细胞增殖 (cell proliferation) 是细胞生命活动的重要特征之一。各种细胞在分裂之前，必须进行一定的物质准备。不然，细胞便不能分裂。物质准备和细胞分裂是一个相互连续的过程。这一过程即为细胞增殖。

第一节 细胞周期概述

一、细胞周期

细胞周期是指连续分裂的细胞从一次有丝分裂结束后开始生长到下次有丝分裂终止所经历的全过程。

在这一过程中 , 细胞的遗传物质进行复制并均等地分配给两个子细胞。

细胞周期的四个时相

◆ 间期 (interphase): 从新细胞产生到其开始分裂前的一段时间

G1期 (Gap1 phase) ：从 M 期结束到 S 期开始前的一段间歇期 ;

S 期： DNA 合成期 (DNA synthetic phase);

G2 期 (Gap2 phase) ： DNA 合成后 (S 期 ) ，到有丝分裂前的一个间歇期 ;

◆M 期：有丝分裂期 (mitosis phase) 。

Phases of the cell cycle

细胞周期与细胞类群

◆cycling cell （周期中细胞、持续分裂细胞）◆ 终端分化细胞——永久性失去了分裂能力 的细胞。◆quiescent cell （静止期细胞、 G0 期细胞） 又称休眠细胞。暂时脱离细胞周期、 不进行增殖，也叫静止细胞群，如某些 免疫淋巴细胞、肝、肾细胞等。

细胞周期的研究方法 细胞同步化 (synchronization)

◆ 自然同步化◆ 人工同步化● 选择同步法 (selection synchrony)

▲ 有丝分裂选择法▲ 细胞沉降分离法● 诱导同步法▲DNA 合成阻断法▲ 分裂中期阻断法▲ 条件突变 (conditional mutants)

◆G1期 (Gap1 phase)

◆S 期 (synthesis phase)

◆G2 期 (Gap2 phase)

◆ M 期

二、 细胞周期中各个不同时相及其主要事件

G1 期 (Gap1 phase)

又叫合成前期，主要合成 rRNA 、蛋白质、脂类和糖类，在 G1 期后期，

DNA 聚合酶的活性大大增加。

S 期 (synthesis phase)

DNA 合成，同时还会合成组蛋白、 D

NA 复制所需的酶。 常染色质复制在先，异染色质在后；GC 含量高的 DNA 复制在先、 AT 含量高的在后。

G2 期 (Gap2 phase)

大量合成 ATP 、 RNA 、蛋白质，包括微管蛋白、促成熟因子（ maturation

promoting factor ， MPF ）

细胞周期的关卡 (Cell Cycle Checkpoints)

◆G1 关卡 ( 靠近 G1 末期 )

◆G2 关卡 ( 在 G2 期结束点 )

◆ 中期关卡 ( 在中期末 )

在每一个关卡，由细胞所处的状态和环境决定细胞能否通过此关卡进入下一阶段。

细胞周期中的三个主要关卡 :

Cell Cycle Checkpoints

◆G1 关卡（在酵母中称 START ，而在哺乳动物中称限制点或 commitm

ent point ），主要是监测细胞的大小和营养状态；

◆G1关卡是细胞周期的主要控制点，它决定着细胞能否分裂。

G1 关卡 (START 或限制点 ):

G2 关卡

◆G2 关卡负责检查细胞的大小、细胞所

处的状态以及细胞 DNA 是否复制完成。

◆ G2 关卡能检查到尚未完成复制的 DNA ，

并发出信号抑制细胞周期进行。

◆ 直到 DNA 复制完成， G2 关卡的抑制

作 用才解除，细胞才能进入 M 期。

中期关卡

主要负责监测染色体是否都与纺锤体相连，并已经排列在赤道板上；同时监测MPF 是否失活，否则不能进入有丝分裂和胞质分裂。

第三节 细胞周期的调控

为了确保细胞周期这一生命增殖过程有条不紊地进行，细胞内发展了一系列调控机制，对这一过程进行严格的监控。

一、 MPF 的发现及其作用

1970s Rao 和 Johnson 发现与 M 期细胞 (Hela)

融合的间期细胞染色质发生凝缩，此种现象称为早熟染色体凝集 (prematurely condensed chro

mosome ， PCC) 。– G1 期 PCC 为单线状，因 DNA 未复制。

– S 期 PCC 为粉末状，因 DNA 由多个部位开始复制。

– G2 期 PCC 为双线染色体，说明 DNA 复制已完成。

G1 期细胞与M期细胞融合

S 期细胞与 M期细胞融合

G2 期细胞与 M期细胞融合

甚至不同类的 M 期细胞也可诱导 PCC产生，说明M 期细胞具有促进间期细胞进行分裂的因子，即成熟促进因子 (maturation

promoting factor ， MPF) 。

卵细胞提取物注射实验

1988年 Lohka将非洲爪蟾的 MPF纯化。经鉴定 MPF 由 32KD 和 45KD两种蛋白组成，是一种丝氨酸 /苏氨酸激酶。

1960s Leland Hartwell,1970s Paul Nurse 以芽殖酵母和裂殖酵母为实验材料，利用温度敏感突变株，发现许多与细胞分裂有关的基因 (cell di

vision cycle gene, cdc) 。– 裂殖酵母 cdc2 、 芽殖酵母 cdc28 突变型在限制温度

下无法分裂；– cdc2 和 cdc28 都编码一个 34KD 的蛋白激酶 (p34cdc2

) ，促进细胞周期的进行。– p34cdc2 和 p34cdc28本身并不具有激酶活性，须与有关

蛋白结合才能表现出激酶活性。

二、 p34cdc2激酶的发现及其与 MPF 的关系

p34cdc2 与 MPF 的关系 James Maller 实验室和 Paul Nurse实验室合作证明MPF 中的 p32可以被 p34cdc2

特异抗体所识别，并且 p34cdc2 多肽片段可以加速MPF 活性，表明两者为同源物。

三、周期蛋白

1980s Timothy Hunt 发现海胆的卵裂过程中两种蛋白质的含量随细胞周期振荡，命名为周期蛋白 (cyclin A 和 B) 。后来发现各类动物来源的细胞周期蛋白 mRNA均能诱导蛙卵的成熟。

进一步的研究发现 MPF=cdc2+clyclin B

MPF的结构组成◆是由两个不同的亚基组成的异质二聚体 :●催化亚基▲是丝氨酸/苏氨酸型蛋白激酶▲其活性有赖于周期蛋白，故蛋白称为周期依赖性蛋白激酶 (cyclin-dependent prote

in kinases,Cdks);

●调节亚基：周期蛋白 (cyclin) 。

MPF的结构

Leland H. Hartwell R. Timothy (Tim) Hunt Sir Paul M. Nurse

2001年 10月 8日美国人 Leland Hartwell 、英国人 Pa

ul Nurse 、 Timothy Hunt 因对细胞周期调控机理的研究而获诺贝尔生理医学奖。

细胞周期蛋白 cyclin

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。已知 30余种，在脊椎动物中为 A1-2 、 B1-3 、

C 、 D1-3 、 E1-2 、 F 、 G 、 H 等。分为 4 类： G1型、 G1/S型、 S型、 M型。

不同类型的 CDK/cyclin 复合体

* 包括 D1-3 ，各亚型 cyclin D 在不同细胞中的表达量不同，但具有相同的功效。

脊椎动物 芽殖酵母 激酶复合体

Cyclin CDK Cyclin CDK

G1-CDK Cyclin D* CDK4 、6 Cln 3 CDK1(CDC28)

G1/S-CDK Cyclin E CDK2 Cln 1、2 CDK1(CDC28)

S-CDK Cyclin A CDK2 Clb 5、6 CDK1(CDC28)

M-CDK Cyclin B CDK1(CDC2) Clb 1-4 CDK1(CDC28)

周期蛋白分子结构的共性和特性 共性：都含有周期蛋白框介导周期蛋白与 CDK

结合。 特性 M 期周期蛋白分子的近 N 端含有破坏框（由 9 个氨基酸组成），参与由泛素介导的周期蛋白 A 和B 的降解。

G1 期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，可能与 G1 期周期蛋白的更新有关。

G1 期，在生长因子的刺激下， cyclin D表达，并与 CDK4 、 CDK6 结合，使下游的蛋白质如 Rb

磷酸化， Rb释放出转录因子 E2F ，促进许多基因的转录，如编码 cyclinE 、 A 和 CDK1 的基因。

G1-S 期， cyclinE 与 CDK2 结合，促进细胞进入S 期。 CyclinE 的抗体能使细胞停滞于 G1 期。

在 G2-M 期， cyclinA 、 cyclinB 与 CDK1 结合，CDK1使底物蛋白磷酸化、如将组蛋白 H1磷酸化导致染色体凝缩，核纤层蛋白磷酸化使核膜解体。

五、细胞周期运转调控

cell cycle regulation

在中期当MPF 活性达到最高时，激活后期促进因子 APC ，将泛素连接在 cyclinB 上， cyclinB被蛋白酶体 (proteasome) 降解，完成一个细胞周期。– 分裂期周期蛋白 N 端有一段序列与其降解有关，称降解盒 (destruction box) 。

– 泛素由 76 个氨基酸组成，高度保守。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。

– 26S 蛋白酶体是一个大型的蛋白酶，可将泛素化的蛋白质分解成短肽。

Destruction Box in Cyclins

M 期 CDK 的激活起始于分裂期 cyclin 的积累。 结合 cyclin B 的 CDK1被Wee1将 Thr14 和 Tyr

15磷酸化而不具有活性，使 CDK/cyclin 不断积累。 在 M 期， Wee1 的活性下降， CDC25使 CDK 去磷酸化，去除了 CDK 活化的障碍。

CDK 的激活需要 Thr161 的磷酸化，它是在 CDK

激酶 (CDK activating kinase CAK) 的作用下完成的。

M 期 CDK 的激活

CDK activating

作业一、名词解释1. 细胞增殖2. 细胞周期3.MPF4. 周期蛋白5.CDK激酶二、简答题1.简述标准细胞周期中各个时期发生的主要事件2. 细胞周期中有哪些主要检验点，各起何作用？