細胞週期是由演化高度保守的分子振盪器驅動的時序程式。從酵母的遺傳學篩選到哺乳類的生化重建，細胞週期研究是分子生物學最成功的典範之一。Leland Hartwell、Tim Hunt 和 Paul Nurse 因發現 CDK 和 Cyclin 系統而獲得 2001 年諾貝爾生理醫學獎。
Cyclin-CDK 振盪器的分子邏輯
CDK 活化需要多層調控：(1) Cyclin 結合——Cyclin 在轉錄和泛素依賴的蛋白質降解兩個層面受週期性調控；(2) 活化磷酸化——CDK-activating kinase（CAK）磷酸化 CDK 的 T-loop；(3) 抑制性磷酸化的解除——Wee1 激酶磷酸化 CDK1 的 Tyr15 和 Thr14 維持其抑制態，Cdc25 磷酸酶移除這些磷酸基團活化 CDK1。Cdc25 的活化本身受 CDK1 正回饋驅動（CDK1 磷酸化 Cdc25 增強其活性，同時磷酸化 Wee1 抑制其活性），形成雙重正回饋迴路，使 G2→M 轉變成為雙穩態開關（bistable switch），確保轉變快速且不可逆。
APC/C（Anaphase-Promoting Complex/Cyclosome）
APC/C 是一個含 13 個亞基的 E3 泛素連接酶，由 Cdc20 或 Cdh1 活化。APC/C-Cdc20 在紡錘體組裝檢查點通過後活化，泛素化 Securin（釋放 Separase 切割 Cohesin 啟動後期）和 Cyclin B（終結有絲分裂）。APC/C-Cdh1 在晚 M 期和 G1 期活躍，維持 Cyclin B 和 Geminin 的降解，防止 DNA 再複製。APC/C 與 SCF^(Skp2) 之間的接力確保 Cyclin 的有序升降。
DNA 複製的授權與發射模型
DNA 複製每個細胞週期只能啟動一次。G1 期中，ORC（Origin Recognition Complex）結合複製起點，依序招募 Cdc6 和 Cdt1 裝載 MCM2-7 解旋酶（pre-RC 組裝 = 授權 licensing）。S 期進入後，CDK 和 DDK 磷酸化 MCM 複合物並招募 Cdc45 和 GINS 形成 CMG 解旋酶啟動複製（發射 firing）。關鍵地，CDK 同時磷酸化 Cdc6（導致其降解）和促進 Geminin 累積（抑制 Cdt1），防止已發射的起點被重新授權——這一「授權-發射互斥」機制確保每個起點每週期只啟動一次。
紡錘體組裝檢查點（SAC）的分子機制
未附著的動粒催化 Mad2 的構型轉變（O-Mad2 → C-Mad2），C-Mad2 與 Cdc20 結合形成 MCC（Mitotic Checkpoint Complex, Mad2-BubR1-Bub3-Cdc20），直接抑制 APC/C-Cdc20。當所有動粒都穩定附著並產生張力後，MCC 被快速解體，APC/C-Cdc20 活化啟動後期。單一未附著的動粒就足以產生足夠的 MCC 維持全細胞的 APC/C 抑制——這需要 Mad2 的模板模型（template model）放大信號。CIN（chromosomal instability）表型是 SAC 功能減弱的結果，與腫瘤異質性和抗藥性相關。
細胞週期與癌症治療
CDK4/6 抑制劑（Palbociclib、Ribociclib）阻斷 G1→S 轉換，是 HR⁺ 乳癌的標準治療。這些藥物依賴功能性 Rb——Rb 缺失的腫瘤天然抗藥。合成致死策略：BRCA1/2 突變的腫瘤因 HR 修復缺陷而對 PARP 抑制劑高度敏感。ATR/CHK1/WEE1 抑制劑正在臨床試驗中，策略是取消 S/G2 檢查點迫使帶有 DNA 損傷的細胞進入有絲分裂而死亡（mitotic catastrophe），尤其對 p53 缺失的腫瘤有效。