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文檔簡(jiǎn)介
細(xì)胞學(xué)說:“Whereacellarises,theremustbeapreviouscell,justasanimalscanonlyarisefromanimalsandplantsfromplants.”
德國(guó)病理學(xué)家威爾肖Cellproliferationandcontrol
細(xì)胞增殖及調(diào)控Chapter126weeks12weeks16weeks
I.生物學(xué)意義1.細(xì)胞增殖(cellproliferation)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)。Redbloodcell120d.1011/d2millionstemcellsdivideeverysecond2.成體生物仍然需要細(xì)胞增殖,取代衰老死亡
的細(xì)胞,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。
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。DamagedtissuebyUVlightIfdamagedseriouslybyX-ray,mousewilldiewithinseveraldaysII.Thecell-divisioncycle細(xì)胞分裂周期
細(xì)胞從一次有絲分裂結(jié)束到下一次有絲分裂完成所經(jīng)歷的一個(gè)有序過程。其間細(xì)胞遺傳物質(zhì)和其他內(nèi)含物分配給子細(xì)胞。Cellcycle1.細(xì)胞周期時(shí)相
G1
Interphase間期S G2Mphase分裂期細(xì)胞沿著G1→S→G2→M→G1周期性運(yùn)轉(zhuǎn),在間期細(xì)胞體積增大(生長(zhǎng)),在M期細(xì)胞先是核分裂,接著胞質(zhì)分裂,完成一個(gè)細(xì)胞周期。不同細(xì)胞的細(xì)胞周期時(shí)間差異很大
Someeukaryoticcellcycletimes
CelltypeEarlyfrogembryocellsYeastcellsIntestinalepithelialcellsHumanlivercellsCell-cycletime
30min 1.5-3h 12h ~1yearWhysodifferent?
S+G2+M的時(shí)間變化教小,細(xì)胞周期時(shí)間長(zhǎng)短主要差別在G1期小鼠食管上皮細(xì)胞T=115hG1=103h十二指腸上皮細(xì)胞T=15hG1=6h2.根據(jù)增殖狀況,細(xì)胞分為三類(1).周期細(xì)胞Cyclingcells體內(nèi)連續(xù)分裂的細(xì)胞(2).休眠細(xì)胞G0cells正常情況下不分裂,一旦受到信號(hào)刺激后重新進(jìn)入細(xì)胞周期:livercells,lymphocytes(3).終末分化細(xì)胞TerminallyDifferentiatedcellsHighlyspecialized,havelosttheabilitytodivideuntiltheydie.EmbryocellsCyclingcellsTerminalcellsG0cells
?研究細(xì)胞周期的方法
ObservewithamcroscopeBrdU-labledepitheliacellsofthezebrafishgut.(Gree:Sphasecells)BrdU-labledRKOcells(Red:Sphasecells),Dr.ZouFD流式細(xì)胞儀的應(yīng)用G1cellsgreater?G1/SprogressioninRKOWTandmiR-21knockoutcellsWTKO3.Synchronizationofcell細(xì)胞同步化(1).自然同步化NaturalsynchronizationEarlyembryoinmostinvertebratesandafewvertebrates果蠅胚胎(2).人工同步化SelectedsynchronizationMphaseSG2BlockingDNAsynthesisbyTdR:G1/S
G1
G1/S
M秋水仙素讓細(xì)胞停留在M期4.特殊的細(xì)胞周期—Earlyembryo30min/cellcycleFrogXenopuslaevisWhysorapidly?NoG1andG2phase,Sphaseisveryshort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(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1 32 4III.Mphase:1.有絲分裂Mitosis(Nucleardivision)前期Prophase前中期Prometaphase中期Metaphase后期Anaphase末期Telophase(1).前期◆標(biāo)志前期開始的第一個(gè)特征是染色質(zhì)開始濃縮(condensation)形成有絲分裂染色體(mitoticchromosome)◆第二個(gè)特征細(xì)胞骨架解聚,有絲分裂紡錘體(mitoticspindle)開始裝配FormationofthecompactedmitoticchromosomeCondensin濃縮素VincentL.etal.,MultiplerolesofCondensins:acomplexstory,BiologyoftheCell,2004,96:201–213Cohesin粘連素Thesisterchromatidsaregluedtogetherbycohesins.AsterMTsinterpolarMTsFormationofthemitoticspindle
Centrosome duplicatedatS, andseparateto formmitotic spindleatthe beginningof prophase
Golgi,ERetc. dispersetoformvesicles;kinetochoreassembly(2).前中期Prometaphase核膜破裂成小的膜泡,這一過程是由核纖層蛋白磷酸化導(dǎo)致核纖層解體紡錘體微管與染色體的動(dòng)粒結(jié)合,捕捉住染色體每個(gè)已復(fù)制的染色體有兩個(gè)動(dòng)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(3).中期Metaphase
所有染色體排列到赤道板(MetaphasePlate)上,標(biāo)志著細(xì)胞分裂已進(jìn)入中期(4).后期Anaphase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(yùn)動(dòng)AnaphaseA:后期A,動(dòng)粒微管去裝配變短,染色體產(chǎn)生兩極運(yùn)動(dòng)AnaphaseB:極間微管長(zhǎng)度增加,兩極之間的距離逐漸拉長(zhǎng),介導(dǎo)染色體向極運(yùn)動(dòng)(5).末期Telophase◆染色單體到達(dá)兩極,即進(jìn)入了末期(telophase),到達(dá)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(zhǎng)◆核仁也開始重新組裝,RNA合成功能逐漸恢復(fù),有絲分裂結(jié)束2.胞質(zhì)分裂Cytokinesis(Cytoplasmdivision)(1).Inanimalcells蛙受精卵的卵裂培養(yǎng)細(xì)胞的胞質(zhì)分裂Contractilering有絲分裂收縮環(huán)分裂溝形成的時(shí)間和位置至關(guān)重要Thesiteofformationofthecleavageplane(2).Inplantcells與動(dòng)物細(xì)胞胞質(zhì)分裂不同的是,植物細(xì)胞胞質(zhì)分裂是因?yàn)樵诩?xì)胞內(nèi)形成新的細(xì)胞膜和細(xì)胞壁而將細(xì)胞分開SummaryTwoidenticaldaughtercells如何保證遺傳物質(zhì)準(zhǔn)確分配給子細(xì)胞?3.Meiosis減數(shù)分裂減數(shù)分裂是細(xì)胞僅進(jìn)行一次DNA復(fù)制,隨后進(jìn)行兩次分裂,染色體數(shù)目減半的一種特殊的有絲分裂MeiosisMitosis減數(shù)分裂的意義◆確保世代間遺傳的穩(wěn)定性;◆增加變異機(jī)會(huì),確保生物的多樣性,增強(qiáng)生物適應(yīng)環(huán)境變化的能力。◆減數(shù)分裂是生物有性生殖的基礎(chǔ),是生物遺傳、生物進(jìn)化和生物多樣性的重要基礎(chǔ)保證。III.Controlofcellcycle1.檢驗(yàn)點(diǎn)和它們的功能Cell-cyclecontrolsystem:
本質(zhì)就是周期性激活的蛋白激酶(cyclicallyactivatedProteinskinases)2.MPF:促進(jìn)細(xì)胞從G2期到M期的轉(zhuǎn)換成熟促進(jìn)因子(Maturation-promotingfactor),有絲分裂促進(jìn)因子(Mitosis-promotingfactor)細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)和染色體的提前凝集MphaseHeLacellwithaPtK2cell,1974,Humangenetik23:437非洲爪蟾卵母細(xì)胞成熟過程MasuiandMarkert’sexperiments(J.Exp.Zool.177:142,1971)注射實(shí)驗(yàn)表明:孕酮誘導(dǎo)卵母細(xì)胞成熟;成熟卵細(xì)胞質(zhì)中,含有卵母細(xì)胞成熟的因子,稱做MPF。MPF的活性與細(xì)胞周期的關(guān)系Inthemid-1970sasapostdocstudyingthefissionyeastS.pombe.Nursefoundcdc2裂殖酵母中幾個(gè)溫度敏感的cdc基因的隱性突變使得裂殖酵母在周期中不能進(jìn)入M期,由于生長(zhǎng)沒有停止,所以比正常的酵母長(zhǎng)很多。這些基因中的一個(gè)顯性突變,命名為cdc2。cdc2DNormalcdc2-Cdc2encodesaproteinkinasewith34kDwhoseactivityisrequiredforcellstoenterMphase.(p34cdc2)MPF是一種使多種底物蛋白磷酸化的蛋白激酶;由M期Cyclin-Cdk(Cyclin-dependentproteinkinase)形成的復(fù)合物。MPF=CDK1=p34cdc2+cyclinBIn1982,NurseandhiscolleaguesfoundthatCDC2wasidenticalinfunctiontoCDC28frombuddingyeast,S.cerevisiaeHartwellfoundcdc28TimHuntfoundcyclinin1983WhenthegelwasdevelopedonFriday23July1982,Ifoundthatthestrongestbandearlyonsuddenlygotverymuchweakerataboutthetimewhentheeggswereabouttodivideintwo.Thiswasastunning,startlingdiscovery.“35S-Met:FertilizedeggsFromTimandhiscolleagues
16min60min80min120minCyclin:inseaurchineggsthatisdestroyedateachcleavagedivision.Cell33:389-396,1983Whatistherelationshipbetweencyclinsorcdc2andMPF?MPFpurification:1988(Xenopusegg)MPF=32kD+45kDMPFhasproteinkinaseactivityCdc2AntibodyCyclinBMphaseCyclin-Cdk(MPF)(Cyclin-dependentproteinkinase)(2)ActivationofMPFBycyclinByphosphataseandKinaseActiveMPFactivateMPFagain(3)FunctionsofMPF:G2—MtransitionM-Cdk
?inducetheassemblyofthemitoticspindle
?triggerchromosomecondensation???nuclearenvelopebreakdown?cytoskeletonrearrangement?reorganizationofGolgi,ERAlloftheseprocessesarethoughttobetriggeredwhenM-CdkphosphorylatesspecificproteinsM-Cdkdoesnotactalong.ThePolo-likekinaseandtheAurorakinasealsomakeimportantcontributionstothecontrolofearlymitoticevents.ActivationofPolo-likekinasesandAurorakinasesdependsonM-Cdk
一位教授在實(shí)驗(yàn)室分離得到兩株突變酵母,cdc25-和wee1-,但忘了標(biāo)記這兩株酵母分別是什么突變。根據(jù)細(xì)胞周期調(diào)控的相關(guān)知識(shí),你只需用一臺(tái)光學(xué)顯微鏡觀察野生型、突變型酵母的增殖形態(tài),便可輕易給這位教授解決這個(gè)難題。野生型突變株1突變株2(1)突變株1和突變株2分別是什么突變?為什么?(2)兩株突變酵母的哪一周期時(shí)相發(fā)生了改變?這一時(shí)相是變 長(zhǎng)還是變短?3.Howtocontroltheseparationofchromosomes?TheAPC/Ctriggerssister-chromatidseperationandthecompletionofmitosisAPC/C(anaphase-promotingcomplex,orcyclosome):ubiquitinligasefamilyActiveAPCSpindleattachmentcheckpoint
Secruin Cdc20 Inactiveseparase UbiquitinsystemActiveseparase
InactiveAPCCohesinG2MetaphaseAnaphaseM-CdkUnattachedchromosomesblocksister-chromatidseperationTheinapproriatelyattachedkinetochoressomehowgenerateadiffusiblesignalthatbindCdc20-APC/Cacitivity.Severalproteins,includingMad2arerecruitedtounattachedkinetochores,andcanbindandinhibiteCdc20-APC/CMad2proteinsonunattachedkinetochores,JCB1998(mammaliancell,stainingwithanti-Mad2)Mad2-cdc20-APCM-cyclininactivion:controlofproteolysis byCdc20-APC.CellexistfrommitosisChildrenwithDownsyndrome.Thediseaseiscausedbytrisomy21,meaningtheirbodies'cellshaveanextrachromosome214.G1checkpointMechanismscontrollingcell-cycleentryandS-phaseinitiationinanimalcellsTheRbproteinsitselfwasidentifiedoriginallythroughstudiesaninheritedeyecancerinchildren,retinoblastoma.5.Thediversityofcyclin-CdkcomplexG1-cyclins:促使細(xì)胞通過G1checkpointG1/S-cyclins:在G1末結(jié)合Cdks促使細(xì)胞DNA復(fù)制S-cyclins:結(jié)合S-Cdk啟動(dòng)DNA復(fù)制M-cyclins:
促使細(xì)胞進(jìn)入mitosisCyclin-CdkVertebratesBuddingYeastG1cyclinDCdk4,6Cln3Cdk1G1/SSMcyclinECdk2 cyclinACdk2 cyclinBCdk1
Cln1,2Cdk1 Clb5,6Cdk1Clb1,2,3,4Cdk1Cdk1:cdc2invertebratesandfissionyeast, cdc28inbuddingyeastVariouscyclin-Cdkcomplexesareregulatedby:(1)在不同時(shí)相各種Cyclins的合成與降解(2)Cyclin-Cdk復(fù)合物被不同Kinase和Phosphatase作用6.Inhibitionofcellcycleprogress細(xì)胞至少可通過兩種機(jī)制阻止細(xì)胞周期的運(yùn)轉(zhuǎn)(1)BindingofCdkinhibitorproteins(CKIs/CDIs)(2)Turno
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