第十一章 细胞周期及其调控.doc

第十一章细胞周期及其调控第四节细胞周期调控一、研究背景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(prematurelycondensedchromosome,PCC),这种现象叫做早熟染色体凝集(prematurechromosomecondensation)。为单线状,因DNA未复制。为粉末状,因DNA由多个部位开始复制。为双线染色体,说明DNA复制已完成。图11-,产生,如人和蟾蜍的细胞融合时同样有这种效果,这就意味着M期细胞具有某种促进间期细胞进行分裂的因子,即成熟促进因子(maturationpromotingfactor,MPF)。早在1960s,YoshioMasui发现成熟蛙卵的提取物能促进未成熟卵的胚胞破裂(GerminalVesicleBreakdown,GVBD),后来Sunkara将不同时期Hela细胞的提取液注射到蛙卵母细胞中,发现G1和S期的抽取物不能诱导GVBD,而G2和M期的则具有促进胚胞破裂的功能,它将这种诱导物质称为有丝分裂因子(MF)。后来在CHO细胞,酵母和粘菌中也提取出相同性质的MF。这类物质被统称为MPF。?1960sLelandHartwell以芽殖酵母(图11-16)为实验材料,利用阻断在不同细胞周期阶段的温度敏感突变株(在适宜的温度下和野生型一样),分离出了几十个与细胞分裂有关的基因(celldivisioncyclegene,CDC)。如芽殖酵母的cdc28基因,在G2/M转换点发挥重要的功能。Hartwell还通过研究酵母菌细胞对放射线的感受性,提出了checkpoint(细胞周期检验点)的概念,意指当DNA受到损伤时,细胞周期会停下来。图11-16裂殖酵母细胞周期1970sPaulNurse等人以裂殖酵母(图11-17)为实验材料,同样发现了许多细胞周期调控基因,如:裂殖酵母cdc2、cdc25的突变型和在限制的温度下无法分裂;wee1突变型则提早分裂,而cdc25和wee1都发生突变的个体却会正常地分裂(图11-18)。进一步的研究发现cdc2和cdc28都编码一个34KD的蛋白激酶,促进细胞周期的进行。而weel和cdc25分别表现为抑制和促进CDC2的活性。这也解释了为何cdc25和wee1双重突变的个体可以恢复野生型的表型。图11-17芽殖酵母细胞周期图11-18Cdc25表达不足,细胞长得过长而不分裂;Wee1表达不足,细胞很小就开始分裂1983年TimothyHunt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,在每一轮间期开始合成,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)。后来在青蛙、爪蟾、海胆、果蝇和酵母中均发现类似的情况,各类动物来源的细胞周期蛋白mRNA均能诱导蛙卵的成熟。用海洋无脊椎动物和两栖类的卵为实验材料进行这类实验,好处在于卵的量比较大,而且在胚胎发育的早期,细胞分裂是同步化的。图11-19MPF=CDC2+,经鉴定由32KD和45KD两种蛋白组成,二者结合可使多种蛋白质磷酸化(图11-19)。后来PaulNurse(1990)进一步的实验证明P32实际上是CDC2的同源物,而P45是cyclinB的同源物,从而将细胞周期三个领域的研究联系在一起。2001年10月8日美国人Leland?Hartwell、英国人PaulNurse、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(图11-20)。图11-202001年诺贝尔生理医学奖获得者(图片来自)二、CDKCDC2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(cyclin-dependentkinase,CDK),因此CDC2又被称为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是细胞周期的不断运行。因此,CDK激酶和其调节因子又被称作细胞周期引擎。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。三、CKI细胞中还具有细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子(CDK?inhibitor,CKI)对细胞周期起负调控作用,目前发现的CKI分为两大家族:①Ink4(Inhibitorofcdk4),如P16ink4a、P15ink4b、P18ink4c、P19ink4d,特异性抑