第十二章

細胞增殖與調(diào)控1第12章細胞增殖及其調(diào)控細胞增殖的意義◆單細胞生物細胞增殖導致生物個體數(shù)量的增加?！舳嗉毎镉梢粋€單細胞即受精卵分裂發(fā)育而來，細胞增殖是多細胞生物繁殖基礎(chǔ)?！舫审w生物仍然需要細胞增殖，主要取代衰老死亡的細胞，維持個體細胞數(shù)量的相對平衡和機體的正常功能。 ◆機體創(chuàng)傷愈合、組織再生、病理組織修復等，都要依賴細胞增殖。2第12章細胞增殖及其調(diào)控2001年諾貝爾生理學與醫(yī)學獎:◆利蘭·哈特韋爾發(fā)現(xiàn)了控制細胞周期的基因，其中一種被稱為“START”的基因?qū)刂聘鱾€細胞周期的最初階段具有決定性的作用?！舯Ａ_·納西的貢獻是發(fā)現(xiàn)了CDK?！舻倌鳌ず嗵氐呢暙I是發(fā)現(xiàn)了調(diào)節(jié)CDK的功能物質(zhì)CYCLIN.3第12章細胞增殖及其調(diào)控12.1cellcycles一、細胞周期

細胞周期:是指連續(xù)分裂的細胞從一次有絲分裂結(jié)束后開始生長到下次有絲分裂終止所經(jīng)歷的全過程。在這一過程中,細胞的遺傳物質(zhì)進行復制并均等地分配給兩個子細胞。

圖4第12章細胞增殖及其調(diào)控Phasesofthecellcycle5第12章細胞增殖及其調(diào)控

可將高等動物的細胞分為三類：①周期中細胞：連續(xù)分裂細胞，如表皮生發(fā)層、部分骨髓細胞。②靜止期細胞（又稱為休眠細胞）：暫不分裂，但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終末分化細胞：不再分裂，又稱終端細胞，如神經(jīng)、肌肉、多形核細胞等。6第12章細胞增殖及其調(diào)控二細胞周期中各時

相及其主要事件◆G1期(Gap1phase)◆S期(synthesisphase)◆G2

期(Gap2phase)◆M期7第12章細胞增殖及其調(diào)控G1期◆開始合成細胞生長所需要的多種蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂等，同時染色質(zhì)開始去凝集。8第12章細胞增殖及其調(diào)控S期

◆

DNA復制與組蛋白合成同步，組成核小體串珠結(jié)構(gòu)

9第12章細胞增殖及其調(diào)控G2期◆DNA復制完成，在G2期合成少量的蛋白質(zhì)和RNA分子；細胞周期某些調(diào)控分子活化（CDK1）10第12章細胞增殖及其調(diào)控M期

◆

M期即細胞分裂期，真核細胞的細胞分裂主要包括兩種方式，即有絲分裂(mitosis)和減數(shù)分裂(meiosis)。遺傳物質(zhì)和細胞內(nèi)其它物質(zhì)分配給子細胞。11第12章細胞增殖及其調(diào)控主要檢驗點：

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？在芽殖酵母中稱start點，在其它真核細胞中稱限制點點(restrictionpoint，R點)。S/G2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）：檢驗紡錘體組裝是否完整細胞周期檢驗點（checkpoint）12第12章細胞增殖及其調(diào)控細胞周期的時間長短與物種/細胞類型有關(guān)。G1期持續(xù)時間差異較大，M期最短,約0.5～4.5小時。脈沖標記DNA復制和細胞分裂指數(shù)觀察測定法（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)的辦法來測定細胞周期。三細胞周期時間的測定13第12章細胞增殖及其調(diào)控方法簡述：用3H—TdR標記細胞群體，洗脫3H—TdR后，不同時間取樣做細胞放射性自顯影，找出正處于有絲分裂的細胞，計算其中帶標記的細胞占有絲分裂細胞的百分數(shù)。依標記分裂指數(shù)曲線升降過程，可推求出細胞周期各時相的時長。變化規(guī)律：最開始的有絲分裂指數(shù)為零，持續(xù)一段時間后開始出現(xiàn)標記有絲分裂的細胞，然后有絲分裂指數(shù)不斷增加，經(jīng)過一段時間達到峰值。峰值持續(xù)一段時間，然后逐步下降到零，有絲分裂指數(shù)為零持續(xù)一段時間，再次出現(xiàn)標記有絲分裂的細胞，進入下一個細胞周期循環(huán)。14第12章細胞增殖及其調(diào)控①待測細胞經(jīng)3H-TDR標記后，所有S期細胞均被標記。②S期細胞經(jīng)G2期才進入M期，所以一段時間內(nèi)PLM=0。③開始出現(xiàn)標記M期細胞時，表示處于S期最后階段的細胞，已渡過G2期，所以從PLM=0到出現(xiàn)PLM的時間間隔為TG2。④S期細胞逐漸進入M期，PLM上升，到達到最高點的時候說明來自處于S最后階段的細胞，已完成M，進入G1期。所以從開始出現(xiàn)PLM到PLM達到最高點（≈100%）的時間間隔就是TM。測定方法15第12章細胞增殖及其調(diào)控⑤當PLM開始下降時，表明處于S期最初階段的細胞也已進入M期，所以從出現(xiàn)PLM到PLM又開始下降的一段時間等于TS。⑥從PLM出現(xiàn)到下一次PLM出現(xiàn)的時間間隔就等于TC，根據(jù)TC=TG1+TS+TG2+TM即可求出的TG1長度。事實上由于一個細胞群體中TC和各時相不盡相同，第一個峰常達不到100%，以后的峰會發(fā)生衰減，PLM不一定會下降到零，所以實際測量時，常以（TS+1/2TM）-1/2TM的方式求出TS。16第12章細胞增殖及其調(diào)控三、細胞同步化測定原理細胞周期各階段的時間與PLM的關(guān)系17第12章細胞增殖及其調(diào)控（一）自然同步化1、多核體：如：粘菌、瘧原蟲。2、水生動物的受精卵：如海膽、兩棲類。3、增殖抑制解除后的同步分裂：如真菌的休眠孢子移入適宜環(huán)境后，同步分裂。四、細胞（周期）同步化18第12章細胞增殖及其調(diào)控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(密度梯度離心法)優(yōu)點：省時，效率高，成本低。缺點：同步化程度較低，且對大多數(shù)種類細胞不適用。（二）人工同步化19第12章細胞增殖及其調(diào)控2、誘導同步化1）DNA合成阻斷法─G1/S-TdR雙阻斷法：最終將細胞群阻斷于G1/S交界處。優(yōu)點:同步化效率高，幾乎適合于所有體外培養(yǎng)的細胞體系。缺點:誘導過程可造成細胞非均衡生長.2）分裂中期阻斷法：通過抑制微管聚合來抑制細胞分裂器的形成，將細胞阻斷在細胞分裂中期。優(yōu)點:操作簡便，效率高。缺點:這些藥物的毒性相對較大.20第12章細胞增殖及其調(diào)控五特異的細胞周期

--Embryoniccellcycles

21第12章細胞增殖及其調(diào)控爪蟾早期胚胎細胞的細胞周期·細胞分裂快,無G1期,G2期非常短,S期也短(所有復制子都激活),以至認為僅含有S期和M期·無需臨時合成其它物質(zhì)·子細胞在G1、G2期并不生長，越分裂體積越小·細胞周期調(diào)控因子和調(diào)節(jié)機制與一般體細胞標準的細胞周期基本是一致的22第12章細胞增殖及其調(diào)控酵母細胞的細胞周期圖·酵母細胞的細胞周期與標準的細胞周期在時相和調(diào)控方面相似·酵母細胞周期明顯特點:首先，酵母細胞周期持續(xù)時間較短；細胞分裂過程屬于封閉式，即在細胞分裂時核膜不解聚；紡錘體位于細胞核內(nèi)；在一定環(huán)境下，也進行有性繁殖23第12章細胞增殖及其調(diào)控24第12章細胞增殖及其調(diào)控植物細胞的細胞周期·植物細胞的細胞周期與動物細胞的標準細胞周期非常相似，含有G1期、S期、G2期和M期四個時期?！ぶ参锛毎缓行捏w，但在細胞分裂時可以正常組裝紡錘體。·植物細胞以形成中間板的形式進行胞質(zhì)分裂25第12章細胞增殖及其調(diào)控細菌的細胞周期·

慢生長細菌細胞周期過程與真核細胞周期過程有一定相似之處。其DNA復制之前的準備時間與G1期類似。分裂之前的準備時間與G2期類似。再加上S期和M期，細菌的細胞周期也基本具備四個時期

·

細菌在快速生長情況下，如何協(xié)調(diào)快速分裂和最基本的DNA復制速度之間的矛盾26第12章細胞增殖及其調(diào)控12.2細胞分裂無絲分裂：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：又稱為間接分裂，由Fleming(1882)和Strasburger(1880)發(fā)現(xiàn)。減數(shù)分裂：DNA復制一次，細胞連續(xù)分裂兩次。27第12章細胞增殖及其調(diào)控一、有絲分裂（一）有絲分裂過程為了便于描述人為的劃分為六個時期：前期、前中期、中期、后期、末期和胞質(zhì)分裂。28第12章細胞增殖及其調(diào)控1.前期圖1圖2①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。29第12章細胞增殖及其調(diào)控

當前期開始時，2個中心體移向細胞兩極，并同時組織微管生長，由兩極形成的微管通過微管結(jié)合蛋白在正極末端相連，最后形成有絲分裂紡錘體。30第12章細胞增殖及其調(diào)控2.前中期從核膜解體到染色體排列到赤道面上。31第12章細胞增殖及其調(diào)控前中期(prometaphase) ◆核膜破裂成小的膜泡，這一過程是由核纖層蛋白中特異的Ser殘基磷酸化導致核纖層解體 ◆紡錘體微管與染色體的動粒結(jié)合，捕捉住染色體，每個已復制的染色體有兩個動粒，朝相反方向，保證與兩極的微管結(jié)合；紡錘體微管捕捉住染色體后，形成三種類型的微管，一部分紡錘體微管的自由端最終結(jié)合到著絲點上,形成動粒微管?！羟爸衅诘奶卣魇侨旧w劇烈地活動,個別染色體劇烈地旋轉(zhuǎn)、振蕩、徘徊于兩極之間。32第12章細胞增殖及其調(diào)控3.中期●主要特點是姐妹染色單體位于赤道板上,著絲粒分別被兩端的中心體發(fā)出的纖維連接。（所有染色體排列到赤道板(MetaphasePlate)上）◆染色體進一步凝縮,并移到赤道附近,排列在赤道板；姐妹染色單體的著絲粒分別與一條或多條來自對面的纖維結(jié)合,成為被爭奪的對象圖33第12章細胞增殖及其調(diào)控染色體排列到赤道面上。34第12章細胞增殖及其調(diào)控4.后期圖35第12章細胞增殖及其調(diào)控36第12章細胞增殖及其調(diào)控后期◆排列在赤道面上的染色體的姐妹染色單體分離產(chǎn)生向極運動●主要特點是:著絲粒分開,染色單體移向兩極。

◆后期(anaphase)大致可以劃分為連續(xù)的兩個階段，即后期A和后期B

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后期A，動粒微管去裝配變短，染色體產(chǎn)生兩極運動

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后期B，極間微管長度增加，兩極之間的距離逐漸拉長，介導染色體向極運動37第12章細胞增殖及其調(diào)控AnaphaseA:separationofthesisterchromatids.38第12章細胞增殖及其調(diào)控AnaphaseB:separationofthepoles.植物細胞有沒有后期B？39第12章細胞增殖及其調(diào)控5.末期(telophase)40第12章細胞增殖及其調(diào)控（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41第12章細胞增殖及其調(diào)控末期(telophase)◆染色單體到達兩極，即進入了末期（telophase）,到達兩極的染色單體開始去濃縮◆核膜開始重新組裝◆Golgi體和ER重新形成并生長◆核仁也開始重新組裝，RNA合成功能逐漸恢復,有絲分裂結(jié)束●主要特點是:染色體解螺旋形成細絲,出現(xiàn)核仁和核膜。

42第12章細胞增殖及其調(diào)控6.胞質(zhì)分裂動物細胞胞質(zhì)分裂◆胞質(zhì)分裂(cytokinesis)開始于細胞分裂后期，在赤道板周圍細胞表面下陷，形成環(huán)形縊縮，稱為分裂溝(furrow)。分裂溝的位置與紡錘體和鈣離子濃度的變化有關(guān) ◆胞質(zhì)分裂開始時，大量肌動蛋白和肌球蛋白在分裂溝處組裝成微絲并相互組成微絲束，環(huán)繞細胞，稱為收縮環(huán)（contractilering)。收縮環(huán)收縮、收縮環(huán)處細胞膜融合并形成兩個子細胞43第12章細胞增殖及其調(diào)控分裂溝收縮環(huán)44第12章細胞增殖及其調(diào)控植物細胞胞質(zhì)分裂 ◆與動物細胞胞質(zhì)分裂不同的是，植物細胞胞質(zhì)分裂是因為在細胞內(nèi)形成新的細胞膜和胞壁而將細胞分開45第12章細胞增殖及其調(diào)控1、中心體概念：是一種與微管裝配和細胞分裂密切相關(guān)的細胞器。由一對位于中央的中心粒和其周圍的無定型物質(zhì)構(gòu)成。位于核膜外側(cè)的細胞之中。中心體周期：中心體在細胞周期中也要進行復制，并經(jīng)過一系列的發(fā)育過程，稱為中心體周期。G1末期開始復制，S期細胞已經(jīng)包含一對中心體。（二）、與有絲分裂直接相關(guān)的亞細胞結(jié)構(gòu)46第12章細胞增殖及其調(diào)控2、動粒與著絲粒動粒（kinetochore）：附著于著絲粒上的一種細胞器，具有幫助染色體捕獲微管的作用。動粒的結(jié)構(gòu)：電鏡下為圓盤狀，分內(nèi)、中、外三層。動粒的分子結(jié)構(gòu)目前尚不清楚，動粒蛋白的組分CENP-E在促使染色體與來自兩極的微管相連接的過程中起重要作用。用藥物caffeine處理細胞，可以使動粒與染色體脫離，等到分裂期，動粒則單獨向兩極移動

47第12章細胞增殖及其調(diào)控3、紡錘體概念：一種由微管蛋白和微管結(jié)合蛋白組成的在細胞分裂過程中與染色體分離直接相關(guān)的臨時細胞結(jié)構(gòu)。有絲分裂器：指紡錘體和位于其兩端的星體。驅(qū)動蛋白相關(guān)蛋白（KRPs）：負向運動馬達蛋白細胞質(zhì)動力蛋白（dynein）：正向運動馬達蛋白*KRPs在來自姐妹中心體的微管間搭橋，通過正向運動，將被結(jié)合的微管牽拉在一起，形成早期的紡錘體；*dynein在紡錘體微管間搭橋，借助負向運動，將紡錘體拉長；*KRPs在質(zhì)膜與星體微管間搭橋，將星體拉近兩極細胞膜，紡錘體也進一步被拉長。48第12章細胞增殖及其調(diào)控圖片來自49第12章細胞增殖及其調(diào)控（三）染色體運動的動力機制

1、染色體列隊機制是什么機制確保染色體正確排列在赤道板上？

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Mad蛋白和Bub蛋白促使染色體被動力微管捕捉。