细胞增殖调控与癌细胞

细胞生物学第十四章 细胞增殖调控与癌细胞笔记，包括MPF的发现及其作用、周期蛋白、CDK和CDK抑制因子、细胞周期运转调控等内容。

细胞增殖调控与癌细胞

• 细胞增殖调控
  • MPF的发现及其作用
    • MPF，卵细胞成熟促进因子，细胞有丝分裂促进因子，M期促进因子
    • PCC，早熟染色体凝缩。M期细胞与间期细胞融合，间期细胞发生了形态各异的染色体凝缩。G1期PCC为细单线状，S期PCC为粉末状，G2期PCC为双线染色体状。
    • 证明其主要含有p32和p45两种蛋白。p32和p45结合后，表现出蛋白激酶活性，可以使多种蛋白质底物磷酸化。因而证明，MPF是一种蛋白激酶。
  • P34（cdc2）激酶的发现及其与MPF的关系
    • cdc2基因是裂殖酵母细胞中最重要的基因之一。cdc2基因突变导致细胞停留在G2/M期交界处。p34cdc2具有蛋白激酶活性，又被称为p34cdc2激酶。可以使多种蛋白底物磷酸化。
    • 在芽殖酵母中也有一个关键性的cdc基因，称为cdc28。cdc28基因突变，芽殖酵母细胞或者停留在G1/S期交界处，或者停留在G2/M期交界处。
    • 不管是p34cdc2，还是p34cdc28，其本身并不具有激酶活性，只有当其与有关蛋白质结合后，其激酶活性才能够表现出来。例如，p34cdc2必须和另一种蛋白质p56cdc13结合，才具有激酶活性。
    • MPF中的p32可以被p34cdc2特异抗体所识别，并且p34cdc2多肽片段可以增强MPF活性，表明二者为同源物。
    • MPF的另一种主要成分为cyclin B。cyclin B与酵母的p56cdc13为同源物。
  • 周期蛋白
    • 周期蛋白框其功能是介导周期蛋白与CDK结合。
    • M期周期蛋白的分子结构还有另一个特点，含破坏框，在破坏框之后，为一段约40个氨基酸残基组成的赖氨酸富集区。
    • 破坏框主要参与泛素依赖性的cyclinA和B的降解。G1周期蛋白分子中不含破坏框，但其C端含有一段特殊的PEST序列。
  • CDK和CDK抑制因子
    • CDK，周期蛋白依赖性蛋白激酶
    • cdc2激酶被命名为CDK1
    • CKI,CDK抑制因子（对CDK起负调控作用）
      • p21，对G1期CDK（CDK2、CDK3、CDK4、CDK6）起抑制作用
      • p16主要抑制CDK4和CDK6活性
  • 细胞周期运转调控
    • G2/M期转化与CDK1的关键性调控作用
      • CDK1即MPF,或p34（cdc2）激酶，由p34（cdc2/28）蛋白和cyclinB结合而成
      • CDK1活性首先依赖于cyclinB含量的积累，cyclinB一般在G1期的晚期开始合成，通过S期，其含量不断增加，到G2期达最大值。到G2晚期CDK1活性达到最大值并一直维持到M期的中期。
      • CDK1可以使多种底物蛋白磷酸化，包括组蛋白H1，核纤层蛋白A、B、C，核仁蛋白，No30,p60（c-Src）,C-ab1等。组蛋白H1磷酸化，促进染色质凝缩。核纤层蛋白磷酸化，促使核纤层解聚。核仁蛋白磷酸化，促使核仁解体。p60（c-Src）蛋白磷酸化，促使细胞骨架重排。C-ab1蛋白磷酸化，促使细胞形态调整。
    • M期周期蛋白与细胞分裂中期向后期转换
      • 伴随cyclin-CDK复合物形成，CDK亚基Thr14、Tyr15 和Thr161残基磷酸化，以及Thr14和Tyr15去磷酸化，cyclin-CDK复合物激酶活性表现出来，Thr161位点保持磷酸化状态是CDK1活性表现所必需的。
      • 有丝分裂中期过后，周期蛋白与CDK分离，在APC的作用下，M期cyclinA和B通过泛素化依赖途径被蛋白酶体降解。
      • APC可以被活化的M期CDK所激活，且多种APC作为底物被M期CDK磷酸化，而活化的APC则可以被蛋白磷酸水解酶作用而失活。
      • cdc20 为APC有效的正调控因子。主要位于染色体动粒上，为姐妹染色单体分离所必需。
      • APC活性亦受到纺锤体组装检验点(spindle assembly checkpoint）的调控。纺锤体组装不完全，或所有动粒不能被动粒微管全部捕捉，APC则不能被激活。
      • 在纺锤体组装调控过程中，Mad2 (mitosis arrest deficient 2)蛋白起着重要作用。正常情况下，Mad2定位在早中期和错误排列的中期染色体的动粒上，纺锤体组装不完全，动粒不能被动粒微管捕捉，Mad2 则不能从动粒上解离下来。因此，Mad2蛋白为细胞延迟进人后期提供了一种“等待”信号。
      • Mad2与cdc20结合，有效地抑制cdc20的活性。当纺锤体组装完成以后，动粒全部被动粒微管捕捉，Mad2从动粒上消失，从而解除对cdc20的抑制作用，促使APC活化，导致M期周期蛋白降解，M-CDK活性丧失。
      • 在酵母细胞中，促使Cut2/Pds1p降解，解除其对姐妹染色单体分离的抑制，细胞则由中期向后期转化。
    • G1/S期转化与G1期周期蛋白依赖性CDK
      • 在哺乳动物细胞中，G1期周期蛋白主要包括cyclin D、E,或许还有cyclin A。与G1期周期蛋白结合的CDK主要包括CDK2、CDK4和CDK6等。
      • cyclin D主要与CDK4和CDK6结合并调节后者的活性，而cyclin E则与CDK2结合。
      • 目前已知哺乳动物细胞中表达3种cyclinD,即D1、D2和D3，但三者的表达有细胞和组织特异性。 在快速增殖的细胞中至少表达一种cyclin D。一般情况下，一种细胞仅表达两种cyclinD，即D3和D1或D3和D2。
      • cyclin D-CDK4和cyclin D- CDK6不能使组蛋白H1磷酸化。
      • Rb蛋白（成视网膜细胞瘤蛋白)为cyclinD-CDK的底物。Rb蛋白是E2F（促进基因转录）的抑制因子，Rb蛋白是G1/S期转化的负调控因子，在G1期的晚期阶段通过磷酸化而失活。
      • cyclin E与CDK2结合形成复合物，呈现CDK2活性。在哺乳动物细胞中，TGF-β是种生长抑制因子。TGF-β可以有效地抑制cyclin E-CDK2活性。
      • cyclin E-CDK2可以与类Rb蛋白p107和转录因子E2F结合形成复合物。与Rb蛋白相似，p107可以将SAOS细胞抑制在G1期。而E2F则可以促进与G1/S期转化和DNA复制有关的基因转录。 当cyclin E-CDK2激酶与p107和E2F结合形成复合物之后，CDK2催化p107磷酸化，使p107失去抑制作用，则E2F的作用被显现出来，促进有关基因的转录，从而促使细胞周期由G1期向S期转化。
      • cyclinA也可以与CDK2结合，形成cyclin A-CDK2。在体外cyclinA-CDK2可以使DNA复制因子RF-A磷酸化并使其活性增强。此外cyclinA-CDK2 也可以与p107和E2F结合形成复合物，进而影响E2F促进基因转录的功能。
      • 多亚基蛋白复合物，称为复制起始点识别复合物(origin recognition complex, ORC)。ORC含有6个亚基，分别称为ORC 1~6。ORC识别DNA复制起始位点并与之结合，是DNA复制起始所必需的。
      • 控制细胞在一个细胞周期中DNA只能复制一次的因素？在细胞的胞质内存在种执照因子，对细胞核染色质DNA复制发行“执照”。在M期，细胞核膜破裂，胞质中的执照因子与染色质接触并与之结合，使后者获得DNA复制所必需的“执照”。细胞通过G1期后进入S期，DNA开始复制。随DNA复制过程的进行，执照信号不断减弱直至消失。到达G2期细胞核不再含有执照信号，DNA复制结束并不再起始。只有等到下一个M期，染色质再次与胞质中的执照因子接触，重新获得执照，细胞核才能开始新一轮的DNA复制。
      • Mcm蛋白是DNA复制执照因子的主要成分。
    • S/G2/M期转换与DNA复制检验点
      • DNA复制检验点
        • S期内部检验点
          • 指在S期内发生DNA损伤如DNA双链发生断裂时，S期内部检验点被激活，从而抑制复制起始点的启动，使DNA复制速度减慢，S期延长，同时激活DNA修复和复制叉的恢复等机制。
          • 一条通路是通过染色体结构维持蛋白SMC1的磷酸化，从而实现S期的延长。另一条通路是通过ATM/ATR介导的cdc25A磷酸酶过磷酸化而降解，从而抑制cyclin E/A-CDK2活性。
        • DNA复制检验点