1970s Rao 和Johnson 发现与M期细胞(Hela) 融合的间期细胞染色体发生凝缩，称为早熟凝集染色体(prematurely condensed chromosome ，PCC) 。G1 期PCC 为单线状，因DNA 未复制。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。甚至不同类的M期细胞也可诱导PCC 产生，说明M期细胞具有促进间期细胞进行分裂的因子，即成熟促进因子(maturation promoting factor ，MPF) 。特点：在细胞周期中呈周期性变化。含有一段约100 个氨基酸的保守序列，称为周期蛋白框，介导与CDK 结合。作用：激活和引导CDK 作用于不同底物。在不同的CDK 分子结构中，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 （脯丝苏丙异亮精苯丙），是介导激酶与周期蛋白结合的区域。CDK 与细胞周期蛋白结合才具有激酶的活性，称为细胞周期蛋白依赖性激酶。由于cdc2 第一个被发现，因而cdc2 激酶被命名为CDK1 。激活的CDK1 可将靶蛋白磷酸化而产生相应的生理效应，如将核纤层蛋白磷酸化导致核纤层解体、核膜消失，将H1 磷酸化导致染色体的凝缩等等。这些效应的最终结果使细胞周期不断运行。因此，CDK 激酶和其调节因子又被称作细胞周期引擎。（一）生长因子谢谢CDK activating 1、生物学特性1）组织本身产生的生理性抑制因子2）作用可逆，对靶细胞无毒性作用3）具严格的细胞特异性各种组织的提取物对小鼠耳廓表皮有丝分裂活性的影响组织提取物表皮肝肾肺脑有无抑制+ －－－－1、生物学特性1）组织本身产生的生理性抑制因子2）作用可逆，对靶细胞无毒性作用3）具严格的细胞特异性4）无种属特异性表皮提取物小鼠大鼠豚鼠兔有无抑制+ + + + 四种动物的表皮提取物对小鼠表皮有丝分裂的影响2、抑素的作用G1 期抑素：作用于G1 期，阻碍 细胞进入S期G2 期抑素：作用于G2 期，阻碍 细胞进入M期两种抑素无交叉作用3、癌细胞对抑素的反应1）对抑素的敏感性大大下降2）自身产生的抑素量下降，仅为正常细胞的1/10 ～1/40 3）膜受体改变，不能结合抑素The activation of M-phase cyclin-Cdk complexes (M-Cdks) triggers entry into mitosis The activation of M-Cdk 细胞周期依赖性激酶CDK1 的调节与活化;  CAK=CDK1-Activiting Kinase 抑制激酶非活性的磷酸基团活性的磷酸基团抑制磷酸基团活性活性磷酸基团正反馈活性MPF 刺激：1 、核被膜断裂2 、染色体凝聚3 、有丝分裂纺锤体形成4 、靶蛋白降解周期蛋白降解周期蛋白降解酶有丝分裂周期蛋白有丝分裂周期蛋白激酶有丝分裂周期蛋白有丝分裂周期蛋白激酶M 期周期蛋白分子在近N端有一区段与其降解有关称破坏框（destruction box ），约含9个氨基酸残基，主要参与由泛素（ubiquitin ）介导的周期蛋白A、B的降解。Destruction Box in Cyclins G1 期周期蛋白分子不含降解框，但C端含有一特殊的PEST 序列，PEST 序列与G1 期周期蛋白的更新有关。PEST 序列：脯氨酸（P）、谷氨酸（E）丝氨酸（S）和苏氨酸（T）的顺序。2. 周期蛋白依赖激酶（CDK ）CDK 家族有CDK 1-8 等8种，每种CDK 结合不同类型的cyclin 形成复合物，调节细胞从G1 期过渡到S期或G2 期过渡到M期以及退出M期的进程。CDK1 底物及磷酸化后可能产生的生理效应核纤层蛋白核纤层解聚，核膜崩解波形蛋白分裂期中间纤维体系再调整微管结合蛋白MAP-220 使其失去刺激微管装配作用组蛋白H1  染色体解聚核仁蛋白核仁分解周期蛋白B 调节CDK1 活性CDK1 激酶底物M 期的可能作用某些CDK 与周期蛋白配对关系及作用S/G2→M  G2→M 、早期ＭS G1 G1→S G1 G1→S Multiple phases A B1 、B2 、B3 A D1D2D3 E D1D2D3 D1D2D3 H CDK1(cdc2)  CDK2 CDK 4 CDK6 CDK7  功能作用可结合cyclin CDK 种类3、CKI  CKI 能结合和钝化cyclin-CDK 复合物，从而调节细胞周期进程。哺乳动物中目前所知的CKI 按结构分为：CIP/KIP 家族：p21 、p27 INK4 家族：p16 、p15 哺乳动物中主要的CDk 抑制因子抑制因子作用的CDK  主要生理功能p21  多种CDKs 参与增殖、分化与衰老的调节p27 CDK2,CDK4 主要阻抑G1/S 转移p16 CDK4/CDK6 影响R点,主要阻抑G1 ／S转移p15 CDK4/CDK6 主要阻抑G1 ／S转移（三）周期调控蛋白在周期运转中的作用细胞周期调控系统为细胞周期各种事件的发生和终止提供了严格有序的时间表。引发了细胞周期进程中特定事件的出现。cell cycle regulation 在M期中的作用MPF （即cyclinB—CDK1 ）的磷酸化与去磷酸化，是M期启动调节的普遍机制。M 期由MPF 启始。CyclinB 一般在G1 晚期开始合成，通过S期↑，到达G2 期，CyclinB 含量到达一定程度，并进入核内与CDK1 结合，从而CDK1 激酶活性开始出现。CDK1 的活性与CyclinB 含量有密切关系细胞周期蛋白Cdk1 MPF 染色质凝聚凝聚蛋白磷酸化核膜破裂核纤层蛋白酸化高尔基体和内质网片段化GM130 磷酸化纺锤体形成微管形成CDK1 激活，可使核纤层蛋白磷酸化、核纤层解聚、核膜解体，同时使组蛋白H1 磷酸化，染色质凝聚、核仁蛋白磷酸化、核仁解体，以及微管结合蛋白使微管重排，有丝分裂器形成。当细胞退出M期使CyclinB 降解，激酶失活，各种底物去磷酸化，促进染色体的凝集、核膜核仁重建，引导细胞进入G1 期。Cdk1 水平CyclinB 水平MPF 水平Cdk1 、CyclinB 、MPF 三者的关系小结CDK 是细胞周期控制体系的中心，它受到以下4个方面的控制:  细胞周期蛋白的浓度CDK 磷酸化的位点CDK 抑制因子的调节控制蛋白质催化的因子生长因子是一类能与细胞膜上特异性受体结合，把调节增殖的信息传递到细胞内部，激活细胞内多种蛋白激酶，最终调节细胞生长的多肽类物质。三、其他因子的调控内分泌型：通过血液运送作用于远处的细胞。如表皮生长因子旁分泌型：作用于邻近细胞。自分泌型：源于产生生长因子的细胞本身。如肿瘤细胞根据体内生长因子产生细胞和接受细胞之间的关系分为三种模式：1、类型常见的生长因子2、生长因子的作用生长因子对细胞增殖的调节是通过与生长因子受体结合，激活细胞内一系列信号通路，引起细胞增殖的反应。表皮生长因子受体结构图解EGF 结合区蛋白激酶区自身磷酸化位点621 个氨基酸23 个疏水氨基酸542 个氨基酸表皮生长因子受体结构图解EGF  EGFR P P P 生长因子催化S6 蛋白磷酸化示意图3、生长因子的协同性正常细胞增殖活动需多种生长因子的共同调控，不同的生长因子在细胞周期的不同阶段发挥作用。如G0 期的3T3 细胞G0 期PDGF 启动因子G1 期EGF IGF 推进因子R点S期同一种生长因子作用的细胞类型不同，其作用的效应也存在差异。如TGF-β对多数类型细胞而言，在G1 期向S期转换中起负调节作用。细胞在TGF-β存在的情况下，cyclinE 表达降低，cyclinE-CDK2 复合物形成受阻，细胞滞留于G1/S 期，而不能向S期转换。对间质来源的细胞，如成骨细胞，TGF-β则表现为促进细胞分裂。（二）抑素(chalone) 一类由细胞自身产生的、终止细胞增殖的信号分子。* * 细胞增殖的调控刘艳平细胞周期调控研究的内容寻找与细胞周期调控密切相关的基因及表达蛋白。调控基因和蛋白在细胞周期中的动态变化及相互作用的规律。内外因素怎样通过细胞内信号转导系统影响细胞周期？CyclinB Cdc2 CyclinB Cdc2 p p Cyclin A&B Cdc2 p P107 &E2F CDK2 CyclinE P107 &E2F CDK2 CyclinA CyclinD 1,2&3 PCNA CDK4,6 E2F RB E2F p RB CyclinH CDK7 ⊕Cdc25A ⊕⊕Weel Mikl S 期G2 期G1 期M 期Cdc25C ⊕Ras,Rat,Myc,Fos,Jun Myc ⊕生长因子限制点⊕p16 p15 TGFβp21 p53 p27 TGFβ接触抑制与癌瘤相关的蛋白细胞周期调控因子生长因子抑素细胞分裂周期基因原癌基因和癌基因抗癌基因（抑癌基因）基因细胞周期调控系统其他因子的调控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。Leland Hartwell 主要贡献是发现了控制细胞周期的基因，其中的“START”基因对控制细胞周期的起始具有决定性的作用一、细胞周期中的基因调控（一）细胞分裂周期基因(cell division cycle gene, cdc gene) 1960s Leland Hartwell,1970s Paul Nurse 以芽殖酵母和裂殖酵母为实验材料，利用温度敏感突变株，发现许多与细胞分裂有关的基因。细胞分裂周期基因细胞中调节细胞增殖的基因，基因产物调节细胞周期的进程。已发现有40 多种基因产物影响细胞周期运转。芽生酵母细胞分裂周期cdc 基因启动出芽cdc31 DNA 复制胞质分裂cdc3 cdc8 cdc28 cdc24 cdc20 纺锤体极体复制核分裂（二）原癌基因和癌基因1、癌基因(oncogene ，onc) 存在于病毒或各种动物细胞中的一类在一定条件下能使正常细胞转变为癌细胞的基因。病毒癌基因(virus-oncogene,V-onc) 细胞癌基因(cellular-oncogene,C-onc)  癌基因：在致瘤病毒、人体和动物肿瘤中能导致细胞恶性转化的核苷酸片段称癌基因。癌基因是控制细胞生长和分裂的正常基因的一种突变形式，能够引起正常细胞癌变。2、原癌基因(proto-oncogene) 控制细胞生长、发育的正常细胞癌基因称为原癌基因，在正常情况下，是细胞进行正常生命活动必不可少的。3、原癌基因产物①生长因子类②生长因子受体类③酪氨酸蛋白激酶类④GTP 结合蛋白类⑤核内转录因子一类能抑制细胞生长并能潜在抑制癌变作用的基因，这类基因的丢失或失活会导致细胞癌变。如Rb 基因和P53 基因（三）抗癌基因(anti-oncogene) 1 、Rb 基因：编码产物(p105Rb ) 的分子量为105kD 。磷酸化：失活状态，使细胞进入增殖周期去磷酸化：活化状态，可抑制细胞增殖在增殖周期调控中，RB 蛋白的磷酸化是其功能的重要调节因素。当在G0 期时RB 去磷酸化状态时，可特异地与一些增殖有关的转录因子结合，阻止了S期所需基因转录，抑制G1→S 期运转。RB 蛋白是G1→S 期转化的负调节因子2、P53 基因编码产物的分子量为53kD ，P53 蛋白可调节G1 期检验点，阻抑细胞于G1 期，诱导凋亡和促进分化。二、细胞周期调控系统（一）周期调控蛋白的发现Timothy hunt 1983 年Timothy Hunt 首次发现海胆卵受精后，在其卵裂过程中两种蛋白质的含量随细胞周期剧烈振荡，在间期开始合成，G2/M 时达到高峰，M 结束后突然消失，下轮间期又重新合成，故命名为周期蛋白(cyclin) 。Paul Nurse Nurse 的主要贡献是发现了调节细胞周期的关键物质——细胞周期蛋白依赖激酶（CDK ），CDK 通过对其他蛋白质的化学作用驱动细胞周期。M期促进因子（MPF ）——可诱导间期细胞产生PCC ，促进染色质凝集成染色体。组成细胞周期蛋白依赖激酶1（CDK1) 细胞周期蛋白B  (cyclin B)  MPF 的结构组成M期促进因子（MPF ）CDK ：催化亚单位，含量稳定。cyclin B: 调节亚单位，G1 期开始合成，M 中期达到峰位，M后期下降，MPF 失活，细胞退出M期。cyclinB 含量规律性的合成和降解调节MPF 的活性，对有丝分裂过程起着“开关”的作用。（二）调控蛋白的种类和作用细胞周期蛋白（cyclin)  细胞周期蛋白依赖激酶（cyclin-dependent kinase, CDK) CDK 抑制因子（CDK inhibitor, CKI) 1. 周期蛋白的种类和特性高等动物有cyclinaA(A1 、A2) 、B(B1 、B2 、B3) 、C、D(D1 、D2 、D3) 、E(E1 、E2) 、F、G、H等。周期蛋白在细胞周期内表达的时期有所不同，所执行的功能也不同。分为4 类：G1 型G1/S 型S 型M 型CyclinA CyclinB CyclinC CyclinD1 CyclinD2 CyclinD3 CyclinE 432 AA 303 AA 295 AA 290 AA 292 AA 395 AA 433 AA Cyclin 分子结构模式图Destruction box Cyclin box PEST 47 55 210 295 42 50 201 288 58 136 56 141 56 141 56 141 128 215