細(xì)胞周期翟中和細(xì)胞

關(guān)于細(xì)胞周期翟中和細(xì)胞細(xì)胞增殖是生命的基本特征。初生嬰兒1012個(gè)細(xì)胞，成人1014個(gè)，約200種類型。成人每秒鐘有數(shù)百萬新細(xì)胞產(chǎn)生。一個(gè)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。第2頁,共64頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)基本概念MAJORCONCEPTS第3頁,共64頁，2024年2月25日，星期天一、什么是細(xì)胞周期

細(xì)胞分裂結(jié)束到下一次細(xì)胞分裂結(jié)束所經(jīng)歷的過程。分為：G1期(gap1)，分裂完成到DNA復(fù)制之前。S期(synthesisphase)，DNA復(fù)制階段。G2期(gap2)，DNA復(fù)制完成到分裂之前。M期，又稱D期，分裂開始到結(jié)束。第4頁,共64頁，2024年2月25日，星期天EucaryoticCellCycle

Atypicalmammaliancellhasacellcycletimeof24hours,with12hrG1,6-8hrS,3-4hrG2,and1hrM第5頁,共64頁，2024年2月25日，星期天根據(jù)細(xì)胞周期可將高等動物細(xì)胞分為3類：①連續(xù)分裂細(xì)胞，如表皮生發(fā)層、骨髓干細(xì)胞。②休眠細(xì)胞，暫不分裂，適當(dāng)刺激下可重新進(jìn)入細(xì)胞周期，稱G0期細(xì)胞，如淋巴細(xì)胞、肝、腎細(xì)胞等。③不分裂細(xì)胞，又稱終端細(xì)胞，不再分裂，如神經(jīng)、肌肉、多形核細(xì)胞等。第6頁,共64頁，2024年2月25日，星期天二、細(xì)胞周期時(shí)間的測定G1期差異較大，M期最短，約0.5～4.5小時(shí)。周期長短與物種/細(xì)胞類型有關(guān)。測定方法：標(biāo)記有絲分裂百分率法（PLM），用3HTDR對測定細(xì)胞脈沖標(biāo)記、定時(shí)取材，通過統(tǒng)計(jì)標(biāo)記有絲分裂細(xì)胞百分?jǐn)?shù)來測定細(xì)胞周期。第7頁,共64頁，2024年2月25日，星期天第8頁,共64頁，2024年2月25日，星期天三、細(xì)胞同步化（一）自然同步化1.多核體：粘菌、瘧原蟲。2.水生動物受精卵：海膽、兩棲類。3.增殖抑制解除后的同步分裂：真菌休眠孢子。第9頁,共64頁，2024年2月25日，星期天（二）人工同步化1.選擇同步化1）有絲分裂選擇法優(yōu)點(diǎn)：操作簡單，同步化程度高，細(xì)胞不受藥物傷害。缺點(diǎn)：獲得的細(xì)胞數(shù)量較少（分裂細(xì)胞約占1%～2%）。2）細(xì)胞沉降分離法優(yōu)點(diǎn)：可用于任何懸浮培養(yǎng)的細(xì)胞。缺點(diǎn)：同步化程度較低。第10頁,共64頁，2024年2月25日，星期天2.誘導(dǎo)同步化1）DNA合成阻斷法：用DNA合成抑制劑，可逆阻斷細(xì)胞周期，然后釋放。常用TDR雙阻斷法。優(yōu)點(diǎn)：同步化程度高；缺點(diǎn)：產(chǎn)生非均衡生長，個(gè)別細(xì)胞體積增大。2）中期阻斷法用秋水仙素等微管抑制劑將細(xì)胞阻斷在中期。優(yōu)點(diǎn)是便于觀察染色體，缺點(diǎn)是可逆性較差。第11頁,共64頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)有絲分裂MITOSIS第12頁,共64頁，2024年2月25日，星期天一、細(xì)胞分裂的類型無絲分裂：又稱直接分裂，由Remark（1841）發(fā)現(xiàn)于雞胚血細(xì)胞，不涉及紡錘體形成及染色體變化。有絲分裂：又稱間接分裂，由Fleming(1882)和Strasburger(1880)發(fā)現(xiàn)。減數(shù)分裂：DNA復(fù)制1次，細(xì)胞連續(xù)分裂2次。第13頁,共64頁，2024年2月25日，星期天二、有絲分裂過程為了便于描述人為的劃分為六個(gè)時(shí)期：間期（interphase）；前期(prophase)；前中期(premetaphase)；中期(metaphase)；后期(anaphase)；末期(telophase)。間期包括G1期、S期和G2期，進(jìn)行DNA、中心體復(fù)制，細(xì)胞體積增大等準(zhǔn)備工作。第14頁,共64頁，2024年2月25日，星期天（一）前期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。第15頁,共64頁，2024年2月25日，星期天S期中心粒已完成復(fù)制，核膜解體時(shí)，中心粒已到達(dá)兩極，并形成紡錘體。紡錘體的三種微管結(jié)構(gòu)：①極體微管（polarmt）；②著絲點(diǎn)微管（kinetochoremt；③星體微管（astralmt）。第16頁,共64頁，2024年2月25日，星期天第17頁,共64頁，2024年2月25日，星期天（二）前中期從核膜解體到染色體排列到赤道面上。第18頁,共64頁，2024年2月25日，星期天（三）中期染色體排列到赤道面上。第19頁,共64頁，2024年2月25日，星期天（四）后期指妹妹染色體單體分開并移向兩極的時(shí)期。分為后期A、后期B兩個(gè)過程。第20頁,共64頁，2024年2月25日，星期天AnaphaseA:separationofthesisterchromatids.第21頁,共64頁，2024年2月25日，星期天AnaphaseB:separationofthepoles.第22頁,共64頁，2024年2月25日，星期天MicrotubulesandMotorsinthespindle

第23頁,共64頁，2024年2月25日，星期天（五）末期從子染色體到達(dá)兩極，至形成兩個(gè)新細(xì)胞為止的時(shí)期。涉及子核的形成和胞質(zhì)分裂兩個(gè)方面。第24頁,共64頁，2024年2月25日，星期天末期核纖肽B去磷酸化，介導(dǎo)核膜重新裝配，同時(shí)染色體解聚縮，核仁出現(xiàn)和核膜重新形成。核分裂與胞質(zhì)分裂是相繼發(fā)生的，屬于兩個(gè)分離的過程，如：大多數(shù)昆蟲的卵，核可進(jìn)行多次分裂而無胞質(zhì)分裂，某些藻類的多核細(xì)胞可長達(dá)數(shù)尺，以后胞質(zhì)才分裂形成單核細(xì)胞。子核的形成與胞質(zhì)分裂第25頁,共64頁，2024年2月25日，星期天動物的胞質(zhì)分裂通過胞質(zhì)收縮環(huán)的收縮實(shí)現(xiàn)，收縮環(huán)由平行排列的肌動蛋白組成。用細(xì)胞松弛素處理這一時(shí)期的細(xì)胞，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？第26頁,共64頁，2024年2月25日，星期天DividingMuscleMyoblast(primitivemusclecell)(SEMx8,000)第27頁,共64頁，2024年2月25日，星期天植物細(xì)胞末期近兩極處紡錘絲消失，中間微管保留，形成成膜體。來自高爾基體囊泡沿微管轉(zhuǎn)運(yùn)到成膜體中間。融合形成細(xì)胞板，囊泡的內(nèi)含物形成初生壁和中膠層，囊泡膜形成質(zhì)膜，融合留下的管道形成胞間連絲。第28頁,共64頁，2024年2月25日，星期天第29頁,共64頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)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，所以稱為異型分裂（heterotypicdivision）或減數(shù)分裂（reductionaldivision）。減數(shù)分裂II分離的是姊妹染色體，類似于有絲分裂，所以稱為同型分裂（homotypicdivision）或均等分裂（equationaldivision）。為了描述方便將減數(shù)分裂分為不同時(shí)期。第30頁,共64頁，2024年2月25日，星期天MeiosisConcepts:GameticmeiosisSporicmeiosisZygoticmeiosis第31頁,共64頁，2024年2月25日，星期天一、間期稱前減數(shù)分裂間期或前減數(shù)分裂期(premeiosis)，也分為G1、S和G2期。G2期是有絲分裂向減數(shù)分裂轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵時(shí)期。S期時(shí)間較長，部分DNA（約0.3%左右）是在合線期合成的。第32頁,共64頁，2024年2月25日，星期天二、分裂期（一）減數(shù)分裂I1.前期I通常分為5個(gè)時(shí)期：①leptotene，②zygotene，③pachytene，④diplotene，⑤diakinesis。第33頁,共64頁，2024年2月25日，星期天2.中期I3.后期I：同源染色體隨機(jī)分向兩極，染色體重組，人類染色體重組概率有223個(gè)。4.末期I5.減數(shù)分裂間期。（二）減數(shù)分裂II可分為前、中、后、末四個(gè)四期，與有絲分裂相似。一個(gè)精母細(xì)胞形成4個(gè)精子；一個(gè)卵母細(xì)胞形成一個(gè)卵子及2-3個(gè)極體。第34頁,共64頁，2024年2月25日，星期天Chromosomerecombination1第35頁,共64頁，2024年2月25日，星期天Chromosomerecombination2Minimumnumberofgametetypes=2n,Inhumans,n=23第36頁,共64頁，2024年2月25日，星期天三、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。SC幫助交換的完成，SC上有重組節(jié)，是交換發(fā)生的部位。SC主要由堿性蛋白質(zhì)和RNA組成，含有少量DNA。SC形成合線期，成熟于粗線期，消失于雙線期。在細(xì)線期/合線期加入DNA合成抑制劑，則抑制SC形成。第37頁,共64頁，2024年2月25日，星期天synaptonemalcomplex第38頁,共64頁，2024年2月25日，星期天第四節(jié)細(xì)胞周期調(diào)控CELLCYCLECONTROL第39頁,共64頁，2024年2月25日，星期天一、研究背景1970sRao等發(fā)現(xiàn)與M期細(xì)胞(Hela)融合的間期細(xì)胞染色體發(fā)生凝縮，稱為早熟凝集染色體。G1期PCC為單線狀，因DNA未復(fù)制。S期PCC為粉末狀，因DNA由多個(gè)部位開始復(fù)制。G2期PCC為雙線染色體，說明DNA復(fù)制已完成。不同類的M期細(xì)胞也可誘導(dǎo)PCC產(chǎn)生，說明M期細(xì)胞具有促進(jìn)間期細(xì)胞進(jìn)行分裂的因子，即成熟促進(jìn)因子(MPF)。第40頁,共64頁，2024年2月25日，星期天prematurelycondensedchromosome，PCCG1SG2第41頁,共64頁，2024年2月25日，星期天Hartwell1960s,Nurse1970s分別以芽殖酵母和裂殖酵母為材料，利用溫度敏感突變株，發(fā)現(xiàn)許多與細(xì)胞分裂有關(guān)的基因(cdc)。如：裂殖酵母cdc2、芽殖酵母cdc28突變型在限制溫度下無法分裂；wee1突變型則提早分裂，cdc25突變型細(xì)胞體積增大而不分裂；cdc2和cdc28都編碼34KD的蛋白激酶，促進(jìn)細(xì)胞周期進(jìn)行，weel和cdc25分別表現(xiàn)為抑制和促進(jìn)cdc2的活性。第42頁,共64頁，2024年2月25日，星期天FISSIONYEAST

第43頁,共64頁，2024年2月25日，星期天BUDDINGYEAST

第44頁,共64頁，2024年2月25日，星期天Cdc25&Wee1mutant第45頁,共64頁，2024年2月25日，星期天T.Hunt1980s發(fā)現(xiàn)海膽的卵裂過程中兩種蛋白質(zhì)的含量隨細(xì)胞周期振蕩，命名為cyclinA和B，其mRNA能誘導(dǎo)蛙卵成熟。1988年Lohka將非洲爪蟾的MPF純化。經(jīng)鑒定MPF由32KD和45KD兩種蛋白組成，是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)MPF=cdc2+clyclinB第46頁,共64頁，2024年2月25日，星期天LelandH.Hartwell

R.Timothy(Tim)Hunt

SirPaulM.Nurse

2001年10月8日美國人Leland

Hartwell、英國人PaulNurse、Timothy

Hunt因?qū)?xì)胞周期調(diào)控機(jī)理的研究而獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。第47頁,共64頁，2024年2月25日，星期天二、CDKcdc2與細(xì)胞周期蛋白結(jié)合才具有激酶的活性，故名細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶(CDK)。cdc2又稱CDK1，可將特定蛋白磷酸化，如：將核纖肽磷酸化導(dǎo)致核纖層解體、核膜消失；將H1磷酸化導(dǎo)致染色體的凝縮等。在動物中已知7種CDK。均含PSTAIRE保守序列，與周期蛋白的結(jié)合有關(guān)。第48頁,共64頁，2024年2月25日，星期天三、細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制因子CKI對細(xì)胞周期起負(fù)調(diào)控作用，分為：①Ink4:抑制cdk4·cyclinD1,cdk6·cyclinD1。②Kip：抑制大多數(shù)CDK。其中P21cip1還能與DNA聚合酶δ的輔助因子PCNA結(jié)合，直接抑制DNA的合成。第49頁,共64頁，2024年2月25日，星期天四、細(xì)胞周期蛋白cyclin特點(diǎn)：在細(xì)胞周期中呈周期性變化。含有一段約100個(gè)氨基酸的保守序列，稱為周期蛋白框，介導(dǎo)與CDK結(jié)合。作用：激活和引導(dǎo)CDK作用于不同底物。已知30余種，分為4類：G1型、G1/S型、S型、M型。第50頁,共64頁，2024年2月25日，星期天不同類型的CDK/cyclin復(fù)合體*包括D1-3，各亞型cyclinD在不同細(xì)胞中的表達(dá)量不同，但具有相同的功效。第51頁,共64頁，2024年2月25日，星期天G1期，在生長因子的刺激下，cyclinD表達(dá)，并與CDK4、CDK6結(jié)合，使下游的蛋白質(zhì)如Rb磷酸化，釋放轉(zhuǎn)錄因子E2F，促進(jìn)許多基因的轉(zhuǎn)錄，如編碼cyclinE、A和CDK1的基因。G1-S期，cyclinE與CDK2結(jié)合，激活DNA復(fù)制。G2-M期，cyclinA、cyclinB與CDK1結(jié)合，CDK1引起染色體凝縮、核膜解體等。第52頁,共64頁，2024年2月25日，星期天G1CDKactivatetranscriptionfactorE2F第53頁,共64頁，2024年2月25日，星期天CELLCYCLEREGULATION第54頁,共64頁，2024年2月25日，星期天中期當(dāng)MPF活性達(dá)到最高時(shí)，激活A(yù)PC，通過泛素化途徑降解cyclinB，完成細(xì)胞周期。分裂期周期蛋白N端具有降解盒。泛素由76個(gè)氨基酸組成，高度保守。共價(jià)結(jié)合泛素的蛋白能被蛋白酶體識別和降解，是細(xì)胞內(nèi)短壽命蛋白和異常蛋白降解的普遍途徑。第55頁,共64頁，2024年2月25日，星期天DestructionBoxinCyclins第56頁,共64頁，2024年2月25日，星期天26S蛋白酶體是大型的蛋白酶，可將泛素化的蛋白質(zhì)分解成短肽。第57頁,共64頁，2024年2月25日，星期天M期CDK的激活起始于分裂期cyclin的積累。結(jié)合cyclinB的CDK1被Wee1將Thr14和Tyr15磷酸化而不具有活性，使CDK/cyclin不斷積累。在M期，Wee1的活性下降，cdc25使CDK去磷酸化，去除了CDK活化的障礙。CDK的激活需要Thr161的磷酸化，它是在CDK激酶(CDKactivatingkinaseCAK)的作用下完成的。

五、M期CDK的激活第58頁,共64頁，2024年2月25日，星期天CDKACTIVATING第59頁,共64頁，2024年2月25日，星期天六、細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)（checkpoint）組成：感受器、信號傳導(dǎo)通路、效應(yīng)器。主要檢驗(yàn)點(diǎn)：G1/S檢驗(yàn)點(diǎn)：DNA是否損傷？細(xì)胞外環(huán)境是否適宜？細(xì)胞體積是否足夠大？在