体細胞分裂 mitosis

減数分裂 meiosis 　生殖細胞　 egg, sperm

Growth Factor

cell division細胞分裂

DNA合成

細胞分裂

体細胞分裂 mitosis

減数分裂

DNA合成

DNA合成せず

分裂

分裂

meiosis

ＤＮＡ合成

cytokinesis

G1 期早く増殖するヒトの細胞　約９時間

約１０時間

G2 期約4.5時間

約30分

分子細胞生物学 Fig.13-1細胞の分子生物学 Fig.17-3

通常の"細胞"染色体 2ndiploid

ＤＮＡは通常の"細胞"の２倍染色体 4n

細胞分裂

細胞周期　cell cycle

centromere

prophase prometaphase metaphase anaphase telophase

interphase

cytokinesis（細胞分裂 ）mitosis

細胞の分子生物学 Fig.17-2

（核の分裂）

M-phasecentrosome 中心体が分離染色体が凝集

核膜が消失染色体がmicrotsubles 微小管に結合 染色体が中央に整列

染色体が両極に引き寄せられる。 核膜の再形成

contractile ring 形成

Check Point nondisjunction

G1 Check point restriction point (human) start (yeast)

動物、増殖因子が存在しないと、G1 で増殖停止酵母、栄養が不足すると、細胞が小さいままで、

G1 で増殖停止

細胞の分子生物学 Fig.17-13

細胞が分裂するのに適切な状況かを判断する時期が存在

Down sysndrome trisomy of chromosome 21

2001　Nobel Prize winnersLeland Hartwell cdc28Paul Nurse cdc2, Human CDKTimothy Hunt sea urchin cyclin

細胞のなかに、cell cycle を制御する物質（タンパク質）がある。

G1期の細胞をＭ期の細胞と融合すると、G1期の細胞の染色体がＭ期のものの様に凝集する。

Ｍ期の細胞の中に染色体を凝集させるものが存在する。　

MPF: maturation-promoting factor

分子細胞生物学 Fig.13-3

M期 G1期

細胞融合

Ｓ期の細胞を、G1期の細胞と融合させると、G1期の細胞がDNA合成をはじめる。Ｓ期の細胞を、G2期の細胞と融合させても、G2期の細胞はDNA合成を再開しない。G1期の細胞とG2期の細胞と融合させても、DNA合成はおきない。

Ｓ期の細胞の中に、DNA合成を起こさせる因子が存在する。この因子は、　G2期の細胞（DNA合成が修了した細胞）には作用しない。

3H-Thymidine の取り込み-> DNA 合成が開始 あか色の核

細胞の分子生物学 Fig. 17-21

G1 G2S S G1 G2

DNA合成が始まる

Xenopus laevis oocyte

カエルの卵巣内でG2期で停止

摘出する。

卵

sperm

ホルモン

metaphase n n

分裂した片方の細胞 減数分裂した片方の細胞

分子細胞生物学 Fig.13-5

細胞分裂

２回目の細胞分裂直前で停止

減数分裂

精子と卵子の核が融合

１回目の細胞分裂

卵母細胞

2n4n 4n

受精により減数分裂が誘導される

細胞分裂

blastula

卵（metaphase II で停止している）の細胞質を、ホルモン未処理の oocyte に注入すると、ホルモン処理した時と同じように１回細胞が分裂し卵（metaphase II ）まで成熟する。

metaphase II の 卵のなかには、oocyteを成熟させる因子(MPF)がある。

MPF: maturation-promoting factor

ホルモン

ホルモン刺激した細胞質を抽出

ホルモン刺激前の卵

細胞分裂

卵の細胞質のなかで、oocyteを成熟させる活性は、ホルモン処理をすると高くなる。

ホルモン

分子細胞生物学 Fig.13-5, 13-6

M期の動物細胞の細胞質にも、カエルoocyte を成熟させる因子MPFが存在

MPF: mitosis-promoting factor

MPF: maturation-promoting factor

その活性は高くなったり低くなったりする。

細胞が分裂する直前に活性が高い。

SDS-PAGE

sea urchin ウニの胚embryo は同期している。

sea urchin embryo の抽出液のなかに、量が定期的に上下するタンパク質が存在。　cyclin

細胞が分裂する直前に量が最大値分裂時には量は下がる。

cyclin B

mitotic cyclin

cyclin タンパク質の量

細胞分裂中の細胞

ウニのcyclinB 遺伝子cDNAの単離動物のcyclinB cDNAの単離動物のcyclinB の抗体を調製動物でもcyclinBは量が上下する。

受精受精後の時間

Tim Hunt

Xenopus oocyte の（ホルモン刺激した後の）卵　の細胞質には　精子の核の添加で、試験管内で細胞周期を再現できる。

核を除いた細胞質抽出液

試験管内でDNAの複製染色体の凝集・核膜消失染色体脱凝集・核膜形成　が観察される｡

カエルの卵の細胞質に、細胞周期を進行させる（酵素）活性がすべて存在

MPF: maturation-promoting factor（顕微鏡で観察）の活性は

histon H1 kinase (リン酸化) 活性と一致　＝＞　MPF は　リン酸化酵素。

MPF (histon H1 kinase) 活性の強さは、cyclin B の量と比例して上下する。

MPF によるリン酸化活性には、cyclin B が必要MPFの活性が下がると（cyclinBの量が下がると）細胞分裂が終了。　

(histon H1 kinase activity)

分子細胞生物学 Fig.13-7

early mitotic events,chromosome condensationnuclear envelope disassembly

late mitotic events,chromosome decondensationnuclear envelope reassembly

リン酸化酵素活性

Xenopus egg extract

sperm nuclei の染色体が凝集

Xenopus ホルモン処理してＭ期途中で停止したカエルの卵の抽出液をホルモン未処理（Ｇ2期）の卵に注入すると、その卵はＭ期に移行する。

ホルモン処理した卵のなかに G2->M を誘導する因子 MPF が存在MPF を精製すると２種類のタンパク質の複合体　Cdk (cyclin dependent kinase) + mitotic cyclin (cyclin B)

MPF: maturation promoting factor, mitosis-promoting factorMPF はリン酸化酵素　(histon H1 kinase activity)MPF のリン酸化酵素活性とcyclin の量の増減とが一致 ——> Cdk がリン酸化酵素として働くには、cyclin が必要

Sea urchen embryos 受精したウニの卵は、すべての卵が、同じ周期で（同期して）分裂をくり返す。

ウニ受精卵のなかに、分裂と同じ周期で、量が上下するタンパク質がある。　 ー＞　mitotic cyclin (cyclin B)

cyclinB の量が減少すると、MPF のリン酸化酵素活性が減少し、染色体の脱凝集がおこり、核膜が再び形成される。　＝＞　細胞分裂の終了

Schizosacchromyces pombefission yeast （分裂酵母）

Sacchromyces cerevisiaebudding yeast (パン酵母)

Yeast 酵母simple, 単細胞、真核生物 eukaryote動物と同様な機構で、細胞周期が調節されている。haploid 染色体が１つで、分裂で増殖

遺伝学、　変異株をみつける。　temperature sensitive

細胞周期を調節する酵素の遺伝子に変異が導入されると、その酵素が作用しなくなる。細胞周期で、その酵素が作用するところで、細胞周期が進まなくなる。ー＞　すべての細胞がそのステージで止る。

cell division cycle ( cdc ) 変異Paul Nurse

遺伝子の単離遺伝子がコードするタンパク質の作用を調べる。

Cell cycle of fission yeast S. pombe

Schizosacchromyces pombe

細胞分裂

DNA合成

Mitosis

分子細胞生物学 Fig.13-10

分裂酵母動物細胞と似た分裂形態を示す。

S. pombe

野性型の細胞は色々な大きさの細胞が混在ー＞細胞周期の色々なステージの細胞

温度感受性変異株では、高温（37℃）では、その遺伝子にコードされた酵素が作用できないので、細胞周期での、その酵素の作用するステージの直前の細胞の形態でとまる。

変異遺伝子がコードした酵素の通常の作用点

酵母の細胞

細胞周期

長い

色々な大きさの酵母が混在

進めない

野性型

変異型不活性型

変異型強活性型

cdc2 遺伝子

成育できるが　（種々のタンパク質や脂質等を合成できる）いつまでも分裂できない long

十分成育する前に、分裂してしまう。 short

遺伝子変異 細胞の形態cdc25 long 促進因子wee1 short 抑制因子cdc2-L (cdc2-) longcdc2-w (cdc2D) shortover production of cdc25 (OP cdc25) shortover production of wee1 (OP wee1) longcdc13 long

epistasis 　 (epistatic表われる, hypostatic表れ無い)　シグナル伝達経路の 上位、　下位２種の変異型を組み合わせた場合最も下流の遺伝子型が、表現型として表れる。cdc2-L (cdc2-), wee1 longcdc2-L (cdc2-), OP cdc25 longcdc2-w (cdc2D), cdc25 shortcdc2-w (cdc2D), OP wee1 shortcdc25, wee1 normal

Paul Nurse

wee: small in Scottish 分子細胞生物学 Fig.13-11, 13-12

cdc2が最も作用点に近い（下位）

通常の大きさで分裂

proteinkinasewee1

phosphatasecdc25

cdc2 + cdc13protein cyclinkinase

G2期 M期

細胞の分子生物学 Fig.17-23分子細胞生物学 Fig.13-12

Y15

T161T161

cdc2

cdc13

human cdc2 (cdk1) 遺伝子 cDNA はS. pombe cdc2 変異を相補する。

ヒト　CDK1 遺伝子の単離

cdc13 mitotic cyclinG2 -> M にのみ作用

遺伝子を単離してみるとこれらの因子は、リン酸化酵素（kinase）脱リン酸化酵素（phospatase）サイクリンだった事が判明

M期開始

活性型　CDK(cdc2)-mitotic cyclin (cyclinB)　

M期の開始

核膜の裏打ちタンパク質 lamin のリン酸化

laminがばらばらになる -> 核膜の消失

リン酸化

重合condensin のリン酸化

condensinがDNAに結合

染色体の凝集

G2期 M期

リン酸化酵素

SMC protein (condensin)