分子生物学/细胞周期

细胞周期概览

• 真核细胞周期分为G₁、S、G₂、M四个阶段
• G₁、S、G₂期合称为间期，时间占整个细胞周期的95%
• 其中的G期之G代表"gap"，M期之M代表"Mitosis"
• 另有G₀期，细胞进入此时期不再分裂，但仍能行新陈代谢，除非受到生长因子，才会进入G₁期，开始走细胞周期，人体有约90%的细胞在这时期，包括神经细胞、水晶体细胞和皮肤成纤维细胞
• 不是所有真核细胞的细胞周期都需要经历出这四个阶段，像是胚胎细胞，只有S和M期
• 典型快速增殖的人类细胞完成一个细胞周期需要24小时；早期胚胎细胞只有30分钟或更短

细胞周期各阶段概览

阶段名称	执行动作	持续时间（以一个循环为24小时为例）
G1	新陈代谢旺盛、DNA还没开始复制、合成RNA与DNA合成所需蛋白质	11(9)小时
M	合成DNA（DNA复制）	8（10～12）小时
G2	合成细胞分裂所需的蛋白质	4（4.5）小时
G2	细胞分裂	1小时（小于一小时或30分钟）

细胞周期实验

利用一些实验方法，得知现在细胞在哪一阶段，在药学领域，此技术用在判断抗癌药物对哪一阶段具有特异性

1. 传统上，使用化学药剂使细胞停留在某一周期，移除化学药剂即可让细胞周期继续正常进行
   1. 抗生长因子使细胞停在G₁期
   2. Hydroxyurea使细胞停留在S期
   3. Nocodazole使细胞停留在M期
   4. 利用放射性胸腺嘧啶或人工thymidine analong bromodeoxyuridine（BrdU）判断细胞是否在M期
2. 现在，利用萤光染色DNA，观察萤光强度来判断，执行这动作的仪器称为Flow cytometry（又称为Fluorescence-activated cell sorter, FACScan），可以侦测“每一个”细胞的萤光强度

透过生长因子和细胞外讯息调控细胞周期

当细胞在晚期G₁期，需通过一个称为"Restriction point"才能进入S期，这个点可以让细胞去判断是否要进行细胞周期，要通过这个点需要有细胞因子刺激，一但通过这个点，剩下的三个阶段接可以不用生长因子刺激，但下一个循环经过 restriction point时还是需要有生长因子刺激；相反的，没有生长因子的刺激下，细胞不能进入S期，细胞周期无法进行，而进入G₀期

Restriction pointy在酵母细胞中称为START，但不是靠生长因子刺激，而是确定环境中的营养物质是否足够，以及细胞大小是否适合，如都适合，才能进入S期

细胞周期检查点

为了确保每一时期的作业完成后才能进入下一期，因此有细胞周期检查点（注：与免疫检查点不同），以避免DNA还没复制完就进入G₂期、spindle还没组装完就进入M期，有了细胞周期检查点，细胞至少要分裂10⁴到10⁵次才会有一个错误

细胞周期中有以下数个检查点，分别在G₁期间、G₁与S期之间、S期中间、S期G₂之间、G₂和M期之间、晚期M期（不同教科书描述的检查点数量稍不同，敝作者综合三本教科书不同的写法）。除了晚期M期，其他检查点基本上是在检查DNA是否损害，晚期M期的检查点会确认纺锤体与染色体排列完全；另外，S期的检查点亦会检查DNA是否复制完全、G₂和M期之间的检查点亦会检查致癌基因是否也被复制

这些检查点能够辨识DNA是否损失和是否有未复制完全的DNA，是由ATM和ATR这两种蛋白质完成，一旦发现问题，便立刻停止细胞周期，启动DNA修复，如无法修复便走向程序式细胞死亡（例如最常见的是细胞凋亡）

蛋白质激酶与细胞周期调控

早期分子生物实验发现，抽取从G₂到M期之蛙类卵母细胞的细胞质液，将此抽取物微注射入停留在G₂期的蛙卵细胞，可使此卵母细胞离开G₂期，进入M期，且如果注射量越多，越多细胞进入M期。此实验说明有一项因子，存在细胞质中，会触发细胞进入M期，此因子在那时（约1971年）我们称为 maturation promoting factor, MPF。进一步研究发现，MPF不局限作用于卵母细胞，体细胞也会，因此MPF被称为能使细胞从G₂期进入M期的基本调节者

1983年，Tim Hunt与他的同事在海胆和蛤胚胎细胞，发现有两种蛋白质会随着时间做周期性含量变化，在间期时，此蛋白质积聚于细胞中，浓度渐渐变高，进入M期后，蛋白质被分解，含量下降，直到下一次间期，含量再生上升，如此反复。因此推论这蛋白质与细胞周期的进行有关，Hunt分别将这两种蛋白质称为Cyclin A, Cyclin B。1986年，Joan Ruderman 与他的同事将Cyclin A注射入蛙卵母细胞，可使其从G₂期进入M期

1988年，James Maller 在实验室中从蛙卵细胞提纯出MPF，然后MPF的分子分析便在各个实验室中进行，发现它由两个亚单位组成：CDK1和Cyclin B，至此我们知道细胞周期的进行是有不同的CDK和Cyclin所调节