细胞周期的调控与检测_精品文档.ppt

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细胞周期及其调控机制细胞周期及其调控机制苏苏川川南京医科大学病原生物学系南京医科大学病原生物学系86862774江苏省病原生物学重点实验室江苏省病原生物学重点实验室86862773提纲提纲一、基本概念介绍一、基本概念介绍二、历史回顾二、历史回顾三、细胞周期各时相的动态变化三、细胞周期各时相的动态变化四、细胞周期的调控四、细胞周期的调控五、细胞周期得以进行的两大机制五、细胞周期得以进行的两大机制六、细胞周期的界面机制六、细胞周期的界面机制七、肿瘤与细胞周期七、肿瘤与细胞周期八、常用的细胞周期检测方法八、常用的细胞周期检测方法九、细胞周期同步化九、细胞周期同步化生命是如何生长、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。

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，而在神经元细胞周期几乎完全不运行。

行，在一些成年细胞中其运行慢得多，而在神经元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，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。

细胞周期不正确的运行，结果则是肿瘤的发生。

细胞周期细胞周期（cellcycle）细胞周期调控细胞周期调控（cellcycleregulation）“细胞周期细胞周期”也称也称“细胞分裂周期细胞分裂周期”，是指一个细胞经生长、分裂而增，是指一个细胞经生长、分裂而增殖成两个所经历的全过程，通常可分为若干阶段，即殖成两个所经历的全过程，通常可分为若干阶段，即G1期、期、S期、期、G2期和期和M期。

细胞在期。

细胞在G1期完成必要的生长和物质准备，在期完成必要的生长和物质准备，在S期完成其遗传物质期完成其遗传物质染色体染色体DNA的复制，在的复制，在G2期进行必要的检查及修复以保证期进行必要的检查及修复以保证DNA复制的准确复制的准确性，然后在性，然后在M期完成遗传物质到子细胞中的均等分配，并使细胞一分为二。

期完成遗传物质到子细胞中的均等分配，并使细胞一分为二。

一、基本概念介绍一、基本概念介绍2001NobelPrizeLelandH.Hartwell1970s“Checkpoint”Yeastgenetics100CDCgenesStartgeneTimHunt1980sCyclinsSeaUrchinsPaulM.Nurse1970sCDKsyeast二、历史回顾二、历史回顾生命复制之谜的揭开生命复制之谜的揭开

（1）1858年建立细胞理论：

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。

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。

（22）19511951年发现了细胞分裂周期：

年发现了细胞分裂周期：

G1SG2MG0G1SG2MG0细胞生长中有两种形式细胞生长中有两种形式-有丝分裂期和细胞间期有丝分裂期和细胞间期细细细细胞胞胞胞周周周周期期期期细胞间期细胞间期细胞间期细胞间期有丝分裂期（有丝分裂期（有丝分裂期（有丝分裂期（M期）期）DNA合成前期（合成前期（GG11期期期期）DNA合成期（合成期（SS期期期期）DNA合成后期（合成后期（GG22期期期期）前期前期中期中期后期后期末期末期（33）随随着着成成熟熟刺刺激激因因子子（maturationpromotingfactor,MPF），细细胞胞周周期期素素（cyclin），细细胞胞周周期期素素依依赖赖性性蛋蛋白白激激酶酶（cyclindependentdependentkinasekinase，CDK）CDK）的的发发现现使使对对细细胞胞周周期期及及与与肿肿瘤瘤的的发发生生发发展展关关系系的的研研究究有了很大进展。

有了很大进展。

三、细胞周期各时相的动态变化三、细胞周期各时相的动态变化、G1期期（DNA合合成成前前期期，指指有有丝丝分分裂裂完完成成到到DNA合合成成之前之前的一段时间）的一段时间）RNA在在此此期期大大量量合合成成，导导致致蛋蛋白白质质量量明明显显增增加加。

S期期所所需需的的DNA复复制制相相关关的的酶酶系系，如如DNA聚聚合合酶酶，G1期期向向S期期转转变变相相关关的的蛋蛋白质如触发蛋白、钙调蛋白、细胞周期蛋白等均在此期合成。

白质如触发蛋白、钙调蛋白、细胞周期蛋白等均在此期合成。

蛋蛋白白质质的的磷磷酸酸化化作作用用在在G1期期开开始始增增加加，这这将将有有利利于于G1晚晚期期染染色色体体结结构构成成分分的的重重排排。

非非组组蛋蛋白白、一一些些蛋蛋白白激激酶酶在在G1期期也也可可发发生生磷磷酸酸化化，已已知知大大多多数数蛋蛋白白激激酶酶磷磷酸酸化化发发生生于于其其丝丝氨氨酸酸或或苏苏氨氨酸酸、酪氨酸部位。

酪氨酸部位。

触触发发蛋蛋白白是是一一种种不不稳稳定定蛋蛋白白，它它对对细细胞胞从从G1期期进进入入S期期是是必必须须的的。

只只有有当当其其含含量量积积累累到到临临界界值值，细细胞胞周周期期才才能朝能朝DNA合成方向进行。

合成方向进行。

钙钙调调蛋蛋白白是是真真核核细细胞胞内内重重要要的的钙钙受受体体，它它调调节节细细胞胞内内钙钙的的水水平平，钙钙调调蛋蛋白白的的含含量量，在在G1晚晚期期可可达达峰峰值值，用用抗抗钙钙调调蛋蛋白白药药物物处处理理细细胞胞，可可延延缓缓其其从从G1期期到到S期期的的进进程。

程。

G1期期蛋蛋白白质质量量的的增增加加，可可能能与与蛋蛋白白质质合合成成增增强强有有关关，而另一原因则可能使其降解的减弱。

而另一原因则可能使其降解的减弱。

、S期期（DNA合合成成期期，从从DNA合合成成开开始始到到DNA合合成成结结束束的的全过程，是细胞增殖周期的关键阶段）全过程，是细胞增殖周期的关键阶段）S期是细胞进行大量期是细胞进行大量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量合成，最后完成染色体的复制（）（）DNA复制需要多种酶的参与复制需要多种酶的参与包包括括DNA聚聚合合酶酶、DNA连连接接酶酶、胸胸腺腺嘧嘧啶啶核核苷苷酸酸激激酶酶、核核苷苷酸酸还还原原酶酶等等。

随随着着细细胞胞由由G1期期进进入入S期期，这这些些酶酶的的含含量量或或活活性可显著增高性可显著增高（）（）DNA复制具有严格的时间顺序复制具有严格的时间顺序通通常常，GC含含量量较较高高的的DNA序序列列在在早早S期期复复制制，晚晚S期期复复制制的的主主要要为为含含量量高高的的DNA序序列列；就就染染色色体体而而言言，常常染染色色体体的的复复制制较较异异染染色色体体要要早早，典典型型的的例例子子如如人人类类女女性性的的细细胞胞中中，当当其其它它染色体都被复制完以后，才开始进行纯化的染色体都被复制完以后，才开始进行纯化的X染色体复制。

染色体复制。

（）（）S期是细胞合成的主要时相期是细胞合成的主要时相此此时时细细胞胞质质中中可可出出现现大大量量的的组组蛋蛋白白mRNA，新新合合成成的的组组蛋蛋白白从从胞胞质质进进入入胞胞核核，与与复复制制后后的的DNA迅迅速速结结合合，绕绕成成核核小小体体，进进而而形形成成具具有有两两条条单单体体的的染染色色体体。

除除了了蛋蛋白白质质合合成成以以外外，在在S期期细细胞胞中不断进行着组蛋白的持续磷酸化。

中不断进行着组蛋白的持续磷酸化。

（）中心粒的复制也在（）中心粒的复制也在S期完成期完成原原本本垂垂直直的的一一对对中中心心粒粒发发生生分分离离，各各自自在在其其垂垂直直方方向向形形成成一一个个子子中中心心粒粒，由由此此形形成成的的两两对对中中心心粒粒在在以以后后的的细细胞胞周周期期进进程程中中，将将发发挥挥微微管管组组织织中中心心的的作作用用，纺纺锤锤体体微微管管，星星体体微微管管的的形形成成均均与与此相关。

此相关。

、G2期期（DNA合合成成后后期期，从从DNA复复制制完完成成到到有有丝丝分分裂裂开开始始前前的的时时期期，为有丝分裂为有丝分裂进行物质条件进行物质条件）为为细细胞胞分分裂裂准准备备期期，细细胞胞中中合合成成一一些些与与M期期结结构构功功能能相相关关的的蛋蛋白白质，与核膜破裂，染色体凝集相关的成熟促进因子在此期合成。

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。

微微管管蛋蛋白白G期期合合成成达达高高峰峰，为为M期期纺纺锤锤体体微微管管的的形形成成提提供供了了丰丰富的来源。

富的来源。

已经复制的中心粒在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。

期逐渐长大，并开始向细胞两极分离。

、M期期（有有丝丝分分裂裂期期，细细胞胞经经过过分分裂裂将将染染色色体体平平均均分分配配到到两两个个子子细细胞胞中）中）在在此此期期细细胞胞中中，染染色色体体凝凝集集后后发发生生姊姊妹妹染染色色单单体体的的分分离离，核核膜膜核核仁仁破破裂裂后后再再重重建建，胞胞质质中中有有纺纺锤锤体体收收缩缩环环出出现现，随随着着两两个个子子核核的的形成，胞质也一分为二，由此完成细胞分裂。

形成，胞质也一分为二，由此完成细胞分裂。

G1期：

为期：

为DNADNA合成准备所需要的合成准备所需要的RNARNA、蛋白质、脂类、糖类等蛋白质、脂类、糖类等G1早期：

细胞的生长早期：

细胞的生长G1晚期：

为晚期：

为SS期的期的DNADNA合成做准备合成做准备SS期（期（DNADNA合成期）合成期）DNADNA合成合成（复制复制）染色体蛋白的合成：

组染色体蛋白的合成：

组蛋白、非组蛋白等蛋白、非组蛋白等中心粒的复制中心粒的复制G2G2期（期（DNADNA合成后期）合成后期）有活跃的有活跃的RNARNA和蛋白质合成和蛋白质合成微管蛋白，促有丝分裂因子（微管蛋白，促有丝分裂因子（MPFMPF）中心粒向两极移动中心粒向两极移动MM期（有丝分裂期）期（有丝分裂期）DNADNA、RNARNA、蛋白质合成停止。

蛋白质合成停止。

细胞发生一系列形态变化、结构建细胞发生一系列形态变化、结构建成。

将加倍的成。

将加倍的DNADNA平均分配到两个子平均分配到两个子细胞中细胞中1）细胞周期调控研究过程的重要事件细胞周期调控研究过程的重要事件-MPF的发现：

的发现：

最早发现，最早发现，MPF是一种在是一种在GG22期形成、能促进期形成、能促进期形成、能促进期形成、能促进MM期启期启期启期启动的调控因子，称之为促细胞成熟因子或促细胞分动的调控因子，称之为促细胞成熟因子或促细胞分动的调控因子，称之为促细胞成熟因子或促细胞分动的调控因子，称之为促细胞成熟因子或促细胞分裂因子（裂因子（裂因子（裂因子（MPF）MPF）。

MPF由调节亚单位细胞周期素（由调节亚单位细胞周期素（cyclin）和催化亚）和催化亚单位细胞周期素依赖性蛋白激酶（单位细胞周期素依赖性蛋白激酶（CDK）组成。

组成。

1、细胞周期调控蛋白（细胞周期调控蛋白（cellcycle-regulatingprotein）四、细胞周期的调控四、细胞周期的调控2）细胞周期调控蛋白的种类）细胞周期调控蛋白的种类A、CDK类蛋白激酶：

类蛋白激酶：

CDK与细胞周期素结合才具有激酶的活性，故名细胞周期素与细胞周期素结合才具有激酶的活性，故名细胞周期素依赖性蛋白激酶依赖性蛋白激酶（cyclin-dependentkinase，CDK）。

作用：

作用：

CDK可将特定蛋白磷酸化，促进细胞周期运行。

可将特定蛋白磷酸化，促进细胞周期运行。

在动物中已知在动物中已知7