細(xì)胞增殖醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)

細(xì)胞增殖醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)第1頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二細(xì)胞增殖（cellproliferation）細(xì)胞通過生長和分裂獲得具有與母細(xì)胞相同遺傳特征的子代細(xì)胞，從而使細(xì)胞數(shù)目成倍增加的過程。細(xì)胞生命活動的一種體現(xiàn)，使生命得以延續(xù)。第2頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二細(xì)胞分裂(celldivision)可分為無絲分裂(amitosis)、有絲分裂(mitosis)和減數(shù)分裂(meiosis)三種類型。第3頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二有絲分裂，特點(diǎn)是有紡錘體染色體出現(xiàn)，子染色體被平均分配到子細(xì)胞，這種分裂方式普遍見于高等動植物。減數(shù)分裂是指染色體復(fù)制一次而細(xì)胞連續(xù)分裂兩次的分裂方式，是高等動植物有性生殖時形成生殖細(xì)胞的分裂方式。第4頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二細(xì)胞周期細(xì)胞分裂與生長呈現(xiàn)周期性變化--從親代細(xì)胞分裂結(jié)束到子代細(xì)胞分裂結(jié)束所經(jīng)歷的間隔時期稱細(xì)胞增殖周期（cellgenerationcycle

），即細(xì)胞周期（cellcycle

）。第5頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二根據(jù)在顯微鏡下對細(xì)胞周期的研究將細(xì)胞周期劃分為靜止期（間期）和分裂期（M期）。在細(xì)胞周期中M期只占很短的時間，其余時間均為細(xì)胞的生長期，即分裂間期（interphase

）。根據(jù)在顯微鏡下對細(xì)胞周期的研究將細(xì)胞周期劃分為靜止期（間期）和分裂期（M期）。在細(xì)胞周期中M期只占很短的時間，其余時間均為細(xì)胞的生長期，即分裂間期（interphase

）。第6頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二間期時光鏡下細(xì)胞形態(tài)特征無明顯變化。細(xì)胞在分裂間期中進(jìn)行兩類生化活動：合成胞質(zhì)內(nèi)物質(zhì)和核內(nèi)DNA復(fù)制。第7頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二一個細(xì)胞周期可分為四個階段：G1期(gap1)，指從有絲分裂完成到期DNA復(fù)制之前的間隙時間；S期(DNAsynthesisphase)，指DNA復(fù)制的時期；G2期(gap2)，指DNA復(fù)制完成到有絲分裂開始之前的一段時間；M期，細(xì)胞分裂開始到結(jié)束。第8頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二按分裂行為周期性細(xì)胞：可持續(xù)細(xì)胞周期的運(yùn)行，進(jìn)行連續(xù)分裂。終端分化細(xì)胞：高度特化，永久失去分裂能力稱為，靠干細(xì)胞補(bǔ)充損耗。休眠細(xì)胞：細(xì)胞在該期暫不增殖，細(xì)胞從G1期進(jìn)入G0期。（在G0期細(xì)胞可停留不同長短的時間，然后在適當(dāng)條件下返回S期，繼續(xù)細(xì)胞增殖。）第9頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二細(xì)胞周期的時間長短依生物種類、組織、發(fā)育階段的不同而具有很大差異。一般細(xì)胞周期的時間長短取決于G1期的時間長短。第10頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二G1期G1期在一個細(xì)胞周期內(nèi)所占時間最長。該期的主要生化活動是：合成大量RNA和蛋白質(zhì)，多種蛋白質(zhì)發(fā)生磷酸化，胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)作用加強(qiáng)，為進(jìn)入S期創(chuàng)造物質(zhì)基礎(chǔ)。第11頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二G1期的調(diào)控G1期可受多種信號的調(diào)控，以決定是否進(jìn)入S期，因此該期是決定細(xì)胞增殖與否的關(guān)鍵。正常細(xì)胞的G1期有某些特殊的調(diào)節(jié)點(diǎn)，起到控制細(xì)胞增殖周期開關(guān)作用的，被稱為限制點(diǎn)（restriction

point，R點(diǎn)）。第12頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二當(dāng)生長環(huán)境不利時細(xì)胞就不能順利通過R點(diǎn)，而一旦不能跨越R點(diǎn)，細(xì)胞將無法進(jìn)行增殖而轉(zhuǎn)入G0期。腫瘤細(xì)胞失去對R點(diǎn)的控制導(dǎo)致細(xì)胞失控性增殖。第13頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二20世紀(jì)70年代初Hartwell以酵母為實驗材料，分離出了與細(xì)胞分裂有關(guān)的基因－－細(xì)胞分裂周期基因(celldivisioncyclegene，CDC)，可編碼多種調(diào)控細(xì)胞周期運(yùn)行的蛋白質(zhì)。第14頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二其中一個被稱作cdc28的基因可編碼包括周期蛋白依賴性激酶(cyclin-dependentkinase，CDK)，對細(xì)胞周期的啟動，即細(xì)胞能否通過R點(diǎn)很關(guān)鍵，因此也被稱作啟動基因（startgene）。第15頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二Nurse則以另一種酵母材料，發(fā)現(xiàn)了與CDC28作用類似的基因cdc2，此后陸續(xù)在高等生物中也發(fā)現(xiàn)了類似的基因，以此推斷細(xì)胞周期的基本調(diào)節(jié)機(jī)制都由這些CDC28/cdc2類似的基因所控制。第16頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二Hunt發(fā)現(xiàn)在海膽卵受精后，在其卵裂過程中某些蛋白質(zhì)的含量隨細(xì)胞周期的進(jìn)程而呈周期性變化，故命名為細(xì)胞周期蛋白(cyclin)。后來在其他真核生物中均發(fā)現(xiàn)類似的情況。第17頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二CDK與cyclin結(jié)合后可發(fā)揮激酶活性。在G1和S期交界時期形成的復(fù)合物稱為S期活化因子（Sphaseactivator），可促進(jìn)一系列與DNA復(fù)制有關(guān)的蛋白的磷酸化，啟動DNA復(fù)制。第18頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二2001年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎授予Hartwell、Hunt和Nurse，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞周期的關(guān)鍵分子調(diào)節(jié)機(jī)制。LelandHartwellTimHuntSirPaulM.Nurse"fortheirdiscoveriesofkeyregulatorsofthecellcycle"第19頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二S期與G2期細(xì)胞在S期主要進(jìn)行DNA復(fù)制和組蛋白、非組蛋白及復(fù)制所需酶的合成，并進(jìn)行中心粒的復(fù)制。細(xì)胞在G2期主要進(jìn)行RNA、ATP和與分裂有關(guān)的蛋白質(zhì)合成，染色質(zhì)開始凝集或螺旋化，為細(xì)胞進(jìn)入M期做好準(zhǔn)備。第20頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二G2期進(jìn)入M期的調(diào)控20世紀(jì)70年代，Rao和Johnson發(fā)現(xiàn)將M期細(xì)胞和間期細(xì)胞融合可使間期細(xì)胞核出現(xiàn)類似有絲分裂期的變化，稱為染色體早熟凝集。第21頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二后來在其他實驗生物中也陸續(xù)提取出相同性質(zhì)的物質(zhì)。這類物質(zhì)被統(tǒng)稱為成熟促進(jìn)因子（maturationpromotingfactor，MPF）。取自爪蟾的MPF經(jīng)純化后鑒定為由32KD和45KD兩種蛋白組成，二者結(jié)合可使多種蛋白質(zhì)磷酸化。后來的實驗證明P32實際上是cdc2的同源物(CDK1)，而P45是cyclin的同源物。第22頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二

MPF是調(diào)節(jié)細(xì)胞進(jìn)入M期的必需酶，它是由一個催化亞基和一個調(diào)節(jié)亞基組成的異二聚體。催化亞基具有激酶活性，調(diào)節(jié)亞基則選擇所作用的底物。人類MPF催化亞基和調(diào)節(jié)亞基的分子量分別為34KD和56KD（P34和P56）。第23頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二P56（周期蛋白）：含量隨細(xì)胞周期變化，在每一輪間期開始合成，G2/M時達(dá)到高峰，M結(jié)束后突然消失，下輪間期又重新合成。P34（CDK）是連續(xù)合成，與P56結(jié)合后才具有活性，通過自身磷酸化/去磷酸化調(diào)節(jié)活性。第24頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二主要功能包括促進(jìn)中期染色體構(gòu)建、使核膜解聚、促進(jìn)紡錘絲形成、破壞細(xì)胞內(nèi)膜結(jié)構(gòu)等等。第25頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二M期進(jìn)入M期后，細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯變化，生化特點(diǎn)主要是RNA合成中止，蛋白質(zhì)合成減少，染色體高度螺旋化。為了便于描述，按細(xì)胞核形態(tài)變化特點(diǎn)，M期被人為的劃分為前期(prophase)、中期(metaphase)、后期(anaphase)和末期(telophase)。第26頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二前期的主要事件是：①染色質(zhì)凝縮，②分裂極確立與紡錘體開始形成，③核仁解體，④核膜消失。前期最顯著的特征是染色質(zhì)通過螺旋化和折疊，變短變粗，形成光學(xué)顯微鏡下可以分辨的染色體，每條染色體包含2個染色單體。第27頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二第28頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二中期染色體排列到赤道板上，染色體兩邊的牽引力達(dá)到平衡。

后期姐妹染色單體分開并移向兩極，當(dāng)子染色體到達(dá)兩極后，這一時期結(jié)束。末期是從子染色體到達(dá)兩極，至形成兩個新細(xì)胞為止。

第29頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二第30頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二動物細(xì)胞的胞質(zhì)分裂是以形成收縮環(huán)的方式完成的，收縮環(huán)由大量平行排列的肌動蛋白和結(jié)合在上面的肌球蛋白等成分組成，通過微絲滑動收小收縮環(huán)直至縊斷。第31頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二細(xì)胞周期的運(yùn)行是受監(jiān)控的細(xì)胞周期的有序運(yùn)行是通過相關(guān)基因的嚴(yán)格監(jiān)視和調(diào)控來保證的。細(xì)胞周期的準(zhǔn)確調(diào)控對生物的生命活動是十分重要的。周期運(yùn)行受到干擾時會啟動補(bǔ)救措施。第32頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二生長因子對細(xì)胞增殖的影響生長因子（growthfactor）是一大類與細(xì)胞增殖有關(guān)的多肽類信號物質(zhì)。目前發(fā)現(xiàn)的生長因子多數(shù)有促進(jìn)細(xì)胞增殖的功能，少數(shù)兼具雙重調(diào)節(jié)作用，能促進(jìn)一類細(xì)胞的增殖，而抑制另一類細(xì)胞。一種細(xì)胞的生長周期可受多種生長因子的協(xié)同作用/順序調(diào)節(jié)。第33頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二在G0期加入GF能誘導(dǎo)多種基因轉(zhuǎn)錄：早反應(yīng)基因（earlyresponsegene）、遲反應(yīng)基因（delayedresponsegene）。前者的產(chǎn)物是后者必需的轉(zhuǎn)錄因子，遲反應(yīng)基因的編碼產(chǎn)物包括周期蛋白、CDK等，促使細(xì)胞由G1期向S期進(jìn)行轉(zhuǎn)變。第34頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二抑制因子除刺激細(xì)胞增殖的調(diào)節(jié)因子外，細(xì)胞中還具有抑制作用的調(diào)節(jié)因子如抑素，可限制細(xì)胞過度的增殖活動。第35頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二CDK與cyclin對細(xì)胞增殖的影響CDK與cyclin一起對細(xì)胞周期進(jìn)行調(diào)控，必須與cyclin結(jié)合后才具有激酶活性，由于cyclin含量的周期性變化，CDk的活性/作用也出現(xiàn)變化。第36頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二Cyclin的交替推動周期運(yùn)行第37頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二Cyclin的降解各類周期蛋白均含有一段約100個氨基酸的保守序列，稱為周期蛋白框，介導(dǎo)周期蛋白與CDK結(jié)合。第38頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二cyclinA、B的N端有一段9肽的破壞框序列，

可促使或介導(dǎo)蛋白降解。第39頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二細(xì)胞周期蛋白的破壞框與降解途徑G1周期蛋白cyclinC/D/E的N端沒有破壞框序列，但其C端存在的PEST序列，

也能介導(dǎo)類似的降解途徑。第40頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二CDK的活性受CKI的負(fù)調(diào)控Ink4特異性阻止cdk4/cyclinD、cdk6/cyclinD復(fù)合物形成。CIP/Kip：能抑制大多數(shù)CDK的激酶活性，直接抑制DNA的合成。第41頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二癌基因/抑癌基因?qū)?xì)胞增殖的影響正常細(xì)胞基因組中有原癌基因，編碼與細(xì)胞增殖和分化有關(guān)的蛋白質(zhì)，但一旦突變成癌基因，即會使細(xì)胞增殖處于無序狀態(tài)，最終轉(zhuǎn)變?yōu)閻盒?。除原癌基因外還有抑癌基因，產(chǎn)物可抑制細(xì)胞生長分裂，如p53和Rb基因。第42頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二細(xì)胞周期檢驗點(diǎn)

細(xì)胞要分裂，必須正確復(fù)制DNA和達(dá)到一定的體積，在獲得足夠物質(zhì)支持分裂以前，細(xì)胞不可能進(jìn)行分裂。檢驗點(diǎn)（checkpoint）機(jī)制在細(xì)胞周期的運(yùn)行中的進(jìn)行嚴(yán)格檢控，當(dāng)DNA發(fā)生損傷，復(fù)制不完全或紡錘體形成不正常，周期將被阻斷。第43頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二限制點(diǎn)S期檢驗點(diǎn)，G2/M期檢驗點(diǎn)中/后期檢驗點(diǎn)第44頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二p53第45頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二中/后期檢驗點(diǎn)第46頁，共52頁，2023年，2月20日，星期二減數(shù)分裂DNA復(fù)制一次，而細(xì)胞連續(xù)分裂兩次（減數(shù)分裂