細胞周期及其調控機制的研究與發(fā)現(xiàn)

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1、細胞周期及其調控機制的研究與發(fā)現(xiàn)----2001諾貝爾生理醫(yī)學獎生物工程學院蘇輝主要內容獲獎者及其研究方法細胞周期細胞周期調控機制細胞周期與疾病對我們的啟示2001年的諾貝爾生理醫(yī)學獎頒發(fā)給三位研究細胞周期(cellcycle)的生物學家：美國的利蘭?哈特韋爾(LelandHartwell)以及英國的蒂莫西?漢德(TimothyHunt)與保羅?諾爾斯(PaulNurse)，以表揚他們發(fā)現(xiàn)細胞周期的調控因子之重大貢獻。HSMS利蘭?哈特韋爾(LelandHartwell)現(xiàn)年六十三歲，是美國霍秦遜(FredHutchinson)癌癥研究中心的院長，也是西雅圖(Seattl

2、e)華盛頓(Washington)大學遺傳學系的教授，1970年代初期開始研究細胞周期的機制他以酵母菌Saccharymycescerevisiae作為研究對象，利用基因突變的技術試圖找出控制細胞周期的關鍵因子，結果篩選出超過一百個調節(jié)細胞周期的基因，將它們命名為cdc(celldivisioncycle)基因，其中特別重要的是cdc28基因("start"基因)，他發(fā)現(xiàn)當此基因突變時細胞周期會停止在G1晚期的"START"關卡，一旦細胞通過"START"關卡便開始進行DNA的復制，因此CDC28蛋白質是一個控制細胞由G1時期進入S時期的重要因子。1980年代，利蘭?哈特

3、韋爾利用高能量輻射線照射酵母菌細胞來研究細胞受到破壞時的反應檢查點是指具有調節(jié)功能的蛋白質會在此時期讓細胞周期呈現(xiàn)暫停狀態(tài)，讓細胞檢查DNA是否受到破壞或有任何的缺陷，并且在進入下一個時期之前進行修補(repair)的工作，因此提出細胞有檢查點(checkpoint)的構想，所謂，此種構想為目前研究癌細胞分裂增殖為何失去控制提出了一個重要的基本觀念，認為癌癥的發(fā)生可能與檢查點的調控機制出現(xiàn)問題有關。返回蒂莫西?漢德(TimothyHunt)現(xiàn)年五十九歲，是英國帝國癌癥基金會(ImperialCancerResearchFund)細胞周期研究中心的主任。1983年，他以青蛙

4、與海膽(fertilizedeggsoffrogsandseaurchins)的受精卵作為實驗對象找到兩個蛋白質，發(fā)現(xiàn)他們會在細胞分裂的間期(interphase)累積，隨后又在細胞分裂(mitosis)的末期快速地分解，之后又會再度累積，使得此種蛋白質呈現(xiàn)周期性的變動，他將此種蛋白質稱為周期素(cyclin)，也就是它會隨著周期性的累積與分解進出M時期，因此推測它的功能可能是推動細胞分裂(mitosis)的進行。返回保羅?諾爾斯(PaulNurse)現(xiàn)年五十三歲，是英國帝國癌癥基金會(ImperialCancerResearchFund)的院長，于1975年開始細胞周期

5、機制的研究他以酵母菌Schizzosaccharomycespromb為研究對象找到了cdc2基因，此基因的功能與cdc28相當，所轉譯的蛋白質不但能控制細胞周期中G2時期進入M時期的檢查點，也能控制G1時期進入S時期的檢查點。進一步對cdc2基因定序之后發(fā)現(xiàn)此基因所轉譯的蛋白質是一種蛋白質激脢(proteinkinase)，主要是藉由蛋白質的磷酸化來調節(jié)細胞周期。1987年，保羅?諾爾斯利用具有cdc基因缺陷的酵母菌細胞作為研究細胞周期的工具，藉由送入人類的基因試圖尋找功能與cdc基因相對的人類基因，因此發(fā)現(xiàn)了周期素依賴性激脢(cyclin-dependentkinas

6、e1,cdk1)基因。由于此項發(fā)現(xiàn)，保羅?諾爾斯認為在大部分的生物體中此種調控細胞周期的基因與調控模式隨著演化的過程被忠實地保留下來，所以人類擁有與大多數(shù)生物體相似的基因，因此只要利用其它生物的模式作研究就可以得到有關于人類的相關信息。返回細胞周期細胞的生長分裂過程有一定的程序，除了受到細胞內外的訊息所調節(jié)之外，也受到調控因子嚴密地監(jiān)視錯誤的發(fā)生以及時采煞車，此過程稱為細胞周期(cellcycle)(圖一)，可以分為四個時期進行：(1)在G1(gap1)時期細胞維持正常代謝并且繼續(xù)生長﹐在進入S(synthesis)時期之前會檢查染色體(chromosome)DNA是否受

7、到破壞以進行修補(repair)的工作﹐此時期需要花十到十二小時。細胞也可能由此脫離細胞周期進入不生長的休止狀態(tài)(G0時期)，需要有適當?shù)挠嵪⒉艜匦峦度爰毎芷冢?2)當細胞進入S時期會花六到八小時進行DNA的合成，將原本的二十三對染色體復制另一份；(3)當細胞進入G2(gap2)時期需要花三到四小時，除了繼續(xù)生長并且合成蛋白質之外，細胞也會負責檢查染色體DNA的復制是否完整以準備進行有絲分裂(mitosis)；(4)進入M(mitosis)時期之后細胞會由一個母細胞變成兩個子細胞，已復制完整的染色體會各自分配到子細胞內，使