Der Zellzyklus wird durch ein komplexes Zusammenspiel von Cyclinen und Cyclin-abhängigen Kinasen (CDK) reguliert, die an verschiedenen Kontrollpunkten im Zellzyklus aktiv werden.
Cycline sind Proteine, deren Konzentration während des Zellzyklus periodisch schwankt. Die wichtigsten Vertreter sind Cyclin D, das in der G1-Phase aktiv ist und das Zellwachstum reguliert, sowie Cyclin A, das den Übergang in die S-Phase und die DNA-Replikation steuert. Diese Cycline bilden Komplexe mit CDKs, die durch Phosphorylierung andere Proteine aktivieren und so den Zellzyklus vorantreiben. Der Cyclin-Abbau erfolgt gezielt durch Ubiquitinierung, wodurch die nächste Phase eingeleitet werden kann.
Eine besondere Bedeutung haben Proto-Onkogene und Tumorsuppressorgene bei der Kontrolle des Zellzyklus. Proto-Onkogene wie Ras sind normale Gene, die das Zellwachstum fördern. Durch Mutationen können sie zu Onkogenen werden, die unkontrolliertes Wachstum verursachen. Tumorsuppressorgene wie das p53-Gen wirken als natürliche Wachstumsbremsen und können beschädigte Zellen in die Apoptose führen. Tumorsuppressorgene sind rezessiv, das heißt beide Allele müssen durch Mutation ausgeschaltet sein, damit ihre schützende Funktion verloren geht. Das Zusammenspiel von aktivierten Onkogenen und inaktivierten Tumorsuppressorgenen ist ein wesentlicher Mechanismus der Krebsentstehung. Besonders das Tumorsuppressorgen p53, auch "Wächter des Genoms" genannt, spielt eine zentrale Rolle bei der Verhinderung unkontrollierter Zellteilung.
