细胞周期分子机制的成功探索——2001年诺贝尔生理及医学奖部分工作介绍

细胞周期是指连续分裂的细胞从一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂完成所经历的整个序贯过程.在这一过程中,细胞的遗传物质(DNA)经过复制平均分配到两个子细胞中.细胞周期中每一事件都是有规律、精确地发生,并且在时间与空间上受到严格调控.细胞周期中最关键的三类调控因子是：cdc基因、周期蛋白依赖性激酶(CDKs)及细胞周期蛋白(cyclin).这些调控因子的发现对肿瘤学及发育生物学的发展都有重要的理论和实践意义.     

Rho小G蛋白介导的细胞周期调控

Rho小G蛋白作为一个信号分子家族具有多样化的功能, 可以调节细胞骨架重排 、细胞迁移、细胞极性、基因表达、细胞周期调控等. Rho小G蛋白家族对细胞周期 调控的研究主要集中在其对于有丝分裂期细胞的调节作用,包括调节有丝分裂期前 期细胞趋圆化、后期染色体排列及收缩环的收缩作用.近期的研究显示,Rho小G蛋白及其效应分子对于细胞周期G1、S、G2期的调控主要是通过影响细胞周期的正调控因子细胞周期蛋白D1 (cyclin D1) 和负调控因子细胞周期蛋白依赖型激酶相互作用蛋白1及细胞周期蛋白依赖型激酶抑制蛋白27 (p21cip1/p27kip1) 进行的.本文总结了Rho小G蛋白及其效应分子在细胞周期调控,尤其是对G1/S期调控的研究进展,并简要阐述了Rho小G蛋白介导的细胞周期调控异常与癌症发生的关系.     

RAS蛋白在有丝分裂信号转导中的作用

致癌基因ｒａｓ编码的ＲＡＳ蛋白参与了多种细胞因子调控的有丝分裂过程。抗ＲＡＳ抗体能抑制细胞正常的有丝分裂。ｒａｓ基因转化的成纤维细胞ＮＩＨ３Ｔ３还具有在无血清和生长因子刺激下自发完成细胞周期的能力。在这种细胞中有活性氧的生成,抗氧化剂能抑制该细胞的有丝分裂。ＲＡＳ蛋白在有丝分裂的信号转导中参与了多条途径,是信号转导的重要组织者     

G蛋白偶联受体激酶5在有丝分裂中的作用

G蛋白偶联受体激酶（GRK）是G蛋白偶联受体（GPCR）信号通路的负性调节因子。近来的研究发现,GRK除了磷酸化G蛋白偶联受体使其脱敏外,还能与其他非受体底物结合,功能呈现多样性。GRK5是GRK家族成员之一,该研究探索了GRK5在细胞周期和有丝分裂中的作用,结果显示：在细胞内干扰GRK5的表达导致分裂中期的细胞数目增多和细胞凋亡。进一步的研究发现,干扰GRK5的表达导致有丝分裂中期的染色体不能正常排列到赤道板,而对分裂后期染色质分离以及胞质分裂没有影响。在细胞内干扰GRK蛋白家族的另一个成员GRK2对有丝分裂则没有明显影响。该研究提示GRK5是细胞有丝分裂的重要调控蛋白。     

周期蛋白和周期蛋白依赖性激酶及相关激酶抑制剂在细胞周期进程中的调控机制研究进展

在细胞发育过程中,细胞周期起着至关重要的作用。细胞周期进程主要受细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclin dependent kinase, CDK)、周期蛋白和内源性CDK抑制剂(cyclin-dependent kinase inhibitors,CKI)调控。其中,CDK是主要的细胞周期调节因子,可与周期蛋白结合形成周期蛋白-CDK复合物,从而使数百种底物磷酸化,调控分裂间期和有丝分裂进程。各类细胞周期蛋白的活性异常,可引起不受控制的癌细胞增殖,导致癌症的发生与发展。因此,了解CDK的活性变化情况、周期蛋白-CDK的组装以及CKI的作用,将有助于了解细胞周期进程中潜在的调控过程,为癌症与疾病的治疗和CKI治疗药物的研发提供基础。本文关注了CDK激活和灭活的关键事件,并总结了周期蛋白-CDK在特定时期及位置的调控过程,以及相关CKI治疗药物在癌症及疾病中的研究进展,最后简单阐述了细胞周期进程研究面临的问题和存在的挑战,以期为后续细胞周期进程的深入研究提供参考和思路。     

Bora在细胞功能调控中的作用和机制研究进展

Aurora蛋白激酶A及Polo样蛋白激酶1（PLK在）作为重要的细胞周期调节蛋白可参与调控纺锤体组装、有丝分裂等细胞进程,但其激活机制及在有丝分裂中的作用机制仍然不是很清楚。Bora作为Aurora蛋白激酶A的结合蛋白,在果蝇和脊椎动物中功能高度保守,其主要通过结合Aurora蛋白激酶A从而调节Aurora蛋白激酶A的活性、促进PLK1的磷酸化、调节纺锤体的组装以及调控细胞周期进程等。随着对Bora研究的深入,人们对AuroraA和PLK1的激活机制以及Bora、Aurora蛋白激酶A、PLK1三者对细胞的调控也有了进一步的认识。主要综述Bora在细胞功能调控中的作用和研究机制。     

不同温度下酿酒酵母细胞分裂周期蛋白Cdc5在有丝分裂中的分子动力学研究

[目的] 探究不同温度下酿酒酵母细胞分裂周期蛋白Cdc5蛋白在有丝分裂中的分子动力学变化。[方法] 本研究以酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）为材料,采用活细胞成像的方法,探究Cdc5蛋白在不同温度下在酿酒酵母有丝分裂过程中的精细分子动力学变化;通过测量OD₅₉₅绘制生长曲线图,看其宏观的分裂情况是否与微观下Cdc5蛋白的分子动力学变化一致;利用流式细胞术检测细胞的细胞周期变化的情况。[结果] 在胞质分裂时,Cdc5蛋白从母细胞进入子细胞,并在芽颈处发生聚集。25℃条件下细胞中Cdc5蛋白在芽颈处的聚集时间长,37℃条件下Cdc5蛋白在芽颈处聚集时间短,两者间存在显著差异;但两个温度下,细胞中Cdc5蛋白的表达量没有显著性差异。同时,温度也会影响Cdc5蛋白在降解过程中的动力学行为,包括Cdc5蛋白在母细胞与子细胞中荧光强度峰值出现的次数和时间。生长曲线结果显示,酿酒酵母单一细胞分裂周期的变化影响了其宏观的细胞生长,且酵母分裂速度越快,子细胞长宽比越小;细胞周期结果表明,37℃下Cdc5蛋白的动力学变化与酿酒酵母细胞周期变化一致,酿酒酵母细胞周期从G₀/G₁期进入S期,亦加速了酿酒酵母的分裂。[结论] 本研究首次探究了不同温度下酿酒酵母有丝分裂中Cdc5蛋白的精细分子动力学及对应的酵母的宏观生长情况,结果表明温度会对Cdc5蛋白的动力学产生影响,且其精细分子动力学与酿酒酵母的分裂速度成正相关,该结果为进一步研究其在细胞有丝分裂中的功能提供了前期研究基础。     

敲除 Sam68 基因导致白血病细胞系细胞生长迟缓和 G2/M 期延长

RNA 结合蛋白 Sam68 是细胞有丝分裂期 Src 酪氨酸磷酸化的靶蛋白 . 尽管确切机制尚不清楚,一些人还是认为 Sam68 可通过调控 RNA 的代谢参与细胞周期调控 . 利用基因打靶技术,在 DT40 细胞分离出 Sam68 基因缺失的细胞系 . 利用该细胞系,进行 Sam68 的功能解析 . 与野生型细胞系相比, Sam68 基因缺失细胞表现出明显的生长速度迟缓 . 通过细胞周期研究揭示 , 这些细胞生长速度延迟是由于细胞周期中的 G2/M 期延长 . 因为参与细胞周期 G2/M 期调控的周期因子 Cdc2 激酶的活性没有改变,所以提示 Sam68 不依赖于 Cdc2 激酶的活性参与细胞周期中 G2/M 期调控 .     

一组多功能的错配修复蛋白

错配修复蛋白是DNA错配修复系统中主要功能蛋白质,主要参与DNA复制过程中对错配碱基的识别和修复.近年来研究表明错配修复蛋白还参与DNA损伤信号的传递、细胞周期的调控、减数分裂和有丝分裂等.错配修复蛋白缺陷会增加患肿瘤的危险性或者直接导致肿瘤;由于错配修复蛋白参与了DNA损伤信号传递、周期调控,错配修复蛋白缺陷还会导致细胞对相关抗癌药物产生耐受.     

复制阻滞应激引发的ARTEMIS蛋白磷酸化调控CYCLIN E蛋白的稳定性

Artemis是1个具有多种生物学功能的磷酸化蛋白,它在基因毒性应激引发的细胞周期检测点调控中起重要作用,但其调控机制知之甚少.为了探讨UVC等DNA复制阻滞应激引发的Artemis磷酸化及蛋白表达水平对细胞周期蛋白 E的调控作用和调控机制.首先以Western印迹方法检测Artemis S516-645A突变细胞和Artemis表达降低细胞的细胞周期蛋白E的表达水平,发现ArtemisS516-645A突变细胞和多种Artemis siRNA转染细胞的细胞周期蛋白E表达水平均高于对照细胞.在此基础上,为分析细胞周期蛋白E表达受调控的分子机制,在稳定表达各种磷酸化状态Artemis的HEK-293细胞中导入外源性启动子转录驱动的细胞周期蛋白E表达质粒,发现表达Artemis S516-645A突变体的细胞中外源性的细胞周期蛋白E蛋白表达水平也高于野生型细胞.进一步的研究发现在Artemis蛋白表达降低的细胞中与泛素结合的细胞周期蛋白E减少而蛋白稳定性增加.本研究还发现Artemis蛋白对细胞周期蛋白E的调控过程是不依赖于p53和p21表达的.这些结果表明,Artemis S516-645A突变和Artemis表达降低都可以引起细胞周期蛋白E蛋白水平升高,该调控作用是在转录后水平发生的,可能是干扰了细胞周期蛋白E的泛素化介导的蛋白降解过程,并且该调控作用是独立于p53-p21信号通路的.     

复制阻滞应激引发的Artemis蛋白磷酸化调控细胞周期蛋白E的稳定性

Artemis是1个具有多种生物学功能的磷酸化蛋白,它在基因毒性应激引发的细胞周期检测点调控中起重要作用,但其调控机制知之甚少.为了探讨UVC等DNA复制阻滞应激引发的Artemis磷酸化及蛋白表达水平对细胞周期蛋白E的调控作用和调控机制.首先以Western印迹方法检测Artemis S516-645A突变细胞和Artemis表达降低细胞的细胞周期蛋白E的表达水平,发现ArtemisS516-645A突变细胞和多种Artemis siRNA转染细胞的细胞周期蛋白E表达水平均高于对照细胞.在此基础上,为分析细胞周期蛋白E表达受调控的分子机制,在稳定表达各种磷酸化状态Artemis的HEK-293细胞中导入外源性启动子转录驱动的细胞周期蛋白E表达质粒,发现表达Artemis S516-645A突变体的细胞中外源性的细胞周期蛋白E蛋白表达水平也高于野生型细胞.进一步的研究发现在Artemis蛋白表达降低的细胞中与泛素结合的细胞周期蛋白E减少而蛋白稳定性增加.本研究还发现Artemis蛋白对细胞周期蛋白E的调控过程是不依赖于p53和p21表达的.这些结果表明,Artemis S516-645A突变和Artemis表...     

CDC20在细胞分裂周期中的作用

CDC20是细胞周期相关蛋白之一。在细胞分裂周期中,CDC20是纺锤体组装检查点的靶向物和有丝分裂后期促进复合体的正调控因子,在引导细胞周期中某些蛋白质的泛素化降解和确保染色体正常分离的过程中起着重要的作用。     

MAPK对高等植物细胞分裂和生长的调节

综述了MAPKs参与植物细胞周期调控的最新进展 ,植物激素与MAPK ,MAPK与植物细胞有丝分裂 ,以及MAPK与植物细胞分裂和生长的调控等三方面 ,阐述MAPK参与调控高等植物细胞分化和有丝分裂的机制。     

细胞周期调控的研究进展

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。     

P53基因研究新进展

肿瘤抑制基因在肿瘤发生过程中有重要作用,其中P53基因最引现人注目,P53基因的突变与人类一半以上的肿瘤发生相关,P53基因参与细胞生长的负调控,研究发生P53基因编码的P53蛋白可通过调控Cipl基因表达而调控细胞生长,即P53蛋白可刺激Cipl基因产生分子量为21kD的蛋白,这种蛋白能够有效抑制某些促使细胞通过细胞周期进入有丝分裂的酶活性,从而抑制细胞生长,这就解释了为什么正常的P53基因的缺失可导致细胞的无限生长,此外,P53基因与DNA损伤药物诱导的细胞凋亡有关,与非DNA损伤药物诱导的细胞调亡无关。     

p53基因及其功能研究进展

p53基因是一种肿瘤抑制基因,野生型p53对细胞周期和细胞凋亡起重要作用。其编码的蛋白P53相对分子质量为53×103,可刺激Cipt基因产生相对分子质量为21×103的蛋白,该蛋白可以抑制促使细胞通过细胞周期进入有丝分裂的酶的活性,进而抑制细胞生长表达而调控细胞生长,对于预防和治疗胆管癌、肝癌、胃癌等疾病有重要作用。我们在此简要阐述国内外对p53基因及其编码产物的结构、作用机制、检测、功能等方面的研究进展。     

类Cyclin A蛋白在多头绒泡菌细胞周期中的定位研究

采用免疫电镜技术对多头绒泡菌(Physarum polycephalum)是否含有类CyclinA蛋白以及该蛋白在有丝分裂周期各时相的定位进行了研究;并以抗CyclinA抗体封闭细胞内源类CyclinA蛋白的方法,探讨类CyclinA蛋白在多头绒泡菌细胞周期中的作用。免疫电镜结果表明,经抗CyclinA抗体标记的实验组细胞中的金颗粒密度明显高于对照组,说明多头绒泡菌细胞中含有类CyclinA蛋白。实验组样品中,细胞核的金颗粒密度很高,而细胞质的金颗粒密度与对照组的相仿,说明多头绒泡菌细胞中的类CyclinA蛋白是核蛋白。细胞核的金颗粒密度在S期最高,G2期的次之,早中期时明显降低,中期和中期以后与对照组的相近。这种金颗粒密度的变化反映了类CyclinA蛋白在细胞周期中的含量变化。以抗CyclinA抗体分别处理S期和G2期的多头绒泡菌细胞,处理后的细胞分别停滞在原来的时相,细胞核形态变得不规则,核内有空洞现象。处于有丝分裂前期的多头绒泡菌细胞经抗CyclinA抗体处理后,细胞核出现畸变。抗体处理结果说明类CyclinA蛋白是参与多头绒泡菌细胞周期多个转换过程调控的种重要蛋白,主要在S期／G2期和G2期／M期的转换以及走出有丝分裂期的进程中发挥作用。     

植物细胞周期调控因子及其功能的研究进展

细胞周期调控因子能通过影响细胞周期对植物细胞的生长、分裂和分化产生作用,进而调节植物的生长发育。本文综述了近几年来植物细胞周期调控因子中细胞周期蛋白（cyclin,CYC）、周期蛋白依赖激酶（cyclin-dependent kinase,CDK）等的作用机理及研究进展,阐述了各调控因子在植物生长发育过程中的作用。     

Stathmin调控及与疾病的关系

Stathmin是细胞内重要的细胞周期相关的微管作用蛋白。在有丝分裂间期,Stathmin以有活性的去磷酸化形式存在,抑制微管聚合。当细胞进人分裂期,Stathmin被磷酸化失活,微管聚合形成纺锤体,进而染色体分离、细胞分裂。Stathmin的表达和活性受多种转录因子和激酶／磷酸化酶的调控,其表达和活性异常与细胞增殖、神经系统发育及肿瘤等病理生理过程密切相关。     

利用流式细胞仪研究拟南芥叶发育过程中细胞周期的调控

叶的形态建成依赖于细胞不断地分裂增殖和不同类型细胞的特化。在叶发育早期,叶细胞主要通过旺盛的有丝分裂来增加原基中细胞的数目。随着叶片的生长,叶细胞自顶部向基部逐渐退出有丝分裂进入内复制来增加细胞的倍性,同时伴随细胞的扩展和分化。本文介绍利用流式细胞仪研究双子叶模式植物拟南芥叶发育过程中细胞周期调控的方法和具体研究实例。我们发现至少存在3种类型的细胞周期异常的拟南芥叶发育突变体。此外,我们还介绍利用流式细胞仪测定DNA复制效率的方法。