细胞周期调控的研究进展a
生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
第17卷 第4期2005年8月
Vol. 17, No. 4Aug., 2005
细胞周期调控的研究进展
高 燕，林莉萍，丁 健*
（中国科学院上海生命科学研究院药物研究所，国家新药研究重点实验室，
中国科学院研究生院，上海201203）
摘 要：细胞周期是一种非常复杂和精细的调节过程，有大量调节蛋白参与其中。此过程的核心是细胞周期依赖性蛋白激酶(CDKs)。CDKs 的激活又依赖于另一类呈细胞周期特异性或时相性表达的细胞周
期蛋白(cyclins)，而CDKs 调节的关键步骤是细胞周期检查点。PLKs 是多种细胞周期检查点的主要调节因子，Aurora 蛋白激酶主要在细胞有丝分裂期起作用。本文就上述因素在细胞周期进程中的作用作一综述。
关键词：细胞周期；调控；细胞周期检查点中图分类号：Q 253 文献标识码：A
A review: cell cycle regulation
GAO Yan, LIN Li-Ping, DING Jian*
(State Key Laboratory of Drug Research, Shanghai Institute of Materia Medica, Shanghai Institues
for Biological Sciences, Chinese Academy of Sciences, Graduate School of the Chinese
Academy of Sciences, Shanghai 201203, China)
Abstract: The cell cycle is a complex and elaborate process involving numerous regulatory proteins as directors.Central to this process are the cyclin-dependent kinases (CDKs), which are activated in a cyclin-dependent manner at special points of the cell cycle. Cyclin protein levels rise and fall during the cell cycle and in the way they periodically activate CDKs. Furthermore, the cell cycle checkpoint is also discussed as a key process in the regulation of CDKs. PLKs are important mediators for various cell cycle checkpoints, while Aurora kinases have emerged as essential regulators of cell division. Here, we reviewed the effects of above factors on cell cycle regulation.
Key words: cell cycle; regulation; cell cycle checkpoint
收稿日期：2005-01-22；修回日期：2005-03-09
作者简介：高 燕(1974—)，女，博士研究生；林莉萍(1962—)，女，博士，副研究员；丁 健(1953—)，男，研究员，博士生导师，*通讯作者。
文章编号 ：1004-0374(2005)04-0318-05
1 概述
细胞周期是指一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂的结束, 细胞由一个分裂为两个子细胞。细胞的分裂由两个连续的过程组成，即DNA 复制及染色体的分离。一个细胞周期包括准备阶段的间期和有丝分裂期(图1)。间期包括G 1、S 和G 2期。G 1期时，细胞为遗传物质DNA 的合成作准备，而DNA
的合成是在S 期完成。G 2期主要完成蛋白质的合成，为细胞进入有丝分裂期作准备。有丝分裂期(M 期)又分为前期、中期、后期和末期，以完成染色体的凝集，中心粒移至细胞核对立的两极，核仁解体，核膜消失(前期)；纺锤体形成和染色体排列于其间(中期)；姐妹染色单体分开并移向两极(后期)；子核形成和胞质分裂(末期)。另外，G 1期的
319第4期高 燕，等：细胞周期调控的研究进展
细胞也可能处于一种静息状态，细胞不生长，也不分化，称之为G
期。
2 细胞周期蛋白激酶和周期素的作用
细胞周期调控的关键因素是细胞周期依赖性蛋白激酶(cyclin-dependent kinases，CDKs), 属于丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族，可在特定的细胞周期被激活，之后磷酸化相应的底物，从而引起后续事件的发生。此外，CDKs功能的实现还依赖于另一类蛋白质——细胞周期蛋白，又称为周期素，此类蛋白在不同的细胞周期表达量不同，因而可以时相性地激活CDKs，而CDKs的时相性激活是细胞周期调控的核心。与周期素不同的是，CDKs的蛋白总量在整个细胞周期进程中几乎稳定不变。
除了CDKs以外，PLKs (polo-like kinases，PLKs)和Aurora激酶对细胞周期的调节成为新近研究的热点。
2.1 细胞周期依赖性蛋白激酶(CDKs)的活化
目前公认的CDKs有9种，其中只有5种在细胞周期中是有活性的(图1，表1)。CDK7与cyclinH
结合形成的活性复合物称之为CDK活化激酶(CDK activating kinase，CAK)。CAK能够使细胞周期调控中的所有主要的CDK-cyclin底物磷酸化而被激活，这种CAK引起的某一种CDK-cyclin底物的磷酸化，与周期素的时相起伏相平行。
不同细胞周期的细胞表达的周期素不同。在G
1期，细胞表达三种周期素D(D1、D2和D3)，周期素D与CDK4/6的结合，激活CDK4/6，是细胞
从G
期进入G
1
期所必需的。但与其他周期素不同的是，周期素D并不周期性表达，而只要生长因
子持续刺激细胞就可以合成。周期素E也表达于G
1期，它与CDK2结合，使细胞完成G
1
/S期的转换[1]。S期的向前推进则需要周期素A与CDK2形成的激酶
复合物。在G
2
晚期和M早期，周期素A与CDK1
结合后启动细胞向M期推进。但在G
2
期内主要是周期素B的表达，周期素B与CDK1形成复合物呈现功能，并直接与细胞成熟进行有丝分裂相关，故又将该复合体称为成熟促进因子(maturation promoting factor，MRF)。以上所述的是人类细胞主要的细胞周期素，虽然目前发现的周期素有16种，但并不都与细胞周期有关。此外，人类细胞周期素A和B 各含有一个毁坏盒(destruction box)，周期素D和E 含有一个PEST序列(该序列富含脯氨酸、谷氨酸、丝氨酸和苏氨酸)，前者为细胞在有丝分裂时通过时相激活的泛素蛋白途径(the ubiquitin pathway)降解细胞周期蛋白所必需；后者可能在不同周期时相中不断迅速转化细胞周期蛋白中起作用，细胞周期蛋白与它们相应的CDK结合，控制着细胞周期进程或细胞周期检查点(checkpoint)。
CDKs除了与上述细胞周期素的结合被活化外，其活性也可通过自身保守的苏氨酸和酪氨酸残基的磷酸化而被调节。CAK可以磷酸化CDK1的Thr-161位点，使其活化(CDK4为172位点，CDK2为160
图1 细胞周期不同时相以及在相应时相发挥作用的周
期依赖性激酶复合物
表1 cyclin-CDK 复合物在特定的细胞周期时相被激活
细胞周期依赖性激酶(CDKs)周期蛋白(cyclin)激酶复合物的活性CDK4cyclin D1, D2, D3G1期
CDK6cyclin D1, D2, D3G1期
CDK2cyclin E G1/S 转换
CDK2cyclin A S 期
CDK1(CDC2)cyclin A G2/M 转换
CDK1(CDC2)cyclin B分裂期
CDK7cyclin H CAK, 细胞周期所有时相
320生命科学第17卷
位点)，其原理是磷酸化修饰改变了CDKs的分子构象，促进CDKs与周期素结合。但是，Wee1和Myt 1 激酶将CDK1的Tyr-15和/或Thr-14位点磷酸化后，抑制了CDK1的活性。Cdc25却可将上述抑制性位点脱磷酸化，对CDK1的激活非常必要，所以促进了细胞周期的进程。
2.2 细胞周期蛋白激酶(CDKs)活性的抑制
CDKs的活性可以被细胞周期抑制蛋白(cell cycle inhibitory protein，CKI)所抑制。CKI可与CDK单独结合，也可与CDK-cyclin复合物结合而发挥作用。现已发现两种CKI家族：INK4家族和Cip/Kip 家族(表2)。INK4家族包括p15(INK4b)、p16 (INK4a)、p18(INK4c)和p19(INK4d)，它们均可特异性抑制CDK4/6，其原理是：上述CKI在CDK与周期素结合前与CDK结合形成稳定的复合物，阻止其与周期素D的结合。Cip/Kip家族包括p21(Waf1/ Cip1)、p27(Cip2)和p57(Kip2)，可以广泛地作用于CDK-cyclin复合物并抑制它们的活性，特别是G1期的CDK4/6-cyclinD复合物。CKI受胞内外的信号分子调节，比如，p21通过结合抑制增殖细胞核抗原(PCNA)而抑制DNA的合成，且p21是抑癌基因p53的下游信号分子，因为p21基因的启动子含有p53结合域，所以p53可以转录激活p21基因。而p15和p27的表达和激活可被转化生长因子TGF-β增强，通过多种途径抑制细胞周期进程。
2.3 CDK-cyclin复合物的底物
CDK被激活后，通过磷酸化靶蛋白，从而引起细胞周期的改变。最受关注的是CDK4/6-cyclinD 复合物的底物视网膜母细胞瘤蛋白(retinoblastoma protein，pRb)。G1期早期，pRb被磷酸化，继而引起其与组蛋白脱乙酰基蛋白(HDAC)形成的复合物被破坏，其中的转录因子E2F和DP-1被释放出来，正反馈调节某些基因的转录，这些基因的蛋白产物，如周期素A、周期素E和Cdc25等，都是细胞在S期进程所必需的[2]。此外，CDK2-cyclinE复
合物参与pRb高磷酸化状态的维持。在G
1
/S转换点，CDK2-cyclinE复合物还磷酸化p27蛋白，诱导其降解。核蛋白NPAT同时也可被CDK2-cyclinE磷
酸化激活，NPAT蛋白峰值一般出现在G
1
/S转换点，推测其可能在细胞进入S期的过程中发挥主要作用[3]。组蛋白H1是CDK2-cyclinE和CDK1-cyclinB 的共同底物，CDK1-cyclinB还可以磷酸化细胞骨架蛋白，如核纤层蛋白(nuclear lamins)、微管、波形纤层蛋白(vimentin)和钙调结合蛋白(caldesmon)，从而对染色体集聚、核膜解体、中间丝解聚及微丝的重组有重要作用。周期素A依赖的激酶通过磷酸化DNA多聚酶α调节DNA复制的起始过程。其他CDK底物包括CDK自身调节因子Wee1和Cdc25，都是保证正确的有丝分裂过程必不可少的[4]。
2.4 细胞周期的调节激酶
2.4.1 PLKs激酶 PLKs是以已建立的丝氨酸/苏氨酸激酶家族成员——果蝇polo基因产物而命名的。所有的PLKs均有一个非常相似的N末端激酶区和一个位于可调控C末端结构域的保守序列——polo盒子。PLKs在整个细胞周期进展中表现为一种动力学定位，其中包括在有丝分裂早期的着丝粒和中心体定位、纺锤体定位和后期的胞质分裂位点的定位。从此种动力学定位模式推断，PLKs在多个有丝分裂过程中发挥了重要的调节作用，包括有丝分裂早、中、后期的启动和胞质分裂。PLKs控制有丝分裂的启动通过磷酸化Cdc25C和周期素B，继而激活Cdk1/cyclinB激酶复合物。PLKs也可控制染色质间粘着力的丧失和中心体成熟，引起双极纺锤体形成。在有丝分裂后期，PLKs通过对含有一个环指区并有泛素连接酶活性的APC/C(anaphase-promot-ing complex/cyclone，APC/C)亚单位的磷酸化激活APC/C，后者引起PLKs的泛素化降解。在此期对PLKs功能的破坏，会导致细胞周期蛋白降解受阻
表2 CKI单独与CDK结合或与CDK-cyclin复合物结合以调节CDK的活性
CKI家族功能家族成员INK 4家族抑制CDK4/6的活性p15(INK4b)
p16(INK4a)
P18(INK4c)
P19(INK4d) Cip/Kip家族抑制G
1
期的cyclin-CDK p21(Waf1, Cip1)
复合物以及cyclin B-CDK1p27(Cip2)
的活性p57(Kip2)
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和有丝分裂的持续进行。PLKs也可直接参与胞质
分裂机制，因为分裂酵母缺失plo1基因后，细胞不能形成胞质分裂所必需的肌动蛋白环和隔膜；且果蝇polo基因突变体在精子生成过程中表现为严重的胞质分裂缺陷[5]。PLKs在有丝分裂进展不同阶段的重要作用，使它们成为检查点机制调节的绝好靶点；另外，通过磷酸化细胞周期的其他调节蛋白，如p53，对S、G
2
/M检查点均有不同程度的调控作用[6~8]。另有研究表明，PLKs通过磷酸化polδ亚单位，还参与DNA的损伤修复[9]。
2.4.2 Aurora激酶 Aurora激酶是由一系列高度保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族成员组成的。在哺乳动物中发现三种Aurora激酶的同源蛋白，分别称为Aurora A、B和C。Aurora A和B在有丝分裂过程中至关重要，而Aurora C只在纤毛和鞭毛运动的调节中发挥作用[10]。Aurora A和B在细胞内的定位不同，Aurora A在S期定位于中心体，到有丝分裂时，Aurora A除了主要集中于纺锤体两极的中心体上，还可在纺锤体的微管上检测到。而Aurora B在有丝分裂前期定位于染色体上，在前中期和中期集聚于中心体，到后期启动时就定位于纺锤体，在胞质分裂中发挥作用。两者的作用与它们的定位是一致的：Aurora A调节纺锤体的组装，而Aurora B调节染色体的分离和胞质分裂[11]。
3 细胞周期的质控：细胞周期检查点
到目前为止，DNA损伤检查点和纺锤体组装检查点机制已被部分阐明。已知DNA损伤后，激活了相应的检查点机制，使细胞周期进程延缓或停滞，目的是修复损伤的DNA。细胞周期检查点主
要在4个时期发挥作用：(1)G
1
/S期检查点，在酵母中称Start点，在哺乳动物中称Restriction point；
(2)S期检查点；(3)G2/M期检查点；(4)中/后期检查点，又称纺锤体组装检查点。
在G
1
/S检查点，DNA损伤引起p53依赖的周期阻滞。正常细胞内p53的水平通常很低，DNA损伤刺激引起p53的表达和活性迅速升高。p53可引起多种基因转录，如p21、Mdm2和Bax[12]。如前所述，p21是一种细胞周期抑制蛋白，通过抑制CDKs导致细胞周期阻滞，阻止损伤DNA的复制。Mdm2的作用是通过负反馈环调节p53蛋白水平，它可以结合并抑制p53的转录活性，有利于其通过泛素依赖的蛋白水解途径降解。其他蛋白，如p19 (ARF)蛋白，由ARF-INK4所编码，可与Mdm2结合，阻止Mdm2介导的p53蛋白水解作用[13]；但细胞严重受损，损伤的DNA无法修复时，p53通
过激活某些基因的转录，如Bax、Fas和参与氧化应激反应的相关基因，诱导细胞凋亡[14]。
有些蛋白激酶可以识别DNA损伤，如ATM和ATR，DNA损伤后它们能够磷酸化p53，进而引起p21表达升高，至少在G1/S检查点延缓了细胞周期的进程[15]。DNA-PK是一种与ATM和ATR有关的双链DNA断裂修复酶，但是否在G
1
/S检查点中发挥作用目前仍不清楚[16]。
S期DNA损伤的检查点机制尚不明确，但研究表明，DNA链复制的起始和延长过程都可以受到抑制，也有研究显示，S期阻滞需要ATM介导的NBS1的磷酸化作用[17]。
当DNA损伤出现在G
2
期时，引起细胞周期阻滞，此作用可以不依赖于p53蛋白。细胞可以通过抑制CDK1的脱磷酸化作用，使其处于抑制状态；或者通过将CDK1-cyclinB1复合物滞留在胞浆中，使其不能进入细胞核发挥作用，故阻止细胞进入有丝分裂期。Chk1(checkpoint kinase 1，chk1)和Chk2 (checkpoint kinase 2，chk2)对于上述作用的实现至关重要。Chk1/2是DNA损伤后，以ATM依赖的方式被激活的，可磷酸化Cdc25，使Cdc25的自身活性被抑制，加速了它与14-3-3蛋白的结合，复合物定位于胞浆中，所以阻止了CDK1-cyclinB复合物的激活和有丝分裂的进行。除了CDKs的磷酸化
抑制作用外，p53也可以在G
2
/M检查点的调节中发挥作用。DNA损伤后，p53表达增强，引起p21和14-3-3σ表达上调，周期素B与14-3-3σ结合增强，周期素进入核内受阻。另外，p53通过诱导表达Gadd45——周期阻滞和DNA损伤诱导因子，加速CDK1-cyclinB1复合物分解[18]。
纺锤体组装检查点的作用是监测纺锤体形成过程中染色体不正确的组合，在有丝分裂中期引发周期阻滞，以阻止有丝分裂后期启动、胞质分裂和DNA再复制，此现象最初是在出芽酵母中发现的。几种哺乳动物纺锤体检查点相关蛋白最近也被广为研究，如Mad和Bub蛋白在微管黏附作用缺陷时被激活，抑制有丝分裂后期启动复合物(anaphase pro-moting complex, APC)，阻止有丝分裂中后期的周期进展[19]。进一步研究认为，胞质分裂是细胞分裂最后一步，可认为存在检查点机制，称为胞质分裂检查点或收缩环检查点(contractile ring checkpoint)，主要控制向中央延伸的肌动蛋白环以及隔膜的形成和完整性，故可延缓细胞核分裂。在细胞动力学结
322生命科学第17卷
构紊乱时，此检查点使细胞成为含2个G
2
期核周期阻滞的细胞，该现象在酵母和高等真核细胞系统均存在[20]。
4 结语
细胞周期的运转由多种机制控制，以确保细胞分裂的有序进行。本文主要集中于某些机制的探讨，如周期素和CDK抑制蛋白对CDKs的调节，DNA损伤后细胞周期检查点作用以及PLKs和Aurora 激酶对细胞周期检查点的调节。细胞周期各项指标的正常运行对细胞的生长、增殖起着重要的调控作用，阻滞细胞周期的正常运转已成为药物作用的新靶点，运用于肿瘤或其他疾病的治疗，需要我们进一步研究明确。
[参 考 文 献]
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·简讯·
我国率先解析和“呼吸”密切相关的膜蛋白复合体三维结构中国大陆科学家论文25年来首“登”Cell杂志
近日，我国科学家在世界上率先解析了线粒体膜蛋白复合物II的精细结构，填补了线粒体结构生物学和细胞生物学领域的空白，成为线粒体呼吸链研究领域的一个新的里程碑。这一研究成果于2005年7月1日发表在Cell杂志上，这是25年来我国大陆科学家第一次将完整、系统、原创的研究成果发表在Cell 上。这项完全立足于“本土”取得的研究成果，发现并证实了这一和呼吸氧化作用密切相关的膜蛋白复合体是一个“穿膜蛋白复合物”，而不是传统教科书描述的“外周膜蛋白”，从而“纠正”了一直以来存在于生物化学和细胞生物学教科书中的传统认识。
摘自http: //https://www.wendangku.net/doc/442532598.html,
【细胞分子生物学】第六章 细胞周期及其调节
第六章细胞周期及其调节 细胞增殖(cell proliferation)与细胞生长分裂周期． 第一节细胞周期 一、细胞周期(cell cycle)：指亲代细胞分裂结束到子代细胞分裂结束所经历的过程，这个过程所需的时间称为细胞周期时间。 细胞周期由G1、S、G2和M期组成(G1、S和G2期又合称为分裂间期)。 G1(Gap1)期：DNA合成前期(复制前期)，从上次有丝分裂完成到DNA复制之前的阶段; S期：DNA复制期; G2期：合成后期，从DNA复制完成至有丝分裂开始; M期：有丝分裂(Mitosis)期，包括核分裂和胞质分裂． M期结束后形成两个新的子细胞。 注：①不同细胞的细胞周期时间不同，一般S+G2+M期较恒定，而G1期变化较大，因而它决定了细胞周期时间的长短； ②G1期细胞有三种可能的趋向：1)进入S期(即进入细胞周期)．2)处于静止期即Co期(在一定条件下可重新进入增殖周期)，3)分化、衰老、凋亡。 二、细胞周期中各时相的主要生化事件 细胞周期中每期都有其特殊功能，其中S期的DNA复制和M期细胞核的有丝分裂是细胞周期中2个最关键的过程： 1、G1期：为DNA复制作准备，G1早期合成各种RNA、结构蛋白和酶等，细胞通过一 1
个限制点(restriction point，R点)后在G1后期合成DNA复制有关的蛋白和酶。 在开始合成DNA之前有一个关卡(checkpoint)，检查染色体DNA是否有损伤，如有则先要进行修复。 2、S期：DNA(包栝端粒)的复制及组蛋白合成、核小体装配．S期后每一染色体复制成2个染色单体· S→G2期关卡：检查DNA复制是否完成 3、G2期：为有丝分裂作准备．有RNA和非组蛋白合成。 4、M期：染色体浓缩一仿锤体形成→染色体分离并移向细胞两端→染色体解聚，形成两个新核→胞质分裂。 第二节周期素依赖性蛋白激晦与细胞周期调节 周期素依赖性蛋白激酶(cyclin-dependent kinases，CDKs) 通过使特异底物磷酸化调节细胞周期进行，其活性依赖与周期素(cyclin)结合形成复合物。 一、周期素-周期素依赖性蛋白激酶 周期素家族和周期素依赖蛋白激酶(CDK)家族． 细胞周期的不同时相表达不同cyc-CDK，这些cyc-CDK复合物在各不同的细胞周期过渡点起作用． 1、G1期cyc-CDK G1期表达的周期素为周期素C、D（D1、D2、D3)和E。 D族周期素主要与CDK4(以及CDK2、CDK5、CDK6)结合成活性的蛋白激酶复合物，对细胞通过R点(G0→G1过渡有重要作用。 E族周期素与CDK2形成复合物。 cycE-CDK2复合物调控G1→S过渡。 2
浅谈细胞周期调控
浅谈细胞周期调控 朱春森 摘要：近年来有关细胞周期调控机制研究进展较快，细胞周期调控可分为G1期调控和非G1期调控。在G1期调控中，细胞周期蛋白依赖性激酶复合体CDK激活后,通过Rb蛋白和转录因子启动基因转录。P16、p21、p15等蛋白通过抑制CDK的活性而发挥作用。P53蛋白和ｍｄｍ2蛋白协同调节细胞周期活动。细胞周期的停滞或细胞凋亡对维护基因组稳定有重要意义。 关键词：细胞周期调控 Cyclin CDK CDI 调控机制 细胞周期调控是指各种调控因子通过自身的激活和灭活,使细胞启动和完成细胞周期重要事件,并保障这些事件按次序正常进行。细胞周期调控对维护基因组的稳定有着重要的意义。 1. 细胞周期调控的分子基础 细胞周期调控的分子基础包括细胞周期蛋白(Cyclin)、细胞周期蛋白依赖蛋白激酶(CDK)和细胞周期蛋白依赖蛋白激酶抑制物(CDI)。它们分别包括CyclinA、CDK17和ｐ21、ｐ27、ｐ18等,ｐ53和视网膜母细胞瘤蛋白(pRb)也参与细胞周期调控。 1.1 Cyclin 周期蛋白不仅仅起激活CDK的作用，还决定了CDK何时、何处、将何种底物磷酸化，从而推动细胞周期的前进。目前从芽殖酵母、裂殖酵母和各类动物中分离出的周期蛋白有30余种，在 脊椎动物中为A 1-2、B 1-3 、C、 D 1-3 、E 1-2 、F、G、H等。分为G 1 型、G 1 /S型S型和M型4类（见表 1）。各类周期蛋白均含有一段约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。 表1不同类型的周期蛋白 *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 1.2 CDK CDC2与细胞周期蛋白结合才具有激酶的活性，称为细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK)，因此CDC2又被称为CDK1，激活的CDK1可将靶蛋白磷酸化而产生相应的生理效应。这些效应的最终结果是细胞周期的不断运行。因此，CDK激酶和其调节因子又被称作细胞周期引擎。目前发现的CDK 在动物中有7种。各种CDK分子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。 1.3 CDKI CDKI家族即细胞周期蛋白依赖激酶抑制剂家族，目前发现的CDKIS按其结构和功能不同分为两类:一类为INK4(Inhibito:of CDK4)家族，包括pl6、pls、p18、p19四名成员，其蛋白结
细胞周期调控
2001年诺贝尔生理学和医学奖
细胞周期调控 一、背景介绍 2001年诺贝尔生理学医学奖授予美国西雅图弗瑞德·哈钦森癌症研究中心的Leland H Hartwell、英国伦敦皇家癌症研究基金会的Sir Paul M. Nurse和R. Timothy Hunt，以表彰获奖者们在细胞周期调控方面的卓越发现和贡献。 Leland (1939年生)在上世纪60年代末便认识到用遗传学方法研究细胞周期的可能性。他采用啤酒酵母细胞建立系统模型，经过一系列试验，分离出细胞周期基因发生突变的酵母细胞。Hartwell和其他科学家相继发现了100多种与细胞周期调控相关的CDC基因族。其中，Hartwell发现的CDC28调控细胞周期G1期进程的第一步，故又称为“start”基因。另外，Hartwell在研究酵母细胞对辐射的敏感性基础上，提出了著名的“checkpoint”概念，即当DNA受损时，细胞周期会停止。这一现象的生理意义在于，在细胞进入下一个细胞周期之前能有足够的时间进行DNA修复。后来，Hartwell将“checkpoint”的概念扩展到调控并保障细胞周期各期之间的正确顺序。 Sir Paul (1949年生)继Hartwell之后在70年代中期采用非渊粟酒裂殖酵母细胞为模型，发现了cdc2基因在细胞分裂(从G2期到有丝分裂期)调控方面起重要作用。后来，他发现cdc2与Hartwell在啤酒酵母中发现的“start”基因相同，还可调控从G1期到S期的转变。因此，cdc2基因可调控细胞周期的不同阶段。 1987年，Nurse分离出人类的相应基因——CDK1。Nurse发现CDK的活性依赖可逆性的磷酸化反应。基于这些理论，又有一些人类的CDK分子相继被发现。R. Timothy Hunt(1943年生)在80年代早期发现了第一个周期蛋白分子。周期蛋白是一种在细胞周期中周期性产生和降解的蛋白质。周期蛋白与CDK分子结合，调节CDK的活性。Hunt首先发现，在海胆细胞中周期蛋白在细胞周期中会发生周期性的降解，这是调控细胞周期的重要机制。Hunt在其他物种中也发现了周期蛋白，这些周期蛋白在进化过程中高度保守。 3位诺贝尔奖获得者创建了细胞周期调控的分子机制。CDK分子的含量在细胞周期中是恒定的，但是它的活性却因周期蛋白的调控作用而不同。周期蛋白和CDK分子共同驱动细胞周期从一期到另一期的转变。 二、细胞周期简介 细胞周期又称细胞分裂周期，是指细胞从一次分裂结束到下一次分裂结束所经历的全过程。分为G1期、S期、G2期和M期。其中，从有丝分裂完成到DNA复制前的间歇时间称为G1期，是细胞生长和DNA合成准备时期。当细胞进入G1期后，细胞开始合成生长所需的RNA、蛋白质、糖类、脂质等，同时其体积在此期逐渐增大。DNA复制的时期为S期，DNA的含量在此期增加一倍。而从DNA复制完成到有丝分裂开始的这段间歇称为G2期，此时细胞合成
细胞周期调控与肿瘤发生
细胞周期调控与肿瘤发生 细胞周期(cell cycle)是细胞生命活动的基本过程,指从细胞分裂结束开始,到下一次细胞分裂结束为止的过程,DNA合成和细胞分裂是细胞周期的两个主要事件。在进化过程中,细胞发展并建立了一系列的调控机制,以确保细胞周期严格有序地交替和各时期依次有序变更。细胞的调控机制主要以蛋白质的相互作用为基础，以信号传递引起一系列级联反应为主要过程，以对整个过程的监督和控制为主要表现形式。 人们对细胞周期的调控是从MPF的发现开始的。最初，人们对MPF有以下两种解释： 1、细胞分裂期（M期）细胞中的一种能够使染色体凝集的因子，称为细胞促分裂因子（mitosis-promoting factor,MPF）或M期促进因子(M-phase-promoting factor,MPF) 。 2、成熟的卵细胞中的一种可以诱导卵母细胞成熟的物质，称为卵细胞促成熟因子（matuation-promoting factor,MPF）。 但是，随着对MPF的深入研究，科学家又给出了新的解释：MPF是一种能够 /M转换的周期蛋白激酶，含有两个亚单位，一个是催化促进细胞有丝分裂或G 2 亚单位，一个是调节亚单位。催化亚单位的激酶活性要通过与调节亚单位的结合才能体现出来。MPF的调节亚单位就是细胞周期蛋白（cyclin）。 cyclin是一类随细胞周期变化周而复始出现和消失的蛋白质。目前，人们已相继克隆和分离数十种cyclin，这些不同的cyclin在细胞周期中表达的时期不同，执行的功能各异。但各种周期蛋白之间有共同的结构特点，即均含有一段约100个氨基酸残基的保守序列，称为周期蛋白框（cyclin box）。周期蛋白框介导cyclin与CDK（周期蛋白依赖性蛋白激酶）的结合，不同的周期蛋白框识别不同的CDK，组成不同的周期蛋白-CDK复合体，表现不同的CDK激酶活性。M 期cyclin白分子的近N端含有一段9个氨基酸组成的特殊序列，称为破坏框 期cyclin分（destruction box），参与泛素介导的周期蛋白A和B的降解。G 1 期cyclin的更新有关。 子的C端含有一段特殊的序列，可能与G 1 而周期蛋白依赖性蛋白激酶（cyclin-dependent kinase，CDK），是蛋白质激酶家族中的一员，有三个重要的功能域，其中第二功能域结合cyclin，和cyclin协同作用，是细胞周期调控中的重要因子。CDK可以和cyclin结合形成异二聚体，其中CDK为催化亚基，cyclin为调节亚基，不同的cyclin-CDK复合物，通过CDK活性调节不同底物磷酸化，从而实现对细胞周期的调控。 在细胞周期中，CDK激酶的活性受到多种因素的综合调节。cyclin与CDK 的结合是CDK激酶活性的必要条件和先决条件，但并不是充分条件。如果仅仅是cyclin和CDK的结合，并不能激活CDK激酶的活性，因为激酶活性的体现还需要激酶本身的修饰（如磷酸化和去磷酸化）及一些细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子（CDK inhibition,CDKI，可以通过抑制CDK激酶的活性，对细胞周期起负调控作用）的去除等。 细胞周期是一个高度有序的运转过程。如前所述,它的正确运转是在适宜的环境中通过对cyclin-CDK复合物的活性进行精确调控来实现的。cyclin、CDK 的异常表达、CDK抑制因子的缺失等都将使细胞周期发生紊乱,细胞的增殖失控,最终发生癌变。 肿瘤是一类以细胞生长和增殖失控为主要特征的疾病,细胞在增殖、分化和