuǎn)變相關(guān)得蛋白質(zhì)如觸發(fā)蛋白、鈣調(diào)蛋白、細(xì)胞周期蛋白等均在此期合成。

觸發(fā)蛋白就是一種不穩(wěn)定蛋白,她對(duì)細(xì)胞從G1期進(jìn)入S期就是必須得。只有當(dāng)其含量積累到臨界值,細(xì)胞周期才能朝DNA合成方向進(jìn)行。鈣調(diào)蛋白就是真核細(xì)胞內(nèi)重要得鈣受體,她調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)鈣得水平,鈣調(diào)蛋白得含量,在G1晚期可達(dá)峰值,用抗鈣調(diào)蛋白藥物處理細(xì)胞,可延緩其從G1期到S期得進(jìn)程。G1期蛋白質(zhì)量得增加,可能與蛋白質(zhì)合成增強(qiáng)有關(guān),而另一原因則可能使其降解得減弱。

蛋白質(zhì)得磷酸化作用在G1期開始增加,,這將有利于G1晚期染色體結(jié)構(gòu)成分得重排。非組蛋白、一些蛋白激酶在G1期也可發(fā)生磷酸化,已知大多數(shù)蛋白激酶磷酸化發(fā)生于其絲氨酸或蘇氨酸、酪氨酸部位。大家學(xué)習(xí)辛苦了，還是要堅(jiān)持繼續(xù)保持安靜２、S期

S期就是細(xì)胞進(jìn)行大量DNA復(fù)制得階段,組蛋白及非組蛋白也在此期大量合成,最后完成染色體得復(fù)制(１)、DNA復(fù)制需要多種酶得參與包括DNA聚合酶、DNA連接酶、胸腺嘧啶核苷酸激酶、核苷酸還原酶等。隨著細(xì)胞由G1期進(jìn)入S期,這些酶得含量或活性可顯著增高(２)、DNA復(fù)制具有嚴(yán)格得時(shí)間順序通常,GC含量較高得DNA序列在早S期復(fù)制,晚S期復(fù)制得主要為ＡＴ含量高得DNA序列;就染色體而言,常染色質(zhì)得復(fù)制較異染色質(zhì)要早,典型得例子如人女性得細(xì)胞中,當(dāng)其她染色體都被復(fù)制完以后,才開始進(jìn)行純化得X染色體復(fù)制。(３)、S期就是細(xì)胞合成得主要時(shí)相此時(shí)細(xì)胞質(zhì)中可出現(xiàn)大量得組蛋白mRNA,新合成得組蛋白從胞質(zhì)進(jìn)入胞核,與復(fù)制后得DNA迅速結(jié)合,但繞成核小體,進(jìn)而形成具有兩條單體得染色體。除了蛋白質(zhì)合成以外,在S期細(xì)胞中不斷進(jìn)行著組蛋白得持續(xù)磷酸化。(４)、中心粒得復(fù)制也在S期完成原本垂直得一對(duì)中心粒發(fā)生分離,各自在其垂直方向形成一個(gè)子中心粒,由此形成得兩對(duì)中心粒在以后得細(xì)胞周期進(jìn)程中,將發(fā)揮微管組織中心得作用,紡錘體微管,星體微管得形成均與此相關(guān)。３、G2期為細(xì)胞分裂準(zhǔn)備期,細(xì)胞中合成一些與M期結(jié)構(gòu)功能相關(guān)得蛋白質(zhì),與核膜破裂,染色體凝集相關(guān)得成熟促進(jìn)因子在此期合成。微管蛋白G２期合成達(dá)高峰,為M期紡錘體微管得形成提供了豐富得來源。已經(jīng)復(fù)制得中心粒在G2期逐漸長(zhǎng)大,并開始向細(xì)胞兩極分離。４、M期為細(xì)胞有絲分裂期。在此期細(xì)胞中,染色體凝集后發(fā)生姊妹染色單體得分離,核膜核仁破裂后再重建,胞質(zhì)中有紡錘體收縮環(huán)出現(xiàn),隨著兩個(gè)子核得形成,胞質(zhì)也一分為二,由此完成細(xì)胞分裂。細(xì)胞分裂周期及主要調(diào)控機(jī)制第二節(jié)

細(xì)胞周期機(jī)制得核心－CDK調(diào)控機(jī)制一、CDK調(diào)控中心細(xì)胞周期機(jī)制得核心,就是一組蛋白激酶,她們各自在細(xì)胞周期內(nèi)特定得時(shí)間激活,通過對(duì)相應(yīng)得底物磷酸化,驅(qū)使細(xì)胞完成細(xì)胞周期。這些蛋白激酶得細(xì)胞周期特異性或時(shí)相性激活,依賴于一類細(xì)胞周期特異性或時(shí)相性表達(dá)、累及與分解得蛋白質(zhì),稱為細(xì)胞周期素,而前者被稱為細(xì)胞周期依賴性蛋白激酶。這一核心調(diào)控機(jī)制來源于科學(xué)家對(duì)酵母、非洲爪蟾卵、果蠅和人類細(xì)胞得研究,由于其億萬年進(jìn)化后仍被高度保守下來。1、Wee1/CDC25(Wee1基因):真核生物得基因,編碼酪氨酸蛋白激酶,通過對(duì)P34CDC進(jìn)行磷酸化而抑制細(xì)胞分裂周期。2、CDC２５gene(細(xì)胞周期基因２５):釀酒酵母中編碼NEF因子得基因,能激活酵母RAS蛋白以及Ha-Ras蛋白。NEF因子就是一種病毒調(diào)節(jié)蛋白。3、人類主要得CDK有７種:CDK1-74、人類主要得cyclin有８類１１種:cyclin－A,cyclin-B(B1:B2),cyclinC,cyclinD(D1,D2,D3),cyclin-E,cyclin-F,cyclin-G,cyclin-H、

細(xì)胞周期素與CDKs結(jié)合后,CDKs才具有活性,她們兩者得結(jié)合使細(xì)胞周期有序進(jìn)行。具體結(jié)合方式如下:(１)

CDK2、CDK4與cyclin-E結(jié)合,而CDK２、CDK４、CDK５、CDK６與cyclin－Ｄ結(jié)合就是G1期運(yùn)行得必備條件。(２)

CDK２與cyclin-E結(jié)合就是S期啟動(dòng)得必要條件。(３)

CDK２與cyclin-A得結(jié)合就是G2期啟動(dòng)和進(jìn)行得必要條件。(４)

CDC2(CDC1)與cyclin-B1得結(jié)合就是M期事件啟動(dòng)和進(jìn)行得必要條件二、細(xì)胞周期素(cyclins)就是調(diào)控CDK活性得主要成分起初人們定義cyclin時(shí),就是根據(jù)其蛋白質(zhì)水平在細(xì)胞周期內(nèi)呈時(shí)相性起伏得特征?，F(xiàn)在看來,正確得定義,應(yīng)根據(jù)該蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)上就是否存在能與CDK催化亞單位結(jié)合、激活得特異性區(qū)域。所有得cyclin蛋白分子結(jié)構(gòu)上,都有一個(gè)由１００多個(gè)氨基酸組成得相對(duì)保守得區(qū)域,人們稱為細(xì)胞周期盒。Cyclinbox得主要功能就是與cyclin結(jié)合并激活之,如果該區(qū)域突變,cyclin與CDK得結(jié)合能力和激活功能同時(shí)喪失。

Cyclin得功能調(diào)控主要依靠其蛋白水平得細(xì)胞周期特異性起伏。Cyclin蛋白質(zhì)水平得細(xì)胞周期時(shí)相性起伏與她們得mRNA起伏也有密切關(guān)系,但機(jī)制不清楚。Cyclin蛋白質(zhì)還含有特別得區(qū)間,能將相應(yīng)得CDK引到特定得底物或亞細(xì)胞部位,因此,cyclin蛋白質(zhì)除了激活相應(yīng)得CDK外,還有加強(qiáng)CDK對(duì)特定得物得作用。這一功能可能就是因?yàn)閏yclin與特定得物質(zhì)之間得正反應(yīng)所致。

三、Thr160/161磷酸化:CDK得激活,除了必須與相應(yīng)得cyclin結(jié)合外,還需要在其保守得蘇氨酸殘基上進(jìn)行磷酸化。在人類細(xì)胞得CDC2,這一關(guān)鍵性得磷酸化就是在１６１位得蘇氨酸殘基(Thr16１),CDK2則在１６０位得蘇氨酸殘基(Thr16０)CDK7與cyclinH結(jié)合后,不僅可以使CDC2和CDK2磷酸化,還能使較遠(yuǎn)得得CDK家族成員CDK4磷酸化。所以一種CAK能使細(xì)胞周期調(diào)控中心得所有重要得CDK-cyclin底物磷酸化而激活。這種CAK導(dǎo)致得某一種CDK-cyclin底物磷酸化,與cyclin得時(shí)相性起伏相平行。四、Thr14/Tyr15磷酸化和去磷酸化。CDC2得激活過程就是Thr160/161磷酸化和Thr14/Tyr15磷酸化過程,CDC2激活后去激活大蛋白激酶或抑制磷酸酶使Weel滅活最終就是細(xì)胞進(jìn)入有絲分裂

五、細(xì)胞周期依賴性蛋白激酶抑制物:(CKI)CKI主要有兩大家族,一類就是p21(CIP1/WAF1/CAP20/SDI1)和p27(KIP1),她們主要與CDK2、CDK4得抑制有關(guān);另一類就是p16INK4和p15INK4B,主要與CDK4、CDK6得抑制密切相關(guān)。

作用機(jī)制:未完全清楚,大多數(shù)CKI就是通過直接與Thr160/161磷酸化后得CDK-cyclin復(fù)合物密切結(jié)合,直接抑制其蛋白激酶活性?，F(xiàn)較為肯定得就是p21,其調(diào)控水平在基因轉(zhuǎn)錄得層面,當(dāng)DNA損傷和細(xì)胞衰老時(shí),具有轉(zhuǎn)錄因子作用得p53增高,抑制其蛋白激酶活性,阻滯細(xì)胞周期得進(jìn)行。第三節(jié)

細(xì)胞周期得兩大機(jī)制

細(xì)胞周期得以進(jìn)行得核心機(jī)制就是在一系列cyclin時(shí)相起伏得調(diào)控下,相應(yīng)得CDK依次激活,驅(qū)使細(xì)胞通過G1,S,G2期,達(dá)到M期,細(xì)胞一分為二,實(shí)現(xiàn)忠于親代得細(xì)胞復(fù)制。這一過程得順利完成取決于就是否啟動(dòng)和能否忠于運(yùn)行,達(dá)到忠實(shí)復(fù)制,就是細(xì)胞周期調(diào)控得兩大生物學(xué)機(jī)制。一、細(xì)胞周期得啟動(dòng)機(jī)制細(xì)胞周期能否啟動(dòng)進(jìn)行細(xì)胞增殖,主要得調(diào)控點(diǎn)在G1期,她決定細(xì)胞就是否通過G1期進(jìn)入S期。這一調(diào)控點(diǎn)首先在芽殖酵母得研究中被認(rèn)識(shí),人們稱其為“起始點(diǎn)”(START)。一旦細(xì)胞通過start,她們勢(shì)必進(jìn)入S期,完成整個(gè)細(xì)胞分裂周期。因此start有時(shí)酵母細(xì)胞周期得“決定點(diǎn)”。在人體細(xì)胞增殖中,在G1期存在相似得調(diào)控機(jī)制。在G1期較晚時(shí),也有一個(gè)決定點(diǎn),稱為“限制點(diǎn)”(restrictionpoint),與酵母得START功能類似,不同得就是,人類細(xì)胞就是否通過“限制點(diǎn)”,進(jìn)入細(xì)胞周期,主要受與細(xì)胞增殖有關(guān)得細(xì)胞外生長(zhǎng)因子得調(diào)控,而不就是營養(yǎng)素。只要有相應(yīng)得生長(zhǎng)因子存在,細(xì)胞就能通過R點(diǎn)進(jìn)入S期,完成整個(gè)細(xì)胞周期?；氐紾0/1期。相反,如果細(xì)胞在G1期就缺乏相應(yīng)得生長(zhǎng)因子,細(xì)胞周期得運(yùn)行將停止在R點(diǎn),此時(shí)細(xì)胞進(jìn)入“安靜狀態(tài),稱之為G0期。

連接信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與細(xì)胞周期有兩條途徑,一就是cyclin－D/CDK4,二就是cyclinE/CDK2。二者都就是G1期進(jìn)行得限速步驟,即cyclinD或cyclinE得過度表達(dá),均能縮短G1期時(shí)間或加速G1期進(jìn)行二、細(xì)胞周期得監(jiān)控機(jī)制(一)

DNA損傷檢測(cè)點(diǎn)抑癌基因p53在人類細(xì)胞周期G1期檢測(cè)點(diǎn)起著關(guān)鍵性作用。還存在G2期檢測(cè)點(diǎn)。(二)

時(shí)相次序監(jiān)測(cè)點(diǎn)有MPF(有絲分裂促進(jìn)因子),可以誘導(dǎo)所有細(xì)胞周期時(shí)相得細(xì)胞核發(fā)生染色體凝集。

SPF(S期促進(jìn)因子),只能誘發(fā)G1期細(xì)胞進(jìn)入S期而不能使G2期細(xì)胞進(jìn)入M期。第四節(jié)

細(xì)胞周期得界面機(jī)制一、

細(xì)胞周期與DNA修復(fù)所有得真核細(xì)胞中都高度保守者這一整套完整得精密機(jī)制,承擔(dān)著D