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第13章 细胞增殖调控与癌细胞课件PPT
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这是一份第13章 细胞增殖调控与癌细胞课件PPT，共60页。PPT课件主要包含了本章主要内容，细胞增殖调控，癌细胞，第一节，第二节等内容，欢迎下载使用。
p34cdc2激酶的发现及其与MPF的关系
CDK和CDK抑制因子
其他因素在细胞周期调控中的作用
“引擎”与“刹车” engine and brake
细胞周期蛋白依赖的蛋白激酶复合物（cyclin-dependent kinase cmplex，CDK）
Figure 17-14 Mlecular Bilgy f the Cell (© Garland Science 2008)
Figure 17-16 Mlecular Bilgy f the Cell (© Garland Science 2008)
细胞增殖调控机制的核心——一组蛋白激酶
每一种不同的细胞周期蛋白Cdk复合物都是一种分子开关，可以触发特定的细胞周期事件。源于对酵母、非洲爪蟾、和人类细胞的多层次研究汇总
一、MPF的发现及其作用
卵细胞成熟促进因子（maturatin prmting factr）细胞有丝分裂促进因子（mitsis prmting factr）M 期促进因子（M-phase prmting factr）
1970s Ra和Jhnsn（Clrad 大学）发现与M期细胞(HeLa)融合的间期细胞染色体发生凝缩，并称之为早熟染色体凝缩（premature chrmsme cndensatin，PCC）。此种染色体则称为早熟凝缩染色体G1期PCC为细单线状，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为双线染色体状，说明DNA复制已完成M期细胞存在诱导染色体凝缩的因子，称为细胞有丝分裂促进因子
1. 细胞融合实验——有丝分裂促进因子
图13-1 M 期细胞与G1、S 和G2 期细胞融合诱导早熟染色体凝缩A. M 期细胞与G1 期细胞融合。B. M 期细胞与S 期细胞融合。C. M 期细胞与G2 期细胞融合
2. 成熟卵细胞细胞质移植实验——MPF概念提出
图13-2 非洲爪蟾卵细胞成熟过程、受精和第一次卵裂示意图非洲爪蟾卵母细胞成熟过程可人为地划分为6 个时期。第I 至IV期为各级生长卵母细胞。第IV 期卵母细胞在孕酮作用下向第V 和第VI 期转化，随即开始减数分裂I 和Ⅱ。成熟卵细胞受精后，便开始第一次卵裂
图13-3 成熟卵细胞细胞质移植发现MPF 的存在
成熟卵细胞细胞质移植发现MPF 的存在
Lhka, M.J.; Hayes, M.K.; Maller, J.L. PNAS. USA 85: 3009-3013. 1988.
45 kDa and 32 kDa Prteins (3000-fld activity)
Ammnium sulfate precipitatin and six chrmatgraphic prcedures resulted in a preparatin purified greater than 3000-fld that culd induce germinal vesicle breakdwn within 2 hr when injected int cyclheximide-treated cytes. Prteins f 45 kDa and 32 kDa were crrelated with fractins f highest activity in bth assays. These fractins cntained a prtein kinase activity able t phsphrylate the endgenus 45-kDa prtein, as well as histne H1, phsphatase inhibitr 1, and casein.
3. MPF的分离纯化（1988）——一种蛋白激酶
1960s Leland Hartwell，1970s Paul Nurse 分别以芽殖酵母和裂殖酵母为实验材料，利用温度敏感突变株（temperature-sensitive mutants，ts），发现许多与细胞分裂周期基因（cell divisin cycle gene, cdc）cdc 基因根据被发现先后顺序命名允许温度（permissive temperature）限定温度（restrictive temperature）
二、p34cdc2 激酶的发现及其与MPF 的关系
芽殖酵母和裂殖酵母 允许温度和限定温度
酵母温度敏感突变株的筛选
芽殖酵母 cdc28 基因的发现
裂殖酵母 cdc2 基因
Evans, T.; Rsenthal, E.T.; Yungblm, J.; Distel, D.; Hunt, T. Cell 33: 389-396. 1983.
细胞周期蛋白的发现与早期胚胎细胞周期中MPF的活性水平
海胆卵细胞实验——周期蛋白Cyclin的发现
HeLa细胞融合实验：有丝分裂促进因子非洲爪蟾卵细胞提取物注射实验：MPF概念提出酵母温度敏感突变株：cdc基因，p34cdc2，Cdc28海胆卵细胞实验：Cyclin的发现MPF生化成分：Cdc2 （催化亚基）和 Cyclin（调节亚基）
The stry f the wrk in identifying the key regulatrs f the cell divisin cycle and the 2001 Nbel Prize fr Physilgy r Medicine
"fr their discveries f key regulatrs f the cell cycle".
The Nbel Prize in Physilgy r Medicine 2001
三、周期蛋白 cyclin
图13-4 部分周期蛋白分子结构特征图中显示的，除Cln3 外，均为人类的周期蛋白分子。所有这些分子均含有一个周期蛋白框。M 期周期蛋白（A2、B1）分子的N 端含有一个破坏框。G1 期周期蛋白的C 端含有一个PEST 序列
周期蛋白框：介导周期蛋白与CDK 结合破坏框：参与泛素依赖性的cyclin A 和B 的降解PEST序列：与G1周期蛋白更新有关
图13-5 部分哺乳动物和酵母细胞周期蛋白在细胞周期中的积累及其与CDK 活性的关系A. 哺乳动物细胞周期。B. 芽殖酵母细胞周期。C. 裂殖酵母细胞周期
不同周期蛋白在细胞周期中积累及其与CDK 活性的关系
不同的周期蛋白在细胞周期中表达的时期不同，并与不同的CDK 结合，调节不同的CDK 活性
四、CDK 和CDK 抑制因子
周期蛋白依赖性蛋白激酶 （cyclin-dependent kinase，CDK）含有一段类似的氨基酸序列，CDK 激酶结构域 (CDK kinase dmain)都可与周期蛋白结合，并以周期蛋白作为调节亚单位，表现出蛋白激酶活性PSTAIRE 序列：与周期蛋白结合有关磷酸化修饰位点
表13-1 某些CDK 与周期蛋白的配对关系及执行功能的时期
图13-6 通过PCR 技术测定与CDK1 类似的CDK 蛋白分子图解图中以CDK1（cdc2） 氨基酸序列为标准（100%）， 将其他CDK 激酶结构域的氨基酸序列与其比较，得到序列相似度百分比
CDK 抑制因子（cyclin-dependent kinase inhibitr，CKI）
CKI对细胞周期起负调控作用Ink4 (Inhibitr f cdk4): P16ink4a, P15ink4b, P18ink4c, P19ink4d。特异性抑制CDK4·cyclin D1, CDK6·cyclin D1Kip (Kinase inhibitin prtein)：P21cip1 (cyclin inhibitin prtein 1）P27kip1、P57kip2，抑制大多数CDK的激酶活性。P21cip1还能与DNA聚合酶δ的辅助因子PCNA（prliferating cell nuclear antigen）结合，直接抑制DNA的合成
周期引擎分子(engine mlecule)：不同种类Cyclin与不同种类CDK 结合，在细胞周期不同时期表现活性，推动细胞周期运转
不同时相Cyclin-Cdk复合物活性调控及其用机制？如何保证每个细胞周期DNA只在S期复制一次？检验点如何发挥作用？
细胞周期转换受细胞周期蛋白CDK蛋白激酶、蛋白磷酸酶和泛素蛋白连接酶的调控
CDK1 = MPF = p34cdc2/p34cdc28 + cyclin BCDK1 活性和cyclin B 含量的关系
图13-7 cyclin B 在CDK1 活性调节过程中的作用CDK1 活性首先依赖于cyclin B 含量的积累。cyclin B 的含量达到一定值并与CDK 蛋白结合，同时在其他一些因素的调节下，逐渐表现出最高激酶活性
（一）G2/M 期转化与CDK1 的关键性调控作用
MPF活性如何调节？其它时相进程如何推动？
MPF（CDK1）启动细胞从G2期进入M期的相关事件
Cyclin 的合成与降解：周期蛋白与CDK 结合是激活CDK 活性的先决条件CDK活化激酶（CDK-activating kinase, CAK）的激活Thr 161的磷酸化wee1/mik1和Cdc25C的磷酸化与去磷酸化作用Thr14 / Tyr15的磷酸化与去磷酸化CKIs的结合与否
CDK 活性受多种因素综合调节
图13-8 CDK1 激酶活性综合调控示意图
Figure 17-25 Mlecular Bilgy f the Cell (© Garland Science 2008)
CDK 激酶活性综合调控
Cdk-细胞周期蛋白的通过磷酸化和去磷酸化调控有丝分裂
（二）M 期周期蛋白与细胞分裂中期向后期转换
M 期cyclin A 和B将迅速降解，CDK1 活性丧失；被CDK1 磷酸化的靶蛋白去磷酸化，细胞周期便从M 期中期向后期转化。cyclin A 和B 的降解是通过泛素化依赖途径实现
Anaphase-Prmting Cmplex, als called cyclsme (APC/C), is an E3 ubiquitin ligase.在APC作用下，M 期cyclin A 和B 通过泛素化依赖途径降解
Figure 17-20a Mlecular Bilgy f the Cell (© Garland Science 2008)
后期促进复合体，APC
中期，黏连蛋白chesin将姐妹染色单体黏合在一起；后期，分离酶抑制剂Securin被分解，分离酶被激活，切割黏连蛋白，姐妹染色单体分离
Nature Reviews Mlecular Cell Bilgy 7, 644-656 (September 2006)
Mad2（有丝分裂阻滞缺陷蛋白2，mittic arrest deficient prtein 2）Bub（budding uninhibited by benzimidazle）
纺锤体组装检验点: Mad and Bub 蛋白
（三）G1/S 期转化与G1 期周期蛋白依赖性CDK
Endcr Relat Cancer August 1, 2011 vl. 18 n. 4 C19-C24
G1-S: G1 Cdk-周期蛋白和Rb 蛋白
Rb bind with E2F transcriptin factr
Rb（视网膜母细胞瘤蛋白）
图13-9 APC 和SCF 在细胞周期中的活性及其底物图中显示细胞周期不同时相SCF 和APC 泛素化连接酶的底物蛋白。SCF 主要在细胞间期G1、S 和G2 期发挥功能。SCF 的3 种F-bx蛋白Skp2、Fbw7 和β -Trcp 分别用3 种不同的颜色表示，其相应的底物也用相应的颜色表示。APC 主要在细胞有丝分裂期M 期以及G1 期早期发挥功能。APC 的两个负责底物识别的因子cdc20 和Cdh1分别用两种不同的颜色表示，其相应的底物也用相应的颜色表示
G1 期周期蛋白的降解
SCF 是一种多亚基构 成的蛋白复合物，具有E3 泛素连接酶的功能由Skp1、Cul1 和Rbx1 三种亚基构成S期CDK抑制剂的降解触发DNA复制
图13-10 SCF 泛素化依赖蛋白质降解途径
SCF 泛素化依赖蛋白质降解途径（G1 cyclin）
The S phase cyclin-CDK cmplexes begin t accumulate in G1, but are inhibited by Sic1. This inhibitin prevents initiatin f DNA replicatin until the cells have cmpleted all G1 events. G1/S phase CDKs assembled in late G1 phsphrylate Sic1 at multiple sites step 1 , marking it fr ubiquitinylatin by the SCF ubiquitin-prtein ligase and subsequent prteasmal degradatin step 2 . The active S phase CDKs then trigger initiatin f DNA synthesis step 3 by phsphrylating and recruiting MCM helicase activatrs t DNA replicatin rigins.
S期抑制因子Sic1介导的酿酒酵母S期的发生
复制起始点识别复合物（rigin recgnitin cmplex，ORC）Mcm 蛋白（minichrmsme mantenance prtein）
图13-11 ORC、cdc6、cdc45、CDK 和Mcm 与染色质的结合及其在DNA 复制起始调控中的作用
DNA 复制执照因子学说（DNA replicatin-licensing factr thery）
Origin-recgnitin cmplex (ORC)
replicatin initiatin factrs: Cdc6 and Cdt1
Minichrmsme maintenance prtein cmplex (MCM)
Cncmitant with activatin f the MCM helicases, Cdc6 and Cdt1 dissciate frm the sites f DNA replicatin initiatin. Once they have dne s, their phsphrylatin leads t their degradatin by the SCF ubiquitin-prtein ligase. Phsphrylatin f the MCM helicases leads t the exprt f these prteins frm the nucleus after they dissciate frm the DNA n cmpletin f DNA replicatin
每个细胞周期中DNA只在S期复制一次
（四）S/G2/M 期转换与DNA 复制检查点
DNA 复制检验点如何发挥作用
图13-12 S/G2/M 期转化与DNA 复制检验点S 期内部检验点和DNA 复制检验点能够将细胞停滞在S 期和G2/M 期。当DNA 复制叉阻断引发单链DNA 时，ATR-CHK1 通路被激活。当DNA 双链断裂时，ATM-CHK2 通路被激活。S 期内部检验点由SMC1 磷酸化通路和cdc25A-CDK2/cyclin E/A-cdc45 通路介导。DNA 复制检验点主要是由ATR/CHK1 介导的cdc25A 降解从而抑制cyclin E/A-CDK2。ATM/ATR 是与PI-3-K 同源的激酶， 也是DNA损伤信号感受因子，进而激活下游信号通路。CHK2/CHK1：哺乳类细胞中DNA 损伤信号感受因子的底物，又是下游效应器分子Ser/Thr激酶
Figure 17-63 Mlecular Bilgy f the Cell (© Garland Science 2008)
p53蛋白在DNA损伤反应中的作用
六、其他因素在细胞周期调控中的作用
内在因素癌基因抑癌基因外在因素离子辐射、化学物质作用、病毒感染、温度变化、pH 变化等DNA损伤修复调控体系
肿瘤的发生是基因突变逐渐积累的结果
Tumr 肿瘤良性肿瘤：不扩散恶性肿瘤-癌症：转移癌(carcinma)：上皮组织来源，多经淋巴管道转移肉瘤(sarcma)：间叶组织来源，多经血液循环播散淋巴瘤 (lymphma) 和白血病 (leukemia)
细胞生长与分裂失控具有浸润性和扩散性细胞间相互作用改变表达谱改变或蛋白质活性改变体外培养的恶性转化细胞的特征抵御死亡
Figure 20-9 Mlecular Bilgy f the Cell (© Garland Science 2008)
1. 细胞生长与分裂失去控制
Figure 20-17 Mlecular Bilgy f the Cell (© Garland Science 2008)
2. 具有浸润性和扩散性
图13-13 癌细胞的扩散癌细胞在上皮中恶性增殖（A）后，突破基膜的障碍（B），通过管壁进入血管或淋巴管（C）。进入淋巴管的癌细胞，首先滞留于淋巴结，形成淋巴结转移。只有不到1/1 000 的细胞能够转移到其他组织并形成新的肿瘤。这里显示的是癌细胞从肺向肝转移的情况，癌细胞黏附于肝的血管壁（D），穿过血管壁（E）后，在肝中增殖形成转移灶（F）
3. 细胞间相互作用改变
4. 表达谱改变或蛋白质活性改变
5. 体外培养的恶性转化细胞的特征
二、癌基因与抑癌基因(肿瘤关键基因)
原癌基因（prt-ncgene）：控制细胞生长和分裂的一类正常基因，其突变能引起正常细胞癌变，又称细胞癌基因（c-nc），功能获得性突变癌基因（ncgene）病毒癌基因（v-nc）抑癌基因（tumr-suppressr gene）功能丧失突变编码产物主要功能偶联细胞周期与DNA 损伤DNA 损伤未被修复，起始凋亡程序阻止接触抑制的丧失并抑制转移
An ncgene is a gene whse presence can trigger the develpment f cancer. Sme ncgenes are intrduced int cells by cancer-causing viruses; thers arise frm the mutatin f nrmal cellular genes(prt-ncgenes). In either case, ncgenes encde prteins that stimulate excessive cell prliferatin and/r prmte cell survival by inhibiting apptsis.
图13-14 控制细胞生长和增殖，并与肿瘤发生相关的7 类蛋白有7 类蛋白调控细胞的增殖，它们的突变都可能致癌。很多胞外信号分子（1）、信号受体（2）、胞内信号转导蛋白（3）和转录因子（4）能够刺激细胞增殖，它们的致癌突变是显性的。而抑制细胞周期的调控蛋白（5）和负责修复DNA 的蛋白（6）由抑癌基因编码，它们的致癌突变是隐性的。凋亡蛋白（7）也是抑癌蛋白，通过诱导细胞凋亡而抑制细胞的增殖
控制细胞增长和增殖，并与肿瘤发生相关的7类蛋白
约30％的癌症是ras 基因突变过表达引起的
正常和癌细胞中的受体酪氨酸激酶
人乳头瘤病毒（HPV）癌基因
视网膜母细胞瘤（retinblastma） 与Rb 基因——抑癌基因
图13-15 p53 与细胞DNA 损伤p53 是一种转录因子，DNA 的损伤会导致p53 的水平上升，激活DNA 的修复系统，同时启动很多下游基因的转录，其中包括p21CIP。p21 能够与各种cyclin-CDK 复合物结合，抑制它们的活性，使细胞周期阻滞，等待DNA 完成修复。在DNA 严重损伤的情况下，p53 将诱导凋亡因子的表达，使细胞进入程序化死亡
p53与细胞DNA损伤——抑癌基因
抑癌基因的失活与细胞癌基因的激活对细胞的影响
Figure 20-27 Mlecular Bilgy f the Cell (© Garland Science 2008)
httpmyczynk.cm/11_18aOncgenes-L.jpg
原癌基因转化为癌基因几种不同的机制
癌细胞与正常细胞的融合
图13-16 细胞信号调控网络及肿瘤发生相关的主要调控因子与肿瘤发生相关的调控因子主要包括胞外信号分子、信号受体、胞内信号转导蛋白和转录因子、细胞周期调控蛋白、DNA 损伤修复调控蛋白和促凋亡蛋白等。它们参与细胞生命活动的各条信号调控通路。这些调控因子的失调，将引起细胞生命活动的阻滞，或者不受约束地快速增殖即癌变，或者细胞的死亡
细胞信号调控网络及肿瘤发生相关的主要调控因子
三、肿瘤的发生是基因突变逐渐积累的结果
癌症的发生一般并不是单一基因的突变，而至少在一个细胞中发生5～6 个基因突变
图13-17 一系列相关基因突变导致结肠癌发生APC，adenmatsis plypsis cli ；DCC，deleted in clrectal cancer
图13-18 造成杂合性缺失的两种机制细胞如果含有一个正常的抑癌基因和一个突变的等位基因，一般是正常的。细胞分裂过程中，如果出现纺锤体结构的缺陷，导致染色体的错误分离（A），或者带有野生型和突变型的染色体之间发生重组（B），就可能形成抑癌基因的一对等位基因都突变的细胞
造成杂合性缺失的两种机制
四、肿瘤干细胞 (cancer stem cell)
肿瘤干细胞是一群存在于某些肿瘤组织中的干细胞样细胞
图13-19 肿瘤干细胞与肿瘤的发生机制模型在正常情况下，干细胞、周期中细胞和终末分化细胞不具致癌性。在致癌因子的诱导下，这些细胞可能转化为肿瘤干细胞，最终能够增生为肿瘤。在肿瘤干细胞增生过程中，部分细胞也会发生异质化，失去致癌性，不能再增生为肿瘤
肿瘤干细胞 （CSC）
传统方法，即手术，化疗和放疗 (surgery, radiatin, and chemtherapy )靶向治疗(targeted therapy)免疫治疗(immuntherapy)抑制促癌蛋白的活性(inhibiting the activity f cancer‐prmting prteins)防止滋养肿瘤的血管生长(prevent the grwth f bld vessels that nurish the tumr)
癌基因靶向治疗代表性结构
p34cdc2激酶的发现及其与MPF的关系
CDK和CDK抑制因子
其他因素在细胞周期调控中的作用
“引擎”与“刹车” engine and brake
细胞周期蛋白依赖的蛋白激酶复合物（cyclin-dependent kinase cmplex，CDK）
Figure 17-14 Mlecular Bilgy f the Cell (© Garland Science 2008)
Figure 17-16 Mlecular Bilgy f the Cell (© Garland Science 2008)
细胞增殖调控机制的核心——一组蛋白激酶
每一种不同的细胞周期蛋白Cdk复合物都是一种分子开关，可以触发特定的细胞周期事件。源于对酵母、非洲爪蟾、和人类细胞的多层次研究汇总
一、MPF的发现及其作用
卵细胞成熟促进因子（maturatin prmting factr）细胞有丝分裂促进因子（mitsis prmting factr）M 期促进因子（M-phase prmting factr）
1970s Ra和Jhnsn（Clrad 大学）发现与M期细胞(HeLa)融合的间期细胞染色体发生凝缩，并称之为早熟染色体凝缩（premature chrmsme cndensatin，PCC）。此种染色体则称为早熟凝缩染色体G1期PCC为细单线状，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为双线染色体状，说明DNA复制已完成M期细胞存在诱导染色体凝缩的因子，称为细胞有丝分裂促进因子
1. 细胞融合实验——有丝分裂促进因子
图13-1 M 期细胞与G1、S 和G2 期细胞融合诱导早熟染色体凝缩A. M 期细胞与G1 期细胞融合。B. M 期细胞与S 期细胞融合。C. M 期细胞与G2 期细胞融合
2. 成熟卵细胞细胞质移植实验——MPF概念提出
图13-2 非洲爪蟾卵细胞成熟过程、受精和第一次卵裂示意图非洲爪蟾卵母细胞成熟过程可人为地划分为6 个时期。第I 至IV期为各级生长卵母细胞。第IV 期卵母细胞在孕酮作用下向第V 和第VI 期转化，随即开始减数分裂I 和Ⅱ。成熟卵细胞受精后，便开始第一次卵裂
图13-3 成熟卵细胞细胞质移植发现MPF 的存在
成熟卵细胞细胞质移植发现MPF 的存在
Lhka, M.J.; Hayes, M.K.; Maller, J.L. PNAS. USA 85: 3009-3013. 1988.
45 kDa and 32 kDa Prteins (3000-fld activity)
Ammnium sulfate precipitatin and six chrmatgraphic prcedures resulted in a preparatin purified greater than 3000-fld that culd induce germinal vesicle breakdwn within 2 hr when injected int cyclheximide-treated cytes. Prteins f 45 kDa and 32 kDa were crrelated with fractins f highest activity in bth assays. These fractins cntained a prtein kinase activity able t phsphrylate the endgenus 45-kDa prtein, as well as histne H1, phsphatase inhibitr 1, and casein.
3. MPF的分离纯化（1988）——一种蛋白激酶
1960s Leland Hartwell，1970s Paul Nurse 分别以芽殖酵母和裂殖酵母为实验材料，利用温度敏感突变株（temperature-sensitive mutants，ts），发现许多与细胞分裂周期基因（cell divisin cycle gene, cdc）cdc 基因根据被发现先后顺序命名允许温度（permissive temperature）限定温度（restrictive temperature）
二、p34cdc2 激酶的发现及其与MPF 的关系
芽殖酵母和裂殖酵母 允许温度和限定温度
酵母温度敏感突变株的筛选
芽殖酵母 cdc28 基因的发现
裂殖酵母 cdc2 基因
Evans, T.; Rsenthal, E.T.; Yungblm, J.; Distel, D.; Hunt, T. Cell 33: 389-396. 1983.
细胞周期蛋白的发现与早期胚胎细胞周期中MPF的活性水平
海胆卵细胞实验——周期蛋白Cyclin的发现
HeLa细胞融合实验：有丝分裂促进因子非洲爪蟾卵细胞提取物注射实验：MPF概念提出酵母温度敏感突变株：cdc基因，p34cdc2，Cdc28海胆卵细胞实验：Cyclin的发现MPF生化成分：Cdc2 （催化亚基）和 Cyclin（调节亚基）
The stry f the wrk in identifying the key regulatrs f the cell divisin cycle and the 2001 Nbel Prize fr Physilgy r Medicine
"fr their discveries f key regulatrs f the cell cycle".
The Nbel Prize in Physilgy r Medicine 2001
三、周期蛋白 cyclin
图13-4 部分周期蛋白分子结构特征图中显示的，除Cln3 外，均为人类的周期蛋白分子。所有这些分子均含有一个周期蛋白框。M 期周期蛋白（A2、B1）分子的N 端含有一个破坏框。G1 期周期蛋白的C 端含有一个PEST 序列
周期蛋白框：介导周期蛋白与CDK 结合破坏框：参与泛素依赖性的cyclin A 和B 的降解PEST序列：与G1周期蛋白更新有关
图13-5 部分哺乳动物和酵母细胞周期蛋白在细胞周期中的积累及其与CDK 活性的关系A. 哺乳动物细胞周期。B. 芽殖酵母细胞周期。C. 裂殖酵母细胞周期
不同周期蛋白在细胞周期中积累及其与CDK 活性的关系
不同的周期蛋白在细胞周期中表达的时期不同，并与不同的CDK 结合，调节不同的CDK 活性
四、CDK 和CDK 抑制因子
周期蛋白依赖性蛋白激酶 （cyclin-dependent kinase，CDK）含有一段类似的氨基酸序列，CDK 激酶结构域 (CDK kinase dmain)都可与周期蛋白结合，并以周期蛋白作为调节亚单位，表现出蛋白激酶活性PSTAIRE 序列：与周期蛋白结合有关磷酸化修饰位点
表13-1 某些CDK 与周期蛋白的配对关系及执行功能的时期
图13-6 通过PCR 技术测定与CDK1 类似的CDK 蛋白分子图解图中以CDK1（cdc2） 氨基酸序列为标准（100%）， 将其他CDK 激酶结构域的氨基酸序列与其比较，得到序列相似度百分比
CDK 抑制因子（cyclin-dependent kinase inhibitr，CKI）
CKI对细胞周期起负调控作用Ink4 (Inhibitr f cdk4): P16ink4a, P15ink4b, P18ink4c, P19ink4d。特异性抑制CDK4·cyclin D1, CDK6·cyclin D1Kip (Kinase inhibitin prtein)：P21cip1 (cyclin inhibitin prtein 1）P27kip1、P57kip2，抑制大多数CDK的激酶活性。P21cip1还能与DNA聚合酶δ的辅助因子PCNA（prliferating cell nuclear antigen）结合，直接抑制DNA的合成
周期引擎分子(engine mlecule)：不同种类Cyclin与不同种类CDK 结合，在细胞周期不同时期表现活性，推动细胞周期运转
不同时相Cyclin-Cdk复合物活性调控及其用机制？如何保证每个细胞周期DNA只在S期复制一次？检验点如何发挥作用？
细胞周期转换受细胞周期蛋白CDK蛋白激酶、蛋白磷酸酶和泛素蛋白连接酶的调控
CDK1 = MPF = p34cdc2/p34cdc28 + cyclin BCDK1 活性和cyclin B 含量的关系
图13-7 cyclin B 在CDK1 活性调节过程中的作用CDK1 活性首先依赖于cyclin B 含量的积累。cyclin B 的含量达到一定值并与CDK 蛋白结合，同时在其他一些因素的调节下，逐渐表现出最高激酶活性
（一）G2/M 期转化与CDK1 的关键性调控作用
MPF活性如何调节？其它时相进程如何推动？
MPF（CDK1）启动细胞从G2期进入M期的相关事件
Cyclin 的合成与降解：周期蛋白与CDK 结合是激活CDK 活性的先决条件CDK活化激酶（CDK-activating kinase, CAK）的激活Thr 161的磷酸化wee1/mik1和Cdc25C的磷酸化与去磷酸化作用Thr14 / Tyr15的磷酸化与去磷酸化CKIs的结合与否
CDK 活性受多种因素综合调节
图13-8 CDK1 激酶活性综合调控示意图
Figure 17-25 Mlecular Bilgy f the Cell (© Garland Science 2008)
CDK 激酶活性综合调控
Cdk-细胞周期蛋白的通过磷酸化和去磷酸化调控有丝分裂
（二）M 期周期蛋白与细胞分裂中期向后期转换
M 期cyclin A 和B将迅速降解，CDK1 活性丧失；被CDK1 磷酸化的靶蛋白去磷酸化，细胞周期便从M 期中期向后期转化。cyclin A 和B 的降解是通过泛素化依赖途径实现
Anaphase-Prmting Cmplex, als called cyclsme (APC/C), is an E3 ubiquitin ligase.在APC作用下，M 期cyclin A 和B 通过泛素化依赖途径降解
Figure 17-20a Mlecular Bilgy f the Cell (© Garland Science 2008)
后期促进复合体，APC
中期，黏连蛋白chesin将姐妹染色单体黏合在一起；后期，分离酶抑制剂Securin被分解，分离酶被激活，切割黏连蛋白，姐妹染色单体分离
Nature Reviews Mlecular Cell Bilgy 7, 644-656 (September 2006)
Mad2（有丝分裂阻滞缺陷蛋白2，mittic arrest deficient prtein 2）Bub（budding uninhibited by benzimidazle）
纺锤体组装检验点: Mad and Bub 蛋白
（三）G1/S 期转化与G1 期周期蛋白依赖性CDK
Endcr Relat Cancer August 1, 2011 vl. 18 n. 4 C19-C24
G1-S: G1 Cdk-周期蛋白和Rb 蛋白
Rb bind with E2F transcriptin factr
Rb（视网膜母细胞瘤蛋白）
图13-9 APC 和SCF 在细胞周期中的活性及其底物图中显示细胞周期不同时相SCF 和APC 泛素化连接酶的底物蛋白。SCF 主要在细胞间期G1、S 和G2 期发挥功能。SCF 的3 种F-bx蛋白Skp2、Fbw7 和β -Trcp 分别用3 种不同的颜色表示，其相应的底物也用相应的颜色表示。APC 主要在细胞有丝分裂期M 期以及G1 期早期发挥功能。APC 的两个负责底物识别的因子cdc20 和Cdh1分别用两种不同的颜色表示，其相应的底物也用相应的颜色表示
G1 期周期蛋白的降解
SCF 是一种多亚基构 成的蛋白复合物，具有E3 泛素连接酶的功能由Skp1、Cul1 和Rbx1 三种亚基构成S期CDK抑制剂的降解触发DNA复制
图13-10 SCF 泛素化依赖蛋白质降解途径
SCF 泛素化依赖蛋白质降解途径（G1 cyclin）
The S phase cyclin-CDK cmplexes begin t accumulate in G1, but are inhibited by Sic1. This inhibitin prevents initiatin f DNA replicatin until the cells have cmpleted all G1 events. G1/S phase CDKs assembled in late G1 phsphrylate Sic1 at multiple sites step 1 , marking it fr ubiquitinylatin by the SCF ubiquitin-prtein ligase and subsequent prteasmal degradatin step 2 . The active S phase CDKs then trigger initiatin f DNA synthesis step 3 by phsphrylating and recruiting MCM helicase activatrs t DNA replicatin rigins.
S期抑制因子Sic1介导的酿酒酵母S期的发生
复制起始点识别复合物（rigin recgnitin cmplex，ORC）Mcm 蛋白（minichrmsme mantenance prtein）
图13-11 ORC、cdc6、cdc45、CDK 和Mcm 与染色质的结合及其在DNA 复制起始调控中的作用
DNA 复制执照因子学说（DNA replicatin-licensing factr thery）
Origin-recgnitin cmplex (ORC)
replicatin initiatin factrs: Cdc6 and Cdt1
Minichrmsme maintenance prtein cmplex (MCM)
Cncmitant with activatin f the MCM helicases, Cdc6 and Cdt1 dissciate frm the sites f DNA replicatin initiatin. Once they have dne s, their phsphrylatin leads t their degradatin by the SCF ubiquitin-prtein ligase. Phsphrylatin f the MCM helicases leads t the exprt f these prteins frm the nucleus after they dissciate frm the DNA n cmpletin f DNA replicatin
每个细胞周期中DNA只在S期复制一次
（四）S/G2/M 期转换与DNA 复制检查点
DNA 复制检验点如何发挥作用
图13-12 S/G2/M 期转化与DNA 复制检验点S 期内部检验点和DNA 复制检验点能够将细胞停滞在S 期和G2/M 期。当DNA 复制叉阻断引发单链DNA 时，ATR-CHK1 通路被激活。当DNA 双链断裂时，ATM-CHK2 通路被激活。S 期内部检验点由SMC1 磷酸化通路和cdc25A-CDK2/cyclin E/A-cdc45 通路介导。DNA 复制检验点主要是由ATR/CHK1 介导的cdc25A 降解从而抑制cyclin E/A-CDK2。ATM/ATR 是与PI-3-K 同源的激酶， 也是DNA损伤信号感受因子，进而激活下游信号通路。CHK2/CHK1：哺乳类细胞中DNA 损伤信号感受因子的底物，又是下游效应器分子Ser/Thr激酶
Figure 17-63 Mlecular Bilgy f the Cell (© Garland Science 2008)
p53蛋白在DNA损伤反应中的作用
六、其他因素在细胞周期调控中的作用
内在因素癌基因抑癌基因外在因素离子辐射、化学物质作用、病毒感染、温度变化、pH 变化等DNA损伤修复调控体系
肿瘤的发生是基因突变逐渐积累的结果
Tumr 肿瘤良性肿瘤：不扩散恶性肿瘤-癌症：转移癌(carcinma)：上皮组织来源，多经淋巴管道转移肉瘤(sarcma)：间叶组织来源，多经血液循环播散淋巴瘤 (lymphma) 和白血病 (leukemia)
细胞生长与分裂失控具有浸润性和扩散性细胞间相互作用改变表达谱改变或蛋白质活性改变体外培养的恶性转化细胞的特征抵御死亡
Figure 20-9 Mlecular Bilgy f the Cell (© Garland Science 2008)
1. 细胞生长与分裂失去控制
Figure 20-17 Mlecular Bilgy f the Cell (© Garland Science 2008)
2. 具有浸润性和扩散性
图13-13 癌细胞的扩散癌细胞在上皮中恶性增殖（A）后，突破基膜的障碍（B），通过管壁进入血管或淋巴管（C）。进入淋巴管的癌细胞，首先滞留于淋巴结，形成淋巴结转移。只有不到1/1 000 的细胞能够转移到其他组织并形成新的肿瘤。这里显示的是癌细胞从肺向肝转移的情况，癌细胞黏附于肝的血管壁（D），穿过血管壁（E）后，在肝中增殖形成转移灶（F）
3. 细胞间相互作用改变
4. 表达谱改变或蛋白质活性改变
5. 体外培养的恶性转化细胞的特征
二、癌基因与抑癌基因(肿瘤关键基因)
原癌基因（prt-ncgene）：控制细胞生长和分裂的一类正常基因，其突变能引起正常细胞癌变，又称细胞癌基因（c-nc），功能获得性突变癌基因（ncgene）病毒癌基因（v-nc）抑癌基因（tumr-suppressr gene）功能丧失突变编码产物主要功能偶联细胞周期与DNA 损伤DNA 损伤未被修复，起始凋亡程序阻止接触抑制的丧失并抑制转移
An ncgene is a gene whse presence can trigger the develpment f cancer. Sme ncgenes are intrduced int cells by cancer-causing viruses; thers arise frm the mutatin f nrmal cellular genes(prt-ncgenes). In either case, ncgenes encde prteins that stimulate excessive cell prliferatin and/r prmte cell survival by inhibiting apptsis.
图13-14 控制细胞生长和增殖，并与肿瘤发生相关的7 类蛋白有7 类蛋白调控细胞的增殖，它们的突变都可能致癌。很多胞外信号分子（1）、信号受体（2）、胞内信号转导蛋白（3）和转录因子（4）能够刺激细胞增殖，它们的致癌突变是显性的。而抑制细胞周期的调控蛋白（5）和负责修复DNA 的蛋白（6）由抑癌基因编码，它们的致癌突变是隐性的。凋亡蛋白（7）也是抑癌蛋白，通过诱导细胞凋亡而抑制细胞的增殖
控制细胞增长和增殖，并与肿瘤发生相关的7类蛋白
约30％的癌症是ras 基因突变过表达引起的
正常和癌细胞中的受体酪氨酸激酶
人乳头瘤病毒（HPV）癌基因
视网膜母细胞瘤（retinblastma） 与Rb 基因——抑癌基因
图13-15 p53 与细胞DNA 损伤p53 是一种转录因子，DNA 的损伤会导致p53 的水平上升，激活DNA 的修复系统，同时启动很多下游基因的转录，其中包括p21CIP。p21 能够与各种cyclin-CDK 复合物结合，抑制它们的活性，使细胞周期阻滞，等待DNA 完成修复。在DNA 严重损伤的情况下，p53 将诱导凋亡因子的表达，使细胞进入程序化死亡
p53与细胞DNA损伤——抑癌基因
抑癌基因的失活与细胞癌基因的激活对细胞的影响
Figure 20-27 Mlecular Bilgy f the Cell (© Garland Science 2008)
httpmyczynk.cm/11_18aOncgenes-L.jpg
原癌基因转化为癌基因几种不同的机制
癌细胞与正常细胞的融合
图13-16 细胞信号调控网络及肿瘤发生相关的主要调控因子与肿瘤发生相关的调控因子主要包括胞外信号分子、信号受体、胞内信号转导蛋白和转录因子、细胞周期调控蛋白、DNA 损伤修复调控蛋白和促凋亡蛋白等。它们参与细胞生命活动的各条信号调控通路。这些调控因子的失调，将引起细胞生命活动的阻滞，或者不受约束地快速增殖即癌变，或者细胞的死亡
细胞信号调控网络及肿瘤发生相关的主要调控因子
三、肿瘤的发生是基因突变逐渐积累的结果
癌症的发生一般并不是单一基因的突变，而至少在一个细胞中发生5～6 个基因突变
图13-17 一系列相关基因突变导致结肠癌发生APC，adenmatsis plypsis cli ；DCC，deleted in clrectal cancer
图13-18 造成杂合性缺失的两种机制细胞如果含有一个正常的抑癌基因和一个突变的等位基因，一般是正常的。细胞分裂过程中，如果出现纺锤体结构的缺陷，导致染色体的错误分离（A），或者带有野生型和突变型的染色体之间发生重组（B），就可能形成抑癌基因的一对等位基因都突变的细胞
造成杂合性缺失的两种机制
四、肿瘤干细胞 (cancer stem cell)
肿瘤干细胞是一群存在于某些肿瘤组织中的干细胞样细胞
图13-19 肿瘤干细胞与肿瘤的发生机制模型在正常情况下，干细胞、周期中细胞和终末分化细胞不具致癌性。在致癌因子的诱导下，这些细胞可能转化为肿瘤干细胞，最终能够增生为肿瘤。在肿瘤干细胞增生过程中，部分细胞也会发生异质化，失去致癌性，不能再增生为肿瘤
肿瘤干细胞 （CSC）
传统方法，即手术，化疗和放疗 (surgery, radiatin, and chemtherapy )靶向治疗(targeted therapy)免疫治疗(immuntherapy)抑制促癌蛋白的活性(inhibiting the activity f cancer‐prmting prteins)防止滋养肿瘤的血管生长(prevent the grwth f bld vessels that nurish the tumr)
癌基因靶向治疗代表性结构
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