第二章 總論
第二節 細胞週期的調控
一個細胞分裂增殖成兩個細胞，中間受到許多分子調控複製程序的進 行，這期間我們稱之為細胞週期，整個週期可被分為兩大時期–interphase
（包含 G1、S、G2 phase）及 M phase，而在這過程當中，則會有三個 checkpoints 來決定細胞週期是否能進入至下一時期：
G0 phase：又稱 senescence 或 quiescence，為細胞靜止期，經由某些分 子的刺激，可進行分化或進入G1期。
G1 phase：G 意指為 Gap，處於 M 期及 S 期的中間時期，細胞會複製 本身胞器與蛋白質，增大自體體積，準備進入 S 期，此期 間可長達數小時至數天之久。由 G1 要進入 S 期為第一個 checkpoint。
S phase：S 意指 Synthesis，此期細胞進行的是 DNA 的複製工作，需 10 至 12 小時的時間。
G2 phase：為 S 期與 mitosis 的中間時期，為進入 M 期作準備。而要由 S 進入到 M 期為第二個 checkpoint。
M phase：M 意指 Mitosis，為細胞週期最短的一期，進行細胞核與細 胞質的分裂，又可細分為數個時期，如下：
Prophase：核內複製完的染色體進行濃縮，胞質中 mitotic
spindle 進行組裝，兩個 centrosome 分別移向兩 側。
Prometaphase：centrosome 移至 spindle pole 處，核膜破裂，
染 色 體 藉 由 kinetochores 附 著 到 spindle microtubules 上，並開始移動。
Metaphase：染色體排列於 spindle pole 中間的赤道板上，準 備進行分裂。此時為第三個 checkpoint。
Anaphase：複製完的染色體進行分裂成兩子染色體，此時 kinetochore microtubules 開始縮短，spindle pole 往外側移動。
Telophase：分裂完的子染色體移至 spindle pole 處，染色體 開 始 decondense ， 新 的 核 膜 及 細 胞 質 中 contractile ring 開始形成
Cytokinesis：核膜形成完全，細胞質分裂為二，細胞準備重 新回到interphase。
二、細胞週期調控分子：
1. Cyclins and Cdks
調控細胞週期的進行主要為 Cyclins 與 Cdks（cyclin-dependent kinases）兩大家族，單獨的 Cdks 並無磷酸化其下游分子的能力，必須當 Cdks 與 Cyclins 結合形成複合體時，Cdks 才會具有蛋白質激酶的活性，
即可磷酸化下游分子；在細胞週期的四個時期中，都有特定促使每一時 期進行的Cyclin-Cdk complexes，G1期有Cyclin D-Cdk4/6 complexes 以 及Cyclin E-Cdk2 complexes，S 期有 Cyclin A-Cdk2 complexes，G2期有 Cyclin B-Cdk1 complexes（81-83）。列表如下：
表 2. four classes of Cyclins and Cdks in mammalian cell cycle Cell-cycle stages Cyclins Cdks
Early/Mid G1 phase Cyclin D1,D2,D3 Cdk4﹐Cdk6 位置Cdc25 phosphatase 解磷酸化時，會使得 Cdks 又恢復活性；另外，
在 Thr14 如被 Myt1 加上磷酸根，同樣會使 Cdks 失活性，而在 Thr161 位置由 CAK（cyclin H/Cdk7 complex）加上磷酸根的話，可使得 Cdks 為活性型態，因此我們可以了解到，當Cdks 上的 Thr14 和 Tyr15 有一者 或兩者均被加上磷酸根時，Cdks 活性是被抑制的，而 Thr161 單獨被磷 酸化，Cdks 才具活性（84）。
另一方面，Cyclins 的表現量是隨著細胞週期而有所變化的，在 G2
期 表 現 的 cyclin B 如 果 在 進 入 mitosis 的 晚 期 時 ， 若 沒 有 被 anaphase-promoting complex（APC）ubiquitylation 分解，則會使 mitosis 停止於anaphase；而在 G1/S transition 時的 cyclin E 如果大量表現，因為 要進入到S 期需要 Cdk2 與 cyclin A 的結合，但大量的 cyclin E 把 Cdk2 都抓住了，因此便無法進入到S 期（85）。
2. Cdk inhibitors and p53
Cdk inhibitors 顧名思義就是抑制 Cdk 活性的分子，CdkIs 主要可分 為兩大家族–CIP/KIP 家族與 INK4（means Inhibitors of Cdk4）家族，
CIP/KIP 家族成員有 p21CIP1/WAF1/sdi1、p27KIP1及 p57KIP2；INK 家族則有 p16INK4a、p15INK4b、p18INK4c和p19INK4d（86）。
一般而言，CIP/KIP 家族中的 p57KIP2 主要是跟細胞的分化比較相
關，而p21CIP1/WAF1/sdi1
與p27KIP1對於所有的cyclin-Cdk complexes 均有抑 制作用（87），它們會形成cyclin-Cdk-CdkI 型式的三元體，藉由遮蔽掉 Cdks
p53 本身為一轉錄因子（transcription factor），平時與 MDM2 protein 結合在一起為不活化型，當細胞 DNA 受到傷害、缺氧（hypoxia）或是 致癌因子（oncogene）活化的形況下，就會誘使 p53 的活化，p53 參與 了包括細胞DNA 的修復、細胞週期的停止與細胞凋亡（apoptosis）等的 生物反應，比如說CdkIs 中的 p21CIP1/WAF1/sdi1
為p53 主要下游調控分子，
p53 的活化會使得 p21CIP1/WAF1/sdi1
於細胞內的表現量上升，導致細胞週期 的停滯，此外，有關細胞DNA 修復的 GADD45 和 p53R2 以及細胞凋亡 相關的Bax、NOXA、PUMA 和 p53AIP1 都會受到 p53 的調控（91）。 3. pRb and E2F families
pRb（retinoblastoma protein, also called pocket protein）家族有 pRb
（pRb1﹐p110）、pRb2/p130 與 p107 三個，E2F（early gene 2 factor）家 族則有E2F-1 到 E2F-6（92）， E2F 本身為 transcription factor，平時在與 Rb protein 結合的時候是沒有活性的，但當 Rb protein 被上游的 cyclin/Cdk complexes 磷酸化時，就會與 E2F 脫離，使 E2F 具活性。一般來說，Rb protein 本身有 16 個位置可能會被加上磷酸根，而 cyclin/Cdk complexes 主要會去磷酸化 Rb protein C-terminus 的位置，比如說 cyclin D/Cdk4 complex 會去磷酸化 Rb protein 在 Ser780、Ser795 與 Thr826 的位置（93）。
就目前所知，pRb 是跟 E2F-1,2,3 結合在一起，pRb2/p130 和 p107 是與E2F-4,5 結合在一起，而 E2F-6 則和 pRb 較無相關，它主要與 Polycomb group proteins（PcG）結合在一起。一般認為，E2F-4,5 與 pRb2/p130 以 及 E2F-6 與 PcG 的結合是在 G0 與 early G1 期時，扮演 transcription repressors 的角色， E2F-1,2,3 則作用於 late G1 跟 S 期，為 transcription activators。近年來的研究發現，受到 E2Fs 家族調控的分子相當的多，除 了調控細胞週期進入S 期的分子，如 cyclin E、cyclin A、c-Myb 和 Cdk2 外；尚有與DNA 合成相關的，如 ORC protein、MCMs（mini chromosome maintenance proteins）、Cdc6、ribonucleotide reductase、thymidine synthase 與 DNA polymerase α 以及與 DNA 修復相關的分子，如 msh2 和 mih1
（mismatch repair gene）﹐Fanconi anemia 和 rpa3（excision repair）與 rad51、recQ1 和 rad54（double-strand break recombination repair）；另外 對於mitosis 與 DNA-damage checkpoint、apoptosis 相關的分子，如 cyclin B、cdc2、Mad2、chk1、caspase-3 和 APAF-1，都會受到 E2Fs 家族的調
控（94）。
因此，就最近的研究文獻報導，顯示 pRb 與 E2Fs 家族的分子，對 於細胞的影響不僅調控細胞週期，並且可能參與細胞分化與死亡的調控。