第12章-細(xì)胞周期調(diào)控

1、第十二章第十二章 細(xì)胞增殖及其調(diào)控細(xì)胞增殖及其調(diào)控細(xì)胞增殖細(xì)胞增殖(cell proliferation)(cell proliferation)的意義的意義細(xì)胞增殖細(xì)胞增殖(cell proliferation)(cell proliferation)是細(xì)胞生命活動(dòng)的重要特征之一是細(xì)胞生命活動(dòng)的重要特征之一, ,是生物繁育的基礎(chǔ)。是生物繁育的基礎(chǔ)。l 細(xì)胞死亡（細(xì)胞死亡（cell death）l 細(xì)胞分裂（細(xì)胞分裂（cell division)單細(xì)胞生物細(xì)胞增殖導(dǎo)致生物個(gè)體數(shù)量的增加。單細(xì)胞生物細(xì)胞增殖導(dǎo)致生物個(gè)體數(shù)量的增加。多細(xì)胞生物由一個(gè)單細(xì)胞多細(xì)胞生物由一個(gè)單細(xì)胞(受精卵受精卵)分裂發(fā)

2、育而來(lái)，分裂發(fā)育而來(lái)， 細(xì)胞增殖是多細(xì)胞增殖是多細(xì)胞生物繁殖基礎(chǔ)。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，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(gè)維持個(gè)體細(xì)胞數(shù)量的相對(duì)平衡和機(jī)體的正常功能。體細(xì)胞數(shù)量的相對(duì)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，都要依賴細(xì)胞增殖。機(jī)體創(chuàng)傷愈合、組織再生、病理組織修復(fù)等，都要依賴細(xì)胞增殖。第一節(jié)細(xì)胞周期概述第一節(jié)細(xì)胞周期概述一、什么是細(xì)胞周期一、什么是細(xì)胞周期: : 是指細(xì)胞從一次分裂完成開始到下一次分裂結(jié)束所經(jīng)歷的全過(guò)程，是指細(xì)胞從一次分裂完成開始到下一次分裂結(jié)束所經(jīng)歷的全過(guò)程，分為間期與分裂

3、期兩個(gè)階段分為間期與分裂期兩個(gè)階段細(xì)胞在不斷增加數(shù)量的同時(shí)必須經(jīng)歷細(xì)胞物質(zhì)的積累和細(xì)胞分離的循環(huán)過(guò)程。細(xì)胞在不斷增加數(shù)量的同時(shí)必須經(jīng)歷細(xì)胞物質(zhì)的積累和細(xì)胞分離的循環(huán)過(guò)程。細(xì)胞周期可劃分為四個(gè)階段 1、積極合成、積極合成RNA，其中包括，其中包括mRNA, t RNA , rRNA ,在核內(nèi)核內(nèi)合成在核內(nèi)核內(nèi)合成經(jīng)核孔進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)。經(jīng)核孔進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)。2、G1期合成大量期合成大量AA3、同時(shí)合成誘導(dǎo)、同時(shí)合成誘導(dǎo)DNA合成的物質(zhì)合成的物質(zhì)4、G1末期中心體分離末期中心體分離5、G1期最大的特點(diǎn)是不穩(wěn)定，各細(xì)胞期最大的特點(diǎn)是不穩(wěn)定，各細(xì)胞G1期時(shí)間不一期時(shí)間不一1、DNA合成期合成期2、S期末期，期末

4、期，DNA合成加倍，為細(xì)胞分裂作準(zhǔn)備合成加倍，為細(xì)胞分裂作準(zhǔn)備G2期，期，DNA復(fù)制完畢，染色質(zhì)由復(fù)制完畢，染色質(zhì)由2n變成了變成了4n，即每個(gè)染色體含有，即每個(gè)染色體含有4個(gè)拷貝的個(gè)拷貝的DNA.有絲分裂所需的蛋白質(zhì)實(shí)在有絲分裂所需的蛋白質(zhì)實(shí)在M期合成，合成染色質(zhì)凝集和有絲分裂裝置構(gòu)成期合成，合成染色質(zhì)凝集和有絲分裂裝置構(gòu)成所系的組分。所系的組分。能量?jī)?chǔ)備。能量?jī)?chǔ)備。細(xì)胞周期時(shí)間不同細(xì)胞的細(xì)胞周期時(shí)間差異很大S+G2+M 的時(shí)間變化較小，細(xì)胞周 期時(shí)間長(zhǎng)短主要差別在G1期有些分裂增殖的細(xì)胞缺乏G1、G2期青蛙青蛙二、細(xì)胞周期時(shí)間的測(cè)定二、細(xì)胞周期時(shí)間的測(cè)定 標(biāo)記有絲分裂百分率法標(biāo)記有絲分裂百

5、分率法（percentage labeled mitoses，PLM）是一種常用的測(cè)定細(xì)胞周期時(shí)間的方法。其原理是其原理是對(duì)測(cè)定細(xì)胞進(jìn)行脈沖標(biāo)記、定時(shí)取材、利用放射自顯影技術(shù)顯示標(biāo)記細(xì)胞，通過(guò)統(tǒng)計(jì)標(biāo)記有絲分裂細(xì)胞百分?jǐn)?shù)的辦法來(lái)測(cè)定細(xì)胞周期。有關(guān)名詞：有關(guān)名詞： TG1：G1期的持續(xù)時(shí)間 TG2：G2期的持續(xù)時(shí)間 TS： S期的持續(xù)時(shí)間 TM： M期的持續(xù)時(shí)間 TC： 一個(gè)細(xì)胞周期的持續(xù)時(shí)間 PLM： 標(biāo)記的有絲分裂細(xì)胞所占的比例 TDR： 胸腺嘧啶核苷，是DNA的特異前體，能被S期細(xì)胞攝入，而摻進(jìn) DNA中。通常使用的是3H或者14C標(biāo)記的TDR。測(cè)定原理（圖測(cè)定原理（圖13-213-2）：）

6、： 待測(cè)細(xì)胞經(jīng)3H-TDR標(biāo)記后，所有S期細(xì)胞均被標(biāo)記。 S期細(xì)胞經(jīng)G2期才進(jìn)入M期，所以一段時(shí)間內(nèi)PLM=0。 開始出現(xiàn)標(biāo)記M期細(xì)胞時(shí)，表示處于S期最后階段的細(xì) 胞，已渡過(guò) G2期，所以從PLM=0到出現(xiàn)PLM的時(shí)間間 隔為TG2。 S期細(xì)胞逐漸進(jìn)入M期，PLM上升，到達(dá)到最高點(diǎn)的時(shí)候說(shuō)明來(lái)自 處于S最后階段的細(xì)胞，已完成M，進(jìn)入 G1期。所以從開始出現(xiàn)M 到PLM達(dá)到最高點(diǎn)（100%）的時(shí)間間隔就是TM。 當(dāng)PLM開始下降時(shí)，表明處于S期最初階段的細(xì)胞也已進(jìn)入M期， 所以出現(xiàn)PLM到PLM又開始下降的一段時(shí)間等于TS。 從PLM出現(xiàn)到下一次PLM出現(xiàn)的時(shí)間間隔就等于TC，根據(jù) TC=TG1

7、+TS+TG2+TM即可求出的TG1長(zhǎng)度。細(xì)胞周期各階段的時(shí)間與PLM的關(guān)系 流式細(xì)胞儀測(cè)定法流式細(xì)胞儀測(cè)定法(Flow Cytometry)DNA的含量隨細(xì)胞周期的含量隨細(xì)胞周期(G1，S，G2 ，M)的各個(gè)時(shí)期呈現(xiàn)的各個(gè)時(shí)期呈現(xiàn)出周期性的變化：出周期性的變化：G1期，是細(xì)胞期，是細(xì)胞RNA和蛋白質(zhì)的合成和蛋白質(zhì)的合成期，即期，即DNA合成前期合成前期,此時(shí)細(xì)胞核內(nèi)此時(shí)細(xì)胞核內(nèi)DNA含量保持二倍含量保持二倍體；進(jìn)入體；進(jìn)入S期后，期后，DNA開始合成，即開始合成，即DNA合成期合成期,細(xì)胞細(xì)胞核內(nèi)核內(nèi)DNA的含量介于二倍體至四倍體之間；細(xì)胞進(jìn)入的含量介于二倍體至四倍體之間；細(xì)胞進(jìn)入G2期，即

8、細(xì)胞分裂前期，期，即細(xì)胞分裂前期， DNA含量為四倍體含量為四倍體,直到進(jìn)直到進(jìn)入入M期，即細(xì)胞分裂期期，即細(xì)胞分裂期,細(xì)胞分成兩個(gè)子細(xì)胞細(xì)胞分成兩個(gè)子細(xì)胞, M期結(jié)束期結(jié)束進(jìn)入下一個(gè)細(xì)胞周期。進(jìn)入下一個(gè)細(xì)胞周期。 G1期期: DNA的含量為二倍體的含量為二倍體S期期: DNA的含量為二倍體至四倍體混合的含量為二倍體至四倍體混合G2 ,M期期: DNA的含量為四倍體的含量為四倍體Channels (FL2-A-FL2-A)050100150200250ModFitLT V3.0(PMac)File analyzed: 2004/4/1 DNA Cai.007Date analyzed: 1-A

9、pr-2004Model: 1Dn0A_DSFAnalysis type: Manual analysisDiploid: 100.00 % Dip G1: 74.15 % at 74.99 Dip G2: 3.35 % at 152.63 Dip S: 22.50 % G2/G1: 2.04 %CV: 4.47Total S-Phase: 22.50 %Total B.A.D.: 2.11 % no aggsApoptosis: 8.56 % Mean: 40.67Debris: 11.80 %Aggregates: 0.00 %Modeled events: 9502All cycle e

10、vents: 7663Cycle events per channel: 97RCS: 1.626DebrisApoptosisDip G1Dip G2Dip SCai Haibo (#7)FL2-A-FL2-A0306090120R1Channels (FL2-A-FL2-A)050100150200250ModFitLT V3.0(PMac)File analyzed: 2004/1/2 Liu DNA.008Date analyzed: 2-Jan-2004Model: 1Dn0A_DSFAnalysis type: Manual analysisDiploid: 100.00 % Di

11、p G1: 62.10 % at 75.40 Dip G2: 10.02 % at 152.08 Dip S: 27.88 % G2/G1: 2.02 %CV: 4.61Total S-Phase: 27.88 %Total B.A.D.: 0.36 % no aggsApoptosis: 0.27 % Mean: 53.00Debris: 7.07 %Aggregates: 0.00 %Modeled events: 8862All cycle events: 8212Cycle events per channel: 106RCS: 4.232DebrisApoptosisDip G1Di

12、p G2Dip SLiu Qiwei(#8)FL2-A-FL2-A0306090120R1三、細(xì)胞同步化三、細(xì)胞同步化細(xì)胞同步化(synchronization)是指在自然過(guò)程中發(fā)生或經(jīng)人為處理造成的細(xì)胞周期同步化，前者稱自然同步化，后者稱為人工同步化。 （一）自然同步化（一）自然同步化1多核體多核體如粘菌只進(jìn)行核分裂，而不發(fā)生胞質(zhì)分裂，形成多核體。數(shù)量眾多的核處于同一細(xì)胞質(zhì)中，進(jìn)行同步化分裂，使細(xì)胞核達(dá)108，體積達(dá)56cm。瘧原蟲也具有類似的情況。2某些水生動(dòng)物的受精卵某些水生動(dòng)物的受精卵如海膽卵可以同時(shí)授精，最初的3次細(xì)胞分裂是同步的，再如大量海參卵受精后，前9次細(xì)胞分裂都是同步化進(jìn)行的

13、。3增殖抑制解除后的同步分裂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，它們一起發(fā)芽，同步分裂。（二）人工同步化（二）人工同步化 1選擇同步化選擇同步化1）有絲分裂選擇法：）有絲分裂選擇法：使單層培養(yǎng)的細(xì)胞處于對(duì)數(shù)增殖期，此時(shí)分裂活躍，MI高。有絲分裂細(xì)胞變圓隆起，與培養(yǎng)皿的附著性低，此時(shí)輕輕振蕩，M期細(xì)胞脫離器壁，懸浮于培養(yǎng)液中，收集培養(yǎng)液，再加入新鮮培養(yǎng)液，依法繼續(xù)收集，則可獲得一定數(shù)量的中期細(xì)胞。其優(yōu)點(diǎn)是，操作簡(jiǎn)單，同步化程度高，細(xì)胞不受藥物傷害，缺點(diǎn)是獲得的細(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：）細(xì)胞沉降分離法：不同時(shí)期的細(xì)胞體積不同，而細(xì)胞在給定離心場(chǎng)

14、中沉降的速度與其半徑的平方成正比，因此可用離心的方法分離。其優(yōu)點(diǎn)是可用于任何懸浮培養(yǎng)的細(xì)胞, 省時(shí)，效率高，成本低，缺點(diǎn)是同步化程度較低。2誘導(dǎo)同步化誘導(dǎo)同步化 1）DNA合成阻斷法：合成阻斷法：選用DNA合成的抑制劑，可逆地抑制DNA合成，而不影響其他時(shí)期細(xì)胞的運(yùn)轉(zhuǎn)，最終可將細(xì)胞群阻斷在阻斷在S期或期或G/S交界處交界處。5-氟脫氧尿嘧啶、羥基脲、阿糖胞苷、氨甲蝶呤、高濃度ADR、GDR和TDR，均可抑制DNA合成使細(xì)胞同步化。其中高濃度TDR對(duì)S期細(xì)胞的毒性較小，因此常用TDR雙阻斷法誘導(dǎo)細(xì)胞同步化：在細(xì)胞處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的培養(yǎng)基中加入過(guò)量TDR。S期細(xì)胞被抑制，其它細(xì)胞繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，最后停在G

15、1/S交界處。移去TDR。洗滌細(xì)胞并加入新鮮培養(yǎng)液、細(xì)胞又開始分裂。當(dāng)釋放時(shí)間大于TS時(shí)，所有細(xì)胞均脫離S期，再次加入過(guò)量TDR，細(xì)胞繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)至G1/S交界處，被過(guò)量TDR抑制而停止。優(yōu)點(diǎn)是同步化程度高，適用于任何培養(yǎng)體系。可將幾乎所有的細(xì)胞同步化。缺點(diǎn)是產(chǎn)生非均衡生長(zhǎng)，個(gè)別細(xì)胞體積增大。2）中期阻斷法：）中期阻斷法：利用破壞微管的藥物將細(xì)胞阻斷在中期，常用的藥物有秋水仙素和秋水仙酰胺，后者毒性較少。優(yōu)點(diǎn)是無(wú)非均衡生長(zhǎng)現(xiàn)象，缺點(diǎn)是可逆性較差。3.條件依賴性突變株在細(xì)胞周期同步化中的應(yīng)用條件依賴性突變株在細(xì)胞周期同步化中的應(yīng)用將與細(xì)胞周期調(diào)控有關(guān)的條件依賴性突變株轉(zhuǎn)移到限定條件下培養(yǎng)，所有細(xì)胞便

16、被同步化在細(xì)胞周期中某一特定時(shí)期。四、特異的細(xì)胞周期四、特異的細(xì)胞周期特異的細(xì)胞周期是指那些特殊的細(xì)胞所具有的與標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)胞周期相比有著鮮明特點(diǎn)的細(xì)胞周期。 爪蟾早期胚胎細(xì)胞的細(xì)胞周期爪蟾早期胚胎細(xì)胞的細(xì)胞周期細(xì)胞分裂快,無(wú)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(wú)需臨時(shí)合成其它物質(zhì)子細(xì)胞在G1、G2 期并不生長(zhǎng)，越分裂體積越小細(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 酵母細(xì)胞的細(xì)胞周期酵母細(xì)胞的細(xì)胞周期酵母細(xì)胞的細(xì)胞周期與標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)胞周期在時(shí)相和調(diào)控方面相似，酵母細(xì)胞周期明顯特點(diǎn):酵母細(xì)胞周期持續(xù)時(shí)間較短；封閉式細(xì)胞分裂 ，

17、即細(xì)胞分裂時(shí)核膜不解聚；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 植物細(xì)胞的細(xì)胞周期植物細(xì)胞的細(xì)胞周期植物細(xì)胞的細(xì)胞周期與動(dòng)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(gè)時(shí)期。植物細(xì)胞不含中心體，但在細(xì)胞分裂時(shí)可以正常組裝紡錘體。植物細(xì)胞以形成中板的形式進(jìn)行胞質(zhì)分裂一個(gè)細(xì)胞周期包括兩個(gè)階段：分裂間期和分裂期。一個(gè)細(xì)胞周期包括兩個(gè)階段：分裂間期和分裂期。有絲分裂間期分為有絲分裂間期分為G1（DNA合合成前期）、成前期）、S（DNA合成期）、合成期）、G2（DNA合成后期）合成后期） 三個(gè)階段三個(gè)階段有絲分裂中有絲分裂中DNA和染色體的數(shù)目變化曲線圖和染色體的數(shù)目變

18、化曲線圖三、有絲分裂過(guò)程相關(guān)的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)三、有絲分裂過(guò)程相關(guān)的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)1. 中心體中心體 （centrosome）：由微管裝配與細(xì)胞分裂密切相關(guān)的細(xì)胞器，細(xì)胞分裂）：由微管裝配與細(xì)胞分裂密切相關(guān)的細(xì)胞器，細(xì)胞分裂時(shí)內(nèi)部活動(dòng)的中心。時(shí)內(nèi)部活動(dòng)的中心。2、動(dòng)粒（、動(dòng)粒（kinetochore):是真核細(xì)胞染色體中位于著絲粒兩側(cè)的兩層盤狀特化結(jié)是真核細(xì)胞染色體中位于著絲粒兩側(cè)的兩層盤狀特化結(jié)構(gòu)，其化學(xué)本質(zhì)為蛋白質(zhì)，是非染色體性質(zhì)物質(zhì)附加物構(gòu)，其化學(xué)本質(zhì)為蛋白質(zhì)，是非染色體性質(zhì)物質(zhì)附加物.3、紡錘體：紡錘體是產(chǎn)生于細(xì)胞分裂前初期、紡錘體：紡錘體是產(chǎn)生于細(xì)胞分裂前初期(Pre-Prophase)到末期到末期(Telophase)的一種特殊細(xì)胞器。其主要元件包括微管的一種特殊細(xì)胞器。其主要元件包括微管(Microtubules)，附著，附著微管的動(dòng)力分子分子馬達(dá)