細胞生物學(xué) 細胞增殖課件

掌握一些專業(yè)英語名詞理解細胞分裂的類型和特點掌握細胞周期同步化的方法及優(yōu)缺點理解并掌握細胞周期調(diào)控的機制教學(xué)目標第十二章細胞的增殖調(diào)控12/22/2022第十二章細胞的增殖調(diào)控細胞周期細胞分裂細胞周期的調(diào)控練習(xí)與拓展12/22/2022第一節(jié)細胞周期細胞周期（cellcycle)細胞物質(zhì)積累與細胞分裂的循環(huán)過程。從一次細胞分裂結(jié)束開始，經(jīng)過物質(zhì)累積過程，直到下一次細胞分裂結(jié)束為止，稱為一個細胞周期。12/22/2022細胞周期各時期及其主要事件G1期:合成蛋白質(zhì)、糖類、脂類S期：DNA合成時期，組蛋白G2期：DNA復(fù)制完成到有絲分裂開始之前的時期M期：有絲分裂開始至結(jié)束。G0期：有些細胞會暫時離開細胞周期，停止細胞分裂12/22/2022從增殖的角度來看，高等動物細胞分為三類：連續(xù)分裂細胞如表皮生發(fā)層細胞、部分骨髓細胞。休眠細胞稱G0期細胞，如淋巴細胞、肝、腎細胞不分裂細胞終端細胞，如神經(jīng)、肌肉、多形核細胞等拓展12/22/2022高等動物體細胞的細胞周期12/22/2022高等植物體細胞的細胞周期CourtesyofSodmergen12/22/2022自然同步化1、多核體：如粘菌、瘧原蟲。2、某些水生動物的受精卵：如海膽、海參、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，它們一起發(fā)芽，同步分裂。12/22/2022選擇同步化

M期細胞與培養(yǎng)皿的附著性低，振蕩脫離器壁收集。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%）。有絲分裂選擇法12/22/2022選用DNA合成的抑制劑，可逆地抑制DNA合成。常用TDR雙阻斷法。細胞處于G1/S交界處。優(yōu)點：同步化效率高，對于體外培養(yǎng)的細胞都適用。缺點：產(chǎn)生非均衡生長，個別細胞體積增大。誘導(dǎo)同步化DNA合成阻斷法12/22/2022用秋水仙素等細胞分裂抑制劑將細胞阻斷在中期。優(yōu)點：無非均衡生長現(xiàn)象，簡單、效率高。缺點：可逆性較差。中期阻斷法誘導(dǎo)同步化12/22/2022第二節(jié)細胞分裂有絲分裂減數(shù)分裂遺傳物質(zhì)的形態(tài)變化與在細胞中空間位置的變化12/22/2022一有絲分裂有絲分裂六個時期1、前期(prophase)2、前中期(premetaphase)3、中期(metaphase)4、后期(anaphase)5、末期(telophase)6、胞質(zhì)分裂期12/22/2022前期①染色質(zhì)凝縮②中心體開始移動③動粒、微管開始裝配12/22/2022前中期①核膜核仁解體②核骨架劇烈變化③微管與動粒結(jié)合12/22/2022前中期形成紡錘體12/22/2022后期姐妹染色體單體分開并移向兩極。分為后期A、后期B兩個過程。12/22/2022

末期

染色體到達兩極去濃縮核膜核仁組裝12/22/2022植物細胞的胞質(zhì)分裂是靠細胞內(nèi)新細胞壁的形成。新細胞壁的裝配受一種稱為成膜體的結(jié)構(gòu)引導(dǎo)。來自高爾基體的膜泡沿著微管運向成膜體的赤道，膜泡的內(nèi)含物形成初生壁和中膠層，膜泡膜形成質(zhì)膜，融合留下的管道形成胞間連絲。植物細胞胞質(zhì)分裂12/22/2022植物細胞胞質(zhì)分裂12/22/2022與有絲分裂相關(guān)的亞細胞結(jié)構(gòu)12/22/20221）染色體如何與微管相結(jié)合？2）與微管結(jié)合后染色體如何排列在赤道板上？Mad和Bub蛋白位于前期/前中期染色體動粒上，使動粒敏化，促使微管與動粒結(jié)合染色體列隊牽拉：動粒微管對染色體的拉力外推：星體對染色體的推力12/22/2022染色體分離后期A微管動力蛋白結(jié)合在動粒上，在ATP供能情況下沿動粒微管向極部運動，微管動粒端解聚變短，染色體接近兩極。后期B極性微管正極在ATP供能情況下微管蛋白聚合，極性微管加長。12/22/2022后期A12/22/202212/22/2022后期B12/22/2022二減數(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。減數(shù)分裂II分離的是姊妹染色體，類似于有絲分裂。12/22/2022Meiosis母減數(shù)分裂示意圖12/22/2022前期I

12/22/20221）細線期染色體呈細線狀，具有念珠狀的染色粒。染色體端粒通過接觸斑與核膜相連，染色體其他部分以絆狀伸到核質(zhì)中。2）偶線期是同源染色體配對的時期（聯(lián)會），聯(lián)會的部位形成聯(lián)會復(fù)合體。這一時期合成約0.3%左右的DNA，稱為Z-DNA。前期I12/22/20223）粗線期同源染色體的非姊妹染色單體間發(fā)生交換的時期

重組結(jié)

P-DNA合成（編碼DNA點切和修復(fù)的酶）。專有組蛋白合成以替換體細胞類型的組蛋白。卵母細胞rDNA擴增。

前期I12/22/2022

4）雙線期聯(lián)會的同源染色體相互排斥、開始分離，交叉開始端化(terminalization)。聯(lián)會復(fù)合體消失。染色體去凝集，RNA轉(zhuǎn)錄活躍。5）終變期二階體顯著變短。由于交叉端化過程的進一步發(fā)展，故交叉數(shù)目減少，通常只有一至二個交叉。核仁此時開始消失，核被膜解體。前期I12/22/2022兩次重組前期I聯(lián)會12/22/2022Minimumnumberofgametetypes=2n,Inhumans,n=23兩次重組12/22/2022聯(lián)會復(fù)合體SC由兩條同源染色體沿縱軸形成，外觀呈梯子狀。由堿性蛋白質(zhì)和RNA組成，并含有少量DNA。在細線期或合線期加入DNA合成抑制劑，則抑制SC的形成。SC形成偶線期，成熟于粗線期，消失于雙線期。幫助交換的完成，SC上有重組結(jié)是交換發(fā)生的部位。12/22/2022同源染色體配對聯(lián)會復(fù)合體中的球形、橢圓型或棒狀的結(jié)節(jié),直徑約為90nm,內(nèi)含蛋白質(zhì),結(jié)構(gòu)不清楚。重組結(jié)中含

有催化遺傳重組的酶類，

因此推測某些重組結(jié)與

染色體重組有關(guān)。

重組結(jié)12/22/2022第二節(jié)細胞周期的調(diào)控

細胞周期中的檢驗點

MPF的發(fā)現(xiàn)及其作用細胞周期運轉(zhuǎn)的調(diào)控12/22/2022細胞周期中的檢驗點12/22/2022p34cdc2/CyclinB的發(fā)現(xiàn)12/22/20221、MPF,themitosis-promotingfactor研究對象：HeLa細胞技術(shù)：細胞融合技術(shù)結(jié)論12/22/20222、MPF,thematuration-promotingfactor技術(shù)：顯微注射技術(shù)非洲爪蟾Ⅳ卵細胞結(jié)論蛋白質(zhì)合成阻斷劑蛋白質(zhì)純化：MPFp32+p45（激酶活性）對象：非洲爪蟾卵12/22/20223、Thecdcmutantsoffissionyeastp34cdc2,絲氨酸或蘇氨酸殘基磷酸化激酶P34cdc2本身不具激酶活性，只有與相關(guān)蛋白結(jié)合后激酶活性才得以表現(xiàn)。P34cdc2即為P34。cdc基因(cell-division-cyclegene)Inthecdc2-mutant,whichhasarecessivephenotype,thecdc2geneisinactivated.Attherestrictivecondition,thecellfailstopassthemitoticentrycheckpoint,continuesgrowing,andsobecomesenormouslylarge.Conversely,thedominantcdc2mutant,cdc2D,inwhichthecdc2geneproductishyperactive,passesthecheckpointprematurely,atanabnormallysmallsize.12/22/2022Cdc25&Wee1mutant12/22/20224、MPFactivity海膽卵細胞12/22/2022ThediscoveryofcyclinandthetheactivitylevelsofMPFduringtheearlyembryoniccellcycle12/22/20225、周期蛋白(cyclin)HuntT.(1980s):

海膽卵裂過程中兩種蛋白質(zhì)的含量隨細胞周期波動,命名為周期蛋白(cyclinA和B)。Lohka(1988):

純化非洲爪蟾的MPF.經(jīng)鑒定MPF是一種Ser/Thr激酶,由32kD和45kD兩種蛋白組成,MPF=CDC2+cyclin

B周期蛋白的分子結(jié)構(gòu)特點和消長規(guī)律教材426-712/22/2022MPF的結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)亞單位催化亞單位12/22/2022不同類型的周期蛋白激酶復(fù)合體脊椎動物芽殖酵母CyclinCDKCyclinCDKG1-CDKCyclinD*CDK4、6Cln3CDK1(CDC28)G1/S-CDKCyclinECDK2Cln1、2CDK1(CDC28)S-CDKCyclinACDK2Clb5、6CDK1(CDC28)M-CDKCyclinBCDK1(CDC2)Clb1-4CDK1(CDC28)12/22/2022CDK活性的抑制CDKIP21P16\15\18\19P5312/22/2022LelandHartwell、PaulNurse和TimothyHunt因?qū)毎芷谡{(diào)控機理的研究而獲得2001年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎.LelandHartwellTimothyHuntPaulNurse(1939)

(1943)(1949)12/22/2022CDK1+周期蛋白A/B細胞周期調(diào)控——G2/M轉(zhuǎn)化周期蛋白B在G1晚期合成，在G2期到達最大值。CDK1活性在G2期晚期達到最大值并維系到M期中期。CDK1使底物蛋白磷酸化，如將組蛋白H1磷酸化導(dǎo)致染色體凝縮，核纖層蛋白磷酸化使核膜解體。12/22/20221）CDK1與cyclinB結(jié)合2）CDK1/cyclinB被Wee1/mik1與CAK（CDKactivatingkinase）將Thr14、Tyr15及Thr161磷酸化3）在M期，Wee1的活性下降，CDC25c使CDKThr14、Tyr15去磷酸化，去除了CDK活化的障礙。CDK1激酶調(diào)控12/22/2022CDKactivating12/22/202212/22/2022M中期/后期轉(zhuǎn)化M期周期蛋白B、A迅速降解，CDK1活性喪失，被CDK1激酶磷酸化的蛋白去磷酸化。后期促進因子APCAPC為蛋白復(fù)合體，具有泛素化活性，可以調(diào)節(jié)M期周期蛋白泛素化降解并且可以促進姐妹染色單體分離。12/22/2022APC的泛素化降解機制泛素蛋白是由76個氨基酸殘基組成的多肽，可被一系列的酶促反應(yīng)活化而與底物靶蛋白相連接12/22/2022前期晚后期末期周期蛋白B的周期12/22/2022紡錘體組裝檢驗點，細胞生物學(xué)雜志，2009，王錚等Thetriggeringofsister-chromatidseparationbytheAPC12/22/2022

APC在細胞間期表達，但沒有活性，只有在M期CDK1激酶磷酸化作用后才被激活表現(xiàn)出泛素化降解活性。

Cdc20為APC正調(diào)控因子，Mad2蛋白為動粒結(jié)合蛋白，可以與Cdc20結(jié)合并抑制其活性，使APC處失活狀態(tài)。APC活性調(diào)節(jié)12/22/2022細胞周期G1/S轉(zhuǎn)換CDK2/CDK4/CDK6+周期蛋白D/E/ADNA復(fù)制執(zhí)照假說P435

cyclinD－CDK4復(fù)合物：Rb蛋白

cyclinE－CDK2復(fù)合物：p107＋E2F

cyclinA－CDK2復(fù)合物：DNA復(fù)制因子RF-A12/22/2022cyclinD+CDK4/CDK6使下游的蛋白質(zhì)如Rb磷酸化，Rb釋放出轉(zhuǎn)錄因子E2F，促進許多基因