细胞增殖分化的分子机制

第九章细胞增殖分化的分子机制第一节细胞增殖的分子基础增殖：由细胞生长和细胞分裂而导致的细胞数目增加的生命现象。受生长因子调控 一生长 生物体的生长的含义 细胞数目增多(cellproliferqtion) 细胞体积增大(cellenlargement) 细胞外基质的合成(cellaccretion)细胞生长的三种方式二细胞周期(以真核细胞为例) 细胞周期时相(metaphase) 间期(interphase) G1 S G2 分裂期 前 中 后 末细胞周期示意图多数哺乳动物细胞的细胞周期为10-30小时三细胞周期蛋白与细胞周期依赖性蛋白激酶 （一）细胞周期蛋白 功能:参与细胞周期调节，保证不同时相转换 成员：为一大家族，有十多个成员 （二）细胞周期依赖性蛋白激酶（CDK） 功能：单独无活性，与细胞周期蛋白结合被激活 可以认为： Cyclin+CDK=有酶活性的蛋白复合体 Cyclin为复合体的调节亚基（浓度随细胞周期变化） CDK为复合体的催化亚基 （三）细胞周期蛋白的降解 经泛素化途径 泛素ubiquitin76aa8.5K高度保守 泛素化步骤 泛素激活酶E1利用ATP,与泛素结合→泛素活化 泛素从E1转换到泛素结合酶E2 E3识别cyclin,E2将泛素转给cyclin使之泛素化 被泛素化的蛋白质在26S的蛋白酶体中降解四时相转换关卡 三个关键转折点(checkpoint)决定细胞周期的单向性，即不可逆。 G1-S关卡：进入DNA合成期 在酵母中称为起点(startpoint) 在哺乳动物中称为限制点(restricionpoint) G2-M期关卡：进入有丝分裂期 决定有丝分裂的开始 M后期：细胞质分裂G1-S：细胞进入G1期（DNA合成） 1cyclinD：与CDK4和CDK6结合，使后者磷酸化而活化 静止期不达 受生长因子作用表达 三亚型（D1-3），半寿期短 2cyclinE：与CDK2和CDK3结合，使后者磷酸化而活化 表达晚于cyclinD CDK2调节复制开始，也可结合并激活cyclinA和A1 3转录因子E2F：受cyclinD和cyclinE与CDK复合物激活，促进DNA合成相关基因表达，进而合成DNA Cyclin-CDK复合物→E2F-Rb复合物→Rb磷酸化→E2F释放→（自身、CDK2、cyclinE合成）→更多E2F释放（正反馈）→通过G1-S关卡 4cyclinA:保证细胞分裂所产生的两个子细胞含有同样的基因组，每一个DNA复制起点在每一个S期中只能复制一次（二）G2-M：细胞进入M期（分裂期） 有丝分裂的CDK复合体在S期和G2期合成，在DNA合成完成前无活性 CyclinB-CDK1复合体又称促有丝分裂因子（MPF）：调节真核细胞有丝分裂启动 MPF被激活后的作用 染色质致密化 核膜破裂 纺锤体组装 染色体在中期板排裂 激活细胞分裂后期促进复合体（APC）-介导后期抑制因子泛素化，灭活连接中期姐妹染色体的蛋白复合体三细胞周期蛋白激酶抑制因子 又称CDK抑制蛋白 分两个家族： INK4(激酶4抑制因子)：有p15、16、18、19。识别CDK4和CDK6，阻断细胞周期 CIP/KIP：p21、27、57：有CDK抑制功能域，阻断细胞周期 五生长因子 具有调节细胞生长和分化作用的信号分子,通过其特异受体,经信号转导最终作用于细胞增殖相关基因,以影响细胞的生长与分化. 大多数为多肽类的旁分泌信号分子,均具有调节靶细胞生长分化的作用 NGF---第一个被发现的生长因子(1948) EGF---获诺贝尔生理学和医学奖(1986)生长因子的细胞来源及作用方式 来源 多种不同组织和细胞,有各自的靶细胞 作用方式 自分泌---作用于自身 旁分泌---作用于邻近细胞生长因子的生物学效应 促进细胞生长,分化,促进个体发育. 有些生长因子具有双重调节作用或负调节作用. 生物学效应 取决于细胞内的信号通路取决于是否存在相应受体 一种细胞可受不同生长因子调节 如成纤维细胞 EGF 胰岛素样生长因子(IGF) FGF(成纤维细胞生长因子) 不受HGF(肝细胞生长因子)调节 一种细胞因子可作用于不同细胞 如内皮素 作用于内皮细胞 脑,垂体的神经内分泌也有作用 同一生长因子对不同细胞的作用不同 如HGF 促进正常肝细胞生长,抑制肝癌细胞增殖. 主要的肽类生长因子家族 神经生长因子家族(NGF) 表皮生长因子家族(EFG) 转化生长因子β家族(TGFβ) 胰岛素样生长因子家族(IGF) 抑素生长因子受体 (1)蛋白酪氨酸激酶受体 EGF受体 FGF受体 PDF受体 HGF受体 VEFG受体 胰岛素受体 (2)丝/苏氨酸蛋白激酶受体 TGFβⅠ,Ⅱ型受体 骨形成蛋白受体 (3)与蛋白酪氨酸激酶(JAK)偶联的受体 白细胞介素类细胞因子生长因子与疾病 细胞异常增生性疾病 肿瘤 炎症 心血管疾病生长因子在疾病治疗中的应用 (1)直接利用生长因子促进细胞增殖与分化 NGF用于外周神经损伤,视神经损伤,脑缺血疾病,末梢神经炎,脑功能发育不全等 EGF,PDGF,TGFβ,bFGF等可用于创伤,烧伤,溃疡 VEGF促进血管形成而用于心脑血管疾病治疗 (2)在肿瘤诊断及治疗中的应用 HGF抑制肝癌细胞生长 NGF抑制神经源性肿瘤细胞生长 IGF2用于肝癌指标第二节细胞分化的分子机制 细胞分化 渐进过程 贯穿生命的全过程 细胞定向或细胞决定 细胞发育在某些关键时刻被定向 被定向的细胞最终发育为成熟细胞 不能从一种细胞轨道跳跃到另一细胞轨道 细胞分化是一个非常复杂的过程,有多种细胞信号分子参与 细胞外信号网络 细胞所处微环境的细胞生长因子 邻近细胞表面分子 细胞内信号网络 细胞接受细胞外信号的受体及信号转导分子对生长分化及某些疾病有关Wnt为分泌型糖蛋白膜受体低密度脂蛋白相关受体糖原合酶激酶3βAPC:细胞分裂后期促进复合体T细胞因子与定向发育有关---通过旁抑制效应CSL:DNA结合蛋白二胚胎干细胞分化具有全能性 全能性(totipitency) 能够分化形成生物个体内全部不同类型细胞的能力.受精卵及早期的胚胎细胞都具有全能性. 多能性(pluripotency) 能够分化为体内大多数细胞类型的能力. 胚胎干细胞(embryonicstemcell) 最早期的未分化细胞 具有全能性 当受精卵分裂发育成囊胚时,将内细胞团分离并进行培养,在一定条件下,这些细胞既可在体外”无限期”地增殖传代,同时还保持其全能性. 不对称分裂 指细胞在分裂过程中,子细胞有差异的继承亲代细胞的物质和特性,一个细胞保持亲代细胞的特征,另一个细胞被定向分化的现象. 对称分裂 指子细胞平等继承亲代细胞的物质和特征,在条件合适的情况下进行快速的无限扩增. 全能性及多能性的维持 外部信号:包括各种细胞因子 内部决定因素:包括各种转录因子三成体细胞的横向分化 横向分化(transdifferentiation) 又称团分化.通常指一种已经分化的细胞类型不可逆地转化为另外一种正常分化的细胞类型.转分化前后的细胞在形态上和分子水平上都有明确的特征以示区别. 转分化拌有不同基因的关闭或启动.也就是基因组活动的重新编程(reprogramming). 成体干细胞(adultstemcell) 指存在于已经集分化的组织中但自身尚未完全分化,且具有自我更新,在特定条件下能够进一步分化的细胞.人体几乎所有组织都存在成体干细胞. 诱导性多能干细胞(inducedpluripotentstemcell,ips) 通过表达某些转录因子(如Oct3/4,Sox2,c-myc,klf4)将已分化的成体细胞(如小鼠的成纤维细胞)逆转到细胞分化前的状态,从而获得功能上与胚胎干细胞类似的诱导性多能干细胞.四再生医学---regenerativemedicine 再生医学是一门通过研究机体正常组织特征与功能,损伤修复与再生机制,进而寻找有效的生物治疗方法,促进机体自我修复与再生,或构建新的组织与器官,以改善或恢复损伤组织和器官功能的科学.