细胞周期的调控途径

　　【来源/作者】北纳创联 

　　细胞周期控制系统中的各种蛋白作用于这些检验点，从而控制细胞继续留在细胞周期中．或暂时或永久退出细胞周期。当然，这种控制还受到许多其他因素的影响或调节：

　　(1)周期蛋白控制在生长因子刺激下，G₁期细胞中表达出周期蛋白D，并与CDK4、CDK6结合，使下游的蛋白质如Rb蛋白磷酸化，磷酸化的Rb释放出转录因子E2F，促进许多基因的转录，如编码周期蛋白E、A和CDK1的基因，细胞也从G₂期的较早阶段进入较后阶段(图10—42)。

　　

　　在G，S期，周期蛋白E与CDK2结合，促进细胞通过G₁／S检验点而进入s期。支持运一判断的实验证据是：向细胞内注射周期蛋白E的抗体能够使细胞停滞于G₁期，说明细胞进入S期需要周期蛋白E的参与。还发现：将周期蛋白A的抗体注射到细胞内，也能抑制细胞的DNA合成，所以可以推测周期蛋白A也是DNA复制．即进入S期所必需的。

　　在G₂一M期，周期蛋白A、周期蛋白B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等下游细胞周期事件。

　　(2)ATM(ataxia telangiectasia—mutated gene)控制 ATM是与DNA损伤检验有关的一个重要基因。最早发现于毛细血管扩张性共济失调症患者。人类中大约有1％的人是ATM缺失的杂合子，表现出对电离辐射敏感和易患癌症。ATM基因正常的细胞经放射处理后，DNA损伤会激活修复机制，如DNA不能修复则诱导细胞凋亡，总之不会形成变异的细胞。

　　ATM编码一个蛋白激酶，结合在损伤的DNA上，能使某些蛋白质磷酸化，阻断细胞周期。其信号通路有两条。一条是激活chk1(checkpoint kinase)蛋白，激活的Chk1引起CDC25的Ser 216磷酸化，通过抑制CDC25的活性，抑制M—CDK的活性，使细胞周期中断。另一条是激活Chk2，使P53被磷酸化而激活，然后P53作为转录因子，导致P21的表达，P2l抑制G1一S期CDK的活性，从而使细胞周期阻断。

　　(3)DNA复制的控制在整过细胞周期中，散布在染色体上的起始复制点(origins of replication) (即自主复制序列)上结合了起始识别复合体(origin recogllition complex．ORC)，供其他调节因子停靠。而CDC6作为其中的一个调节因子，在G1期含量瞬间提高．并结合在ORC上。依靠ATP水解提供的能量，促进6个亚单位构成的MCM复合体，实际上就是DNA解旋酶(helicase)以及一些其他蛋白结合到ORC上，形成前复制复合体(pre—replicative complex， pre—RC)。

　　接下来，S—CDK将CDC6磷酸化，使其脱离ORC，磷酸化的CDC6随后被SCF参与的泛素化途径降解；S-CDK还可以将某些McM磷酸化，使其被输出细胞核。触发pre-RC的启动，其他一些CDK也参与阻止pre-RC的再次形成，同时阻止了DNA再次进行复制，从而保证了DNA的复制一次且仅复制一次(图10一43)。

　　

　　

　　这一控制过程实际上还涉及到S期与M期的衔接(coupl-ng)，这种衔接发生在G2期检查点上，以防止有丝分裂在S期完成之前开始，因此保证完全复制好的DNA才能被分配到子细胞，也保证了在每一个细胞周期中基因组只被复制一次。DNA一旦复制完成，控制机制会防止G2期细胞再次返回s期，而是强迫其进入M期，然后进入下一个细胞周期的G1期。

　　关于M期依赖于S期最早的证据来自于Potu Rao和R。ben Johnson在1970年进行的细胞融合实验：当s期细胞与G1期细胞融合时，S期的细胞核继续进行DNA复制，G1期细胞的核也立即开始复制DNA；而当s期细胞与G2细胞融合时．仅有来源于S期细胞的细胞核继续进行DNA复制。这一结果表明：G2细胞核在启动新一轮DNA复制之前，必须通过M期·进入G1期。否则，即使存在诱发DNA复制的细胞质因素，也无法启动DNA复制。

　　(4)M期CDK的激活M期CDK的激活起始于分裂期周期蛋白的积累。在胚胎细胞的细胞周期中，周期蛋白合成一直在进行。所以，其浓度就取决于其降解的速度。但在大多数细胞的有丝分裂周期中，周期蛋白的积累是因为在G2一M期M一周期蛋白基因转录的增强。

　　随着M周期蛋白的积累，结合周期蛋白的M—CDK(CDK1)增加，但是因为weel激酶将CDKl的Thrl4和Tyrl5磷酸化，CDK1没有活性。这种机制保证了CDK周期蛋白能够不断积累，然后在需要的时候突然释放。

　　在M期，一方面weel的活性下降，另一方面，CDC25可被polo激酶，或M—CDK本身激活．使CDK去磷酸化，解除了CDK活化的障碍。被激活的M—CDK还可以抑制weel的活性，形成一个反馈环。因此，只要有少量的CDK被CDC25或polo激活，立即就会有大量的CDK被活化。此外，CDK的激活还需要Thrl6l的磷酸化，它是在CDK激酶(CDK activatlng kinase CAK)的作用下完成的。

　　(5)生长因子对细胞增殖的影响 多细胞生物的细胞增殖主要取决于机体是否需要。“需要”这一信息的传递是通过细胞通信来实现的。目前发现的几十种生长因子，如表皮生长因子(EGF)、神经生长因子(NGF)等，基本上都是与细胞增殖有关的信号物质。其中,多数生长因子具有促进细胞增殖的功能，故又称有丝分裂原(mitogen)；少数具有抑制作用，如抑素(chalone)、肿瘤坏死因子(TNF)；还有个别的如转化生长因子β(TGF—β)等具有双重调节作用，能促进某一类细胞的增殖，同时抑制另一类细胞的增殖。

　　各种生长因子分子量大小不同。如：肝细胞生长因子(HGF)由674个氨基酸组成，内皮素仅由21个氨基酸组成。大多数生长因子仅由一条肽链组成，如EGF、TGF-a、FGF等，而PDGF、NGF、TGF一β、HGF等则由两条肽组成。

　　生长因子主要通过旁分泌作用于邻近细胞。生长因子的信号通路主要有：ras途径、cAMP途径和磷脂酰肌醇途径。如通过ras途径．激活MAPK，MAPK进人细胞核内，促进细胞增殖相关基因的表达。通过一种未知的途径激活c-myc．myc作为转录因子促进周期蛋白D、SCF、E2F等G1一S有关的许多基因表达，使细胞进入G1期(图10一44)。

　　

　　在适当生长因子存在的情况下，细胞通过检验点进入s期。而一旦通过检验点点，即使在没有生长因子进一步刺激的情况下，细胞也将忠实地进入s期和细胞周期的其他阶段。另一方面，如果在G₁期没有合适的生长因子存在，细胞周期的进程将停止在限制点。这样的细胞就进人细胞周期的静止期(G₀期)，直至由适当的生长因子或其他细胞外信号启动其增殖。例如，处于G₀期的皮肤成纤维细胞，受到创伤刺激，需要进行伤口的修复时才启动维胞分裂。这些细胞的增殖被血小板释放的血小板衍生生长因子启动。这些生长因子是在凝直过程中释放的，是受伤的组织周围的成纤维细胞进行增殖的信号。

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