细胞生物学专题二：细胞周期
细胞周期简述
细胞周期又叫细胞增殖期，是细胞从一次分裂完成开始到下一次分裂结束所经历的全过程，主要是遗传物质DNA进行复制，然后进入分裂期完成增殖就形成了一个细胞周期。细胞周期的长短反映了细胞所处的状态，这是一个细胞内物质积累与细胞分裂的循环过程。
细胞周期各个阶段
细胞周期是一系列驱动细胞分裂增殖并产生两个新子细胞的事件。真核生物中典型的细胞周期由以下阶段组成：G1、S、G2和M期。G1、S和G2统称为间期。分裂期(M期)又分为前期、前中期、中期、后期和末期5个亚期1。M期完成后，细胞分裂，留下两个子细胞，细胞周期又进入下一次循环。细胞周期进程的每个阶段都依赖于前一个细胞周期阶段的正确完成。另外，细胞也可以退出细胞周期进入G0期，即一种静止状态2,3。细胞周期检查点主要有三个: G1/S检查点(也称为限制点)、G2/M DNA损伤检查点和纺锤体组装检查点(spindle-assembly checkpoint, SAC)4。整个细胞周期典型持续时间约24小时，G1期、S期、G2期和M期分别持续约11、10、2和1小时1。
1. 间期
间期是细胞周期历时最长的阶段，在该阶段细胞生长并复制DNA。主要涉及G1期，S期和G2期这三个子阶段。此阶段的典型持续时间为 23 小时。
间期是细胞周期历时最长的阶段，在该阶段细胞生长并复制DNA。主要涉及G1期，S期和G2期这三个子阶段。此阶段的典型持续时间为 23 小时。
1) G1期：细胞准备分裂阶段，细胞体积增大，合成细胞器和其他包括蛋白质，脂质等大分子。在这一阶段细胞积累了分裂所需的足够能量。
2) S期：也称为DNA合成期，在此期，DNA在细胞核内进行半保留复制，同时合成组蛋白以及DNA复制所需要的酶等。
3) G2期：也称为DNA合成后期，是有丝分裂的准备期。在此期，DNA合成终止，细胞的体积进一步增大，大量合成RNA，蛋白质及更多细胞器，细胞开始浓缩遗传物质，并准备进行有丝分裂。
2. 分裂期
M期也称为细胞分裂期，发生在 G2 期之后。这一阶段由有丝分裂和细胞质分裂组成，按以下顺序展开：
1) 有丝分裂或核分裂
核分裂期，由四个阶段组成，包括：前期、中期、后期和末期。前期，复制的染色质凝聚形成两条姊妹染色单体，同时形成纺锤体纤维并伴随核膜破裂。在中期，染色体与附着的纺锤体纤维向细胞的中间(即赤道板)移动。然后进入后期，着丝粒分裂，每一染色体的两个染色单体分开，并向相反方向移动，接近各自的中心体，同时染色单体分为两组，迁移到细胞的两端。最后在分裂末期，有丝分裂结束，染色单体通过解螺旋逐渐展开，重新出现染色质丝与核仁，纺锤体纤维断裂，核膜也随之重组3。
核分裂期，由四个阶段组成，包括：前期、中期、后期和末期。前期，复制的染色质凝聚形成两条姊妹染色单体，同时形成纺锤体纤维并伴随核膜破裂。在中期，染色体与附着的纺锤体纤维向细胞的中间(即赤道板)移动。然后进入后期，着丝粒分裂，每一染色体的两个染色单体分开，并向相反方向移动，接近各自的中心体，同时染色单体分为两组，迁移到细胞的两端。最后在分裂末期，有丝分裂结束，染色单体通过解螺旋逐渐展开，重新出现染色质丝与核仁，纺锤体纤维断裂，核膜也随之重组3。
2) 胞质分裂
胞质分裂是细胞的细胞质分裂，细胞膜收缩，形成两个子细胞，每个子细胞接收一套完整遗传信息的过程。胞质分裂阶段开始于有丝分裂末期，因此两个过程重叠。胞质分裂是细胞周期的最短阶段，在植物和动物中发生的情况不同。
胞质分裂是细胞的细胞质分裂，细胞膜收缩，形成两个子细胞，每个子细胞接收一套完整遗传信息的过程。胞质分裂阶段开始于有丝分裂末期，因此两个过程重叠。胞质分裂是细胞周期的最短阶段，在植物和动物中发生的情况不同。
DOI: 10.5005/jp-journals-10045-00138
细胞周期调控
细胞周期进展调控是由细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclin-dependent kinases, CDKs)及细胞周期蛋白(cyclin)亚基共同介导的。CDKs，如CDK4/6、CDK2和CDK1(也称为CDC2)，是具有多种底物的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。CDKs主要通过与细胞周期蛋白伴侣结合而被激活。在人类细胞中，有20种CDKs和29种细胞周期蛋白5。CDK1、CDK2、CDK3、CDK4、CDK6和CDK7直接调控细胞周期转变和细胞分裂，而CDK7-11介导基因转录。CDKs的表达在整个细胞周期中呈现周期性波动6。
在低等生物体中，只有一个CDK (CDK1/CDC2)控制细胞周期的进展。但是在哺乳动物中，不同的CDKs-cyclin复合物通过顺序激活驱动细胞周期。G1期的进展是由CDK4/CDK6-cyclin D激活驱动。从G1到S期的过渡受CDK2-cyclin E复合物调节。S期和G2期的进展由CDK2-cyclin A复合物控制。最后，进入M期是由CDK1-cyclin A/B复合物的形成和激活1,7,8。
在低等生物体中，只有一个CDK (CDK1/CDC2)控制细胞周期的进展。但是在哺乳动物中，不同的CDKs-cyclin复合物通过顺序激活驱动细胞周期。G1期的进展是由CDK4/CDK6-cyclin D激活驱动。从G1到S期的过渡受CDK2-cyclin E复合物调节。S期和G2期的进展由CDK2-cyclin A复合物控制。最后，进入M期是由CDK1-cyclin A/B复合物的形成和激活1,7,8。
PMID: 32183020
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参考文献：
1 Wang, Z. Cell Cycle Progression and Synchronization: An Overview. Methods Mol Biol 2579, 3-23, doi:10.1007/978-1-0716-2736-5_1 (2022).
2 Panagopoulos, A. & Altmeyer, M. The Hammer and the Dance of Cell Cycle Control. Trends Biochem Sci 46, 301-314, doi:10.1016/j.tibs.2020.11.002 (2021).
3 Ray, S. et al. A Review on Cell Cycle Checkpoints in Relation to Cancer. The Journal of Medical Sciences 5, 88-95, doi:10.5005/jp-journals-10045-00138 (2020).
4 Wang, Z. Regulation of Cell Cycle Progression by Growth Factor-Induced Cell Signaling. Cells 10, doi:10.3390/cells10123327 (2021).
5 Cao, L. et al. Phylogenetic analysis of CDK and cyclin proteins in premetazoan lineages. BMC Evol Biol 14, 10, doi:10.1186/1471-2148-14-10 (2014).
6 Cicenas, J. & Valius, M. The CDK inhibitors in cancer research and therapy. J Cancer Res Clin Oncol 137, 1409-1418, doi:10.1007/s00432-011-1039-4 (2011).
7 Ding, L. et al. The Roles of Cyclin-Dependent Kinases in Cell-Cycle Progression and Therapeutic Strategies in Human Breast Cancer. Int J Mol Sci 21, doi:10.3390/ijms21061960 (2020).
8 Morgan, D. O. Cyclin-dependent kinases: engines, clocks, and microprocessors. Annu Rev Cell Dev Biol 13, 261-291, doi:10.1146/annurev.cellbio.13.1.261 (1997).
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参考文献：
1 Wang, Z. Cell Cycle Progression and Synchronization: An Overview. Methods Mol Biol 2579, 3-23, doi:10.1007/978-1-0716-2736-5_1 (2022).
2 Panagopoulos, A. & Altmeyer, M. The Hammer and the Dance of Cell Cycle Control. Trends Biochem Sci 46, 301-314, doi:10.1016/j.tibs.2020.11.002 (2021).
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4 Wang, Z. Regulation of Cell Cycle Progression by Growth Factor-Induced Cell Signaling. Cells 10, doi:10.3390/cells10123327 (2021).
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