细胞增殖及其调控

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1、第十一章 细胞增殖及其调控,细胞增殖(cell proliferation)的意义 细胞周期与细胞分裂 细胞周期调控,细胞增殖(cell proliferation)的意义,细胞增殖(cell proliferation)是细胞生命活动的重要特征之一,是生物繁育的基础。 单细胞生物细胞增殖导致生物个体数量的增加。 多细胞生物由一个单细胞(受精卵)分裂发育而来， 细胞增殖是多细胞生物繁殖基础。 成体生物仍然需要细胞增殖，主要取代衰老死亡的细胞， 维持个体细胞数量的相对平衡和机体的正常功能。 机体创伤愈合、组织再生、病理组织修复等，都要 依赖细胞增殖。,第一节 细胞周期与细胞分裂,细胞周期(cel

2、l cycle)概述 有丝分裂(mitosis) 胞质分裂(Cytokinesis) 减数分裂(Meiosis),二、有丝分裂,有丝分裂的过程 与有丝分裂直接相关的亚细胞结构：中心体、动粒与着丝粒、纺锤体 有丝分裂过程中染色体运动的动力机制,有丝分裂过程中染色体运动的动力机制,染色体整列： Mad2和Bub1蛋白：使动粒敏化，促使微管与动粒接触。 染色体分离：后期A和后期B两个阶段假说。,后期A，动粒微管变短（解聚)，将染色体拉向两极。 后期B，极性微管游离端（正极）在ATP功能情况下与微管蛋白聚合，使极性微管加长，形成较宽的极性微管重叠区。在KRPs和胞质动力蛋白作用下，两极距离拉长。,牵拉

3、假说：染色体向赤道板方向运动，是由于动粒微管牵拉的结果。动粒微管越长，拉力越大，当来自两极的动粒微管的拉力相等时，染色体被稳定在赤道板上。 外推假说：染色体向赤道板方向的移动，是由于星体的排斥力将染色体外推的结果。染色体距离中心体越近，星体对染色体的外推力越强，当来自两极的推力达到平衡时，染色体被稳定在赤道板上。,2001年诺贝尔生理医学奖获得者,第二节 细胞周期的调控(Cell-Cycle Control),细胞周期调控系统的主要作用 MPF 周期蛋白 Cyclin-Cdk复合物的多样性及细胞周期运转 细胞周期运转的阻遏(细胞周期运转的负调控),三、周期蛋白特点,各种周期蛋白均含有一段相当保

4、守的氨基酸序列，称为周期蛋白框。介导其与CDK结合。 M期周期蛋白分子近N末端含有一段由9个氨基酸残基组成的特殊序列，称为破坏框。参与有泛素介导的周期蛋白A和B的降解。 G1期周期蛋白分子C端含有一段特殊的PEST序列。与G1期周期蛋白的更新有关。,周期蛋白在细胞周期中的积累及其与CDK激酶活性的关系,2001年诺贝尔生理学/医学奖得主,2001年诺贝尔生理学与医学奖,利兰哈特韦尔发现了控制细胞周期的基因，其中一种被称为“START” 的基因对控制各个细胞周期的最初阶段具有决定性的作用。 保罗纳西的贡献是发现了CDK。 蒂莫西亨特的贡献是发现了调节CDK的功能物质CYCLIN.,一、细胞周期(

5、cell cycle)概述,细胞周期 细胞周期中各个不同时相及其主要事件 细胞周期检验点(Cell Cycle Checkpoint) 细胞周期长短测定 细胞周期同步化 特异的细胞周期,（一）、有丝分裂(mitosis)过程,前期(prophase) 前中期(prometaphase) 中期(metaphase) 后期(anaphase) 末期(telophase),前中期和中期,后期姊妹染色体分离,末期,三、胞质分裂(Cytokinesis),动物细胞胞质分裂 植物细胞胞质分裂,四、减数分裂(Meiosis),减数分裂概念与过程： 减数分裂的意义 减数分裂特点,（一）细胞周期,概念： 细胞从

6、一次有丝分裂结束开始，经过物质积累过程，直到下一次细胞分裂结束为止，称为一个细胞周期。 细胞周期时相组成 细胞周期时间 根据增殖状况，细胞分类三类,细胞周期时相组成,间期(interphase): G1 phase，S phase，G2 phase M phase: 有丝分裂期(Mitosis), 胞质分裂期(Cytokinesis) 细胞沿着G1SG2MG1周期性运转，在间期细胞体积增大(生长)，在 M 期细胞 先是核分裂，接着胞质分裂，完成一个细胞周期。,细胞周期时间,不同细胞的细胞周期时间差异很大 S+G2+M 的时间变化较小，细胞周 期时间长短主要差别在G1期 有些分裂增殖的细胞缺乏G

7、1、G2期,根据增殖状况，细胞分类三类,连续分裂细胞(cycling cell)：周期中细胞 静止期细胞 (Go细胞)：暂时脱离细胞周期，不进行增殖，但在适当刺激下可以重新进入细胞周期的细胞。 终末分化细胞：指终端分化细胞，发生不可逆的脱离细胞周期，丧失分裂能力，但保持生理机能活动的细胞。,（二）细胞周期中不同时相及其主要事件, G1期 S 期 G2期 M 期,周期中细胞形态结构的变化,细胞形态的变化：S期细胞呈扁平状，紧贴培养瓶壁，M期变圆。 细胞内部结构的变化：染色质结构的变化。在S期染色体处于极松散状态，核仁的变化，分裂前期到中期，核仁消失，后期重新形成。 细胞器的分裂和片段化：线粒体叶

8、绿体与细胞分裂同步，数量加倍；其他膜结合细胞器生长并断成片段。,G1期,与DNA合成启动相关，开始合成细胞生长所需要的多种蛋白质、糖类、脂质等，但不合成DNA。同时染色质去凝集。 芽殖酵母（起始点），其他真核细胞（限制点或检验点）,G2期,DNA复制完成，在G2期合成 一定数量的蛋白质和RNA分子，包括微管蛋白和促成熟因子（MPF）,M 期,M期即细胞分裂期，真核细胞的细胞分裂主 要包括两种方式，即有丝分裂(mitosis)和 减数分裂(meiosis)。遗传物质和细胞内其 他物质分配给子细胞。主要特点：染色体凝集，并在纺锤体的作用下，两个姐妹染色单体被均等地分配到两个子细胞。,S期,DNA复

9、制与组蛋白合成同步，组成核小体串珠结构 S期DNA合成不同步：常染色质复制先于异染色质，能转录的DNA复制先于不能转录的；GC含量高的DNA复制先于AT含量高的。,细胞周期长短测定,脉冲标记DNA复制和细胞分裂指数观察测定法 H3-TdR标记，洗涤，培养，定时取样，放射自显影分析 流式细胞仪测定法(Flow Cytometry) 是一种快速测定和分析流体中细胞或颗粒物各种参数的大型实验仪器。根据DNA含量分类细胞，根据类群细胞的数量推断时间。,细胞周期各阶段的时间(细胞周期测定) TG2G2期时间，TMM期时间，TSS期时间，TC细胞周期时间，TG1 TC （TG2 TM TS ）,流式细胞仪

10、检测细胞周期,细胞周期同步化,自然同步化，如有一种粘菌的变形体plasmodia， 某些受精卵早期卵裂 人工选择同步化 人工诱导法 条件依赖性突变株在细胞周期同步化中的应用： 将与细胞周期调控有关的条件依赖性突变株转移 到限定条件下培养，所有细胞便被同步化在细胞 周期中某一特定时期。,人工选择同步化,有丝分裂选择法：用于单层贴壁生长细胞。优点是细 胞未经任何药物处理，细胞同步化效率高。缺点是 分离的细胞数量少。 密度梯度离心法：根据不同时期的细胞在体积和重量 上存在差别进行分离。优点是方法 简单省时，效率高， 成本低。缺点是对大多数种类的细胞并不适用。,药物诱导法, DNA合成阻断法 G1/S

11、-TdR双阻断法：最终将 细胞群阻断于G1/S交界处。优点是同步化效率高， 几乎适合于所有体外培养的细胞体系。缺点是诱 导过程可造成细胞非均衡生长 分裂中期阻断法：通过抑制微管聚合来抑制细胞 分裂器的形成，将细胞阻断在细胞分裂中期。优点 是操作简便，效率高。缺点是这些药物的毒性相对 较大,TdR阻断法进行细胞同步化,特异的细胞周期,特异的细胞周期是指那些特殊的细胞所具 有的与标准的细胞周期相比有着鲜明特点的细 胞周期。 爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期 酵母细胞的细胞周期 植物细胞的细胞周期 细菌的细胞周期,爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期,细胞分裂快, G1期和G2期非常短,S期也短(所有复 制子都激活

12、), 以至认为仅含有S期和M期 无需临时合成其它物质 子细胞在G1、G2期并不生长，越分裂体积越小 细胞周期调控因子和调节机制与一般体细胞标准的 细胞周期基本是一致的,酵母细胞的细胞周期,酵母细胞的细胞周期与标准的细胞周期在时相和调控方面相似 酵母细胞周期明显特点: 酵母细胞周期持续时间较短； 封闭式细胞分裂 ，即细胞分裂时核膜不解聚； 纺锤体位于细胞核内； 在一定环境下，也进行有性繁殖,裂殖酵母细胞周期,芽殖酵母细胞周期,植物细胞的细胞周期,植物细胞的细胞周期与动物细胞的标准细胞周期 非常相似，含有G1期、S期、G2期和M期四个时期。 植物细胞不含中心体，但在细胞分裂时可以正常 组装纺锤体。

13、 植物细胞以形成中间板的形式进行胞质分裂,植物细胞成膜体的形成,细菌的细胞周期, 慢生长细菌细胞周期过程与真核细胞周期过程有 一定相似之处。其DNA复制之前的准备时间与G1期 类似。分裂之前的准备时间与G2期类似。再加上S 期和M期，细菌的细胞周期也基本具备四个时期 细菌在快速生长情况下，如何协调快速分裂和最 基本的DNA复制速度之间的矛盾,前期(prophase),标志前期开始的第一个特征是染色质开始浓缩 (condensation)形成有丝分裂染色体(mitotic chromosome） 第二个特征细胞骨架解聚，有丝分裂纺锤体 (mitotic spindle)开始装配 Golgi体、E

14、R等细胞器解体，形成小的膜泡,这种染色体由两条染色单体(chromatid)构成 在前期末，染色体主缢痕部位形成一种蛋白复 合物称为动粒(kinetochore),间期动物细胞含一个MTOC，即中心体，在 G1期末，两个中心粒在各自垂直的方向复制出一个中心粒，形成两个中心体。当前期开始时， 2个中心体移向细胞两极，并同时组织微管生 长，由两极形成的微管通过微管结合蛋白在正 极末端相连，最后形成有丝分裂纺锤体。,前期两个中心体向两极移动,前中期(prometaphase),指由核膜解体到染色体排列到赤道面(equatorial plane)这一阶段 核膜破裂成小的膜泡，这一过程是由核纤层蛋白中特

15、异的Ser残基磷酸化导致核纤层解体 纺锤体微管与染色体的动粒结合，捕捉住染色体。每个已复制的染色体有两个动粒，朝相反方向，保证与两极的微管结合；纺锤体微管捕捉住染色体后，形成三种类型的微管 不断运动的染色体开始移向赤道板。细胞周期也由前中期逐渐向中期运转。,中期(metaphase),指从染色体排列到赤道面上，到姊妹染色单体开始分向两极的一段时间，纵向观动物染色体呈辐射状排列。 所有染色体排列到赤道板(Metaphase Plate)上，标志着细胞分裂已进入中期。染色体的整列或染色体的中板集合。 该期主要特点是姐妹染色单体位于赤道板上,着丝粒分别被两端的中心体发出的纤维连接 什么机制确保染色体

16、正确排列在赤道板上？ 着丝粒微管动态平衡形成的张力,中期的主要特征,后期(anaphase),排列在赤道面上的染色体的姐妹染色单体分离产生向极运动 后期(anaphase)大致可以划分为连续的两个阶段，即后期A和后期B 后期A，指染色体向两极移动的过程。 动粒微管去装配变短，染色体产生两极运动。微管去聚合作用假说。 后期B，指两极间距离拉大的过程。 极间微管长度增加，两极之间的距离逐渐长，介导染色体向极运动。纺锤体微管滑动学说。 这一时期的主要特点是:着丝粒分开,染色单体移向两极。,后期的主要特征,末期(telophase),染色单体到达两极，即进入了末期（telophase）, 到达两极的染色单体开始去浓缩 核膜开始重新组装 Golgi体和ER重新形成并生长 核仁也开始重新组装，RNA合成功能逐渐恢复,有丝分裂结束 该期的主要特点是:染色体解螺旋形成细丝,出现核仁和核膜。,