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第十三章

第十三章. 细胞周期的调控. 本章主要内容： • 细胞周期的时序调控 CDK 周期素 CAK 磷酸酶 CKI • DNA 复制的调控及其机制 • 细胞周期的检查点调控 DNA 损伤检查点调控 DNA 复制检查点调控 纺锤体组装检查点调控. 细胞周期 ( cell cycle ) 细胞从上一次分裂结束开始生长，到下一次分裂结束所经历的过程。 分为 4 个期： G1 、 S 、 G2 、 M cdc 基因： 是指那些表达水平随细胞周期性变化或者表达产物直接参与细胞周期调控的基因 。. 一、细胞周期的时序调控

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第十三章

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  1. 第十三章 细胞周期的调控

  2. 本章主要内容： • 细胞周期的时序调控 CDK周期素 CAK 磷酸酶 CKI • DNA复制的调控及其机制 • 细胞周期的检查点调控 DNA损伤检查点调控 DNA复制检查点调控 纺锤体组装检查点调控

  3. 细胞周期 ( cell cycle ) 细胞从上一次分裂结束开始生长，到下一次分裂结束所经历的过程。 分为4个期：G1、S、G2、M cdc基因： 是指那些表达水平随细胞周期性变化或者表达产物直接参与细胞周期调控的基因。

  4. 一、细胞周期的时序调控 (一) CDK的调控 MPF ( maturation promoting factor) • 1971年发现 • 存在于所有真核生物中 • 由两个亚基组成 — 调节亚基 ( 周期素B ) — 催化亚基 ( CDK1)

  5. CDK( cyclin dependent kinase)： • 已发现十多种 ( CDK1 ~ CDK9 ) • 在进化上高度保守 • 在细胞周期中的表达量相对恒定 • 以非活性的形式存在 • 有多个磷酸化位点 • 活性中心位于N-末端 • 激活T-袢环磷酸化和移位

  6. • 与周期素的结合是特异的 • 一种能与多种周期素结合 • 在细胞周期特定的时间结合 • 以复合体的形式发挥作用 cyclinD + CDK4或CDK6 cyclinE + CDK2 cyclinA+ CDK2或CDK1 cyclinB + CDK1

  7. CDK的底物： CDK1：MPP2、组蛋白H1、核纤层蛋白 CDK2、CDK4、CDK6 ： Rb、p27 CDK的调节物： 周期素、 CKI、CDK调节分子、 CAK和磷酸酶等

  8. (二) 周期素(cyclin) • 随细胞周期的进程表达 • 最早在海胆中发现 • 脊椎动物发现9种 cyclin D1、 cyclin D2、 cyclin D3 cyclin E、 cyclin A、 cyclin B1 cyclin B2、 cyclin C、 cyclin H • 通过周期素盒的结构域与CDK结合

  9. Cyclin D 家族： •含有3个成员 cyclin D1、 cyclin D2、 cyclin D3 • 在G1期开始表达 • 分裂后期降解 • 是启动细胞增殖，G1期向S期转换的关键因子 • 与CDK2、CDK4、CDK6组成复合体

  10. Cyclin E 家族： •在G1~ S期高水平表达 • 与CDK2、CDK3结合 • 启动DNA复制 Cyclin A 家族： • 在S期开始表达，G2期达高峰 • 与CDK2 • 促进DNA复制

  11. Cyclin B 家族： •含有2个成员 cyclin B1、 cyclin B2 • 在G2末期开始表达 • 与CDK1、CDK2结合 • 分裂后期降解 •促进G2期向M期转换

  12. Cyclin C 家族： • 与CDK8结合，组成CAK • 激活CDK Cyclin H 家族： • 与CDK7结合，组成CAK • 激活CDK、磷酸化RNA-polⅡ的CTD，调节基因转录

  13. (三) CAK和磷酸酶 CAK (CDK activating kinase): • 最早在动物中发现 • 有2种 cyclin H/CDK7 cyclin C/CDK8 • MAT1有助于cyclin H/CDK7复合体的形成和稳定 • 催化 CDK1、CDK2、CDK4磷酸化

  14. • 作为TFⅡH的组成成分，使RNA-polⅡ大亚基的CTD磷酸化，启动基因转录。 • 酿酒酵母的同源分子是KIN28、CCL1和RIG2，其复合体是TFⅡH的组成成分，但没有CAK活性。 • 芽殖酵母的CAK性质类似植物细胞，而裂殖酵母的CAK性质类似动物细胞。

  15. • p27能阻止cyclin H/CDK7的催化作用 • Cdc25是双特异性磷酸酶 • Cdc25是CDK1的激活因子 • Cdc25能被G2检查点蛋白CHK1磷酸化而失活

  16. (四) CDK抑制因子 (cyclin dependent kinase inhibitor, CDI) 是细胞增殖的负性调节因子，故称为 “有丝分裂抑制剂” 分为两大家族： • INK4 ( Inhibitor of CDK4) •KIP ( kinase inhibition protein) • 以多肽的分子量大小来命名 •抑癌基因的编码产物

  17. INK4： p16INK4a、p15INK4b、 p18INK4c、p19INK4d • 特异性抑制CDK4- cyclin D1、 CDK6- cyclin D1复合物的活性 • p15 、p16 受TGFβ的调控 • 恶性肿瘤常有p15 、p16 的缺失或突变 • p18 、p19的表达受p53的调控

  18. KIP： p21CIP1、p27KIP1、 p57KIP2 • 能抑制大多数CDK的激酶活性 • p21在整个细胞周期中起作用 • p21的表达受p53调控，故称为野生型p53活化因子或细胞周期抑制蛋白1 (wild-type p53-activated fragment 1/ CDK-interacting protein 1,WAF1/CIP)

  19. • p21与PCNA结合，直接抑制DNA的复 制。 • p27受TGFβ的调控，与细胞增长接触抑制有关。 • p27的作用机制是抑制cyclin H/CDK7等CAK的活性。 • p27的表达还受cAMP的调节 • p57是CDK2的抑制剂

  20. (五) CDK和周期素调节蛋白 是一组调节CDK次序性活化与失活，参与或介导周期素降解的分子。 包括CDC6、CDC25、CDC37和CDC45 • CDC6协助复制前复合体的形成 • CDC37协助cyclin D1/CDK4的形成 • CDC45有助于DNA的起始与延伸

  21. • CDC34、CDC27、CDC16是泛素结合酶 (E2) • CDC27、CDC16是APC的组成部分 • CDC34参与G1期周期素的降解 泛素-蛋白酶复合体介导的蛋白水解途径在细胞周期调控分子活性调控过程中起重要作用

  22. Ubiquitin-Proteasome Interactive Pathway

  23. 淘汰素 (cullin,CUL)家族： • 最早在线虫中发现 • 其同源分子依次命名为CUL1 ~CUL5 • 是泛素连接酶(E3)的成员 • CUL1与p19 SKP1和 p45SKP2结合形成SCF (SKP/CUL/F-box)复合体。 • SCF是泛素连接酶(E3) • SCF参与周期素D和及E及p27 等的降解

  24. • SCF参与复制后的中心粒的分离 • CUL2与细胞因子信号抑制因子盒(SOCS box) 蛋白和延伸素分子组成另一种泛素连接酶(E3) • CUL3与其他分子组成泛素连接酶(E3) 参与周期素E的降解 • APC是泛素连接酶(E3)的主要成员 参与周期素B和双体素的降解

  25. 二、DNA复制的调控及其机制 细胞分裂之前基因组DNA必须完整地复制一次，以维持子代细胞遗传物质的稳定。 (一) 复制前复合物的分子机制 基因组DNA的复制需要两个因子： RLF-B、RLF-M ( replication licensing factor，RLF)

  26. DNA复制的调控模型： DNA复制需要两种信号分子：一种是复制许可因子，它首先与复制起始点结合，使复制子处于预备状态；另一种信号是S期促进因子(SPF)，其作用是启动DNA复制，并让复制许可信号在复制启动后从复制复合体中解离出去。复制许可因子只有在特定的时期才能活化，保证每个复制子在S期只能复制一次。

  27. RLF-M： 由微型染色体维持蛋白2~7组成 微型染色体维持蛋白(minichromosome maintenance protein, MCM) •最早在酵母中发现 •核心区域 —NTP结合模体 •MCM2~7的分子结构相似 •含有DNA解旋酶活性和DNA依赖性ATP酶活性

  28. (二) 复制前复合物的形成 两个前提条件： • 细胞周期素B及其他分裂期的调节因子被APC降解 • G1期的各种周期素及调节因子的表达和活化 在真核细胞，需要去除双体素等负性调节因子。

  29. 复制前复合物 (pre-replicationcomplex,Pre-RC) 其形成使复制子处于预备状态 在酵母，由ORC、CDC6和MCM异六聚体( MCM2~7)组成。

  30. 复制起始点识别复合物 (orginrecognitioncomplex,ORC) • 是Pre-RC的基础支架结构 •结合DNA的复制起始点需要ATP • 由6个亚基组成 •其功能和大小在许多真核基因组是保守的 • 接触DNA的亚基却显然不同

  31. 自主复制序列( ARS) : • 典型的是酿酒酵母的复制起始点 •由100~200bp的特殊DNA序列 • 受ORC保护的元件有A、B1、B2、B3 • 11bp序列为ARS的核心保守序列 ( ACS) • 富含A-T序列

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