13.细胞周期调控

这是一个关于13.细胞周期调控的思维导图，细胞周期调控是生物体细胞生命活动中的一个重要过程，它确保了细胞能够有序地进行生长、分裂和复制。以下是对细胞周期调控的详细概述。

细胞周期调控

• 调节因子与蛋白
  • MPF
    • 卵细胞成熟促进因子（maturation-promoting factor） 或细胞有丝分裂促进因子（mitosis-promoting factor） 也称M期促进因子（M-phase-promoting factor）
    • 功能
      • M期细胞存在MDF，与间期细胞结合诱导染色体凝缩，称为早熟染色体凝缩（PCC）
        • M+G1
          • 单线状
        • M+S
          • 粉末状
        • M+G2
          • 双线状
      • 减数分裂I前期双线期，体积较大的细胞核称为发生泡（GV） 在孕酮作用下，发生泡破裂，染色体凝缩，进入减数分裂I 未受精前停留在减数分裂II中期
      • 成熟卵细胞MPF便存在，但处于非活性状态，前体MPF(pre-MPF) 翻译后修饰转化为活性态
        • MPF由32KD和45KD两种蛋白组成，是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶
  • CDC基因编码蛋白
    • cdc2
      • 第一个被分离出来的cdc基因，表达蛋白为p34cdc2
      • 突变后裂殖酵母细胞停留在G2/M期
    • cdc28
      • 第二个被分离出来的cdc基因，表达蛋白为p34cdc28
      • 突变后芽殖酵母细胞停留在G1/S或G2/M期
    • 1.大小相等，是同源物，并且与MPF中的P32是同源物。MPF的p32可以被p34cdc2特异抗体识别，p34cdc2多肽片段又可以增强MPF活性 MPF=cdk1=p34cdc2(p34cdc28)+ cyclin B (p56cdc13)=p34cdc2激酶 2. 本身都不具激酶活性，只有与特定蛋白（ p56cdc13 ）结合后才有激酶活性
  • 周期蛋白
    • • 周期蛋白框
        • 序列保守
        • 介导周期蛋白与CDK结合
          • 不同周期蛋白框识别不同CDK，组成不同cyclin-CDK复合体
      • 非G1期周期蛋白
        • 破坏框（destruction box）
          • 近N端九个氨基酸组成的序列（RXXLGXIXN）
          • 参与泛素依赖性的cyclin A和B的降解
      • G1期周期蛋白
        • PEST序列
          • C端
          • 与G1期周期蛋白更新有关
  • 周期蛋白依赖性蛋白激酶（CDK）
    • 对细胞周期运行起核心性调控作用
      • 周期引擎分子
    • 与细胞周期蛋白结合，并以周期蛋白作为调节亚单位，才表现出蛋白激酶的活性
    • 特点
      • 一个类似氨基酸序列
      • 一个保守PSTAIRE序列，与周期蛋白结合有关， 以周期蛋白为调节亚基表现出蛋白激酶活性
  • CDK抑制因子（CKI）
    • Cip/Kip(CDK interacting protein/kinase inhibitor protein)
      • 包括p21cip1/WAF1 、p27kip1、p57kip2，抑制大多数CDK。其中p21Cip1/WAF1还能与DNA聚合酶δ的辅助因子PCNA结合，直接抑制DNA的合成
    • Ink4(inhibitors of CDK4)
      • 包含 p15、p16、p18、p19；p16主要抑制Cdk4和Cdk6活性
• 细胞周期运转调控
  • G1/S期转化
    • 相关因子
      • 细胞由G1 期向S 期转化主要受G1 期周期蛋白依赖性CDK 所控制
      • 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
    • 机制
      • cyclinD+Cdk4 or Cdk6
        • 使下游的蛋白质如Rb（成视网膜母细胞瘤蛋白）磷酸化，释放转录因子E2F（被Rb抑制），促进许多基因的转录，如编码cyclinE、cyclinA的基因
      • cyclinE+Cdk2
        • TGF-β（生长抑制因子）抑制cyclinE-CDK2的活性使细胞抑制在G1期。 CyclinE的抗体能使细胞停滞于G1期
        • cyclinE-CDK2可以与类Rb蛋白p107和转录因子E2F结合形成复合体
          • cyclinE-CDK2催化p107磷酸化而失去抑制作用
          • 释放E2F促进相关基因转录
          • 也参与了中心体复制起始调控
      • cyclinA+Cdk2
        • 在S期，cyclinA与CDK2结合为S期的主要激酶，位于DNA复制中心，参与DNA复制
        • 使复制因子RF-A磷酸化而活性增强
        • 也可以与p107和E2F结合为复合体影响E2F
    • 其他因素
      • 起始点识别复合体（ORC）
        • 识别DNA复制起始位点并与之结合
      • Cdc6
        • G1早期与染色质结合，S期早期解离下来
      • Cdc45
        • G1晚期与染色质结合
      • DNA复制起始所必须
    • G1期周期蛋白不含破坏框序列，而含PEST序列，对G1期周期蛋白降解起促进作用
      • G1期周期蛋白降解通过SCF（Skp-cullin-F-box protein）泛素化途径降解，同时需要G1期CDK活性参与。 SCF具有E3泛素连接酶的功能，由Skp1, Cul1和Rbx1三种亚基构成
      • SCF底物特异性识别由F-box蛋白决定
    • DNA复制执照因子学说
      • 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”信号不断减弱直到消失
      • 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
      • DNA 复制执照因子的主要成分Mcm 蛋白（minichromosome mantenance protein）
  • S/G2/M期转化与检查点
    • S期内部检查点（intra-S phase checkpoint）
      • 指在S期内发生DNA损伤（如双链断裂）时，S期内部检查点被激活，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
      • 机制
        • ATM-Mdc1-MRNC(Mre11-Rad50-Nbs1 complex)等中介物系列催化染色体结构维持蛋白Smc1磷酸化，延长S期
        • ATM/ATR介导的Cdc25A磷酸酶过磷酸化降解 抑制cyclinE/A-Cdk2活性 阻止Cdc45在复制起始点被募集 Cdc45是DNA解旋酶Mcm2-7关键激活因子
      • 细胞停滞S/G2期
    • DNA复制检查点（DNA replication checkpoint）
      • 指由于停滞的复制叉导致的S期的延长
      • ATR/Chk1激活介导，使得细胞停滞G2/M期
  • G2/M期转化
    • 与Cdk1密切相关
      • cdk1活性依赖于cyclinB积累
        • 周期蛋白B在G1晚期开始合成，G2期达到最大值
        • G2晚期cdk1活性到达最大值并持续到M中期
      • cdk1可以使得某些底物蛋白磷酸化，改变下游靶蛋白实现调控
        • 组蛋白H1
          • 促进染色质凝缩
        • 核纤层蛋白A,B,C
          • 促进核纤层解聚
        • 核仁蛋白
          • 促使核仁解聚
        • p60c-Src蛋白
          • 促进细胞骨架重排
        • c-Abl蛋白
          • 促进细胞形态调整
      • cdk1活化机制
        • 1.周期蛋白与cdk组装复合体 2.Thr14，Tyr15，Thr161被wee1/mik1激酶与 CDK活化激酶磷酸化，形成前体MPF(仍然没有活性) 3.Thr14，Tyr15被蛋白磷酸水解酶Cdc25c去磷酸化，显示出激酶活性 后期促进复合物（anaphase-promoting complex，APC）
  • 分裂中期向后期转化
    • 细胞周期运转到分裂中期后，CDK1激酶活性丧失，被CDK1磷酸化的靶蛋白去磷酸化，细胞周期由中期向后期转化
      • M期的周期蛋白A和B在后期促进复合物（anaphase-promoting complex，APC）的介导下，通过泛素化途径降解。 破环框起到重要作用
      • APC在分裂间期表达，到M期才有活性
        • 活性调节因子
          • 正调控因子
            • Cdc20/Fizzy，Cdh1/Fzy
          • 负调控因子
            • Emi1，Emi2，Mad2，RubR1
        • 体外实验
          • APC作为底物可以被M期CDK磷酸化激活
          • 被蛋白磷酸水解酶作用而失活
        • APC活性受到纺锤体组装检查点调控
          • Cdc20位于动粒上，姐妹染色单体分离所必须（正调控）
          • 动粒被纺锤体捕捉，Mad2脱离动粒，启动后期
          • Mad2与Cdc结合，抑制Cdc20活性
            • 当纺锤体组装完成，Mad2脱离动粒，接触对Cdc20抑制，APC活化，导致M期周期蛋白降解，M-CDK失活
          • 裂殖酵母的Cut2与芽殖酵母的Pds1p是负调控因子
            • Cut/Pds1p降解，接触对姐妹染色单体分离抑制
  • 其他因素
    • 癌基因和抑癌基因
      • 癌基因
        • 生长因子与受体结合，G0期细胞返回细胞周期，细胞增殖
      • 抑癌基因
        • 表达产物对细胞增殖起负性调节作用
    • 细胞和机体的外界因素
      • 离子辐射
        • 导致DNA损伤，启动DNA损伤修复调控体系，抑制细胞周期运转，直至DNA损伤完全修复
      • 化学物质作用
      • 病毒感染
• 主题