细胞周期系列之二：细胞周期限制点调控

细胞周期系列之二：细胞周期限制点调控

一、G1/S 期限制点

（1）pRb

视网膜母细胞瘤蛋白（retinoblastoma protein）包括 p110/pRb、p107、p130。pRb 是 G1 期 CDK4/6-cyclinD 复合物的磷酸化底物，因此是 G1/S 调控点的中心成分。尽管 pRb 存在着同源蛋白 p107、p130，但以 pRb 对细胞周期的调控最重要，处于细胞生长、分化调节的中心环节[1,2]。

E2F 原与抑癌基因 pRb 结合而处于失活状态。在 G1 早期，Rb 蛋白被磷酸化，继而引起其与 HDAC（HDAC见帖：Sirtuin家族）形成的复合物被破坏，其中的转录因子 E2F 被释放出来，正反馈调节某些基因的转录[1,2]。

（2）E2Fs

游离的 E2F 才有活性。游离的 E2F 进入核内结合一系列具特殊序列的基因启动子区（如：c-Myc、c-Myb、cdc2/CKD1、二氢叶酸还原酶基因、TK基因、 E2F1基因），促进这些基因的表达。这些基因的产物促进细胞通过 G1/S 调控点，进入自主分裂程序[2]。

（3）PCNA

PCNA（proliferation cell nuclear antigen，增殖细胞核抗原）在细胞分裂和脱氧核糖核酸合成中具有多种功能。 在 G1/S 期交界处具有一个引起脱氧核糖核酸复制的共同机制，从而使细胞进入和通过 S 期。在这一过程中，PCNA 是关键因子，它是脱氧核糖核酸聚合酶 δ 的辅助因子[1]。

二、G2/M 期限制点

（1）cdc25

cdc25 包括 3 个成员：cdc25a、cdc25b、cdc25c。cdc25 可介导 P80cdc25 可将 CDK1 的 Tyr15、Thr14 位点去磷酸化，对 CDK1 的激活非常必要。cdc25 本身亦是活化的 CDK-cyclin 的磷酸化靶底物，并被磷酸化后更增强其磷酸酯酶活性，故 cdc25 与 CDK-cyclin 之间形成一个正反馈环，快速促使 CDK-cyclin 活性达到生理性高峰[1]。

cdc25 的不同成员与不同 CDK-cyclin 之间有一定特异性[1]。

• cdc25a 表达峰值在G1-G2 期，故可激活 CDK4/6-cyclinD、CDK2-cyclinE、CDK2-cyclinA[1]。
• cdc25c 与 PLK 共同参与，形成 MPF-PLK-cdc25c-MPF 组成的正反馈环，只存在于细胞分裂期（M期）。cdc25c 经 PLK 磷酸化激活必须在 Pin1 催化生成反型同分异构体后活性稳定，持续激活 CDK1 活性[1]。

（2）PLK

PLK（polo-like kinase）以果蝇 polo 基因产物而命名，属于丝氨酸/苏氨酸激酶家族成员。PLK 均具有一个非常相似的 N 端激酶区和一个位于可调控 C 端结构域的保守序列，称为polo box[3]。

• PLK 通过磷酸化 cdc25c 和 cyclinB 激活 MPF（即 CDK1-cyclinB），启动有丝分类[3]。
• 在有丝分类后期，PLKs 通过对 APC/C 亚单位的磷酸化激活 APC/C，后者引起 PLK 的泛素化降解。在此期对 PLK 功能的破坏，会导致细胞周期蛋白降解受阻，有丝分裂持续进行[3]。

（3）APC/C

APC/C（anaphase-promoting complex/cyclone，分裂后期促进复合体/周期后期酶体），是由许多分子组成的有 1500 kD 的复合体[1]，含有一个环指区并有泛素连接酶活性[3]。

在细胞间期 APC/C 无活性，在 G2 晚期被 MPF 磷酸化激活，从而分解 cyclinA、B。因此 APC/C 活性持续在 G2 晚期至 G1 期[1]。

三、p53与ATM

DNA 因受紫外线、射线、化学变化等而损伤时，在未修复前细胞停滞在 G1 期而不能进入 S 期（即 G1/S 期限制点）。若在 S 期 DNA 复制不完全，或 G2 期纺锤体形成不恰当，则不能进入 M 期（G2/M 期限制点）。这样就保证了分裂成的子细胞中的 DNA 是完好的[4]。

1、p53

p53 主要 G1/S 期限制点发挥作用[2]，正常细胞内 p53 的水平通常很低[3]。当 DNA 损伤时可诱导 p53 的表达[3,4]。p53 可与 DNA 调控区结合，引起多种基因转录，如 p21、Mdm2、Bax[3]（p21、Mdm2，见帖：细胞周期）。若 p53 缺失或变异，则可使此校正机制失效，损伤的 DNA 可继续复制，导致癌变[1]。若细胞严重受损，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[3]。

（1）p53/p21/Rb信号通路

p53 可与 DNA 调控区结合，引起 p21 转录。p21 属于 CKI，抑制 CDK 活性，使 cyclin-CDK 不能磷酸化 Rb，从而阻碍了 E2F 的释出， 使 DNA 合成的有关基因不能表达，即 DNA 合成终止，细胞停留于 S 期[4]。

• p53 通过诱导 Bax 基因表达和抑制 Bcl-2 基因表达，使细胞凋亡[4]。
• p53 通过诱导 GADD45 基因表达。GADD45 可以结合 PCNA，抑制DNA合成，从而抑制细胞进入Ｓ期[2,4]。

2、ATM

当 DNA 稍有损伤时可诱导 ATM（ataxia telangiectasia-mutated gene，共济失调毛细血管扩张突变基因）基因表达，进而诱导 p53 的表达，使细胞周期抑制，或 DNA 得以及时修复。当患有共济失调毛细血管扩张症（ataxia telangiectasia，AT）时，ATM 对 DNA 的微小损伤不敏感，而不能获得及时修复，导致 DNA 损伤严重， p53 大量表达导致细胞凋亡[4]。

当 DNA 损伤后，ATM 依赖性激活 Chk1/2（checkpoint kinase 1 and 2，检查点激酶1/2）。Chk1/2 可磷酸化 cdc25 使其失活，加速了 cdc25 与 14-3-4 蛋白的结合，复合物定位于胞浆中，因此阻止了 CDK1-cyclinB 的激活和有丝分类的进行[3]。

四、其他影响[4]

（1）生长因子

负性生长因子，如 TGFβ1 可抑制 CDK4 的表达，使 CDK4-cyclinD 水平降低，TGFβ1 又可抑制 cyclinE 的表达而使 CDK2-cyclinE 活性降低，使细胞停留于G1期。

（2）原癌基因

有的原癌基因本身就是细胞周期蛋白的成员，如原癌基因 PRAD1 已被证明就是 cyclinD1。

有的原癌基因产物可直接诱导 cyclinD1 的表达，如适量 c-Myc 可诱导 cyclinD1 的表达，而过量 c-Myc 则可抑制 cyclinD1 的表达。表明 c-Myc 对 cyclinD1 的调节是双向的。

有的原癌基因产物系 CDK1-cyclin 激酶的底物，或本身具有酪氨酸蛋白激酶活性。如 c-Abl、c-Src 均为 CDK1-cyclinB 的底物 ，当 c-Abl 被磷酸化后，便失去与 DNA 结合的功能；c-Src 被磷酸化后，则增加了其激酶活性。在G1期时， c-Abl 的酪氨酸蛋白激酶活性可因与 Rb 结合而受抑制，当 Rb 磷酸化后则与 Abl 脱离，使 Abl 表现激酶活性。v-ErbB、v-ErbB2/Neu、v-Src 均具有蛋白激酶活性，可促进 Ras 结合 GTP 而活化，进而激活 Raf/MEK/ERK，促进细胞周期从 G1 期到 S 期。

某些原癌基因可与 cyclinD1 合作，促进细胞的转化。如 cyclinD1 与 Ras 合作促进幼年大鼠肾细胞或胚胎成纤维细胞的转化。

（3）抗癌基因

抗癌基因可抑制细胞周期，使细胞处于静止期，并使复制不完全或损伤的细胞不能进入分裂期，避免细胞的癌变。 p53 蛋白可抑制 cyclinA 的表达 ，故 p53 基因的变异或缺失 ，可使 cyclinA 过表达而促进细胞在 DNA 复制不完全时即进入 M 期而致癌。

在静止期中，Rb 与 E2F 结合成复合物时抑制了 E2F 的转录活性 ，腺病毒 E1A 蛋白或 T 抗原或 E7 均可竞争与 Rb 结合 ，使 E2F 游离出来，进入核内 ，发挥转录活性，促进细胞进入 S 期而致癌。 

cyclinD 可通过其 N 端的 LXCXE 区段与 Rb 结合，使 Rb 失活，从而使细胞较早的进入 S期。同时 Rb的磷酸化可反馈性地抑制 cyclinD1 的表达， Rb 的去磷酸化能刺激 cyclinD1 的表达，故 Rb 与 cyclinD1 构成了一个相互调控的反馈体系 。未经磷酸化的 Rb 可特异性地与 BRG1（brahma-related gene 1）的 A、B 口袋区结合，使 BRG1 的活性被抑制。BRG1 是一个转录激活因子，它并不直接作用于 DNA，而是协助另一些转录因子发挥转录活性。所以，Rb 的缺失可间接激活 BRG1 而促进细胞周期 G1 期到 S 期。

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参考文献

[1]庞月华,张新平,冯义伯,何善述.细胞周期及其调控研究进展[J].新疆医科大学学报,2005(06):596-598.

[2]张玉霞.细胞周期调控研究进展[J].国外医学.遗传学分册,2001(05):262-266.

[3]高燕,林莉萍,丁健.细胞周期调控的研究进展[J].生命科学,2005(04):318-322.

[4]欧阳五庆,李谱华,林成招.细胞周期及其调控研究进展[J].中国兽医科技,2003(02):35-40.DOI:10.16656/j.issn.1673-4696.2003.02.010.