第二节 细胞周期调控一、 MPF 的发现及其作用 MPF （卵细胞促成熟因子， matuation-promoting factor ；细胞促分裂因子， mitosis-promoting factor ； M 期促进因子，M-phase-promoting factor ）。 Johnson 和 Rao(1970) 将 Hela 细胞同步于不同阶段，然后与 M 期细胞混合，在灭活仙台病毒介导下，诱导细胞融合，发现与 M 期细胞融合的间期细胞产生了形态各异的早熟凝集染色体 (prematurely condensed chromosome ， PCC) 。 G1 期 PCC 为单线状，因 DNA 未复制； S 期 PCC 为粉末状，因 DNA 由多个部位开始复制； G2 期 PCC 为双线染色体，说明 DNA 复制已完成。

注射实验表明：孕酮诱导注射实验表明：孕酮诱导卵母细胞成熟；成熟卵细卵母细胞成熟；成熟卵细胞质中，含有卵母细胞成胞质中，含有卵母细胞成

熟的因子，称做熟的因子，称做 MPFMPF

人人 MM 期细胞与袋鼠（期细胞与袋鼠（ PtPtkk ）） G1G1 、、 SS 、、 G2G2 期细期细胞融合诱导胞融合诱导 PCCPCC ：提示：提示MM 期细胞存在诱导期细胞存在诱导 PCCPCC

的因子；的因子；

不同形态的 PCC

不仅同类 M 期细胞可以诱导 PCC ，不同类的 M 期细胞也可以诱导 PCC 产生，如人和蟾蜍的细胞融合时同样有这种效果，这就意味着 M 期细胞具有某种促进间期细胞进行分裂的因子，即成熟促进因子 (maturation promoting factor ， M

PF) 。 早在 1960s ， Yoshio Masui 发现成熟蛙卵的提取物能促进未成熟卵的胚胞破裂 (Germinal Vesicle Breakdown ， G

VBD) ，后来 Sunkara 将不同时期 Hela 细胞的提取液注射到蛙卵母细胞中，发现 G1 和 S 期的抽取物不能诱导 GVBD ，而 G2 和 M 期的则具有促进胚胞破裂的功能，它将这种诱导物质称为有丝分裂因子 (MF) 。后来在 CHO 细胞，酵母和粘菌中也提取出相同性质的 MF 。这类物质被统称为 MPF 。  1988 年 Maller 实验室从非洲爪蟾卵中纯化出 MPF ，证明主要含 p32 和 p45 两种蛋白，表现出激酶活性。

二、 P34cdc2 激酶的发现及其与 MPF 的关系 1960s L. Hartwell 以芽殖酵母为实验材料，利用阻断在不同细胞周期阶段的温度敏感突变株（在适宜的温度下和野生型一样），分离出了几十个与细胞分裂有关的基因 (cell d

ivision cycle gene ， CDC) ，如芽殖酵母的 cdc28 基因，在 G2/M 转换点发挥重要的功能。 Hartwell 还通过研究酵母菌细胞对放射线的感受性，提出了 checkpoint （细胞周期检验点）的概念，意指当 DNA 受到损伤时，细胞周期会停下来。 以 P.Nurse 为代表的另一批酵母生物学家研究不同温度下培养的裂殖酵母细胞，也分离出数十种温度敏感的突变体。这些不同的突变体在限定温度下，会滞留在细胞周期的某个阶段。这些与细胞分裂和周期调控有关的基因被称为 cdc(ce

ll division cycle) 基因，根据被发现的先后顺序被命名。

cdc2 是第一个被分离出来的 cdc 基因，表达 34kDa 的蛋白，称 p34cdc2 。进一步研究发现其具有激酶活性，可以使许多蛋白磷酸化，在裂殖酵母的周期调控中起重要作用。芽殖酵母中的一个关键 cdc 基因是 cdc28 ，是第二个被分离出来的 cdc

基因，编码 34kDa 的蛋白，具有激酶活性。 p34cdc28 是 p34cdc

2 的同原物，调控细胞周期，特别是 G2/M 期转变。但研究者很快发现， p34cdc28 或 p34cdc2 单独并不具有激酶活性，需要同相关蛋白结合后才具有活性（如 p34cdc2 和蛋白 p56cdc13结合）。 之后， J.Maller 和 P.Nurse 实验室立即合作，很快证明爪蟾卵中的 p32 与 p34cdc2 是同原物。与此同时， T.Hunt 实验室等以海胆卵为材料研究细胞周期调控，发现一类与细胞分裂有关的蛋白，称为周期蛋白 (cyclin) 。然后 J.Maller 和 T.Hun

t 实验室合作，发现周期蛋白 B ，证明与 p45 和 p56cdc13 为同原物。

2001 年 10月 8日 ,

L. Hartwell 、 P. Nurse 、 T. Hunt

因对细胞周期调控机理的研究而荣获诺贝尔生理医学奖。

三、周期蛋白 自发现周期蛋白后，在不长的时间里有数十种周期蛋白被克隆和分离。如酵母的 Cln1,Cln2,Clin3,Clb1-Clb6，在脊椎动物的 A1-2 、 B1-3 、 C 、 D1-3 、 E1-2 、 F 、 G 、 H等。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，不同的周期蛋白框识别不同的 CDK, 组成不同的周期蛋白复合体，表现不同的CDK激酶活性。 M期周期蛋白分子的近N端含有一段 9个氨基酸组成的破坏框，参与泛素介导的周期蛋白 A和 B的降解。 G1期周期蛋白分子的 C端含有一段特殊的 PEST序列，可能与 G1期周期蛋白的更新有关。

周期蛋白分子结构特征

不同周期蛋白的表达时期不同，与不同的 CDK结合，调节不同 CDK 激酶的活性。

部分哺乳动物和酵母细胞周期蛋白在细胞周期中的积累及其与 CDK 激酶活性的关系。

四、 CDK 激酶和 CDK 激酶抑制物

在酵母 cdc2 和 cdc28 基因被分离后，几个实验室同时工作构建了人类、爪蟾和果蝇的 cDNA文库，得到了一系列与 cdc2 相关的基因。他们有两个共同的特点，一是含有一段类似的氨基酸序列，二是都可以同周期蛋白结合。统称为周期蛋白依赖性蛋白激酶， CDK 激酶。 已经命名的 CDK 激酶包括： CDK1-8 。 cdc2最早被发现，被命名为 CDK1 。各种 CDK 分子都含有一段类似的CDK 激酶结构域，其中一段 PSTAIRE 的序列相当保守，与周期蛋白的结合有关。另外，一些位点的磷酸化与激酶的活性有关。 CDK激酶的效应是多方面的，如将核纤层蛋白磷酸化导致核纤层解体、核膜消失，将 H1 磷酸化导致染色体的凝缩等等。

与 cdc2 类似的 CDK 蛋白分子图解

细胞中还具有细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子（ CDK i

nhibitor ， CDKI ）对细胞周期起负调控作用，目前发现的CDKI 分为两大家族：

①Ink4(Inhibitor of cdk 4) ，如 :P16ink4a 、 P15ink4b 、 P

18ink4c 、 P19ink4d ，特异性抑制 cdk4·cyclin D1 、 cdk6·cyc

lin D1 复合物。

②CIP/Kip(Kinase inhibition protein) ：包括 P21cip/waf1

(cyclin inhibition protein 1) 、 P27kip1(kinase inhibition p

rotein 1) 、 P57kip2等，能抑制大多数 CDK 的激酶活性， P

21cip/waf1 还能与 DNA聚合酶 δ 的辅助因子 PCNA （ prolifer

ating cell nuclear antigen ）结合，直接抑制 DNA 的合成。

周期蛋白激酶

五、细胞周期转运调控

周期蛋白激酶的活性

细胞周期调控示意图

裂殖酵母细胞周期的调控

人细胞周期的调控

（一） G2/M 期转化与 CDK1 激酶的调控作用 CDK1 激酶（ p34cdc2 激酶），由 p34cdc2 蛋白（或 p34cdc28

蛋白）与周期蛋白 B组成。

CDK1 激酶催化不同的底物（主要是磷酸化丝氨酸和苏氨酸），参与细胞的多种功能。

细胞中 CDK 激酶的活性受到多种因素的调控

CDK1 的激活需要 Thr14 和 Tyr15 的去磷酸化 Tyr161 的磷酸化

Weel1 可以促进 Thr14 和 Tyr15 的磷酸化Cdc25 可以促进 Thr14 和 Tyr15 的去磷酸化

CDK1 的调节与活化 ; CAK=CDK1-Activiting Kinase

M-Cdk 激酶的活性