诺贝尔医学及生理学奖----控制细胞周期的关键物质.ppt
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1、2001年诺贝尔医学及生理学奖 -控制细胞周期的关键物质,制作人:刘晓 专业:动物学 年级:2010级,2001 年10 月8 日, 瑞典皇家科学院宣布本届诺贝尔生理学及医学奖授予发现“细胞周期中关键调节剂(key regulators) ”的美国L eland H. Hartwell以及英国R. T imo thy Hunt 和Pau lM. Nurse 3 位科学家, 他们共获奖金100 万美元。,一、获奖者简介,. Dr. Leland Hartwell 1939年生于美国洛杉矶 1961年在加州理工学院获得学士学位, 1964年在麻省理工学院获得博士学位, 现任职于西雅图Fred Hu
2、tchinson癌症研究中心。 利兰德.哈德威尔(美国),)因为发现了调控细胞周期的一族特异性基因而获得诺贝尔奖。其中一个名为“start”的基因在细胞周期的第一步中发挥中心作用。Hartwell还引入了“checkpoint”的概念,这对于细胞周期的理解是十分有帮助的。,Dr. Paul Nurse 1949年生于英国, 1970年在伯明翰大学获得理学学士学位, 1973年在East Anglia大学获得博士学位, 现就职于伦敦帝国癌症研究基金会。 泊尔.诺斯(英国) ,克隆并用遗传学方法和分子生物学方法研究了细胞周期中的一个关键调控因子CDK(cyclin依赖性激酶)。他证明了CDK的功能
3、在进化上是极其保守的。CDK通过磷酸化其它蛋白质而推进细胞周期。,Dr.Timothy Hunt 生于1943年, 1965年在剑桥大学获得博士学位, 现任职于伦敦帝国癌症研究基金会。 帝木斯. 汉特(英国),因为发现cyclin而获奖。Cyclin是正调控CDK功能的蛋白质。他发现cyclin在每一次细胞分裂中都会周期性地降解,这种机制对于细胞周期的调控十分重要。,二、研究背景,1.“细胞周期”( cell cycle)又称“细胞分裂周期”,是指细胞从一次分裂结束到下一次分裂结束所经历的全过程。1882 年, Kiel大学的解剖学教授Flemming即在光学显微镜下观察到形态明显变化的动物细
4、胞有丝分裂现象。此后,许多科学家做了大量的相关研究。但由于早期科学发展的局限性,当时的科学家们仅仅认为有丝分裂期是细胞增殖的主要活动期,因此将细胞活动分为分裂期和静止期(间期) 。他们更关注于有丝分裂时染色体的变化情况, 而对于细胞周期的分子调控机制研究甚少。,2.直到20世纪50年代初, 才开始研究细胞周期以及细胞分裂的分子调控机理。科学家用32 P标记的磷酸盐浸泡蚕豆苗,并在不同时间取根尖进行放射自显影的研究,发现遗传物质DNA的复制只发生于细胞间期的一段时间,这段时间与有丝分裂期前后各存在一个时间间隙。从而科学家明确提出了细胞周期的概念,并将它依次分为G1期、S期、G2期和M期。后续的实
5、验又进一步证明了在动植物细胞中细胞周期存在的普遍性,从而为细胞增殖的研究开创了新的方向。因此,细胞周期的揭示成为20 世纪50年代细胞生物学研究的重大发现之一。,细胞周期包括一下几个阶段:G1SG2M 在G1期,细胞逐渐长大;尺寸到达一定程度的时候进入S期,此时为DNA合成作准备 S期DNA开始合成,细胞复制遗传物质; 在G2期,细胞检查DNA复制是否完成,并合成大量蛋白质为细胞分裂作准备; 在M期,染色体分离,细胞分裂为两个子细胞,子细胞获得与父代完全相同的遗传信息。 分裂完成后,子细胞进入G1期,开始下一轮细胞周期。,3. 科学家的研究还发现不同生物的细胞周期时间存在着差异,即使同一个体中
6、的不同细胞,其细胞周期的长短也不相同。一般地, G1 期的时间变化较大,而S + G2 +M的时间变化则相对恒定。进入细胞周期的细胞是处于分裂状态的细胞,而另外一些细胞则处于不分裂的状态,这类细胞被称为休眠细胞,它们所处的时期为G0 期。细胞周期的调节,能保证细胞周期中各期按照正常顺序进行,并纠正细胞分裂过程中出现的任何错误。它的紊乱,将导致细胞增殖、分化异常,发生癌变,甚至死亡。目前研究热点:一、研究细胞是怎样启动和完成有关细胞增殖的生物学事件;二、研究细胞如何保证这些事件精确地按次序进行。这样就给科学家们带来了新的疑问:细胞周期的具体调节机制是什么? 调控因子是什么?,三、研究工作及成果,
7、1、酵母细胞周期基因的发现 2、高等生物中细胞分裂周期基因的发现 3、首个细胞周期蛋白的发现 4、细胞周期调控的分子机制,1、酵母细胞周期基因的发现,自20世纪60年代末起, Leland H. Hartwell就开始运用遗传学方法,借助单细胞生物芽殖酵母,,以其为模型进行了一系列的研究。通过改变温度的方法方法在这些突变株中先后分离出上百个调控细胞周期的基因,它们的突变导致了细胞周期的异常。因此,这些基因被命名为细胞分裂周期基因( cdc genes) 。在这些cdc基因中,最重要的是被命名为“启动”基因( start gene)的cdc 28基因,而其在G1 期中发挥作用的时间点被称为“启动
8、点”(在高等真核生物中称为R点或限制点) 。当酵母细胞在早G1 期储存了足够的营养物质及能量,并满足了细胞体积生长到特定大小等一系列条件时, cdc 28基因将启动以促进细胞不可逆地通过“启动点”进入晚G1 期,并定向地进行DNA复制和有丝分裂。Hartwell发现,在“启动点”之前的早G1 期细胞可能因为营养物质不足等原因离开细胞周期进入G0 期,但在相同的情况下,“启动点”之后的晚G1 期细胞则有不少可以进入S期进行DNA复制。后来的研究表明, cdc 28基因还可促进细胞从G2 期进入M期。,2、高等生物中细胞分裂周期基因的发现,PaulM. Nurse也是通过遗传学方法对细胞周期的调控
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