CELLCYCLE第十三章細胞周期細胞增殖是生命的基本特征。初生嬰兒1012個細胞，成人1014個，約200種類型。成人每秒鐘有數(shù)百萬新細胞產(chǎn)生。一個大腸桿菌若按20分鐘分裂一次，并保持這一速度，則兩天即可超過地球的重量。第一節(jié)基本概念MAJORCONCEPTSEucaryoticCellCycle

Atypicalmammaliancellhasacellcycletimeof24hours,with12hrG1,6-8hrS,3-4hrG2,and1hrM根據(jù)細胞周期可將高等動物細胞分為3類：①連續(xù)分裂細胞，如表皮生發(fā)層、骨髓干細胞。②休眠細胞，暫不分裂，適當刺激下可重新進入細胞周期，稱G0期細胞，如淋巴細胞、肝、腎細胞等。③不分裂細胞，又稱終端細胞，不再分裂，如神經(jīng)、肌肉、多形核細胞等。二、細胞周期時間的測定G1期差異較大，M期最短，約0.5～4.5小時。周期長短與物種/細胞類型有關(guān)。測定方法：標記有絲分裂百分率法（PLM），用3HTDR對測定細胞脈沖標記、定時取材，通過統(tǒng)計標記有絲分裂細胞百分數(shù)來測定細胞周期。三、細胞同步化（一）自然同步化1.多核體：粘菌、瘧原蟲。2.水生動物受精卵：海膽、兩棲類。3.增殖抑制解除后的同步分裂：真菌休眠孢子。（二）人工同步化1.選擇同步化1）有絲分裂選擇法優(yōu)點：操作簡單，同步化程度高，細胞不受藥物傷害。缺點：獲得的細胞數(shù)量較少（分裂細胞約占1%～2%）。2）細胞沉降分離法優(yōu)點：可用于任何懸浮培養(yǎng)的細胞。缺點：同步化程度較低。2.誘導同步化1）DNA合成阻斷法：用DNA合成抑制劑，可逆阻斷細胞周期，然后釋放。常用TDR雙阻斷法。優(yōu)點：同步化程度高；缺點：產(chǎn)生非均衡生長，個別細胞體積增大。2）中期阻斷法用秋水仙素等微管抑制劑將細胞阻斷在中期。優(yōu)點是便于觀察染色體，缺點是可逆性較差。一、細胞分裂的類型無絲分裂：又稱直接分裂，由Remark（1841）發(fā)現(xiàn)于雞胚血細胞，不涉及紡錘體形成及染色體變化。有絲分裂：又稱間接分裂，由Fleming(1882)和Strasburger(1880)發(fā)現(xiàn)。減數(shù)分裂：DNA復制1次，細胞連續(xù)分裂2次。二、有絲分裂過程為了便于描述人為的劃分為六個時期：間期（interphase）；前期(prophase)；前中期(premetaphase)；中期(metaphase)；后期(anaphase)；末期(telophase)。間期包括G1期、S期和G2期，進行DNA、中心體復制，細胞體積增大等準備工作。（一）前期①染色質(zhì)凝縮，②分裂極確立與紡錘體開始形成，③核仁解體，④核膜消失。Twocentrosomes,andtheirformingradialarraysofastralmicrotubulesseparatingonthesurfaceofanearlyprophasenewtlungcellnucleus.圖片來自圖片來自（二）前中期從核膜解體到染色體排列到赤道面上。（四）后期指妹妹染色體單體分開并移向兩極的時期。分為后期A、后期B兩個過程。AnaphaseA:separationofthesisterchromatids.AnaphaseB:separationofthepoles.植物細胞有沒有后期B？（五）末期從子染色體到達兩極，至形成兩個新細胞為止的時期。涉及子核的形成和胞質(zhì)分裂兩個方面。末期核纖肽B去磷酸化，介導核膜重新裝配，同時染色體解聚縮，核仁出現(xiàn)和核膜重新形成。核分裂與胞質(zhì)分裂是相繼發(fā)生的，屬于兩個分離的過程，如：大多數(shù)昆蟲的卵，核可進行多次分裂而無胞質(zhì)分裂，某些藻類的多核細胞可長達數(shù)尺，以后胞質(zhì)才分裂形成單核細胞。子核的形成與胞質(zhì)分裂植物細胞末期近兩極處紡錘絲消失，中間微管保留，形成成膜體。來自高爾基體囊泡沿微管轉(zhuǎn)運到成膜體中間。融合形成細胞板，囊泡的內(nèi)含物形成初生壁和中膠層，囊泡膜形成質(zhì)膜，融合留下的管道形成胞間連絲。第三節(jié)減數(shù)分裂Meiosis由連續(xù)兩次分裂構(gòu)成：通常減數(shù)分裂I分離的是同源染色體，所以稱為異型分裂（heterotypicdivision）或減數(shù)分裂（reductionaldivision）。減數(shù)分裂II分離的是姊妹染色體，類似于有絲分裂，所以稱為同型分裂（homotypicdivision）或均等分裂（equationaldivision）。為了描述方便將減數(shù)分裂分為不同時期。MeiosisConcepts:GameticmeiosisSporicmeiosisZygoticmeiosis一、間期稱前減數(shù)分裂間期或前減數(shù)分裂期(premeiosis)，也分為G1、S和G2期。G2期是有絲分裂向減數(shù)分裂轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵時期。S期時間較長，部分DNA（約0.3%左右）是在合線期合成的。二、分裂期（一）減數(shù)分裂I1.前期I通常分為5個時期：①leptotene，②zygotene，③pachytene，④diplotene，⑤diakinesis。2.中期I3.后期I：同源染色體隨機分向兩極，染色體重組，人類染色體重組概率有223個。4.末期I5.減數(shù)分裂間期。（二）減數(shù)分裂II可分為前、中、后、末四個四期，與有絲分裂相似。一個精母細胞形成4個精子；一個卵母細胞形成一個卵子及2-3個極體。Chromosomerecombination1Chromosomerecombination2Minimumnumberofgametetypes=2n,Inhumans,n=23三、聯(lián)會復合體SC由兩條同源染色體沿縱軸形成，外觀呈梯子狀。SC幫助交換的完成，SC上有重組節(jié)，是交換發(fā)生的部位。SC主要由堿性蛋白質(zhì)和RNA組成，含有少量DNA。SC形成合線期，成熟于粗線期，消失于雙線期。在細線期/合線期加入DNA合成抑制劑，則抑制SC形成。synaptonemalcomplex第四節(jié)細胞周期調(diào)控CELLCYCLECONTROL一、研究背景1970sRao等發(fā)現(xiàn)與M期細胞(Hela)融合的間期細胞染色體發(fā)生凝縮，稱為早熟凝集染色體。G1期PCC為單線狀，因DNA未復制。S期PCC為粉末狀，因DNA由多個部位開始復制。G2期PCC為雙線染色體，說明DNA復制已完成。不同類的M期細胞也可誘導PCC產(chǎn)生，說明M期細胞具有促進間期細胞進行分裂的因子，即成熟促進因子(MPF)。prematurelycondensedchromosome，PCCG1SG2Hartwell1960s,Nurse1970s分別以芽殖酵母和裂殖酵母為材料，利用溫度敏感突變株，發(fā)現(xiàn)許多與細胞分裂有關(guān)的基因(cdc)。如：裂殖酵母cdc2、芽殖酵母cdc28突變型在限制溫度下無法分裂；wee1突變型則提早分裂，cdc25突變型細胞體積增大而不分裂；cdc2和cdc28都編碼34KD的蛋白激酶，促進細胞周期進行，weel和cdc25分別表現(xiàn)為抑制和促進cdc2的活性。FISSIONYEAST

BUDDINGYEAST

Cdc25&Wee1mutantT.Hunt1980s發(fā)現(xiàn)海膽的卵裂過程中兩種蛋白質(zhì)的含量隨細胞周期振蕩，命名為cyclinA和B，其mRNA能誘導蛙卵成熟。1988年Lohka將非洲爪蟾的MPF純化。經(jīng)鑒定MPF由32KD和45KD兩種蛋白組成，是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶。進一步的研究發(fā)現(xiàn)MPF=cdc2+clyclinBLelandH.Hartwell

R.Timothy(Tim)Hunt

SirPaulM.Nurse

2001年10月8日美國人Leland

Hartwell、英國人PaulNurse、Timothy

Hunt因?qū)毎芷谡{(diào)控機理的研究而獲諾貝爾生理醫(yī)學獎。二、CDKcdc2與細胞周期蛋白結(jié)合才具有激酶的活性，故名細胞周期蛋白依賴性激酶(CDK)。cdc2又稱CDK1，可將特定蛋白磷酸化，如：將核纖肽磷酸化導致核纖層解體、核膜消失；將H1磷酸化導致染色體的凝縮等。在動物中已知7種CDK。均含PSTAIRE保守序列，與周期蛋白的結(jié)合有關(guān)。三、細胞周期蛋白依賴性激酶抑制因子CKI對細胞周期起負調(diào)控作用，分為：①Ink4:抑制cdk4·cyclinD1,cdk6·cyclinD1。②Kip：抑制大多數(shù)CDK。其中P21cip1還能與DNA聚合酶δ的輔助因子PCNA結(jié)合，直接抑制DNA的合成。四、細胞周期蛋白cyclin特點：在細胞周期中呈周期性變化。含有一段約100個氨基酸的保守序列，稱為周期蛋白框，介導與CDK結(jié)合。作用：激活和引導CDK作用于不同底物。已知30余種，分為4類：G1型、G1/S型、S型、M型。不同類型的CDK/cyclin復合體*包括D1-3，各亞型cyclinD在不同細胞中的表達量不同，但具有相同的功效。G1期，在生長因子的刺激下，cyclinD表達，并與CDK4、CDK6結(jié)合，使下游的蛋白質(zhì)如Rb磷酸化，釋放轉(zhuǎn)錄因子E2F，促進許多基因的轉(zhuǎn)錄，如編碼cyclinE、A和CDK1的基因。G1-S期，cyclinE與CDK2結(jié)合，激活DNA復制。G2-M期，cyclinA、cyclinB與CDK1結(jié)合，CDK1引起染色體凝縮、核膜解體等。G1CDKactivatetranscriptionfactorE2FCELLCYCLEREGULATION中期當MPF活性達到最高時，激活APC，通過泛素化途徑降解cyclinB，完成細胞周期。分裂期周期蛋白N端具有降解盒。泛素由76個氨基酸組成，高度保守。共價結(jié)合泛素的蛋白能被蛋白酶體識別和降解，是細胞內(nèi)短壽命蛋白和異常蛋白降解的普遍途徑。DestructionBoxinCyclins26S蛋白酶體是大型的蛋白酶，可將泛素化的蛋白質(zhì)分解成短肽。M期CDK的激活起始于分裂期cyclin的積累。結(jié)合cyclinB的CDK1被Wee1將Thr14和Tyr15磷酸化而不具有活性，使CDK/cyclin不斷積累。在M期，Wee1的活性下降，cdc25使CDK去磷酸化，去除了CDK活化的障礙。CDK的激活需要Thr161的磷酸化，它是在CDK激酶(CDKactivatingkinaseCAK)的作用下完成的。五、M期CDK的激活CDKACTIVATING六、細胞周期檢驗點（checkpoint）組成：感受器、信號傳導通路、效應器。主要檢驗點：G1/S檢驗點：DNA是否損傷？細胞外環(huán)境是否適宜？細胞體積是否足夠大？在酵母中稱start點，在哺乳動物中稱R點(restrictionpoint)。S期檢驗點：DNA復制是否完成？G2/M檢驗點：DNA是否損傷？細胞體積是否足夠大？中-后期檢驗點：紡錘體組裝檢驗點。FOURCHECKPOINTSATM（ataxiatelangiectasia-mutatedgene）最早發(fā)現(xiàn)于毛細血管擴張性共濟失調(diào)癥患者，人類中大約有1%的人是ATM缺失的雜合子，表現(xiàn)出對電離輻射敏感和易患癌癥。ATM編碼一個蛋白激酶，結(jié)合在損傷的DNA上，其信號通路有兩條。①激活Chk1（checkpointkinase）,使cdc25的Ser216磷酸化失去活性，抑制M-CDK的活性，中斷細胞周