1、細(xì)胞生物學(xué)教學(xué)課件,第十三章第十八章,第十三章 細(xì)胞周期與細(xì)胞分裂,第一節(jié) 細(xì)胞周期 第二節(jié) 細(xì)胞分裂,第一節(jié) 細(xì)胞周期,一、細(xì)胞周期概述 二、細(xì)胞周期中各不同時(shí)相及其主要事件 三、細(xì)胞周期同步化 四、特殊的細(xì)胞周期,標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)胞周期（圖13-1）,細(xì)胞周期檢查點(diǎn)及其主要事件（圖13-2）,從培養(yǎng)細(xì)胞中收集M期細(xì)胞的同步化方法（圖13-3）,應(yīng)用過量的TdR阻斷法進(jìn)行細(xì)胞周期同步化（圖13-4）,芽殖酵母的細(xì)胞周期（圖13-5）,裂殖酵母的細(xì)胞周期（圖13-6）,植物細(xì)胞的有絲分裂（圖13-7）,細(xì)菌的細(xì)胞周期（圖13-8）,第二節(jié) 細(xì)胞分裂,一、有絲分裂 二、減數(shù)分裂,高等動(dòng)物細(xì)胞的有絲分裂過

2、程（圖13-9）,Smc蛋白（A）及其黏連蛋白（ Smc1/3）（B）、凝縮蛋白（ Smc2/4）（C）異二聚體的作用（圖13-10）,動(dòng)物細(xì)胞中心體的復(fù)制與細(xì)胞周期的關(guān)系（圖13-11）,細(xì)胞分裂過程中核被膜和核纖層的動(dòng)態(tài)變化（圖13-12）,高等動(dòng)物細(xì)胞紡錘體結(jié)構(gòu)（圖13-13）,紡錘體組裝過程（圖13-14）,動(dòng)粒位置和結(jié)構(gòu)（圖13-15）,染色體整列（圖13-16）,解釋染色體在赤道面整列的兩種假說（圖13-17）,細(xì)胞有絲分裂后期由ATP驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)蛋白沿微管向極部運(yùn)動(dòng)試染色體分開（圖13-18）,細(xì)胞分裂后期A和后期B產(chǎn)生染色體向極部運(yùn)動(dòng)的示意圖（圖13-19）,有絲分裂中后期轉(zhuǎn)換（

3、圖13-20）,動(dòng)物細(xì)胞胞質(zhì)分裂示意圖（圖13-21）,中央紡錘體和星體微管作用于細(xì)胞皮層并誘導(dǎo)分裂溝形成（圖13-22）,真核細(xì)胞減數(shù)分裂的3種類型（圖13-23）,有絲分裂與減數(shù)分裂比較（圖13-1）,減數(shù)分裂過程圖解（圖13-24）,偶線期DNA在減數(shù)分裂前期才進(jìn)行復(fù)制示意圖（圖13-25）,聯(lián)會(huì)復(fù)合體和重組節(jié)結(jié)構(gòu)（圖13-26）,雙線期二價(jià)染色體圖解（圖13-27）,減數(shù)分裂中期（A）與減數(shù)分裂中期（B）動(dòng)粒與紡錘體的聯(lián)系示意圖（圖13-28）,粗線期的聯(lián)會(huì)復(fù)合體（圖13-29）,本章概要,細(xì)胞增殖是細(xì)胞生命活動(dòng)的重要特征之一。細(xì)胞增殖是生物繁殖和生長發(fā)育的基礎(chǔ)。細(xì)胞增殖是通過細(xì)胞周期

4、來實(shí)現(xiàn)的。細(xì)胞周期是細(xì)胞生命活動(dòng)的全過程。細(xì)胞從一次分裂結(jié)束到下次分裂結(jié)束，即走完一個(gè)細(xì)胞周期。細(xì)胞種類繁多，各種細(xì)胞之間的細(xì)胞周期長短差別很大。同種細(xì)胞的細(xì)胞周期時(shí)間長短，也隨生理活動(dòng)、營養(yǎng)狀況等變化而有所變化。細(xì)胞周期的時(shí)間長短可以通過多種方法測定。細(xì)胞周期還可以通過某些方法實(shí)現(xiàn)同步化。最重要的人工細(xì)胞周期同步化方法包括DNA合成阻斷法和中期阻斷法。 真核細(xì)胞的細(xì)胞周期一般可以分為四個(gè)時(shí)期，即G1期、S期、G2期和M期。前三個(gè)時(shí)期合稱為分裂間期，M期即分裂期。分裂間期是細(xì)胞分裂前重要的物質(zhì)準(zhǔn)備和積累階段，分裂期即為細(xì)胞分裂實(shí)施過程。根據(jù)細(xì)胞繁殖狀況，可將機(jī)體內(nèi)所有細(xì)胞相對地分為三類，即周期

5、中細(xì)胞、靜止期細(xì)胞（G0期細(xì)胞）和終末分化細(xì)胞。周期中細(xì)胞一直在進(jìn)行細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)。靜止期細(xì)胞為一些暫時(shí)離開細(xì)胞周期，去執(zhí)行其生理功能的細(xì)胞。靜止期細(xì)胞在一定因素誘導(dǎo)下，可以很快返回細(xì)胞周期。體外培養(yǎng)的細(xì)胞在營養(yǎng)物質(zhì)短缺時(shí)，也可以進(jìn)入靜止期狀態(tài)。終末分化細(xì)胞為那些一旦生成后終身不再分裂的細(xì)胞。 在一個(gè)細(xì)胞周期中，DNA復(fù)制一次，而且只有一次。DNA復(fù)制發(fā)生在S期。在M期，復(fù)制的DNA伴隨其它相關(guān)物質(zhì)，平均分配到新形成的兩個(gè)子細(xì)胞中。M期也可以人為地劃分為前期、前中期、中期、后期、末期和胞質(zhì)分裂等幾個(gè)時(shí)期。減數(shù)分裂是一種特殊的有絲分裂方式。生殖細(xì)胞在成熟過程中發(fā)生減數(shù)分裂。其特點(diǎn)是，DNA復(fù)制一次

6、，然后發(fā)生兩次連續(xù)的有絲分裂，導(dǎo)致最終生成的細(xì)胞的染色體數(shù)減半。,第十四章 細(xì)胞增殖調(diào)控與癌細(xì)胞,細(xì)胞增殖是通過嚴(yán)格調(diào)控的細(xì)胞周期來實(shí)現(xiàn)的，在細(xì)胞周期的不同階段有一系列檢查點(diǎn)對該過程進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控。不然，不受約束而生成的細(xì)胞將被機(jī)體免疫系統(tǒng)所清除，或者癌變，轉(zhuǎn)化為癌細(xì)胞。癌細(xì)胞不僅表現(xiàn)出增殖失控，同時(shí)還具有侵潤和轉(zhuǎn)移的特征，最終導(dǎo)致個(gè)體的死亡。 第一節(jié) 細(xì)胞增殖調(diào)控 第二節(jié) 癌細(xì)胞,第一節(jié) 細(xì)胞增殖調(diào)控,一、MPF的發(fā)現(xiàn)及其作用 二、p34cdc2激酶的發(fā)現(xiàn)及其與MPF的關(guān)系 三、周期蛋白 四、CDK和CDK抑制因子 五、細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)控 六、其他因素在細(xì)胞周期調(diào)控中的作用,一、MPF的發(fā)現(xiàn)及其

7、作用,MPF（maturation- /mitosis- / M-phase-promoting factor）：即（卵細(xì)胞）成熟促進(jìn)因子，或細(xì)胞有絲分裂促進(jìn)因子，也稱M期促進(jìn)因子，在細(xì)胞周期調(diào)控中起重要作用。 PCC（premature chromosome condensation）：即早熟染色體凝縮，主要是指與M期細(xì)胞融合的間期細(xì)胞（G1、S和G2）發(fā)生的形態(tài)各異的染色體凝縮。G1期PCC為細(xì)單線狀（因DNA未復(fù)制），S期PCC為粉末狀（因DNA由多個(gè)部位開始復(fù)制），G2期PCC為雙線染色體狀（說明DNA復(fù)制已完成），這樣的形態(tài)變化可能與DNA復(fù)制狀態(tài)有關(guān)。 M期細(xì)胞中可能存在細(xì)胞有絲分

8、裂促進(jìn)因子：M期細(xì)胞可以誘導(dǎo)PCC，暗示在M期細(xì)胞中可能存在一種誘導(dǎo)染色體凝縮的因子，稱為細(xì)胞有絲分裂促進(jìn)因子（MPF）。,M期細(xì)胞與G1（A）、S（B）和G2（C）期細(xì)胞融合誘導(dǎo)早熟染色體凝縮（PCC）（圖14-1）,成熟卵細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)移植發(fā)現(xiàn)成熟促進(jìn)因子的存在：兩位科學(xué)家分離出第期等待成熟的非洲爪蟾卵母細(xì)胞，并用孕酮進(jìn)行體外刺激，誘導(dǎo)卵母細(xì)胞成熟，然后進(jìn)行細(xì)胞質(zhì)移植實(shí)驗(yàn)，他們發(fā)現(xiàn)，在成熟的卵細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中必然有一種物質(zhì)可以誘導(dǎo)卵母細(xì)胞成熟，即成熟促進(jìn)因子（MPF）；后來還證明，在成熟卵細(xì)胞中，MPF已經(jīng)存在，只需通過翻譯后修飾即可轉(zhuǎn)化為活性狀態(tài)的MPF。 1998年分離獲得了MPF：1998

9、年，科學(xué)家們以非洲爪蟾卵為材料，分離獲得了微克級(jí)的純化MPF，并證明其主要含有p32和p45兩種蛋白，并且是一種蛋白激酶。,非洲爪蟾卵細(xì)胞成熟過程（）、受精和第一次卵裂示意圖（圖14-2）,成熟卵細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)移植發(fā)現(xiàn)成熟促進(jìn)因子（ MPF ）的存在（圖14-3）,二、p34cdc2激酶的發(fā)現(xiàn)及其與MPF的關(guān)系,（已知）非洲爪蟾卵：MPF p32 p45；MPF是激酶 裂殖酵母：cdc2（基因） p34cdc2（蛋白） p34cdc2激酶調(diào)控G2/M轉(zhuǎn)換；p34cdc2 p56cdc13。cdc即細(xì)胞分裂周期之縮寫。 芽殖酵母：cdc28（基因） p34cdc28（蛋白） p34cdc28激酶調(diào)控

10、G1/S和G2/M轉(zhuǎn)換；p34cdc28 p34cdc2（同源物）。 p34cdc2 p32（同源物）。 海膽卵：含量隨細(xì)胞周期進(jìn)程變化而變化的蛋白質(zhì)即周期蛋白（cyclin），cyclinB是MPF的另一種主要成分；cyclinB p56cdc13（同源物）。 結(jié)論：MPF 催化亞基單位 （CDK） 調(diào)節(jié)亞單位（Cyclin）。CDK為周期蛋白（cyclin）依賴性蛋白激酶,三、周期蛋白,周期蛋白（cyclin）：指含量隨細(xì)胞周期進(jìn)程變化而周期性變化的蛋白質(zhì)，一般在細(xì)胞間期內(nèi)積累，在細(xì)胞分裂期內(nèi)消失，在下一個(gè)細(xì)胞周期中又重復(fù)這一消長現(xiàn)象。 周期蛋白有多種：酵母中的周期蛋白有Cln13、Clb

11、16；哺乳動(dòng)物細(xì)胞中的周期蛋白A12、B13、C、D13、E12、F、G、H、L12、T12等。 周期蛋白框（cyclin box）：指所有周期蛋白中都存在的約由100個(gè)殘基組成的相當(dāng)保守的氨基酸序列，其功能是介導(dǎo)周期蛋白與CDK結(jié)合。 破壞框/降解盒（destruction box）：指M期周期蛋白近N端含有的一段由9個(gè)氨基酸殘基組成的特殊序列（RXXLGXIGX），其功能是參與泛素依賴性的cyclinA和B的降解。在破壞框之后有一段約40個(gè)氨基酸殘基組成的Lys（K）富集區(qū)。 PEST序列：指G1期周期蛋白的C端含有的一段特殊的PEST氨基酸序列，其功能可能與G1期周期蛋白的更新（降解）有

12、關(guān)。 不同的Cyclin-CDK復(fù)合體表現(xiàn)不同的CDK活性：不同的周期蛋白在細(xì)胞周期中表達(dá)的時(shí)相不同，并通過不同的周期蛋白框與不同的CDK結(jié)合，組成不同的cyclin-CDK復(fù)合體，表現(xiàn)出不同的CDK活性。,周期蛋白含量隨細(xì)胞周期的變化,部分周期蛋白分子結(jié)構(gòu)特征（圖14-4）,細(xì)胞周期蛋白的降解盒與降解途徑,部分哺乳動(dòng)物（A）和酵母細(xì)胞（B牙殖和C裂殖）周期蛋白在細(xì)胞周期中的積累及其與CDK活性的關(guān)系（圖14-5）,四、CDK和CDK抑制因子,周期蛋白依賴性蛋白激酶（cyclin-dependent kinase, CDK）：由周期蛋白結(jié)合并活化的調(diào)控細(xì)胞周期進(jìn)程的蛋白激酶。 CDK通過磷酸化

13、其底物而對細(xì)胞周期進(jìn)行調(diào)控。 CDK有多種：在人體中發(fā)現(xiàn)并命名的CDK包括CDK1（Cdc2）CDK13。不同的CDK在細(xì)胞周期中起調(diào)節(jié)作用的時(shí)期不同。 某些CDK與cyclin的配對關(guān)系及執(zhí)行的功能的時(shí)期：見表14-1。 CDK激酶結(jié)構(gòu)域：各種CDK的CDK激酶結(jié)構(gòu)域保守程度有所不同，但其中有一小段序列則相當(dāng)保守，即PSTAIRE序列，與周期蛋白結(jié)合有關(guān)。 CDK的活性受磷酸化修飾調(diào)節(jié)：細(xì)胞內(nèi)存在多種因子，對CDK分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行磷酸化修飾，從而調(diào)節(jié)CDK的活性。 CDK抑制蛋白（CDK inhibitor, CKI）：指對CDK起負(fù)調(diào)控作用的蛋白質(zhì)，包括Cip/Kip家族和INK家族。 Cip

14、/Kip家族：包括p21、p27和p57等，其中p21主要對G1期CDK（CDK24和CDK6）起抑制作用 p21還與DNA聚合酶的輔助因子增殖細(xì)胞核抗原（PCNA）結(jié)合，抑制DNA的復(fù)制； INK家族：包括p16、p15、p18和p19等，其中p16主要抑制CDK4和CDK6活性。,通過PCR技術(shù)測定與CDK1類似的CDK蛋白分子圖解（圖14-6）,不同類型的周期蛋白,周期蛋白-周期蛋白依賴型激酶復(fù)合物在真核生物細(xì)胞周期調(diào)控中的作用,Cyclin的周期性變化,植物細(xì)胞周期控制的圖示,p21抑制作用的機(jī)理,五、細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)控,細(xì)胞周期調(diào)控系統(tǒng)（cell cycle control syste

15、m）是指調(diào)節(jié)細(xì)胞周期運(yùn)行的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 CDK因?qū)?xì)胞周期運(yùn)行起著核心調(diào)控作用而被稱為周期引擎分子。不同種類的周期蛋白與不同種類的CDK結(jié)合，構(gòu)成不同的MPF。不同的MPF在細(xì)胞周期的不同時(shí)期表現(xiàn)活性，因而對細(xì)胞周期的不同時(shí)期進(jìn)行調(diào)節(jié)。MPF又被稱作細(xì)胞周期引擎。 （一）G2/M期轉(zhuǎn)化與CDK1的關(guān)鍵性調(diào)控作用 （二）M期周期蛋白與細(xì)胞分裂中期向后期轉(zhuǎn)化 （三）G1/S期轉(zhuǎn)化與G1期周期蛋白依賴性CDK （四）S/G2/M期轉(zhuǎn)換與DNA復(fù)制檢查點(diǎn),（一）G2/M期轉(zhuǎn)化與CDK1的關(guān)鍵性調(diào)控作用,CDK1活性依賴于cyclinB含量的積累： cyclinB（或cyclinA）的含量達(dá)到一定值

16、并與CDK1結(jié)合，同時(shí)在其它一些因素的調(diào)節(jié)下，逐漸表現(xiàn)出最高激酶活性（G2/M期轉(zhuǎn)換和M期啟動(dòng)）。 CDK1催化底物蛋白磷酸化：CDK1通過使某些底物蛋白磷酸化，改變其下游的某些靶蛋白的結(jié)構(gòu)和啟動(dòng)其功能，實(shí)現(xiàn)其調(diào)控細(xì)胞周期的作用。CDK1選擇底物中某個(gè)特定序列中的某個(gè)Ser/Thr殘基磷酸化。CDK1可以使多種底物蛋白磷酸化（見表14-2）。 CDK活性受到多種因素的綜合調(diào)節(jié)：周期蛋白與CDK結(jié)合只是激活CDK活性的先決條件：僅周期蛋白與CDK結(jié)合，并不能使CDK激活；還需要其它幾個(gè)步驟的修飾：cyclinB-CDK1復(fù)合物（無活性） Wee1/mik1激酶和CDK1活化激酶（CAK） cyc

17、linB-CDK1的Thr14、Tyr15和Thr161磷酸化（無活性前體MPF） cdc25C蛋白磷酸酶 cyclinB-CDK1僅剩Thr161磷酸化（有激酶活性的MPF ）（ MPF 對cdc25C 有正反饋?zhàn)饔茫?不同的CDK之間有一定的代償功能；CDK對個(gè)體和器官的發(fā)育也起著重要的調(diào)節(jié)作用。,cyclin B在CDK1活性調(diào)節(jié)過程中的作用（圖14-7）,CDK1激酶活性綜合控制示意圖（圖14-8）,活性MPF的正反饋,（二）M期周期蛋白與細(xì)胞分裂中期向后期轉(zhuǎn)化,后期促進(jìn)復(fù)合物（anaphase-promoting complex，APC）：20S，泛素連接酶（E3），通過泛素依賴性蛋

18、白降解途徑，降解M期周期蛋白和中期向后期轉(zhuǎn)換的非周期蛋白類負(fù)調(diào)控因子，使細(xì)胞從中期向后期轉(zhuǎn)換。 APC至少由15種成分組成，分別稱為APC1APC15。APC的發(fā)現(xiàn)是細(xì)胞周期研究領(lǐng)域中又一重大進(jìn)展，表明細(xì)胞分裂中期向后期轉(zhuǎn)換也受到精密調(diào)控。 APC的主要作用：到達(dá)分裂中期后，cyclinB/A與CDK1分離，在APC介導(dǎo)下，通過泛素化依賴途徑而降解。CDK1活性消失，細(xì)胞由分裂中期向后期轉(zhuǎn)化。 APC活性受到多種因素的綜合調(diào)節(jié)： M期CDK激酶和蛋白磷酸酶對APC的活性起著調(diào)節(jié)作用； 紡錘體組裝檢查點(diǎn)調(diào)控APC的活性，如cdc20和Mad2（有絲分裂捕獲缺陷蛋白2）分別為APC有效的正調(diào)控因子

19、和負(fù)調(diào)控因子，在分裂中期之前，位于動(dòng)粒上的Mad2與cdc20結(jié)合并抑制其活性。到分裂中期，Mad2從動(dòng)粒上消失，解除對cdc20的抑制作用，促使APC活化，導(dǎo)致M期周期蛋白降解，M期CDK活性喪失。,后期促進(jìn)復(fù)合物（ APC ）作為有絲分裂的終結(jié)者,馬達(dá)蛋白和微管系統(tǒng)共同協(xié)作導(dǎo)致染色體分離,Cyclin B的降解途徑,（三）G1/S期轉(zhuǎn)化與G1期周期蛋白依賴性CDK,細(xì)胞由G1期向S期（G1/S期）轉(zhuǎn)化主要受G1期周期蛋白依賴性CDK：cyclinD-CDK4/6、cyclinE- CDK2和cyclinA-CDK2。 cyclinD-CDK4/6為細(xì)胞G1/S期轉(zhuǎn)化所必需：cyclinD包

20、括D1、D2和D3，它們的表達(dá)有細(xì)胞和組織特異性；cyclinD-CDK4/6的底物主要是Rb蛋白（retinoblastoma protein）即成視網(wǎng)膜細(xì)胞瘤蛋白，Rb蛋白是E2F的抑制因子，E2F是促進(jìn)與G1/S期轉(zhuǎn)化和DNA復(fù)制有關(guān)的基因轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄因子，Rb蛋白在G1/S期轉(zhuǎn)化中起負(fù)調(diào)控（“剎車”）作用，在G1期的晚期通過磷酸化而失活。 cyclinE-CDK2為S期啟動(dòng)所必需：cyclinE-CDK2的主要作用是去除p107（類Rb蛋白）對E2F的抑制作用，促進(jìn)G1/S期轉(zhuǎn)化；cyclinE-CDK2是TGF-的主要靶酶，TGF-可以有效地抑制cyclinE-CDK2活性，進(jìn)而將細(xì)胞

21、阻止在G1期；cyclinE在腫瘤細(xì)胞中的含量比正常細(xì)胞中要高得多；在細(xì)胞中，提高cyclinE的表達(dá)，該細(xì)胞則快速進(jìn)入S期，而且對生長因子的依賴性降低。 cyclinA-CDK2也可以作用于p107（類Rb蛋白）：除此之外，cyclinA合成雖始于G1/S期轉(zhuǎn)化時(shí)期，但cyclinA-CDK2卻是S期主要的CDK。,Cyclin D與CDK結(jié)合使Rb釋放結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子E2F,p53和Rb在細(xì)胞周期調(diào)節(jié)中的作用,G1期周期蛋白是到達(dá)S期的一定階段通過SCF泛素化途徑降解的，同時(shí)需要G1期CDK的參與：SCF （Skp-cullin-F-box protein）（間期初級(jí)活化因子）是一種具有泛素

22、連接酶（E3）功能的多亞基的蛋白復(fù)合物（Skp1、Cul1和Rbx1），可以被Skp2、-Trcp或Fbw7三種F-box蛋白分別活化，而且SCF的底物特異性的識(shí)別是由F-box蛋白來決定的；SCF通過降解細(xì)胞周期的不同時(shí)期的不同的底物從而在整個(gè)細(xì)胞周期中都發(fā)揮作用（但主要在細(xì)胞間期G1、S和G2期發(fā)揮作用），如降解 G1期周期蛋白（cyclinA、D1和E）（PEST序列對降解起促進(jìn)作用）， CKI（p21、p27和p57）， DNA復(fù)制調(diào)控因子（ORC1和Cdt1）和 其它（cdc25a、Wee1和Emi1）。 APC主要在M期和G1期早期發(fā)揮作用：APC的2個(gè)負(fù)責(zé)底物識(shí)別的因子是cdc2

23、0和Cdh1，APC催化的底物見圖14-9。,間期初級(jí)活化因子（ SCF ）和后期促進(jìn)復(fù)合物（ APC ）在細(xì)胞周期中的活動(dòng),APC和SCF在細(xì)胞周期中的活性及其底物（圖14-9）,SCF泛素化依賴蛋白質(zhì)降解途徑（圖14-10）,其它對DNA復(fù)制起始活動(dòng)進(jìn)行綜合調(diào)控的因素： DNA復(fù)制的起始并不僅僅是在G1期末的起始點(diǎn)（限制點(diǎn)）處才決定的。早在G1期開始時(shí)，許多與DNA復(fù)制有關(guān)的物質(zhì)即已表達(dá)并與染色質(zhì)結(jié)合，開始了DNA復(fù)制的起始調(diào)控。 ORC（復(fù)制起始點(diǎn)識(shí)別復(fù)合物）： ORC識(shí)別DNA復(fù)制起始點(diǎn)并與之結(jié)合，這是DNA復(fù)制起始所必需的；cdc6和cdc45也是DNA復(fù)制所必需的調(diào)控因子：cdc6

24、在G1期早期與染色質(zhì)結(jié)合，到S期早期從染色質(zhì)上解離下來；cdc45約在G1期晚期才與染色質(zhì)結(jié)合，CDK6對cdc45 于染色質(zhì)的結(jié)合起促進(jìn)作用；DNA復(fù)制執(zhí)照（licensing）因子Mcm蛋白（minichromosome mantenance protein）：在M期，胞質(zhì)中的執(zhí)照因子Mcm蛋白（DNA解旋酶）與染色質(zhì)接觸并與之結(jié)合，使染色質(zhì)獲得DNA復(fù)制所必需的“執(zhí)照”，但隨著DNA復(fù)制進(jìn)程“執(zhí)照”信號(hào)會(huì)不斷減弱直到消失，只有等到下一個(gè)M期重新獲得“執(zhí)照”，才能開始新一輪的DNA復(fù)制。 DNA復(fù)制起始調(diào)控是近十年細(xì)胞周期調(diào)控研究中的又一大進(jìn)展。,ORC、cdc6、cdc45、CDK和Mc

25、m與染色質(zhì)的結(jié)合及其在DNA復(fù)制起始調(diào)控中的作用（圖14-11）,（四）S/G2/M期轉(zhuǎn)換與DNA復(fù)制檢驗(yàn)點(diǎn),檢查點(diǎn)（checkpoint）：細(xì)胞周期的調(diào)控點(diǎn)，檢驗(yàn)細(xì)胞從一個(gè)周期時(shí)相進(jìn)入下一個(gè)時(shí)相的條件是否適合。除CDK及其直接的活性調(diào)節(jié)因子外，還有不少其他因素參與細(xì)胞周期調(diào)控過程，如各種檢查點(diǎn)等。各種檢查點(diǎn)也有專門的調(diào)控機(jī)制。 DNA復(fù)制檢查點(diǎn)主要包括2種： S期內(nèi)部檢查點(diǎn)（intra-S phase checkpoint）：指在S期內(nèi)發(fā)生DNA損傷（如雙鏈斷裂）時(shí)，S期內(nèi)部檢查點(diǎn)被激活，從而抑制復(fù)制起始點(diǎn)的啟動(dòng)使DNA復(fù)制速度減慢，S期延長，同時(shí)激活DNA修復(fù)和復(fù)制叉的恢復(fù)等機(jī)制。 DNA

26、復(fù)制檢查點(diǎn)（DNA replication checkpoint）：指由于停滯的復(fù)制叉導(dǎo)致的S期的延長。這2種檢查點(diǎn)能夠?qū)⒓?xì)胞停滯在S期和G2/M期。當(dāng)DNA復(fù)制叉阻斷引發(fā)單鏈DNA時(shí)，ATR-CHK1通路被激活；當(dāng)DNA雙鏈斷裂時(shí)，ATM-CHK2通路被激活。ATR/ATM是DNA損傷信號(hào)感受因子，也是與PI-3-K同源的激酶，激活下游信號(hào)通路。CHK即檢查點(diǎn)激酶。,四個(gè)主要的檢驗(yàn)點(diǎn),S/G2/M期轉(zhuǎn)化與DNA復(fù)制檢查點(diǎn)（圖14-12）,DNA損傷檢查站的作用機(jī)理模型,六、其他因素在細(xì)胞周期調(diào)控中的作用,癌基因和抑癌基因產(chǎn)物對細(xì)胞增殖和分化起著重要的調(diào)控作用： 癌基因產(chǎn)物大致可歸納為多肽類生

27、長因子、膜表面生長因子受體和激素受體、類固醇和甲狀腺素受體、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)器、蛋白激酶、轉(zhuǎn)錄因子和核蛋白等幾個(gè)類型。它們在細(xì)胞周期信號(hào)調(diào)控中各自起著不同的作用。抑癌基因產(chǎn)物對細(xì)胞增殖起負(fù)調(diào)控作用，如Rb和p53等。p53常被稱為“分子警察”，抑制CDK1、CDK2和CDK4等的活性，從而影響細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)。 除細(xì)胞內(nèi)在因素外，細(xì)胞和機(jī)體的外在因素對細(xì)胞周期也有重要影響：如病毒感染、化學(xué)物質(zhì)作用、離子輻射、溫度變化和pH變化等。,第二節(jié) 癌細(xì)胞,一、癌細(xì)胞的基本特征 二、癌基因與抑癌基因 三、腫瘤的發(fā)生是基因突變逐漸積累的結(jié)果 四、腫瘤干細(xì)胞,一、癌細(xì)胞的基本特征,動(dòng)物體內(nèi)因細(xì)胞分裂調(diào)節(jié)失控而無限增殖的

28、細(xì)胞稱為腫瘤細(xì)胞（tumor cell）。具有轉(zhuǎn)移能力的腫瘤稱為惡性腫瘤（malignancy），源于上皮組織的惡性腫瘤稱為癌（cancer）。目前癌細(xì)胞已作為惡性腫瘤細(xì)胞的通用名稱。其主要特征如下： （1）細(xì)胞生長、分裂和分化失去控制：細(xì)胞核-質(zhì)比例增大，分裂速度加快，成為“不死”的永生細(xì)胞。癌細(xì)胞在分化程度上低于正常細(xì)胞和良性腫瘤細(xì)胞。 （2）具有侵潤性和擴(kuò)散性：良性腫瘤（benign tumor）如疣和息肉的細(xì)胞，雖不受正常生長調(diào)控，但不具有侵潤性和擴(kuò)散性。癌細(xì)胞的細(xì)胞黏著性下降，具有侵潤性和擴(kuò)散性。由轉(zhuǎn)移并在身體其它部位增殖產(chǎn)生的次級(jí)腫瘤稱為轉(zhuǎn)移灶（metastasis）。 （3）細(xì)胞

29、間相互作用改變：癌細(xì)胞既沖破了細(xì)胞識(shí)別作用的束縛，又逃脫了免疫系統(tǒng)的監(jiān)控。 （4）表達(dá)譜或蛋白質(zhì)活性改變：癌細(xì)胞的種種生物學(xué)特征主要?dú)w結(jié)于基因表達(dá)及調(diào)控方式的改變。癌細(xì)胞常常出現(xiàn)一些在胚胎細(xì)胞中所表達(dá)的蛋白質(zhì)；多數(shù)癌細(xì)胞中具有較高的端粒酶活性；癌細(xì)胞還經(jīng)常異常表達(dá)或過量表達(dá)一些蛋白質(zhì)或酶。癌細(xì)胞具有表型不穩(wěn)定性，即癌細(xì)胞具有異質(zhì)性特征。 （5）體外培養(yǎng)的惡性轉(zhuǎn)化細(xì)胞的特征： （人工誘導(dǎo)培養(yǎng)的）惡性轉(zhuǎn)化細(xì)胞同癌細(xì)胞一樣具有無限增殖的潛能，在體外培養(yǎng)時(shí)貼壁性下降，失去分裂和運(yùn)動(dòng)的接觸抑制，在軟瓊脂培養(yǎng)中可形成細(xì)胞克隆。,癌細(xì)胞的擴(kuò)散（圖14-13）,腫瘤細(xì)胞失去接觸抑制現(xiàn)象,二、癌基因與抑癌基因,

30、癌癥主要是體細(xì)胞多個(gè)基因位點(diǎn)累積突變引起的疾病。 癌基因（oncogene）：即控制細(xì)胞生長和分裂的一類正?；?，其突變能引起正常細(xì)胞轉(zhuǎn)變成癌細(xì)胞。癌基因起源于細(xì)胞，并普遍存在于許多生物基因組中。癌基因編碼的蛋白質(zhì)主要包括生長因子、生長因子受體、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的分子、基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子、細(xì)胞周期調(diào)控蛋白、DNA修復(fù)相關(guān)蛋白和細(xì)胞凋亡蛋白等7大類型。細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)是細(xì)胞增殖與分化過程的基本調(diào)控方式，而信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中蛋白因子的突變是細(xì)胞癌變的主要原因。 癌基因可以分成2大類： 病毒癌基因：指反轉(zhuǎn)錄病毒的基因組中帶有可使受病毒感染的宿主細(xì)胞發(fā)生癌變的基因，簡寫成v-onc；細(xì)胞癌基因：又稱原癌基因（pr

31、otooncogene），指在正常細(xì)胞基因組中對細(xì)胞正常生命活動(dòng)起主要調(diào)控作用的正?；颍涔δ塬@得性突變（組成型激活或過量表達(dá)或不能在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻關(guān)閉表達(dá)）能引起細(xì)胞癌變，簡寫成c-onc。研究發(fā)現(xiàn)，許多致癌病毒中的癌基因與正常細(xì)胞中的某些DNA序列高度同源，從而推測病毒癌基因起源于細(xì)胞的原癌基因。 抗癌基因（antioncogene）或抑癌基因或腫瘤抑制基因（tumor suppressor gene）：該類基因編碼的蛋白質(zhì)可以抑制細(xì)胞生長并防止細(xì)胞癌變，其功能丟失性突變將導(dǎo)致細(xì)胞癌變。抑癌基因或其編碼的蛋白質(zhì)的主要功能可概括為3類：偶聯(lián)細(xì)胞周期與DNA損傷；起始凋亡程序；轉(zhuǎn)移抑制者。抑癌基

32、因編碼的蛋白質(zhì)實(shí)際上是正常細(xì)胞增殖過程中的負(fù)調(diào)控因子，在細(xì)胞周期的檢驗(yàn)點(diǎn)上起阻止細(xì)胞周期進(jìn)程的作用，或者是促進(jìn)細(xì)胞凋亡，或者既抑制細(xì)胞周期調(diào)節(jié)，又促進(jìn)細(xì)胞凋亡。 p53基因（p53 gene）：于1979年發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)抑癌基因，編碼一種基因調(diào)控蛋白（ p53 ），當(dāng)DNA受到損傷后被活化，阻止細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)或者介導(dǎo)細(xì)胞凋亡。 抑癌基因與癌基因之間的區(qū)別在于：癌基因的突變性質(zhì)是顯性的，抑癌基因的突變性質(zhì)是隱性的。,一些原癌基因的功能,控制細(xì)胞生長和增殖，并與腫瘤發(fā)生相關(guān)的7類蛋白（圖14-14）,基因從寄主細(xì)胞轉(zhuǎn)移到病毒基因組,能把原癌基因轉(zhuǎn)成致癌基因的遺傳變化,原癌基因激活的可能途徑,一些抑癌基

33、因的功能,抑癌基因充當(dāng)細(xì)胞的剎車,Rb基因的作用,p53 與細(xì)胞DNA損傷（圖14-15）,細(xì)胞信號(hào)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)及腫瘤發(fā)生相關(guān)的主要調(diào)控因子（圖14-16）,三、腫瘤的發(fā)生是基因突變逐漸積累的結(jié)果,根據(jù)基因的自然突變率、人一生中細(xì)胞分裂的次數(shù)（1016）和生活環(huán)境中的致癌因素（如輻射、化學(xué)誘變劑和腫瘤病毒感染）綜合考慮，腫瘤的發(fā)生頻率應(yīng)該很高，但實(shí)際上卻非常之低，這是為什么？ 癌癥是一種典型的老年性疾病：因?yàn)榘┌Y涉及一系列的原癌基因與抑癌基因的致癌突變的逐漸積累（至少56個(gè)）（見圖14-17）。生殖細(xì)胞中發(fā)生致癌突變，細(xì)胞癌變發(fā)生所需的基因突變數(shù)的積累時(shí)間就會(huì)縮短，攜帶這種基因突變的家族成員更易患

34、癌癥；白血病等血細(xì)胞的惡性增生，因不涉及侵潤這一環(huán)節(jié)，而直接隨血液流遍全身，故只要少數(shù)基因突變，便可導(dǎo)致癌癥發(fā)生，患病年齡也相應(yīng)提早。 抑癌基因的突變性質(zhì)是隱性的：即只有當(dāng)2個(gè)拷貝都發(fā)生突變時(shí)，細(xì)胞才會(huì)癌變。細(xì)胞如果含有1個(gè)正常的抑癌基因和1個(gè)突變的等位基因，一般是正常的。細(xì)胞分裂過程中，如果出現(xiàn)紡錘體結(jié)構(gòu)的缺陷，導(dǎo)致染色體的錯(cuò)誤分離（見圖14-18中A），或者帶有野生型和突變型的染色體之間發(fā)生重組（見圖14-18中B），就可能形成抑癌基因的1對等位基因都突變的細(xì)胞。癌基因的突變性質(zhì)是顯性的：即2個(gè)拷貝中只要有1個(gè)拷貝突變就會(huì)激活癌基因，導(dǎo)致細(xì)胞癌變。,一系列相關(guān)基因突變導(dǎo)致結(jié)腸癌發(fā)生（圖14

35、-17）,APC（adenomatosis polyposis coli）：結(jié)腸腺瘤息肉 DCC（deleted in colorectal cancer）：缺失性結(jié)直腸癌,抑癌基因的隱性作用,造成突變純合體的2種機(jī)制（圖14-18）,四、腫瘤干細(xì)胞,值得關(guān)注的現(xiàn)象：癌組織中各細(xì)胞的致癌能力及對化學(xué)藥物的抗性是有很大差別的。 腫瘤干細(xì)胞（cancer stem cell）：指存在于某些腫瘤組織中的一群干細(xì)胞樣細(xì)胞。 與正常干細(xì)胞相比：腫瘤干細(xì)胞也具有無限增殖、轉(zhuǎn)移和抗（排除）化學(xué)毒物損傷的能力，而且二者使用一些共同的信號(hào)通路，但腫瘤干細(xì)胞增殖失控，失去正常分化能力，轉(zhuǎn)移到多種組織后形成異質(zhì)性的

36、腫瘤，破壞正常組織與器官的功能。 與一般腫瘤細(xì)胞相比：腫瘤干細(xì)胞具有高致瘤性而且耐藥性強(qiáng)（表達(dá)了ABC家族膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白）。 腫瘤化療失敗的主要原因：目前認(rèn)為腫瘤干細(xì)胞的存在是導(dǎo)致腫瘤化療失敗的主要原因。 腫瘤干細(xì)胞起源于成體干細(xì)胞：在致癌因子的誘導(dǎo)下，干細(xì)胞、周期中細(xì)胞和終末分化細(xì)胞可能轉(zhuǎn)化為腫瘤干細(xì)胞，最終能夠增生為腫瘤；當(dāng)然它們的部分也會(huì)發(fā)生異質(zhì)化而失去致癌性。,腫瘤干細(xì)胞與腫瘤的發(fā)生機(jī)制模型（圖14-19）,本章概要（一）,細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)受到細(xì)胞內(nèi)外各種因素的精密調(diào)控，細(xì)胞內(nèi)因是調(diào)控依據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)，周期蛋白依賴性CDK是細(xì)胞周期調(diào)控中的重要因素。目前已發(fā)現(xiàn)，在哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)至少存在13種CD

37、K，即CDK1至CDK13。一般情況下，CDK至少含有兩個(gè)亞單位，即周期蛋白和CDK蛋白。周期蛋白為其調(diào)節(jié)亞單位，CDK蛋白為其催化亞單位。周期蛋白也有多種，在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中包括周期蛋白A、B、C、D、E、F、G、H、L、T等，分別與不同的CDK蛋白結(jié)合。不同的CDK在細(xì)胞周期中起調(diào)節(jié)作用的時(shí)期不同。CDK通過磷酸化其底物而對細(xì)胞周期進(jìn)行調(diào)控。CDK活性也受到其他因素的直接調(diào)節(jié)。除CDK及其直接的活性調(diào)節(jié)因子外，還有不少其他因素參與細(xì)胞周期調(diào)控過程，如各種檢驗(yàn)點(diǎn)等。各種檢驗(yàn)點(diǎn)也有專門的調(diào)控機(jī)制。所有這些因素，可能組成一個(gè)綜合的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。 DNA復(fù)制起始調(diào)控是近十年細(xì)胞周期調(diào)控研究中的又一大進(jìn)展

38、。DNA復(fù)制的起始并不僅僅是在G1期末的起始點(diǎn)（限制點(diǎn)）處才決定的。早在G1期開始時(shí)，許多與DNA復(fù)制有關(guān)的物質(zhì)即已表達(dá)并與染色質(zhì)結(jié)合，開始了DNA復(fù)制的起始調(diào)控。目前已經(jīng)知道，Orc、cdc6、cdc45、Mcm等蛋白質(zhì)參與了DNA復(fù)制的起始調(diào)控過程。這一調(diào)控過程也需要某些CDK激酶參與，尤其是周期蛋白E-CDK2。,本章概要（二）,分裂后期促進(jìn)因子APC的發(fā)現(xiàn)是細(xì)胞周期研究領(lǐng)域中又一重大進(jìn)展。到達(dá)分裂中期后，周期蛋白B/A與CDK1分離，在APC介導(dǎo)下，通過泛素化依賴途徑而降解。CDK1活性消失，細(xì)胞由分裂中期向后期轉(zhuǎn)化。APC的成分至少含有8種，分別稱為APC1至APC8。APC活性也受

39、到多種因素的綜合調(diào)控，其中cdc20為APC有效的正調(diào)控因子。在分裂中期之前，位于動(dòng)粒上的Mad2可以與cdc20結(jié)合并抑制后者的活性。到分裂中期，Mad2從動(dòng)粒上消失，解除對cdc20的抑制作用，促使APC活化。 細(xì)胞增殖調(diào)控紊亂，可能導(dǎo)致細(xì)胞癌變。細(xì)胞癌變即可以看做是正常細(xì)胞增殖失控，也可以看做是細(xì)胞分化失控。癌基因是控制細(xì)胞生長和分裂的正?；颍ㄓ址Q原癌基因）的一種突變形式，能引起正常細(xì)胞癌變。癌基因編碼的蛋白質(zhì)主要包括生長因子、生長因子受體、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的分子、基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子和細(xì)胞周期調(diào)控蛋白等幾大類型。抑癌基因?qū)嶋H上是正常細(xì)胞增殖過程中的負(fù)調(diào)控因子，它編碼的蛋白質(zhì)往往在細(xì)胞周期的

40、檢驗(yàn)點(diǎn)上起阻止細(xì)胞周期進(jìn)程的作用。如果抑癌基因突變，喪失其細(xì)胞增殖的負(fù)調(diào)控作用，則導(dǎo)致細(xì)胞失控而過度增殖。癌癥是一種典型的老年性疾病，它涉及一系列的原癌基因與抑癌基因的致癌突變的積累。癌癥的發(fā)生與腫瘤干細(xì)胞有密切關(guān)系。,第十五章 細(xì)胞分化與胚胎發(fā)育,第一節(jié) 細(xì)胞分化 第二節(jié) 胚胎發(fā)育中的細(xì)胞分化,第一節(jié) 細(xì)胞分化,一、細(xì)胞分化的基本概念 二、細(xì)胞的全能性與多能干細(xì)胞 三、影響細(xì)胞分化的因素,幾種生物的細(xì)胞數(shù)目與類型（表15-1）,分子雜交技術(shù)檢測基因及其mRNA的表達(dá)（表15-2）,組合調(diào)控的作用機(jī)制示意圖（圖15-1）,黏菌繁殖過程示意圖（圖15-2）,造血干細(xì)胞逐級(jí)分化為各種類型的血細(xì)胞（

41、圖15-3）,誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（ iPS ）建系過程的示意圖（圖15-4）,人胚胎干細(xì)胞建系的示意圖（圖15-5）,人類治療性克隆與再生醫(yī)學(xué)的設(shè)想（圖15-6）,人的胚胎干細(xì)胞誘導(dǎo)分化成胰島細(xì)胞（圖15-7）,與人胚胎干細(xì)胞的維持相關(guān)的主要信號(hào)分子及信號(hào)通路示意圖（圖15-8）,細(xì)胞分化與3個(gè)胚層發(fā)生的分子機(jī)制的示意圖（圖15-9）,第二節(jié) 胚胎發(fā)育中的細(xì)胞分化,一、生殖細(xì)胞的分化 二、早期胚胎發(fā)育過程中的細(xì)胞分化 三、果蠅胚胎早期發(fā)育中的細(xì)胞分化,原生殖細(xì)胞（PGC）的遷移（圖15-10）,性腺細(xì)胞分化中的信號(hào)途徑（圖15-11）,PGC進(jìn)入生殖嵴后的細(xì)胞分裂（圖15-12）,生殖嵴對生殖細(xì)胞

42、減數(shù)分裂的調(diào)控（圖15-13）,神經(jīng)管的形成（圖15-14）,調(diào)控脊髓神經(jīng)細(xì)胞增殖的信號(hào)系統(tǒng)（圖15-15）,神經(jīng)元前體細(xì)胞通過側(cè)向抑制而特化（圖15-16）,脊髓背腹分化中的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)（圖15-17）,（圖15-果蠅體節(jié)形成中的基因調(diào)控）,本章概要（一）,在個(gè)體發(fā)育中，由一種相同的細(xì)胞類型經(jīng)細(xì)胞分裂后逐漸在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上形成穩(wěn)定性差異，產(chǎn)生不同的細(xì)胞類型的過程稱之為細(xì)胞分化。細(xì)胞分化是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果。分化細(xì)胞所表達(dá)的基因一類稱管家基因，另一類稱組織特異性基因。組織特異性基因的產(chǎn)物不僅影響分化細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)，而且決定細(xì)胞所執(zhí)行的各自的生理功能。每種類型的分化細(xì)胞是由不同的調(diào)控蛋白以組合

43、調(diào)控的方式，啟動(dòng)組織特異性基因的表達(dá)，從而實(shí)現(xiàn)細(xì)胞分化的調(diào)控。細(xì)胞分化程序與調(diào)控涉及諸多因素，如受精卵的不均一性、胞外信號(hào)分子的作用、細(xì)胞間的相互作用與細(xì)胞的位置效應(yīng)以及細(xì)胞的記憶等。其中，信號(hào)分子的作用是調(diào)控細(xì)胞分化最主要的因素。 干細(xì)胞是機(jī)體中能進(jìn)行自我更新和多向分化潛能并具有形成克隆能力的一類細(xì)胞。根據(jù)分化潛能的不同，干細(xì)胞可分為全能干細(xì)胞、多潛能干細(xì)胞、多能干細(xì)胞和單能干細(xì)胞。根據(jù)來源不同，干細(xì)胞又可以分為胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞。誘導(dǎo)性多潛能干細(xì)胞制備技術(shù)的建立，不僅加深了人們對細(xì)胞全能性的理解，而且極大地推動(dòng)了干細(xì)胞與細(xì)胞分化的理論研究及其臨床應(yīng)用。 細(xì)胞分化最偉大的杰作，在于后生生

44、物個(gè)體的形成，而后生動(dòng)物的發(fā)育，是最為復(fù)雜，也是最引人入勝的生命過程。生物相對有限的基因，憑借重復(fù)而富有創(chuàng)造性的方式指導(dǎo)細(xì)胞的行為，分化并產(chǎn)生當(dāng)今世界上多種生命體。在這個(gè)過程中，F(xiàn)GF、TGF-、RA、Shh和Wnt等信號(hào)系統(tǒng)，按照極其相似的方式調(diào)控各種發(fā)育進(jìn)程。,本章概要（二）,哺乳動(dòng)物雌雄兩性的分化，源于生殖腺細(xì)胞的分化。性腺原基生殖嵴的固有分化方向是卵巢，Y染色體攜帶的SRY基因?qū)π韵俜只癁椴G丸是必需的，而Sox9則是更普遍的決定睪丸分化的基因，存在于所有脊椎動(dòng)物。原生殖細(xì)胞經(jīng)過長距離遷移，進(jìn)入生殖嵴，它們的分化方向由性腺的分化方向決定，RA和Wnt信號(hào)通路起了決定作用，尤其是RA及其頡

45、頏物Cyp26b1是控制減數(shù)分裂的關(guān)鍵因素。 脊椎動(dòng)物的發(fā)育過程經(jīng)過受精、卵裂、囊胚和原腸胚，形成3個(gè)胚層，脊索中胚層誘導(dǎo)其附近的外胚層形成神經(jīng)管。神經(jīng)管的形成，是微管和微絲等細(xì)胞骨架聯(lián)合作用的結(jié)果。神經(jīng)管形成后，一部分細(xì)胞逐漸停止分裂并遷移到外側(cè)，神經(jīng)管上皮細(xì)胞則保持分裂能力。這個(gè)過程依靠FGF、RA、Wnt、Shh和BMP信號(hào)途徑的相互協(xié)調(diào)，以及神經(jīng)前體細(xì)胞依靠DeltaNotch信號(hào)而形成的旁側(cè)抑制作用。神經(jīng)管細(xì)胞的背腹分化，則主要依賴于背部的BMP信號(hào)分子濃度梯度和腹側(cè)Shh濃度梯度，而體節(jié)中胚層分泌的RA信號(hào)分子與Shh相互頡頏，對神經(jīng)管中部神經(jīng)元的分化至關(guān)重要。 脊椎動(dòng)物胚胎發(fā)育過

46、程中，細(xì)胞的分化命運(yùn)大部分由其所處環(huán)境決定，細(xì)胞附近的組織對細(xì)胞分化發(fā)揮了巨大作用，這就是調(diào)整型發(fā)育。大部分無脊椎動(dòng)物的發(fā)育則與此不同，其細(xì)胞分化命運(yùn)大部分是由細(xì)胞本身所決定的，對細(xì)胞所處環(huán)境依賴較小，這稱為鑲嵌型發(fā)育。果蠅的發(fā)育就是典型的鑲嵌型發(fā)育，母體效應(yīng)基因決定了胚胎前后軸和背腹軸，并通過級(jí)聯(lián)反應(yīng)調(diào)控體節(jié)的形成。 隨著對發(fā)育機(jī)制的深入了解，不同組織的發(fā)育進(jìn)程逐漸顯示出越來越多的內(nèi)在共性，人們越來越了解有限的基因如何“演奏”出精彩無限的細(xì)胞分化的絢麗“樂章” 。,第十六章 細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老,對于多細(xì)胞生物，細(xì)胞的死亡是維持整個(gè)生物體的正常生長發(fā)育及生命活動(dòng)的必要條件，其重要性不亞于細(xì)胞的

47、增殖。細(xì)胞死亡的方式多種多樣，包括細(xì)胞凋亡（apoptosis）、細(xì)胞壞死（necrosis）和自噬性細(xì)胞死亡（autophagic cell death）。 細(xì)胞衰老（cell ageing，cell senescence）主要指復(fù)制衰老，是體外培養(yǎng)的正常細(xì)胞經(jīng)過有限次數(shù)的分裂后，停止生長，細(xì)胞形態(tài)和生理代謝活動(dòng)發(fā)生顯著改變的現(xiàn)象。 第一節(jié) 細(xì)胞死亡 第二節(jié) 細(xì)胞衰老,第一節(jié) 細(xì)胞死亡,程序性細(xì)胞死亡（programmed cell death，PCD）：是指受到嚴(yán)格的基因調(diào)控的程序性的細(xì)胞死亡形式。細(xì)胞死亡往往受到細(xì)胞內(nèi)某種由遺傳機(jī)制決定的“死亡程序”控制，所以被稱為細(xì)胞程序性死亡。動(dòng)物細(xì)

48、胞典型的程序性死亡方式包括凋亡、壞死和自噬性細(xì)胞死亡。細(xì)胞程序性死亡對生物體的正常發(fā)育、自穩(wěn)態(tài)平衡及多種病理過程具有重要的意義。 一、細(xì)胞凋亡 二、細(xì)胞壞死 三、自噬性細(xì)胞死亡 四、植物細(xì)胞與酵母細(xì)胞的程序性死亡,一、細(xì)胞凋亡,細(xì)胞凋亡（apoptosis）：是借用古希臘語，意指樹葉或花瓣的凋零脫落。細(xì)胞凋亡是一個(gè)由基因決定的主動(dòng)的生理性自殺行為，即細(xì)胞接受某些特定信號(hào)刺激后進(jìn)行的正常生理應(yīng)答反應(yīng)。細(xì)胞凋亡具有典型的形態(tài)學(xué)和生化特征，凋亡細(xì)胞最后以凋亡小體被吞噬消化。 （一）細(xì)胞凋亡的特征 （二）細(xì)胞凋亡的檢測方法 （三）細(xì)胞凋亡的生物學(xué)及醫(yī)學(xué)意義 （四）細(xì)胞凋亡的分子機(jī)制,（一）細(xì)胞凋亡的特

49、征,動(dòng)物細(xì)胞凋亡的過程在形態(tài)學(xué)上可分為3個(gè)階段： 凋亡的起始：細(xì)胞表面的特化結(jié)構(gòu)如微絨毛消失，細(xì)胞間接觸的消失，但細(xì)胞膜依然完整；線粒體大體完整；核糖體逐漸從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上脫離，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)囊腔膨脹，并逐漸與質(zhì)膜融合；染色質(zhì)固縮，形成新月形帽狀結(jié)構(gòu)等形態(tài)，沿著核膜分布。 凋亡小體的形成：凋亡小體（apoptotic body）是細(xì)胞凋亡過程中斷裂的大小不等的DNA或染色質(zhì)片段與細(xì)胞其它內(nèi)含物一起被反折的細(xì)胞質(zhì)膜包裹，在細(xì)胞表面產(chǎn)生許多泡狀或芽狀突起，然后逐漸分離，形成的單個(gè)圓形小體。 凋亡小體的被吞噬：凋亡小體逐漸被鄰近的細(xì)胞識(shí)別并吞噬消化。 細(xì)胞凋亡的特征：最重要的特征是凋亡過程中細(xì)胞膜保持完整，細(xì)胞內(nèi)

50、含物沒有泄漏到細(xì)胞外，不引發(fā)機(jī)體的炎癥反應(yīng)。這也是細(xì)胞凋亡與壞死的主要區(qū)別。另一個(gè)重要特征是染色質(zhì)DNA在核小體間發(fā)生斷裂，形成長度為200bp倍數(shù)的大小不等DNA片段。此外，凋亡通常是生理性變化，而細(xì)胞壞死是病理性變化。,細(xì)胞凋亡的過程及特征（圖16-1）,正常胸腺細(xì)胞（左）與凋亡胸腺細(xì)胞（右）比較（注意凋亡小體）,（二）細(xì)胞凋亡的檢測方法,1. 形態(tài)學(xué)觀察：染色法（圖16-2）、透射和掃描電鏡觀察。 2. DNA電泳：DNA片段就呈現(xiàn)出梯狀條帶（DNA ladder），即凋亡細(xì)胞的DNA由于在核小體間發(fā)生斷裂，產(chǎn)生200bp及其整倍數(shù)的片段，經(jīng)瓊脂糖凝膠電泳呈現(xiàn)出的梯狀條帶（圖16-3）。

51、 3. DNA斷裂的原位末端標(biāo)記法（TUNEL法）：即末端脫氧核苷酸轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)的dUTP 缺口末端標(biāo)記測定法，能對DNA分子中斷裂缺口中的3-OH進(jìn)行原位標(biāo)記（圖16-4）。 4.彗星電泳法（comet assay）：彗星電泳法的原理是將單個(gè)細(xì)胞懸浮于瓊脂糖凝膠中，經(jīng)裂解處理后，再進(jìn)行短時(shí)間的電泳，并用熒光染料染色。凋亡細(xì)胞中的DNA降解片段在電泳時(shí)遷移較快，使細(xì)胞核呈現(xiàn)出一種彗星式圖案，而正常細(xì)胞核則保持圓球形。 5. 流式細(xì)胞分析：根據(jù)凋亡細(xì)胞DNA斷裂和丟失（亞二倍體），采用碘化丙錠染色使DNA產(chǎn)生激發(fā)熒光，用流式細(xì)胞儀檢出凋亡的亞二倍體細(xì)胞。,凋亡細(xì)胞的染色質(zhì)凝集（圖16-2）,A：正

52、常細(xì)胞核 B：凋亡細(xì)胞核,凋亡細(xì)胞的典型特征：DNA梯狀條帶（圖16-3）,原位末端標(biāo)記法顯示斑馬魚胚胎發(fā)育過程中的細(xì)胞凋亡（圖16-4）,左：正常16體節(jié)期的斑馬魚胚胎在發(fā)育過程中有少量細(xì)胞發(fā)生凋亡；右：突變體的中樞神經(jīng)細(xì)胞發(fā)生大量凋亡,（三）細(xì)胞凋亡的生物學(xué)及醫(yī)學(xué)意義,細(xì)胞凋亡的意義：細(xì)胞凋亡對生物體的正常發(fā)育、自穩(wěn)態(tài)平衡、免疫耐受的形成、腫瘤監(jiān)控以及抵御內(nèi)外各種因素的干擾方面都起著非常關(guān)鍵的作用：如脊椎動(dòng)物的神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育，發(fā)育過程中手和足的成形過程，蝌蚪尾的消失，骨髓和腸的細(xì)胞凋亡。 細(xì)胞凋亡的失調(diào)，包括不恰當(dāng)?shù)牡蛲龅募せ罨蛞种埔约斑^度凋亡等，都會(huì)引發(fā)多種疾病。,細(xì)胞凋亡使得神經(jīng)細(xì)胞與

53、靶細(xì)胞的數(shù)量相匹配（圖16-5）,細(xì)胞凋亡與手和足的成形,蝌蚪尾的消失,（四）細(xì)胞凋亡的分子機(jī)制,誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的因子大致可分為2大類： 物理性因子：包括射線（紫外線，射線等）、較溫和的溫度刺激（如熱激，冷激）等。 化學(xué)及生物因子：包括活性氧基團(tuán)和分子、Ca2+載體、激素、細(xì)胞生長因子、DNA和蛋白質(zhì)合成的抑制劑、細(xì)胞毒素和腫瘤壞死因子（TNF）等。 細(xì)胞凋亡的途徑主要包括2條： Caspase (cysteine aspartic acid specific protease)（）依賴性細(xì)胞凋亡途徑； 非Caspase依賴性細(xì)胞凋亡途徑。當(dāng)細(xì)胞受到凋亡信號(hào)的刺激時(shí)，這2條途徑一般能夠同時(shí)被激活

54、。 細(xì)胞凋亡的途徑包括4個(gè)小階段： 接收凋亡信號(hào) 凋亡相關(guān)分子的活化 凋亡的執(zhí)行 凋亡細(xì)胞的清除,1. Caspases（凋亡蛋白酶）：Caspases是cysteine aspartic acid specific proteases的縮寫，意指天冬氨酸特異性的半胱氨酸蛋白酶，是一組存在于細(xì)胞質(zhì)中的與細(xì)胞凋亡有關(guān)的結(jié)構(gòu)類似的蛋白酶家族，其活性位點(diǎn)包含半胱氨酸（Cys / C），能選擇性裂解靶蛋白中天冬氨酸（Asp）殘基后的肽鍵，使靶蛋白活化或失活。 Caspase-1（凋亡蛋白酶1）：即白介素-1轉(zhuǎn)換酶（ICE, interleukin-1 converting enzyme），是哺乳動(dòng)物細(xì)

55、胞中與線蟲Ced3同源的蛋白酶，催化白介素-1前體的剪切成熟過程。Ced3和Ced4是秀麗隱桿線蟲發(fā)育過程中細(xì)胞凋亡必需的蛋白酶，Ced9的功能是抑制細(xì)胞凋亡。目前發(fā)現(xiàn)的凋亡蛋白酶（caspase）有15種。其中caspase-1、-4和-5主要負(fù)責(zé)白介素-1前體的活化，不直接參與凋亡信號(hào)的傳遞；其余的caspase都參與細(xì)胞凋亡過程。 參與細(xì)胞凋亡caspases主要分為2大類： 凋亡起始者（apoptotic initiator）：caspase-2、-8、-9、-10和-11，負(fù)責(zé)對效應(yīng)者caspases的前體進(jìn)行切割（激活）； 凋亡效應(yīng)者（apoptotic executioner）：

56、caspase-3、-6和-7，負(fù)責(zé)切割細(xì)胞質(zhì)內(nèi)、細(xì)胞核內(nèi)的結(jié)構(gòu)蛋白和調(diào)節(jié)蛋白，使其失活或活化，保證凋亡程序的正常進(jìn)行。,caspases家族成員及其在細(xì)胞凋亡過程中的功能（表16-1）,Caspases酶原的活化 Caspase自身通常以非活化的caspase酶原（procaspase）形式存在存在于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中，在接受凋亡刺激后，caspase酶原分子在特異的天冬氨酸殘基位點(diǎn)被切割，產(chǎn)生的2段多肽形成大小2個(gè)亞基，再聚合成異二聚體，此即為具有活性的caspase。 起始者caspases的同性活化（homo-activation）：即同一種caspases酶原分子彼此結(jié)合或與接頭蛋白（ad

57、aptor）結(jié)合形成復(fù)合物，此間構(gòu)象改變被活化，進(jìn)而彼此切割產(chǎn)生有2個(gè)活性的二聚體形式。在起始者caspase中，caspase-2和-9含有caspase募集結(jié)構(gòu)域(caspase recruitment domain，CARD)/ 死亡結(jié)構(gòu)域（death domain，DD），而caspase-8和-10含有串聯(lián)重復(fù)的死亡效應(yīng)結(jié)構(gòu)域（death effector domain，DED）。這2種結(jié)構(gòu)域存在于caspase酶原分子和一些凋亡相關(guān)的接頭蛋白分子中，通過結(jié)構(gòu)域之間的聚合，caspases能夠彼此結(jié)合或與接頭蛋白結(jié)合，被招募到上游信號(hào)復(fù)合物中而發(fā)生同性活化。 效應(yīng)者caspases的

58、異性活化（hetero- activation）：即已活化的起始者caspases招募效應(yīng)者caspases酶原分子后，對其進(jìn)行切割，產(chǎn)生具有活性的效應(yīng)者caspases。活化的效應(yīng)者caspases切割細(xì)胞中重要的結(jié)構(gòu)蛋白（如細(xì)胞支架蛋白）和調(diào)節(jié)蛋白（如信號(hào)蛋白、轉(zhuǎn)錄因子和周期蛋白等），導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。 Caspases酶原的活化具有級(jí)聯(lián)放大效應(yīng)。,Caspases酶原的活化（A）和caspases級(jí)聯(lián)反應(yīng)（B）（圖16-6）,效應(yīng)者caspases底物：約280種，可分為活化和失活2大類。 被效應(yīng)者caspase活化的代表底物Caspase激活的DNA酶（Caspase activated

59、DNase，CAD）：通常狀況下，CAD與其抑制因子ICAD（inhibitor of CAD）結(jié)合在一起，處于失活狀態(tài)。細(xì)胞凋亡程序啟動(dòng)后，活化的效應(yīng)者Caspase-3降解ICAD，使CAD釋放出來并在核小體間切割DNA，形成間隔200bp或其整倍數(shù)的DNA片段，瓊脂糖電泳時(shí)產(chǎn)生凋亡標(biāo)志性特征的梯狀條帶。 被效應(yīng)者caspase失活的代表底物：眾多被效應(yīng)者caspase失活的代表底物都在維護(hù)細(xì)胞正常狀態(tài)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，如多聚（ADP-核糖）聚合酶（PARP）、黏著斑激酶（FAK）和核纖層蛋白等。,效應(yīng)者Caspases作用的底物舉例,2. Caspases依賴性細(xì)胞凋亡途徑：主要包括由死亡受體起始的外源途徑和由線粒體起始的內(nèi)源途徑。同時(shí)，細(xì)胞內(nèi)還存在不依賴于caspases的凋亡途徑。 （1）依賴于caspases的由死亡受體起始/介導(dǎo)的外源細(xì)胞凋亡途徑：當(dāng)?shù)蛲雠潴w（如FasL或TNF等）與細(xì)胞表面死亡受體（如Fas或TNF-R1）結(jié)合后，引起死亡受體聚合，聚合的死亡受體通過其胞質(zhì)區(qū)的死亡結(jié)構(gòu)域（DD）招募接頭蛋白（FADD或TRADD和FADD）結(jié)合，接頭蛋白再通過其死亡效應(yīng)結(jié)構(gòu)域（DED）招募起始者caspases酶原（如caspases-8酶原），形成死亡誘