二十四型 第 2 型 细胞周期

二十四型 第 2 型 细胞周期

(一)细胞周期概述

G1 期——DNA 合成前期，是细胞周期的关键步骤。细胞周期长短决定于 G1 期长度; S 期——DNA 合成期; G2 期——DNA 合成后期; M 期——有丝分裂期。根据染色 体的倍数进行分类，细胞周期的时相可以分为:G0/G1 期、S 期和 G2/M 期三个时相。M 期一结束，2 个子代细胞就形成了。这也标志着这一轮细胞周期的结束。

G0 期指的是某些细胞或某个阶段的细胞，可从 G1 期退 出细胞周期，但是仍然存活。这类细胞受某种刺激后仍能进入细胞周期，继续进行 DNA 复制，并进行有丝分裂，这一时期被称为 G0 期。

根据染色体的倍数进行分类，细胞周期的时相可以分为:G0/G1 期、S 期和 G2/M 期三个时相。

两个检查点分别是 G1/S 期检查点和 G2/M 期检查点。

1)G1/S 期检查点，控制着细胞从静止状态进入 DNA 合成期的调控;

2)G2/M 检查点的作用是:决定细胞是否一分为二，形成两个子代细胞。如果通 过 G2/M 检测点，细胞的染色体收缩，有丝分裂开始。

(二)细胞周期过程中，参与调控的关键分子

细胞周期的一个关键调节物质 CDK，通过对其他蛋白质的化学修饰来驱动细胞周期。

细胞周期蛋白 (Cyclin)具有调节 CDK 的功能，Cyclin 和 CDK 相互配合能精准地调控细胞周期的全过程。

细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子CKI

(1)细胞周期过程的概述:

细胞周期调控简图

pRb-E2F 是细胞 G1 和 S 期转换的一个经典调控途径。参与细胞周期内源性调控的核心因子是 Cyclin 和 CDK。

Cyclin 对CDK 促进；CKI 对CDK抑制。Cyclin 和 CKI 分别对 CDK 进行一正一反的调控。

(2)Cyclin 和 CDK 的介绍

Cyclin 含量随细胞周期时相的变化而变化，不同的 Cyclin 在不同的周期时相内开始表达，或者是达到含量和活性的峰值。Cyclin对细胞周期的调控，主要表现在G1期和S期/M期。

CDK 在整个细胞周期中，表达相对恒定的。

1. G1 期的 Cyclin 及相关 CDK

   G1 期 Cyclin 在 G1 期和 G1/S 期交界处发挥重要的作用。G1 期 Cyclin 主要包括 Cyclin D1、D2、D3、E 和 C。

2. S 期/M 期的 Cyclin 及相关 CDK

   S 期的 Cyclin 主要是 CyclinA，M 期 Cyclin 主要有 Cyclin B。它们分别在 S 期以及 G2 和 M

   期交界处发挥作用，诱导细胞分裂。

cyclin 功能总结表

黄色表示有相应的 cyclin 分子表达;红色表示 cyclin 的表 达峰值及发挥功能时所处的时相

（3）CKI 的结构与功能

两大类:一类是 Ink4，特异性抑制 CDK4-Cyclin D1 或者 CDK6-Cyclin D1 的磷酸化激酶活性；

一类是 KIP，抑制大多数 CDK-Cyclin 的磷酸化激酶活性。

1. Ink4 介绍

   现已知的 Ink4 包括 p16(Ink4a/MTS1)、p15(Ink4b/MTS2)、p18(Ink4c)、p19(Ink4d)

   • 这些基因都有很多个名称

   • 分子不能弄混淆

   Ink4 蛋白和 Cyclin D 有序列上的相似性和同源性，因此能通过竞争性结合的方式与 CyclinD 竞争性结合 CDK4，从而抑制 CyclinD-CDK4 复合物的形成，达到阻断细胞周期进展的效果。

2. KIP 的介绍

   激酶抑制蛋白，包括 p21cip1 、p27kip1及 p57kip2 三种细胞周期抑制蛋白

   KIP 分子也可以阻断 Cyclin 和 CDK 之间的复合物， C 末端差异很大，不同 KIP 分子发挥不同的特异性功能。

(三)细胞周期调控途径及机制

一条是 Rb 为主的网络调控途径; 另一条是 p53 为主的调控途径。

(1)以 Rb 为主的网络调控途径

1. 生长因子结合相应的受体，通过信号传递，促进 Cyclin 基因表达;

2. Cyclin 与相应 CDK 结合，形成 Cyclin-CDK 激酶复合物,促进 Rb 蛋白磷酸化;

3. 非磷酸化的 Rb 原本和转录因子 E2F 相互结合。在发生磷酸化之后，Rb 释放核转录因子 E2F;

4. 游离的 E2F 进入核内，结合一系列具特殊序列的基因启动子区，促进下游基因的表达;

5. 这些基因的产物促进细胞进入细胞周期的程序。

(2)以 p53 为主的调控机制

抑癌基因 p53 主要在 G1 检查点上发挥重要作用。可作为转录因子，诱导下游蛋白的产生，从而达到调控细胞周期的作用。

1. p53 可诱导 p21 的表达。

2. p53 可诱导 GADD45 合成。GADD45 可以结合 PCNA，抑制 DNA 合成，从而抑制细胞进入S期。

3. 诱导 Bax 产生。Bax 为凋亡相关基因，与 bcl-2 相同作用，共同调节细胞凋亡。

(四)细胞周期相关的实验检测

(1)检测明星分子

1. 细胞发生 G1 期细胞周期阻滞

   • Cyclin D(主要是 Cyclin D1)

   • cyclin E

2. 两个 Cyclin 分子的搭档，也就是 CDK 是哪一个

   • Cyclin D 可以结合 CDK4 或者 CDK6

   • Cyclin E 和 CDK2 结合

3. 想研究相关的信号通路的变化

   • Rb 通路，核心分子就是 Rb 的磷酸化

   • p53 信号通路：p53，p53 下游的 p21 （本身也属于 CKI ，对于细胞周期起到负向调控的作用）

记住Cyclin-CDK-CKI 的调控网络，掌握好调控细胞周期的两条明星通路

(2)PI 染色实验

采用流式细胞仪检测细胞周期的变化。

总结

1.细胞周期的时相分类。一般而言，细胞周期可以分为四个时相:G1(DNA合成前期);S期(DNA合成期);G2期(DNA合成后期)和M期(有丝分裂期)。

有些学者把某些从G1期退出细胞周期但是仍然存活，在适当刺激后还能再次进入细胞周期的一类细胞，称为G0期。所以如果把G0期细胞也算上，细胞周期可以分为5个时相。

在实际的研究工作中，为了简化细胞周期，也常常根据染色体的倍数进行分类:

1. G0/G1期细胞因为在DNA复制过程之前，因此细胞内染色体是二倍体(2N);

2. S期细胞正在进行DNA的复制，但是整个DNA复制的过程并没有全部完成，因此细胞内染色体介于二倍体和四倍体之间;

3. G2/M期的细胞已经完成了DNA复制过程，因此细胞内染色体是四倍体(4N)。

所以如果根据染色体的倍数进行分类，细胞周期的时相可以分为:G0/G1期、S期和G2/M期三个时相。

2.在细胞周期的过程中，有两个重要的check-point检查点:1)是G1/S期检查点;2)是G2/M期检查点。

3.在细胞周期过程中，存在Cyclin—CDK—CKI的信号调控网络，确保了细胞周期整个过程的精准调控。

Cyclin和CKI都能调控CDK，但是Cyclin正向调控CDK;而CKI负向调控CDK。

1. G1期主要表达的Cyclin分子是CyclinD和CyclinE。

2. CyclinD可以和CDK4或者CDK6相互结合;CyclinE主要和CDK2相互结合。

3. S期主要表达CyclinA，它也是和CDK2相互结合。

4. M期主要表达CyclinB，它主要和CDK1相互结合。

CKI可以分为两类:Ink4(代表分子:p16、p15、p18和p19);另一类是KIP(包括p21，p27和p57)。

4.调控细胞周期的信号通路主要是两条:Rb调控通路和p53调控通路。

• 在Rb调控通路中，生长因子结合相应的受体，促进Cyclin表达;Cyclin与相应CDK结合形成复合物，促进Rb蛋白磷酸化，磷酸化的Rb释放核转录因子E2F，游离的E2F进入核内，促进下游基因的转录表达。

• 在p53调控通路中，p53主要在G1检查点上发挥重要作用。最常见的作用机制和通路是:p53可作为转录因子结合到p21的启动子区域并激活p21基因转录。当细胞DNA受损后，p21基因在p53诱导下表达水平升高，抑制CDK活性，阻止细胞从G1期进入S期，使细胞停止于G1期。

5.检测细胞周期的方法主要有两种:

• 检测细胞周期相关的明星分子(例如:Cyclin、CDK、CKI以及相应的信号通路中的明星核心分子);

• 通过PI染色实验，采用流式细胞仪检测细胞周期的变化。