第12章細胞增殖及其調(diào)控

1Chapter12

細胞增殖及其調(diào)控（Cellproliferationanditsregulation）2細胞分裂的意義:

1.多細胞生物體的生長發(fā)育和物種的延續(xù)2.單細胞生物產(chǎn)生新個體3.更新衰老、死亡的細胞和損傷的組織細胞增殖是生命最重要特征之一Xenopuslaevis（非洲爪蟾）胚胎卵裂3細胞增殖是生命的基本特征。一個受精卵發(fā)育為初生嬰兒，細胞數(shù)目增至1012個，長至成年有1014個，而成人體內(nèi)每秒鐘仍有數(shù)百萬新細胞產(chǎn)生，以補償血細胞、小腸粘膜細胞和上皮細胞的衰老和死亡。4細胞增殖是通過細胞周期（cellcycle）來實現(xiàn)的而細胞周期的有序運行是通過相關基因的嚴格監(jiān)視和調(diào)控來保證的。一個大腸桿菌若按20分鐘分裂一次，并保持這一速度，則兩天即可超過地球的重量。512.1細胞周期概述從一次細胞分裂結(jié)束開始，經(jīng)過物質(zhì)積累過程，直到下一次細胞分裂結(jié)束為止，稱為細胞周期。在這一過程中,細胞的遺傳物質(zhì)復制并均等地分配給兩個子細胞。12.1.1細胞周期

（cellcycle）6細胞周期的時間長短與物種的細胞類型有關如：酵母90-120分即分裂一次，而人的肝細胞平均至少一年。小鼠十二指腸上皮細胞的周期為10小時，人類胃上皮細胞24小時，HeLa細胞21小時。7不同類型細胞的G1長短不同，是造成細胞周期差異的主要原因。小鼠食管上皮細胞115h，G1=103h小鼠十二指腸上皮細胞15h,G1=6h812.1.2細胞周期的同步化細胞同步化(synchronization)：為了研究細胞周期的不同階段的生化特性必須獲得細胞周期一致性的細胞,這就是細胞的同步化。自然同步化人工同步化

91自然同步化1）多核體如粘菌只進行核分裂，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胞質(zhì)中，進行同步化分裂。瘧原蟲也具有類似的情況。10多頭絨泡菌S期112）某些水生動物的受精卵如海膽卵可以同時受精，最初的3次細胞分裂是同步的。如海參卵受精后，前9次細胞分裂都是同步化進行的。12受精卵在合胞體內(nèi)核同步分裂，無胞質(zhì)分裂核移向皮層角質(zhì)膜細胞邊緣開始形成果蠅早期胚胎同步核分裂處于中期，微管-綠色。中心體-紅色133）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。142人工同步化1）選擇同步化2）誘導同步化151）選擇同步化

16有絲分裂選擇法：使單層培養(yǎng)的細胞處于對數(shù)增殖期，此時分裂活躍。有絲分裂細胞變圓隆起，與培養(yǎng)皿的附著性低，此時輕輕振蕩，M期（有絲分裂）細胞脫離器壁，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)量的分裂細胞。優(yōu)點:操作簡單，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%）。17細胞沉降分離法：不同時期的細胞體積不同，而細胞在給定離心場中沉降的速度與細胞半徑的平方成正比，因此可用離心的方法分離。優(yōu)點：可用于任何懸浮培養(yǎng)的細胞。缺點：同步化程度較低。182）誘導同步化胸腺嘧啶阻斷技術：高濃度的胸腺嘧啶能夠阻斷DNA合成所需的核苷酸的合成,因此將細胞群體培養(yǎng)在具有高濃度的胸腺嘧啶的培養(yǎng)液，可獲得同步化的細胞。最終可將細胞群阻斷在S期或G1/S交界處。19優(yōu)點：同步化程度高，適用于任何培養(yǎng)體系。可將幾乎所有的細胞同步化。缺點：產(chǎn)生非均衡生長，個別細胞體積增大。20中期阻斷法：利用破壞微管的藥物將細胞阻斷在中期，常用的藥物有秋水仙素和秋水酰胺和諾考達唑(Nocodazole)

，后者毒性較少。優(yōu)點：無非均衡生長現(xiàn)象。缺點：可逆性較差。213細胞類群根據(jù)細胞分裂行為持續(xù)分裂細胞：在細胞周期中連續(xù)運轉(zhuǎn)因而又稱為周期中細胞，如表皮基底層細胞、造血干細胞等。G0細胞：又稱休眠細胞，暫時脫離細胞周期,但在某些條件的誘導下重新進入細胞周期。如淋巴細胞、肝、腎細胞等。終末分化細胞：即永久性失去了分裂能力的細胞，這些細胞都是高度特化的細胞,如哺乳動物的紅細胞、肌細胞、神經(jīng)細胞、多形核細胞等。2212.2細胞分裂無絲分裂(amitosis)有絲分裂(mitosis)減數(shù)分裂(meiosis)231、無絲分裂(amitosis)：核拉長、斷裂，分裂為大致相等的兩部分。例：纖毛蟲2、有絲分裂(mitosis)：形成有絲分裂器，確保遺傳物質(zhì)均等地分配到兩個子細胞中。是高等生物體細胞的分裂方式。3、減數(shù)分裂（meiosis）：DNA復制一次，細胞分裂兩次，遺傳物質(zhì)減半，是生殖細胞成熟過程的分裂方式。24(1)無絲分裂主要見于低等動物細胞生長——DNA復制——細胞核拉長——核中部縊陷呈啞鈴形，核頸部有環(huán)狀微絲環(huán)繞——兩子核形成——胞質(zhì)分裂——兩個子細胞特點：直接快速，核保持完整，染色質(zhì)不凝集，無有絲分裂器裝配2526無絲分裂不僅發(fā)現(xiàn)于原核生物，同時也發(fā)現(xiàn)于高等動植物，如植物的胚乳細胞、動物的胎膜，及肌肉細胞等。27(2)有絲分裂(mitosis)真核生物體細胞的一種分裂方式，通過紡錘體及染色體的形成，把復制的DNA均分到兩個子細胞，以保證遺傳的連續(xù)性和穩(wěn)定性。由于這一時期的主要特征出現(xiàn)紡錘體，故稱為有絲分裂。有絲分裂包括核分裂和胞質(zhì)分裂。28有絲分裂（間接分裂）特點：有紡錘體、染色體的變化，子染色體被平均分配到子細胞，這種分裂方式普遍見于高等動植物。29減數(shù)分裂是指染色體復制一次而細胞連續(xù)分裂兩次的分裂方式是高等動植物配子體形成的分裂方式。30紡錘體(spindle)：有絲分裂前期由中心體形成的星體微管、極微管、動粒微管排列組成的紡錘樣結(jié)構(gòu)，與染色體的移動、排列和分離有關。3132三、中期染色體結(jié)構(gòu)3334中部亞中部近端端部次縊痕(secondaryconstriction)371著絲粒（centromere)著絲粒是染色體中連接兩個染色單體,并將染色單體分為兩臂:短臂(p)和長臂(q)的部位。中期染色體上一個染色較淺而縊縮的部位，所以亦稱主縊痕（primaryconstriction）。兩個功能：結(jié)合姐妹染色單體動粒裝配的結(jié)合點38著絲粒的結(jié)構(gòu)著絲粒（centromere）和著絲點（kinetochore）是兩個不同的概念。著絲粒，染色體主縊痕中比較寬闊的區(qū)域，是由富含重復序列的DNA的異染色質(zhì)所組成。著絲點指主縊痕處兩個染色單體外側(cè)表層部位的特殊結(jié)構(gòu)，它與紡錘體微管相接觸。又稱動粒。主要成分是蛋白質(zhì)。39b40著絲粒（結(jié)構(gòu)域）著絲點結(jié)構(gòu)域（kinetochoredomain）又稱動粒區(qū)成分：蛋白（主）含少量DNA/RNA中心結(jié)構(gòu)域（centraldomain）又稱著絲粒中部區(qū)成分：含有高度重復的α衛(wèi)星DNA構(gòu)成的異染色質(zhì)。

配對結(jié)構(gòu)域（paringdomain）位于著絲粒結(jié)構(gòu)的內(nèi)層，成分：異染色質(zhì)

。41著絲粒的3個結(jié)構(gòu)域配對結(jié)構(gòu)域中心結(jié)構(gòu)域著絲點結(jié)構(gòu)域動粒區(qū)42動粒結(jié)構(gòu)域動粒微管動粒染色質(zhì)纖絲內(nèi)板外板中間區(qū)43外板（outerplate，OP）：電子密度高，與動粒微管結(jié)合。中間區(qū)（interzone）：電子密度低.。內(nèi)板（innerplate,IP）：電子密度高，與中心結(jié)構(gòu)域的著絲粒異染色質(zhì)結(jié)合。外板上有動粒微管。44二、端粒（telomere）熒光原位雜交顯示的端粒（上）和端粒序列（下）四膜蟲擬南芥45是染色體兩個端部的特化結(jié)構(gòu)，由富含G的短的串聯(lián)重復序列DNA組成，伸展到染色體的3，端。生物學作用：

a.維持染色體的穩(wěn)定性如果用X射線將染色體打斷，不具端粒的染色體末端有粘性，會與其它片段相連或兩端相連而成環(huán)狀。形成雙著絲粒染色體或環(huán)狀染色體。

b.與染色體在核內(nèi)的空間排布及減數(shù)分裂時，同源染色體配對有關。當同源染色體配對時，端?？烧车胶吮荒?nèi)的核纖層上。問題：DNA復制過程中，出現(xiàn)5，端缺口殘留（無端粒酶）。端粒的復制（有端粒酶）2個舊鏈2個舊鏈舊鏈舊鏈新鏈端粒酶具有逆轉(zhuǎn)錄酶的性質(zhì)，由RNA和蛋白質(zhì)組成，其中物種專一的內(nèi)在的RNA是端粒的模板，把合成的端粒重復序列再加到染色體的3，端。因此它可以彎過來作為引物，并以延伸的端粒DNA序列為模板，在DNA聚合酶的作用下合成5，末端，合成端粒末端的互補序列。52舊鏈新鏈54端粒起到細胞分裂計時器的作用。在缺乏端粒酶的情況下，則端粒DNA的復制和基因DNA不同，每復制一次減少50-100bp，表明端粒重復序列的長度與細胞分裂次數(shù)和細胞的衰老有關。正常體細胞缺乏此酶，故隨細胞分裂而變短，細胞隨之衰老。迄今為止，只在生殖細胞和部分干細胞及腫瘤細胞有端粒酶的活性，保持染色體的長度從而維持細胞不死性。5512.3減數(shù)分裂(Meiosis)特點：DNA復制一次，細胞分裂2次，子細胞中的染色體數(shù)目為1n，將減數(shù)分裂又分為減數(shù)分裂Ⅰ和減數(shù)分裂Ⅱ。56減數(shù)分裂模式圖

57間期也可分為G1期、S期和G2期，

和有絲分裂不同的是，DNA不僅在S期合成，而且也在前期合成一小部分。稱為偶線期DNA（zyg-DNA）或粗線期DNA(P-DNA)。P-DNA的合成與交換過程中DNA鏈的修復、連接有關。

58第一次減數(shù)分裂的過程母59分裂期1前期I601）細線期（leptotene）染色體呈細線狀，具有念珠狀的染色粒。細線期雖然染色體已經(jīng)復制，但光鏡下分辨不出兩條染色單體。同源染色體在核中隨機分布。由于染色體細線交織在一起，偏向核的一方，所以又稱為凝線期(synizesis)。在有些物種中表現(xiàn)為染色體細線一端在核膜的一側(cè)集中，另一端放射狀伸出，形似花束，稱為花束期(bouquetstage)。

61622）偶線期（zygotene）亦稱配對期，是同源染色體配對的時期，這種配對稱為聯(lián)會(synapsis)。聯(lián)會：到偶線期時，同源染色體與核被膜相連的端部移位到一起，兩條同源染色體側(cè)面緊密相貼進行配對，此現(xiàn)象為聯(lián)會。這一時期同源染色體間形成聯(lián)會復合體(synaptonemalcomplex，SC)。開始聯(lián)會，偶線期有殘余的0.3%DNA的合成稱為Z-DNA63一段等到減數(shù)分裂I前期才進行復制的DNA片斷（Z－DNA），可能是由于此中未復制的DNA片段的存在，導致兩條染色單體緊密聯(lián)系在一起。6465聯(lián)會是在減數(shù)分裂的偶線期兩條同源染色體側(cè)面緊密相貼并進行配對的現(xiàn)象。聯(lián)會染色體間的配對是專一性的,可以同時發(fā)生在分散的幾個點上。電子顯微照片揭示，染色體聯(lián)會伴隨一種復雜結(jié)構(gòu)的形成：聯(lián)會復合體（synaptonemalcomplex,SC)。66SC是同源染色體間形成的梯子樣的結(jié)構(gòu)。在電鏡下觀察，兩側(cè)是約40nm的側(cè)生組分(lateralelement)，電子密度很高。兩側(cè)之間為寬約100nm的中間區(qū)(intermediatespace)，在電鏡下是明亮區(qū)。在中間區(qū)的中央為中央組分(centralelement)，寬約30nm。側(cè)生組分與中央組分之間有橫向排列的粗約7~10nm的LC纖維，使SC外觀呈梯子狀。67聯(lián)會復合體結(jié)構(gòu)683)粗線期（pachytene）持續(xù)時間長達數(shù)天。此時染色體變短，結(jié)合緊密。在光鏡下只在局部可以區(qū)分同源染色體，這一時期同源染色體的非姊妹染色單體之間發(fā)生交換的時期。聯(lián)會完成，發(fā)生交換。在果蠅粗線期SC上具有與SC寬度相近的電子致密球狀小體，稱為重組節(jié)，與DNA的重組有關。P-DNA：粗線期合成的DNA,主要用于DNA鏈的修補和連接。697071在電子顯微鏡下觀察,發(fā)現(xiàn)在SC結(jié)構(gòu)的中央有很多間隔不規(guī)則、電子密集的的小體。由于這些小體是交叉發(fā)生的部位，所以稱作重組節(jié)。重組節(jié)是同源染色體配對聯(lián)會復合體中的球形、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。重組節(jié)中含有