細(xì)胞周期作業(yè)--谷寧寧ppt

1、CELL CYCLE講課人：谷寧寧主要內(nèi)容l諾貝爾獎獲得者及其研究成果諾貝爾獎獲得者及其研究成果l細(xì)胞周期概述細(xì)胞周期概述l細(xì)胞周期各時相及主要事件細(xì)胞周期各時相及主要事件l細(xì)胞周期同步化細(xì)胞周期同步化l特殊的細(xì)胞周期特殊的細(xì)胞周期細(xì)胞增殖的意義細(xì)胞增殖(cell proliferation)是細(xì)胞生命活動的重要特征之一, 是生物繁育的基礎(chǔ)。單細(xì)胞生物細(xì)胞增殖導(dǎo)致生物個體數(shù)量的增加。多細(xì)胞生物由一個單細(xì)胞即受精卵分裂發(fā)育而來，細(xì)胞增殖是多細(xì)胞生物繁殖基礎(chǔ)。成體生物仍然需要細(xì)胞增殖，主要取代衰老死亡的細(xì)胞，維持個體細(xì)胞數(shù)量的相對平衡和機(jī)體的正常功能。機(jī)體創(chuàng)傷愈合、組織再生、病理組織修復(fù)等，都要依

2、賴細(xì)胞增殖。 所有生物體都由通過分裂而增殖的細(xì)胞構(gòu)成。一個成年人大約擁有100萬億個細(xì)胞，而這些細(xì)胞都源于一個受精卵細(xì)胞。同時，成年人機(jī)體中大量的細(xì)胞還通過不斷的分裂產(chǎn)生新細(xì)胞，以取代那些死亡細(xì)胞。細(xì)胞必須長大到一定的程度，復(fù)制染色體，并把染色體準(zhǔn)確地分給兩個子細(xì)胞，然后細(xì)胞才能分裂。這些不同的進(jìn)程成為細(xì)胞周期。 榮獲2001年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎的科學(xué)家做出了有關(guān)細(xì)胞周期的重要發(fā)現(xiàn)。他們識別出了所有真核生物中調(diào)節(jié)細(xì)胞周期的關(guān)鍵分子，真核生物包括酵母菌、植物、動物和人。 這些基礎(chǔ)的發(fā)現(xiàn)對細(xì)胞生長的所有方面都具有巨大的影響。細(xì)胞周期控制的缺陷會導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞中的某種染色體改變。這些發(fā)現(xiàn)能讓我們在今

3、后很長的時間內(nèi)創(chuàng)造治療癌癥的新方法。 哈特韋爾因為發(fā)現(xiàn)了控制細(xì)胞周期的一類特異基因而受獎。其中一個叫“啟動器”的基因?qū)刂泼總€細(xì)胞周期的初始階段具有主要作用。哈特韋爾還引入了一個概念“檢驗點”，對于理解細(xì)胞周期很有幫助。 納斯用遺傳學(xué)和分子學(xué)方法，識別克隆并描繪了細(xì)胞周期的一個關(guān)鍵調(diào)節(jié)物質(zhì)CDK。他發(fā)現(xiàn)CDK的功能在進(jìn)化中被很好的保存了下來。CDK是通過對其他蛋白質(zhì)的化學(xué)修飾來驅(qū)動細(xì)胞周期的。 亨特的貢獻(xiàn)是發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞周期蛋白（cyclin）調(diào)節(jié)CDK功能的蛋白質(zhì)。他發(fā)現(xiàn)細(xì)胞周期蛋白在每次細(xì)胞分裂中都周期性地降解，該機(jī)制被證明對控制細(xì)胞周期全程的重要性。 2001年的諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎頒發(fā)給三位研

4、究細(xì)胞周期（cell cycle)的生物學(xué)家：美國的利蘭哈特韋爾（Leland Haetwell)以及英國的蒂莫西漢德（Timothy Hunt）與保羅諾爾斯（Paul Nruse），以表揚它們發(fā)現(xiàn)細(xì)胞周期的調(diào)控因子的重大貢獻(xiàn)。 Hartwell 1960s, Nurse 1970s 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(xì)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(xì)胞體積增大而不分裂； cdc2和cdc28都編碼34KD的蛋白激酶，促進(jìn)細(xì)胞周期進(jìn)行，weel和cdc

5、25分別表現(xiàn)為抑制和促進(jìn)cdc2的活性。FISSION YEAST BUDDING YEAST Cdc 25 & Wee1 mutant T. Hunt 1980s發(fā)現(xiàn)海膽的卵裂過程中兩種蛋白質(zhì)的含量隨細(xì)胞周期振蕩，命名為cyclin A和B，其mRNA能誘導(dǎo)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(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)MPF=cdc2+clyclin BLeland H. Hartwell R. Timothy (Tim) Hunt Sir Paul M. Nurse 2001年10月8日美國人Lela

6、ndHartwell、英國人PaulNurse、TimothyHunt因?qū)?xì)胞周期調(diào)控機(jī)理的研究而獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。第一節(jié) 細(xì)胞周期一、細(xì)胞周期概述一、細(xì)胞周期概述細(xì)胞周期細(xì)胞周期:是指連續(xù)分裂的細(xì)胞從一次有絲分是指連續(xù)分裂的細(xì)胞從一次有絲分裂結(jié)束后裂結(jié)束后 開始生長到下次有絲分裂終止所經(jīng)開始生長到下次有絲分裂終止所經(jīng)歷的全過程。歷的全過程。 細(xì)胞周期的基本功能是使染色體遺傳物質(zhì)精確細(xì)胞周期的基本功能是使染色體遺傳物質(zhì)精確的復(fù)制并均等地分配到兩個子細(xì)胞中去的復(fù)制并均等地分配到兩個子細(xì)胞中去v標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)胞周期標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)胞周期:間期間期: G1-S-G2（間期分為三個事相的原因？）（間期分為三個事相

7、的原因？）M 期期: 核分裂期（核分裂期（Mitosis）, 胞質(zhì)分裂期（胞質(zhì)分裂期（Cytokinesis）v 細(xì)胞周期持續(xù)時間細(xì)胞周期持續(xù)時間其中一些真核細(xì)胞周期時間其中一些真核細(xì)胞周期時間 G1期的持續(xù)時間最長且變化最大期的持續(xù)時間最長且變化最大早期胚胎細(xì)胞分裂無早期胚胎細(xì)胞分裂無G1和和G2期期 根據(jù)細(xì)胞周期可將高等動物細(xì)胞分為3類： 連續(xù)分裂細(xì)胞，如表皮生發(fā)層、骨髓干細(xì)胞。 休眠細(xì)胞，暫不分裂，適當(dāng)刺激下可重新進(jìn)入細(xì)胞周期，稱G0期細(xì)胞，如淋巴細(xì)胞、肝、腎細(xì)胞等。 不分裂細(xì)胞，又稱終端細(xì)胞，不再分裂，如神經(jīng)、肌肉、多形核細(xì)胞等。限制點( restriction point ，R點)：

8、 在G1期晚期有一個不可逆轉(zhuǎn)的點，稱為限制點。細(xì)胞通過此點，就能完成S、G2、M期，就可進(jìn)入S期，否則，細(xì)胞周期進(jìn)程則發(fā)生滯留。在芽殖酵母中該點被稱為起始點。二二. . 細(xì)胞周期各時相及主要事件細(xì)胞周期各時相及主要事件檢驗點：為了保證細(xì)胞染色體數(shù)目的完整性及細(xì)胞周期正常運轉(zhuǎn)，可對細(xì)胞周期發(fā)生的重要事件及出現(xiàn)的故障加以檢測，當(dāng)這些事件完成或故障修復(fù)后，才允許細(xì)胞周期進(jìn)一步運行的監(jiān)控系統(tǒng)。細(xì)胞周期的調(diào)控點，稱檢驗點。圖圖 細(xì)胞周期檢驗點及主要事件細(xì)胞周期檢驗點及主要事件細(xì)胞周期各時相的主要特征細(xì)胞周期各時相的主要特征檢驗點 細(xì)胞周期檢驗點 G1期檢驗點 S期檢驗點 G2期檢驗點 紡錘體檢驗點細(xì)胞周

9、期各時相的主要特征細(xì)胞周期各時相的主要特征G1期 與DNA合成啟動相關(guān)，開始合成細(xì)胞生長所需要的多種蛋白質(zhì)、RNA、碳水化合物、脂等，同時染色質(zhì)去凝集。細(xì)胞周期各時相的主要特征細(xì)胞周期各時相的主要特征 G1期檢驗點 主要監(jiān)控細(xì)胞個體大小及遺傳物質(zhì)的完整性，一旦檢測到基因組結(jié)構(gòu)異常，細(xì)胞就會迅速啟動修復(fù)系統(tǒng)。細(xì)胞周期各時相的主要特征細(xì)胞周期各時相的主要特征S 期 真核細(xì)胞新合成的DNA立即與組蛋白結(jié)合，共同組成核小體串珠結(jié)構(gòu)。細(xì)胞周期各時相的主要特征細(xì)胞周期各時相的主要特征S期檢驗點 檢測細(xì)胞內(nèi)存在的DNA損傷并阻斷DNA復(fù)制的繼續(xù)進(jìn)行細(xì)胞周期各時相的主要特征細(xì)胞周期各時相的主要特征G2期合成一

10、定數(shù)量的蛋白質(zhì)和RNA分子細(xì)胞周期各時相的主要特征細(xì)胞周期各時相的主要特征G2期檢驗點 檢查DNA是否完成復(fù)制，細(xì)胞是否以生長到合適大小，環(huán)境因素是否利于細(xì)胞分裂等。組織帶有DNA損傷的細(xì)胞進(jìn)入M期，確保細(xì)胞基因組的完整性和穩(wěn)定性。細(xì)胞周期各時相的主要特征細(xì)胞周期各時相的主要特征M 期 M期即細(xì)胞分裂期，真核細(xì)胞的細(xì)胞分裂主要包括兩種方式，即有絲分裂和減數(shù)分裂。遺傳物質(zhì)和細(xì)胞內(nèi)其他物質(zhì)分配給子細(xì)胞。細(xì)胞周期各時相的主要特征細(xì)胞周期各時相的主要特征紡錘體檢驗點 監(jiān)控著紡錘體微管與著絲點之間的連接并且促使有絲分裂中姐妹染色單體或減數(shù)分裂中同源染色體間張力的形成。G1 phaseG1 phase:

11、:與與DNADNA合成啟動相關(guān)，開始合成細(xì)胞生合成啟動相關(guān)，開始合成細(xì)胞生 長所需要的多種蛋白質(zhì)、長所需要的多種蛋白質(zhì)、RNARNA、碳水化合物、脂、碳水化合物、脂 等，同時染色質(zhì)去凝集。等，同時染色質(zhì)去凝集。S phaseS phase: DNA: DNA復(fù)制與組蛋白合成同步，組成核小復(fù)制與組蛋白合成同步，組成核小體串珠結(jié)構(gòu)體串珠結(jié)構(gòu)G2 phaseG2 phase: : 合成一定數(shù)量的蛋白質(zhì)和合成一定數(shù)量的蛋白質(zhì)和RNARNA分子分子M phaseM phase: : 有絲分裂有絲分裂, , 減數(shù)分裂和胞質(zhì)分裂減數(shù)分裂和胞質(zhì)分裂兩個子細(xì)胞兩個子細(xì)胞染色體濃縮染色體濃縮紡錘體紡錘體收縮環(huán)收縮

12、環(huán) 小結(jié)小結(jié)細(xì)胞周期各時相及主要事細(xì)胞周期各時相及主要事件件脈沖標(biāo)記脈沖標(biāo)記DNA復(fù)制和細(xì)胞分裂指數(shù)觀察復(fù)制和細(xì)胞分裂指數(shù)觀察測定法（測定法（PLM法）法）流式細(xì)胞儀測定法流式細(xì)胞儀測定法(Flow Cytometry)縮時攝像技術(shù)，可以得到準(zhǔn)確的細(xì)胞周縮時攝像技術(shù)，可以得到準(zhǔn)確的細(xì)胞周期時間及分裂間期和分裂期的準(zhǔn)確時間。期時間及分裂間期和分裂期的準(zhǔn)確時間。v 細(xì)胞周期長短測定PLM法標(biāo)記有絲分裂百分率法標(biāo)記有絲分裂百分率法(percentage labeled mitoses，PLM)：對測定：對測定細(xì)胞進(jìn)行脈沖標(biāo)記、定時取材、利用放射自顯影技術(shù)顯示標(biāo)記細(xì)胞，細(xì)胞進(jìn)行脈沖標(biāo)記、定時取材、利用

13、放射自顯影技術(shù)顯示標(biāo)記細(xì)胞，通過統(tǒng)計標(biāo)記有絲分裂細(xì)胞百分?jǐn)?shù)的辦法來測定細(xì)胞周期。放射標(biāo)通過統(tǒng)計標(biāo)記有絲分裂細(xì)胞百分?jǐn)?shù)的辦法來測定細(xì)胞周期。放射標(biāo)記物為記物為3H或者或者14C標(biāo)記的標(biāo)記的TdR。流式細(xì)胞儀法三、細(xì)胞周期同步化 定義：指在自然過程中發(fā)生或經(jīng)人為處理造成定義：指在自然過程中發(fā)生或經(jīng)人為處理造成的細(xì)胞周期一致的現(xiàn)象。的細(xì)胞周期一致的現(xiàn)象。細(xì)胞同步化細(xì)胞同步化自然同步化自然同步化人工人工選擇同選擇同步法步法誘導(dǎo)同步法誘導(dǎo)同步法 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。（一）自然同步化（二）人工同步化 1. 選擇

14、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(xì)胞不受藥物傷害。 缺點：獲得的細(xì)胞數(shù)量較少（分裂細(xì)胞約占1%2%） 。 2）細(xì)胞沉降分離法 優(yōu)點：可用于任何懸浮培養(yǎng)的細(xì)胞。 缺點：同步化程度較低。圖：從培養(yǎng)細(xì)胞中收集圖：從培養(yǎng)細(xì)胞中收集M期細(xì)胞的同步化方法期細(xì)胞的同步化方法 2. 誘導(dǎo)同步化 1）DNA合成阻斷法：用DNA合成抑制劑，可逆阻斷細(xì)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(xì)胞體積增大。DNA合成阻斷法（ TdR 雙阻斷法）（2）分裂中期阻斷法：通過抑制微管聚合來抑制細(xì)胞分裂器的形成，如秋水仙素、秋水酰胺和 nocodazole

15、等，從而有效抑制細(xì)胞分裂器的形成，將細(xì)胞阻斷在分裂中期的細(xì)胞周期同步方法。優(yōu)點：操作簡便，效率高。缺點：這些藥物的毒性相對較大.小結(jié)細(xì)胞周期同步化自然同步化人工同步化選擇同步化誘導(dǎo)同步化有絲分裂法密度梯度離心法DNA合成阻斷法中期阻斷法1.早期胚胎細(xì)胞的細(xì)胞周期四、特殊的細(xì)胞周期圖：卵裂過程子細(xì)胞在子細(xì)胞在G1、G2期并不生長，越分裂體積越小期并不生長，越分裂體積越小 細(xì)胞分裂快,無G1期, G2期非常短,S期也短(所 有復(fù)制子都激活), 以至認(rèn)為僅含有S期和M期無需臨時合成其它物質(zhì)細(xì)胞周期調(diào)控因子和調(diào)節(jié)機(jī)制與一般體細(xì)胞標(biāo) 準(zhǔn)的細(xì)胞周期基本是一致的2.酵母細(xì)胞的細(xì)胞周期 酵母細(xì)胞的細(xì)胞周期與標(biāo)

16、準(zhǔn)的細(xì)胞周期在時相和調(diào)控方面相似。酵母周期運轉(zhuǎn)過程也包括G1期、S期、G2期和M期4個時相。特點:1.酵母細(xì)胞周期持續(xù)時間較短；2.細(xì)胞分裂過程屬于封閉式，即在細(xì)胞分裂時核膜不解聚；3.紡錘體位于細(xì)胞核內(nèi)；在一定環(huán)境下，也進(jìn)行有性繁殖芽殖酵母細(xì)胞周期芽殖酵母細(xì)胞周期裂殖酵母細(xì)胞周期裂殖酵母細(xì)胞周期3.植物細(xì)胞的細(xì)胞周期植物細(xì)胞的細(xì)胞周期與動物細(xì)胞的標(biāo)準(zhǔn)細(xì)胞周期非常相似，含有G1期、S期、G2期和M期四個時期。植物細(xì)胞不含中心體，但在細(xì)胞分裂時可以正常組裝紡錘體。植物細(xì)胞以形成中間板的形式進(jìn)行胞質(zhì)分裂。植物細(xì)胞的有絲分裂4.細(xì)菌的細(xì)胞周期 慢生長細(xì)菌細(xì)胞周期過程與真核細(xì)胞周期過程有一定相似之處。其DNA復(fù)制之前的準(zhǔn)備時間與G1期類似。分裂之前的準(zhǔn)備時間與G2期類似。再加上S期和M期