细胞周期蛋白-Cdk复合体与细胞周期调控
在芽殖酵母中，不同细胞周期蛋白的连续合成和降解在控制细胞周期中起着关键作用。酵母细胞只有一个Cdk（Cdc28或Cdc2），而哺乳动物细胞有好几种此类蛋白激酶。Cdk特异性结合细胞周期蛋白，在细胞周期的不同时间点表达出活性。不同的cyclin-Cdk复合物磷酸化特定的蛋白质底物，从而驱使哺乳动物细胞从一个阶段进入下一个阶段。例如，cyclin ECdk2复合物激活时驱动细胞进入S期，而cyclin B-Cdk1复合物激活时驱动细胞进入有丝分裂。
cyclin-Cdk复合物是细胞周期调控系统的核心，其周期性的形成与降解引发了细胞周期进程中特定事件的出现，并促成了G1期向S期、G2期向M期、中期向后期等关键过程不可逆的转化。
（1）G1期中cyclin-Cdk复合物的作用
在G1期起主要作用的Cdk复合物是由G1期周期蛋白D、E与Cdk4/6结合构成的，这些复合物能使G1期晚期的细胞跨越限制点，向S期发生转换。cyclin D-Cdk复合物主要在G1期向S期转变的过程中起作用，在一些向S期转变的G0期细胞中存在cyclin D的转录及表达。而当cyclin D抗体加入后，G0期细胞的这一转变将受阻。而cyclin E-Cdk复合物则为S期的启动所必需，如果蝇胚胎细胞中的cyclin E基因突变，细胞将滞留于G1期。向G1期细胞中显微注射特异性的cycling E抗体，细胞向S期的转变受到抑制。相反，如果用某些方法促进cycling E在细胞中高表达，则G1期细胞将迅速转入S期。
与G1期cyclin-Cdk复合物作用相关的主要生化事件有：cycling D首先在细胞中大量合成，Cdk4/6与其结合，通过激酶活性磷酸化视网膜母细胞瘤（retinoblastoma，Rb）蛋白使其失活，与Rb蛋白结合的转录因子E2F被释放，S期启动相关的基因开始转录，G1/S期、S期cyclin大量合成，G1/S-Cdk、S-Cdk复合物活化，致使与DNA复制相关的蛋白及酶的大量合成，DNA复制启动，细胞进入S期。
磷酸化S期cyclin-Cdk复合物抑制蛋白是经多聚泛素化途径被降解的，是G1期cyclin-Cdk复合物控制G1期向S期转变的又一种方式。S期cyclin-Cdk抑制蛋白是一种表达于G1早期，特异性抑制S期cyclin-Cdk的因子，S期cyclin-Cdk在G1期一经合成，就被该抑制蛋白结合，活性丧失。在G1期晚期，S期cyclin-Cdk抑制蛋白在G1期cyclin-Cdk复合物作用下发生磷酸化，经泛素结合酶及泛素连接酶识别后，被多聚泛素化，最终降解，S期cyclin-Cdk活性得以恢复，重新具有对DNA合成的诱导能力，G1期进一步向S期转化。
（2）S期中cyclin-Cdk复合物的作用
当细胞进入S期后，cyclin-Cdk复合物发生的主要变化包括cyclin D/E-Cdk复合物中的cyclin降解与cyclin A-Cdk复合物形成。因cyclin D/E的降解是不可逆的，因此进入S期的细胞将无法向G1期逆转。Cyclin A-Cdk复合物是S期中最主要的cyclin-Cdk复合物，能启动DNA的复制，并阻止以复制的DNA再发生复制。
DNA复制启动后，cyclin A-Cdk复合物可进一步对前复制复合体的蛋白质进行磷酸化，导致Cdc6蛋白的降解或Mcm向核外的转运，阻止前复制复合体在原复制位点及其他复制起始点的重新装配，使DNA复制不会再启动。cyclin A-Cdk复合物通过上述机制保证了S期细胞DNA只能复制一次。cyclin A-Cdk复合物的这一作用能继续维持到G2及M期，直至有丝分裂后期染色单体彼此未发生分离，前DNA都无法再进行复制。
（3）G2/M期转换中cyclin-Cdk复合物的作用(https://www.daowen.com)
G2期晚期形成的cyclin B-Cdk1复合物，在促进G2期向M期转换的过程中起着关键作用，该复合物又被称为成熟促进因子（MPF），意为能促进M期启动的调控因子。MPF表现出蛋白激酶活性，能使特定蛋白质磷酸化，从而进入有丝分裂。虽然MPF的许多关键底物仍有待确定，但我们现在知道一些例子显示MPF磷酸化调控如何介导许多有丝分裂早期到中期的事件，例如，染色体凝结、纺锤体形成和核膜解体。在有丝分裂的早期，MPF催化磷酸化的核纤层蛋白A、B、C和核孔蛋白与内核膜蛋白引起核纤层解聚、核孔解离为亚体，并收缩到内质网。另外，MPF调控的凝缩蛋白磷酸化或MPF调控的其他激酶的参与导致染色体凝缩。此外，微管相关蛋白的MPF磷酸化可能是微管动力剧烈变化的必要条件，会导致有丝分裂纺锤体的形成。
MPF中的Cdk1是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，可催化蛋白质丝氨酸与苏氨酸残基磷酸化，是MPF的活性单位。Cdk1本身是一种磷蛋白，只有当其发生确定酸化时，才可以表现出蛋白激酶活性。Cdk1在整个细胞周期进程中的表达较为恒定。cyclin B具有激活Cdk1以及选择激酶底物的功能，其表达随细胞周期进程发生变化，是MPF的调节单位。
在G2期晚期，MPF活性显著升高，此时cyclin B表达到达峰值，Cdk1与其结合后，原处于磷酸化的Tyr15和Thr14位点，经Cdc25蛋白作用发生去磷酸化，而Thr161位点则保持其磷酸化状态，Cdk1活性由此被激活。MPF活性增高促进了G2期向M期的转换。如果cyclin B与Cdk1分离并解体，Cdk1的Tyr15和Thr14氨基酸残基又发生磷酸化，将导致MPF激酶活性失活，由此可促进细胞从M期向G1期转化（图10-4）。
图10-4 MPF的调控作用示意图
（4）M期中cyclin-Cdk复合物的作用
M期细胞在形态结构上所发生的众多事件及中期向后期、M期向下一个G1期的转换均与MPF相关。
细胞由G2期进入M期后，具有蛋白激酶活性的MPF可对M期早期细胞形态结构变化产生直接或间接的作用。MPF与染色体的凝集直接相关。在细胞分裂的早中期，MPF可通过磷酸化组蛋白H1上与有丝分裂有关的特殊位点诱导染色质凝集，启动有丝分裂。MPF也可直接作用于染色体凝缩蛋白，散落的DNA分子结合于磷酸化的凝缩蛋白上后，引起表面发生缠绕、聚集，导致染色体形成超螺旋化结构，进而发生凝集。
MPF还可以促进细胞从中期向后期转换。在后期晚期，姐妹染色单体移至纺锤体极点，后期促进因子（APC）由Cdh1引导多泛素化周期蛋白，导致其蛋白酶体破坏，MPF活性下降，这标志着末期开始。MPF去活性在后期/末期转化中的作用有：通过磷酸酶使凝血酶、层蛋白、核孔蛋白和其他核膜蛋白去磷酸化，允许末期细胞活动的发生。例如，染色体解凝和核膜的恢复，解除对肌球蛋白轻链的抑制，允许收缩环的形成和细胞质分裂的进行。
在有丝分裂后期末，cycling B在激活的APC作用下经多聚泛素化途径被降解，MPF解聚失活，促使细胞转向末期。此时细胞中失去了MPF的活性作用，磷酸化的组蛋白、核纤层蛋白等可在磷酸酶作用下发生去磷酸化，染色体重新开始凝集，核膜也再次组装，子细胞核逐渐形成。后期末MPF激酶活性降低，促使胞质分裂发生。在M期早期，MPF可对参与胞质分裂收缩环形成的肌球蛋白进行磷酸化，随着后期MPF的失活，磷酸酶使肌球蛋白去磷酸化，其活性恢复并与肌动蛋白相互作用，使收缩管不断缢缩，分裂沟不断加深，直至细胞质发生分裂。