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 » MIT 开放式课件首页 » 生物学 » 避免基因组的不稳定：DNA复制，细胞周期和癌症，2006 秋季

讲义

期序号 # 主题 讲课摘要
1 引言

授课教师和学生将介绍自己，他们的背景和参与这门课的原因。授课教师将讨论课程结构，包括要求和作业。接着，授课教师将会对DNA复制的细胞周期调控和DNA复制的步骤简要概述，来让同学们了解一些背景知识。最后，我们将简短讨论下周课程主题。

2 细胞周期 为了让细胞正常分裂，细胞周期的每一阶段都必须被（精确的）控制，因此每一阶段都不会在前一阶段完成前开始。这周的两篇论文，介绍了一些实验，它们使得我们对于细胞周期调控的认识有了突破性的重大进展。第一篇Evans等人的论文，介绍了细胞细胞周期蛋白的鉴别，现在这些蛋白被认为是细胞周期非依赖性激酶（Cdks）的特异性亚基。这篇论文首次报道了蛋白质水解是如何可能被用于调控细胞周期的例子。第二篇Shirodkar等人的论文，通过证明细胞周期蛋白与转录因子以周期特异性方式相互作用，为阐明了细胞周期蛋白如何控制细胞周期提供了深刻见解。特别值得提到的是，这篇论文研究了转录因子E2F，它能与肿瘤抑制蛋白Rb发生相互作用。
3 G1期和DNA复制的起始 虽然直到S期DNA才活跃的复制，但复制起始过程已经在细胞周期中更早开始了。在细胞周期的G1期，在每条染色体的多个位点形成一种前复制复合体（pre-RC）。这些位点被认为是复制起点。这种复合物被用来标记能发生复制起始和募集复制机器组分的位点。第一篇Donovan等人论文，描述了证明pre-RC蛋白成员在复制起始位点，以特定顺序进行装配的实验。第二篇Mailand and Diffley的论文，提供数据证明细胞如何通过使pre-RC的一种组分Cdc6稳定，调控pre-RCs的形成。
4 S期和复制叉移动 在细胞周期的S期，复制起始于复制起点，这会产生双向复制叉。所有复制起点并非同时起始；而是存在一个时间程序控制每个复制起点的起始。Dimitrova和Gilbert论文中的数据证明，虽然时间程序在S期执行，但时间约束在G1期已经形成了。为了形成双向复制叉来复制DNA，需要多种蛋白质使DNA解旋，从而让聚合酶实现复制。第二篇Marinsek等人的论文，提供了对一种近期才鉴定出来的位于复制叉处的蛋白复合物GINS功能的深刻见解。
5 DNA复制中细胞周期的调控 一旦细胞完成了DNA复制，必须保证下轮复制不能在细胞分裂前开始。如果没有阻止（错误的）下一轮复制，将造成基因组的不稳定性，从而导致肿瘤发生。本周的第一篇Hayles等人的论文，就是众多证明由细胞周期蛋白控制的Cdk活性对抑制DNA复制很重要的论文之一。第二篇Nguyen等人的论文，阐明了CDK活性如何防止下一轮DNA复制的机理。
6 检验点 每当细胞将要分裂时，基因组不仅需要已经完成复制，还必须没有损伤。DNA损伤能导致基因组的不稳定性和染色体重排，二者都能导致癌症。如果发生DNA损伤，检验点将被激活，导致可逆性细胞周期中止。在中止期，细胞能修复DNA，再继续余下的细胞周期。第一篇Kuerbitz等人的论文证明，p53是细胞激活G1期检验点所必须的。这篇论文是最早定义肿瘤抑制蛋白p53生理功能的论文之一。在第二篇Katou等人的论文中描述的实验，证明了DNA修复时，Mrc1和Tof1两种蛋白负责复制叉的维持。（确保复制叉不会崩溃）
7 DNA修复 本周，我们将讨论细胞修复不同种类损伤的机制。在复制过程中，聚合酶可能遭遇碱基的改变或损伤，从而引起复制叉终止。根据损伤的类型，中止的复制叉可能激活检验点来修复损伤。然而，如果把复制聚合酶换成低保真聚合酶，损伤就可能被越过。本周第一篇Bienko等人的论文，研究了募集这些低保真聚合酶的机制。但是有时损伤也可能会大到难以越过，例如双链断裂。第二篇Spangolo等人的论文中，描述了一系列修复双链断裂损伤的蛋白，及其对于这几种蛋白修复机制的推断。
8 期中作业 走访Novartis肿瘤学系。
9 发育和核内复制 DNA复制不仅在每个细胞周期中被调节，而且在不同发育阶段被差异性调节。在一些生物中，特定细胞故意诱导多轮DNA复制而不发生有丝分裂，导致单细胞中基因组的多拷贝。这个过程被称为核内复制。Verkest等人证明，细胞通过CDK活性控制核内复制起始。复制的起始能被随生物发育而发生变化的局部转录活性所影响。第二篇论文中的实验结果表明，发育过程中，HoxB结构域转录程序的改变能够影响其附近的复制起始位点。
10 重组和减数分裂 减数分裂是一种特化的细胞周期，能由单个二倍体细胞产生四个单倍体细胞。为了达到这个目标，细胞经历一轮复制和两轮连续的分裂。在这两轮分裂中，染色体必须适当分离，从而使每个单倍体细胞中具有正确数目和种类的染色体。染色体分离过程中，会发生遗传重组。这周我们将讨论细胞如何协调减数分裂前复制和重组，以及染色体如何被检测从而保证它们正确的分离。
11 DNA复制和癌症 癌症的一个标志是不受控制的细胞分裂。因此，很多在癌细胞中发生突变的基因的编码产物正是用来调控细胞周期的。正如我们之前讨论过的，癌症产生于DNA损伤和基因组频繁不稳定，它们都能由DNA复制错误引发。最近关于致癌机理的研究已经证明了DNA复制调控与癌症发病之间存在联系。本周指定的这两篇论文考察了在致癌过程中pre-RC各组分的作用与形成过程。
12 靶向复制元件用作化学疗法

正如我们上次课讨论的，癌细胞中DNA复制调控常常被扰乱。这种紊乱能导致不恰当的DNA复制， 这 可能导致原癌基因的扩增和癌症发病。 人们越来越清楚的认识到 ， 化疗药物的一种作用机理正是其以DNA复制为靶标 。本周，我们将阅读两篇 文章，试图理 解两种不同抗癌药物的作用机理和这些机理是如何与DNA复制相 联系的。

13 病毒再编程的细胞周期 病毒必须通过感染宿主细胞进行复制，因为病毒不具有自我增殖所需的全部组分。一旦进入宿主细胞内，病毒通过接管许多细胞机器保证自身存活。本周论文考察了病毒是如何通过扰乱细胞周期来控制宿主细胞的。本周第一篇Yew和Berk的论文，描述了一种腺病毒蛋白是如何阻断p53蛋白功能，从而导致癌症的。第二篇Wiebusch等人的论文，描述了人类细胞巨细胞病毒通过阻止宿主基因组复制，从而保证病毒基因组复制的方法。
14 期末作业陈述 每个同学将根据与本学期我们讨论过的主题之一相关的论文，做10-12分钟的口头陈述。该同学需要简要陈述相关背景、解释主要图表，讨论论文结论，以及设计后续实验回答论文提出的问题。每人陈述完毕后将有一个简短的讨论时间，由其他同学提问。
 
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