第14章细胞增殖调控与癌细胞

第十四章细胞增殖调控与癌细胞第一节细胞增殖的调控第二节癌细胞第一节细胞增殖调控MPF的发现及其作用P34cdc2激酶的发现及其与MPF的关系周期蛋白CDK和CDK抑制因子细胞周期运转调控其他因素在细胞周期调控中的作用细胞周期中的检验点细胞周期检验点是细胞周期调控的一种机制,主要是确保周期每一时相事件的有序、全部完成并与外界环境因素相联系。G1/S检验点：start点(酵母)或R点(动物)，控制细胞由静止状态的G1进入DNA合成期，检查DNA是否损伤？细胞外环境是否适宜？G2/M检验点：是决定细胞一分为二的控制点，检查DNA是否损伤？细胞体积是否足够大？中-后期检验点（纺锤体组装检验点）：检查染色体是否完全分离。一、MPF的发现及其作用(Maturation-promotingfactor，Mitosis-promotingfactor)卵细胞促成熟因子或细胞促分裂因子或M期促进因子M期细胞与G1、S、G2期细胞融合诱导PCC（早熟染色体凝缩）：提示M期细胞存在诱导PCC的因子(a)用非洲爪蟾M期的卵细胞细胞提取物注射非洲爪蟾的卵母细胞,注射的细胞提取物驱使卵母细胞进入M期,使核破裂,并形成纺锤体。(b)用细胞间期的提取物注射卵母细胞,不能驱使卵母细胞进入M期。MPF的生化实质MPF是一种使多种底物蛋白磷酸化的蛋白激酶：M期周期蛋白依赖性蛋白激酶(Cyclin-dependentproteinkinase，ＣＤＫ)，由Cyclin-Cdk形成的复合物。MPF=p34cdc2蛋白激酶(Cdk1)+cyclinB周期蛋白•启动细胞从G2期进入M期的相关事件。•2001年10月8日美国人LelandHartwell、英国人PaulNurse、TimothyHunt因对细胞周期调控机理的研究而荣获诺贝尔生理医学奖。二、周期蛋白•特点：在细胞周期中呈周期性变化。含有一段约100个氨基酸的保守序列，称为周期蛋白框，介导周期蛋白与CDK结合。•作用：激活CDK，引导CDK作用于不同底物。•G1型周期蛋白在细胞周期中存在的时间相对较短，M型周期蛋白在细胞周期中则相对稳定。•图14-4部分周期蛋白分子结构特征不同类型的周期蛋白时相蛋白激酶周期蛋白G2→MCdk1周期蛋白A，BG1Cdk2周期蛋白D1，D2，D3G1→SCdk2周期蛋白ESCdk2周期蛋白A?Cdk3?G1Cdk4周期蛋白D1，D2，D3四、CDK和CDK抑制因子•细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclin-dependentkinase，CDK)。只有与细胞周期蛋白结合才具有激酶的活性。•已知的CDK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。细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子（CDKinhibitor,CDKI）对细胞周期起负调控作用，如Ｐ２１。五、细胞周期运转调控Cyclin-Cdk---调控细胞周期的引擎：不同的周期蛋白与不同的CDK结合，构成不同的Cyclin-Cdk；不同的Cyclin-Cdk在不同的时相表现活性，影响不同的下游事件。G2/M期转化与CDK1激酶的关键性调控作用CDK1激酶使一些蛋白磷酸化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。M期周期蛋白与分裂中期向分裂后期转化G1/S期转化与G1期周期蛋白依赖性CDK激酶（一）G2/M期转化与CDK1激酶的关键性调控作用周期蛋白在CDK1激酶活性调节中的作用CDK1(Cdc2)激酶（ＭＰＦ）与周期蛋白B(CyclinB)结合,CyclinB在G1期开始合成，通过S期到G2期达到最大含量，MPF开始表现激酶活性，到G2晚期MPF活性到达最大并维持到M期的中期阶段CDK1激酶活性的调控磷酸化去磷酸化CDK1激酶的活性除与周期蛋白B结合外,还需要其它因素的参与（二）M期周期蛋白与分裂中期向分裂后期转化细胞周期运转到中期后，M期周期蛋白A和B降解，CDK1激酶活性丧失，蛋白去磷酸化，细胞周期由中期向后期转化。分裂后期促进因子（anaphasepromotingcomplexAPC）活性与周期蛋白A和B降解密切相关,是分裂中期向分裂后期转化的关键因素。细胞周期中周期蛋白水平的调节泛素由76个氨基酸组成，高度保守，普遍存在于真核细胞。共价结合泛素的蛋白质能被蛋白酶体识别和降解，这是细胞内短寿命蛋白和一些异常蛋白降解的普遍途径。（三）G1/S期转化与G1期周期蛋白依赖性CDK激酶G1期周期蛋白主要包括周期蛋白D、E和A。cyclinD－CDK4或CDK6复合物：G1期cyclinE－CDK2复合物：G1/S期cyclinA－CDK2复合物：DNA复制因子RF-AS期•cellcycleregulation酵母动物六、其他因素在细胞周期调控中的作用p53蛋白在细胞周期调控中的作用抑癌基因蛋白-p53蛋白在出现损伤DNA时,稳定性提高,提高了浓度。p53作为转录激活因子诱导p21CIP的表达,p21CIP是细胞周期蛋白-蛋白激酶的抑制因子,它能够抑制Cdk1-,Cdk2-,Cdk3-,Cdk4-周期蛋白复合物,p21CIP同这些Cdk-周期蛋白复合物结合后使细胞阻止在G1期或G2期,抑制肿瘤的发生。第二节癌细胞比喻：动物体（人）—一个特殊的“社会”（society）;细胞—“社会”中的个体（individuals）;原则—“个体”的自我牺牲（self-sacrifice）;癌细胞—“社会”中的“不轨分子”（违反上述原则，“疯狂增殖”）。相关事件：基因突变；DNA复制；DNA修复；细胞周期；细胞凋亡；细胞分化；基因调控；……过程：致癌因子（carcinogens）：环境的，遗传的，内源的，……相关基因（cancer-criticalgenes）的突变基因突变的积累基因表达谱式的改变细胞活动的异常（周期，粘附性，凋亡，移动性，……）癌细胞的产生本质：体细胞基因组的改变（突变的积累）；癌症是由众多因素引发的“基因病”（genedisorder）（体细胞）；有别于通过性细胞传递的“遗传病”（geneticdisorder）一、癌细胞的特征肿瘤（tumor）良性肿瘤（benign）：不转移（分裂失控）恶性肿瘤（malignant）:转移、侵润上皮组织：癌（carcinoma）癌（cancer）结缔组织和肌肉：肉瘤（sarcoma）其他（血液）：白血病等（leukemia)特征（p311，五个特点）：1，生长和分裂失控“永生”细胞（immortal）；细胞核增大；分裂快；低分化，……宫颈癌细胞特征A:normal;B:precancerous;C:invasivecarcinoma2、具有浸润性和扩散性（图14-13）3，细胞间相互作用改变细胞表面膜蛋白（e.g.,受体蛋白）改变，引起细胞间相互作用的改变（如：粘附性改变，易于附着生长，逃避免疫系统的监视和杀伤，etc.）。4，表达谱改变和蛋白活性改变主要特征：•出现胚胎细胞中的蛋白（与低分化程度有关）；•端粒酶活性增高（与无限分裂增殖有关）；•异常表达与癌的发生发展相关的蛋白（e.g.,细胞周期调控、凋亡、粘附、细胞扩散和移动性等）；•癌蛋白和抑癌蛋白的表达及活性的变化（见下）。5，体外培养的恶行转化细胞的特征培养的癌细胞系：是研究癌的重要材料。恶性转化（malignanttransformation）：培养细胞能象在体内一样不断分裂生长；不断继代，建立癌细胞系。特征：•无限增殖，永生化；•贴壁性下降或不贴壁（悬浮）；•接触抑制性（contactinhibition）丧失。培养的癌细胞接触抑制性的丧失二、癌基因和抑癌基因（cancer-criticalgenes）1，原癌基因（proto-oncogenes）和癌基因（oncogenes）•原癌基因：为细胞的正常基因，多编码控制细胞周期、细胞凋亡、细胞增殖的各种调控因子和活性蛋白，是细胞正常功能所必需；•癌基因：为原癌基因的突变形式，或改变了表达方式（过量、产物活性的改变，等），其结果是引起正常细胞的癌变。发现：Roussarcomavirus(携带Src基因），能引起鸡癌变；鸡的细胞中发现也有Src的同源基因，编码一种调控细胞分裂的蛋白激酶。以后发现众多的逆转录病毒中均有细胞中相应的癌基因；分别称为：病毒癌基因（v-oncogenes）和细胞癌基因（c-oncogenes）现已知v-oncogenes是逆转录病毒从宿主细胞中拷贝过来的。种类：生长因子及其受体；信号转导通路中的蛋白；转录因子；细胞周期调控蛋白；细胞凋亡相关蛋白，etc.原癌基因转变为癌基因2，抑癌基因（tumor-suppressorgenes）发现：有一类基因的失活也能引起癌变。e.g.,a.视网膜母细胞瘤是由于Rb基因突变失活而引起的；b.p53基因：50％的肿瘤中发现p53的突变；作用：细胞周期调控；促进细胞凋亡；维持遗传稳定性（p53突变使细胞逃脱DNA损伤的监控系统而进入分裂）3，小结癌基因和抑癌基因的对比：________________________________________________癌基因抑癌基因————————————————————————细胞增殖的正调控因子细胞增殖的负调控因子gain-of-functionloss-of-function显性（dominant）隐性（recessive）________________________________________________三、基因突变积累—癌的发生•癌的发生是由多个相关基因(cancer-criticalgenes)突变的共同作用引起的；•并不是基因组的每一次突变都被积累下来，细胞中有DNA损伤修复机制，及复制纠错机制，阻止突变细胞继续分裂；•当细胞逃脱了纠错机制的监控进入分裂，就有可能转变为癌细胞；而癌细胞的快速增殖助长了有害突变的积累；•环境中的各种诱变因素（辐射、化学诱变剂、病毒……）增加突变几率，诱发癌症。这种作用也是可积累的。事实：移民群体中（各种）癌的发生率接近居住国的平均水平，而不是其本民族的水平。暗示癌症发生中，环境因素的作用大于遗传因素。据认为，80－90％的癌症是可以避免的，至少是可以延迟的！建议：始终注意避免环境中能够诱发，或促进癌症发生的因素。（积累！）辐射对癌的诱发自然环境：太阳的紫外线、外层空间的宇宙射线、自然发生的放射性元素的放射性。医疗、工业和军事活动中人为产生的高能辐射。诱发机理与DNA突变有关。图14-24化学和UV致癌物的作用机制图中随机挑选了p53基因中7个密码子，这些密码在人的癌症病人中有50%会发生缺失或突变。图中显示了几种不同致癌物，包括苯并芘(Benzo[a]pyrene),它是在香烟的烟雾中发现的、黄曲霉毒素B1、阳光中的紫外光等作用于该序列引起突变的机理。每一种致癌物都引起一种不同的碱基置换。图中也显示了由于内源代谢引起的脱氨作用，也会导致C→T突变。肿瘤发生的进程（progression）●为什么大多数细胞都不会发生癌变？细胞的恶性转化需要发生多个遗传改变，即一个细胞发生多次遗传突变。肿瘤发生是一个渐进式的过程，涉及多级反应和突变的积累。例子：结肠癌(colon)和星形细胞瘤(astrocytoma，一种脑瘤),它们的癌变过程是先后发生几种突变并积累的过程（图14-25）。图14-25结肠癌和脑瘤恶性转变的多步发展过程图中的组织学照片揭示结肠癌和脑瘤由正常细胞→转变成良性肿瘤→转变成恶性肿瘤的发展过程中几个明显可分的阶段。a.结肠癌在癌变程中顺序突变事件，注意结肠癌在癌变过程中组织结构由有序向无序的变化。b.星形细胞瘤癌变过程中顺序突变及形态变化，具有与结肠癌发生过程不同的特征。图14-26结肠癌发生过程中可能涉及的基因突变及顺序图14-27抑癌基因与原癌基因突变对细胞的影响a.抑癌基因突变对细胞的影响；b.原癌基因突变对细胞的影响四、肿瘤干细胞思考题P4121、4、6、9、10•什么是细胞周期?细胞周期各