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1、细胞周期调控机制细胞周期检查点的分子机制吴家睿13细胞周期调控机制细胞周期检查点的分子机制吴家睿13细胞周期调控机制细胞周期检查点的分子机制吴家睿13细胞周期调控机制细胞周期检查点的分子机制吴家睿13细胞周期调控机制细胞周期检查点的分子机制吴家睿13细胞周期调控机制细胞周期检查点的分子机制吴家睿13细胞周期调控机制细胞周期检查点的分子机制吴家睿13细胞周期调控机制细胞周期检查点的分子机制吴家睿13《生物工程进展》1999,Vol.19,No.4细胞周期检查点的分子机制吴家睿(中国科学院上海生物化学研究所 上海 200031)摘要
2、细胞在长期的进化过程中发展出了一套保证细胞周期中DNA复制和染色体分配质量的检查机制,通常被称为细胞周期检查点(checkpoint)。当细胞周期进程中出现异常事件,这类调节机制就被激活,及时地中断细胞周期的运行,待细胞修复或排除了故障后,细胞周期才能恢复运转。根据“质量控制”的内容,可将细胞周期检查点分为三种。第一种负责查看DNA有无损伤,称为DNA损伤检查点;第二种负责DNA复制的进度,称为本文围DNA复制检查点;第三类是管理染色体的正确分配与否,称为纺锤体组装检查点。绕检查点工作的这三个方面对其分子机制作一个简单的论述。关键
3、词 细胞周期 检查点 DNA复制 DNA损伤 染色体分配 细胞周期最主要的任务是将其基因组DNA在DNA合成期(S期)完整地复制成两份拷贝,然后在分裂期(M期)将这两份拷贝正确无误地分配给两个子代细胞。如果在这一任务的完成过程中产生的错误没有得到及时纠正,那么将导致基因组的不稳定和变异。对单细胞生物而言,其后果是导致细胞增殖能力下降或细胞死亡。对多细胞生物而言则通常是引起肿瘤。细胞在长期的进化过程中发展出了一套保证细胞周期中DNA复制和染色体分配质量的检查机制,通常被称为细胞周期检查点(check-这是一类负反馈调节机制。当细胞
4、周期point)。进程中出现异常事件,如DNA损伤或DNA复制受阻,这类调节机制就被激活,及时地中断细胞周期的运行,待细胞修复或排除了故障后,细胞周期才能恢复运转。根据“质量控制”的内容,可将细胞周期检查点分为三种。第一种负责查看DNA有无损伤,称为DNA损伤检查点(DNAdamagecheckpoint);第二种负责DNA复制的进度,称为DNA复制检查点(DNAreplicationcheck-point);第三类是管理染色体的正确分配与否,称为纺锤体组装检查点(Spindleassemmblycheckpoint),因为染色体
5、的分配主要依赖于纺锤体的作用。近几年来,在检查点如何工作的分子机制的研究方面已有了许多进展。本文试图围绕检查点工作的这三个方面作一个简单的论述。1 DNA损伤检查点检查点工作的第一步是发现问题。一般认为,DNA损伤的出现可以迅速地激活DNA损伤检查点。由于DNA损伤可以发生在细胞周期的任一个时期,包括G1期、S期、G2/M期中,且DNA损伤有许多种类,所以存在多种探测DNA损伤的手段。它们可以在不同的时期对特定的DNA损伤进行检测。在酵母细胞中,DNA链的断裂和单链DNA的形成可以产生损伤起始信号,由至少两类检查点蛋白进行感知。一
6、类是Rad9;另一类是Rad24,Rad17,Mec3和Ddc1。最新的研究发现,Rad9蛋白在DNA损伤的情况下,被Mec1和Tel1激酶磷酸化,然后与Rad5133蛋白结合[1]。研究者通过双杂交和免疫共沉淀等方法揭示,Rad17,Mec3和Ddc1形成蛋白复合体,其功能受Rad24的调节,即位于Rad24的下游。Rad24能与DNA复制的辅助蛋白RFC上的亚基Rfc2结合[3]。因此,Rad24可能与RFC形成探测器,一[2]旦发现损伤,就将Rad17,Mec3和Ddc1复合体引到损伤的DNA上,并启动下游的检查点反应。哺乳
7、动物细胞的DNA损伤探测方式现在并不清楚,但因为许多酵母检查点蛋白质都有其哺乳动物同源蛋白质,所以人们认为检查点的分子机制在进化过程中是很保守的。因此,哺乳动物细胞的DNA损伤探测器可能与酵母的相似。蛋白质的磷酸化级联反应是细胞最主要的信号传导和控制机制。同样,细胞周期检查点也把蛋白质的磷酸化级联反应作为其信号传递的主要方式。Rad3蛋白是在裂殖酵母细胞中负责检查点工作的一种蛋白激酶。一旦DNA发生损伤,Rad3就能磷酸化下游的Chk1激酶,而[4,5]Chk1又进一步磷酸化Cdc25磷酸酯酶。在芽殖酵母中也存在类似的磷酸化途径。
8、DNA的损伤可以导致Mec1蛋白激酶对Ddc1和Rad9的磷酸化[1,6]。磷酸化的Rad9可以结合在Rad53激酶的FHA2区域上,并磷酸化Rad53激酶,从而使Rad53可以磷酸化下游的效应分子[7]。在哺乳动物细胞里,DNA损伤同样也是引起上
