第十二章 -細(xì)胞增殖及其調(diào)控課件

embryo→babydivision細(xì)胞增殖是細(xì)胞生命活動(dòng)的基本特征之一第十二章細(xì)胞增殖及其調(diào)控第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控細(xì)胞增殖(cellproliferation):親代細(xì)胞(mothercell)經(jīng)物質(zhì)準(zhǔn)備，細(xì)胞分裂（celldivision）產(chǎn)生子代細(xì)胞(daughtercell)的過程。無絲分裂（直接分裂）有絲分裂（間接分裂）減數(shù)分裂細(xì)胞增殖的方式細(xì)胞增殖是通過細(xì)胞周期（cellcycle）來實(shí)現(xiàn)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)控來保證第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控第十二章細(xì)胞增殖及其調(diào)控第一節(jié)

基本概念

第三節(jié)細(xì)胞周期調(diào)控第二節(jié)細(xì)胞分裂細(xì)胞生物學(xué)教程

(cellbiology

)第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控第一節(jié)基本概念一、細(xì)胞周期三、細(xì)胞同步化

二、細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)

第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控

連續(xù)分裂的細(xì)胞從上次細(xì)胞分裂(celldivision)結(jié)束開始，經(jīng)過物質(zhì)積累過程，直到本次細(xì)胞分裂結(jié)束為止所經(jīng)歷的過程。一、細(xì)胞周期①準(zhǔn)確地復(fù)制DNA；②合成細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能性物質(zhì)；③建立有關(guān)細(xì)胞分裂的結(jié)構(gòu)和信息傳遞機(jī)制；④細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)分裂?！锛?xì)胞周期時(shí)相G1-S-G2-M★細(xì)胞周期長(zhǎng)短測(cè)定第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控

TCTG1TSTG2TMTC-TG1小鼠食道上皮87757.24.10.712小鼠腹壁上皮1511396.25.30.512

人大腸粘膜241011.520.514

人宮頸癌2086.84.51.512人羊膜19.49.86.82.20.69.6大鼠肝47.528161.81.715.5人肺成纖維細(xì)胞16.86640.810.8不同細(xì)胞的周期時(shí)相細(xì)胞時(shí)相(小時(shí))不同細(xì)胞的TC差別很大；TC與TG1的變化一致,TC長(zhǎng)短差異決定于TG1;TS+

TG2+

TM值比較穩(wěn)定,約12-24小時(shí)；TM較短,約1小時(shí)左右。第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控2001年諾貝爾生理學(xué)/醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)

◆LelandH.Hartwell發(fā)現(xiàn)了控制細(xì)胞周期的基因，其中被稱為“START”

的基因?qū)刂聘鱾€(gè)細(xì)胞周期的最初階段具有決定性的作用?！鬚aulM.Nurse發(fā)現(xiàn)了CDK.◆R.TimHunt發(fā)現(xiàn)了調(diào)節(jié)CDK的功能物質(zhì)周期蛋白.第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控

用3H-TDR對(duì)測(cè)定細(xì)胞脈沖標(biāo)記、定時(shí)取材，利用放射自顯影技術(shù)顯示標(biāo)記細(xì)胞，通過統(tǒng)計(jì)標(biāo)記的有絲分裂期（M期）細(xì)胞百分?jǐn)?shù)（PLM），來測(cè)定細(xì)胞周期。脈沖標(biāo)記有絲分裂百分率PLM(percentagemitoses)法①待測(cè)細(xì)胞經(jīng)3H-TDR標(biāo)記后，所有S期細(xì)胞的DNA均被標(biāo)記。②置換無標(biāo)記培養(yǎng)液。S期細(xì)胞經(jīng)G2期才進(jìn)入M期，所以一段時(shí)間內(nèi)PLM=0。③開始出現(xiàn)標(biāo)記M期細(xì)胞時(shí)，表示處于S期最晚階段的細(xì)胞，已渡過G2期，所以從PLM=0到出現(xiàn)PLM的時(shí)間間隔為TG2。④S期細(xì)胞逐漸進(jìn)入M期，PLM上升，到達(dá)到最高點(diǎn)的時(shí)候說明來自處于S最晚階段的細(xì)胞，已完成M，將進(jìn)入G1期。所以從開始出現(xiàn)PLM到PLM達(dá)到最高點(diǎn)（≈100%）及所持續(xù)的時(shí)間時(shí)間就是TM。⑤當(dāng)PLM開始下降時(shí)，表明處于S期最早階段的細(xì)胞也已進(jìn)入M期，所以出現(xiàn)（

TG2）PLM到PLM又開始下降（TG2

+TS

）的一段時(shí)間等于TS。⑥從PLM出現(xiàn)到下一次PLM出現(xiàn)的時(shí)間間隔就等于TC。根據(jù)TC=TG1+TS+TG2+TM即可求出的TG1長(zhǎng)度。第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控早中晚第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控50100TG20TMTsTcTPLM注意：在實(shí)際工作中，由于各種因素的影響，PLM的最大值達(dá)不到1。為減少誤差，常采用半高度法讀數(shù)。第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控流式細(xì)胞儀分析細(xì)胞周期利用流式細(xì)胞儀（FCM

）對(duì)處于快速流動(dòng)的單列細(xì)胞或生物顆粒進(jìn)行多參數(shù)、快速（每秒可達(dá)1000-10000個(gè)）的定量分析和分選（純度可達(dá)99%以上）。標(biāo)本→流動(dòng)系統(tǒng)→激光系統(tǒng)→信號(hào)處理系統(tǒng)→放大系統(tǒng)→計(jì)算機(jī)系統(tǒng)第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控流式細(xì)胞儀PI（碘化丙錠）染色法分析細(xì)胞周期細(xì)胞周期G2MG0G1s02004006008001000G0G1sG2MDNA含量分析細(xì)胞數(shù)量2N4N

PI與細(xì)胞內(nèi)DNA結(jié)合（RNA已被消化）后，細(xì)胞的熒光強(qiáng)度直接反映了細(xì)胞內(nèi)DNA含量的多少，通過流式細(xì)胞儀對(duì)細(xì)胞內(nèi)DNA的含量及在不同時(shí)間內(nèi)的變化進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，可以分析不同細(xì)胞周期時(shí)相各細(xì)胞亞群比例和細(xì)胞周期時(shí)間長(zhǎng)短。第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控PI標(biāo)記的細(xì)胞周期時(shí)相分析G1SG2第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控二、細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)G1期檢測(cè)點(diǎn)(限制點(diǎn)

restriction,R點(diǎn)）：DNA損傷檢驗(yàn)點(diǎn)。S期檢測(cè)點(diǎn)：DNA復(fù)制檢驗(yàn)點(diǎn)。G2/M檢測(cè)點(diǎn)：DNA損傷檢驗(yàn)點(diǎn)。中-后期檢測(cè)點(diǎn)：紡錘體組裝檢驗(yàn)點(diǎn)。

真核生物細(xì)胞周期中決定細(xì)胞能否進(jìn)入下一個(gè)時(shí)相的監(jiān)控點(diǎn),是細(xì)胞周期中存在的一種反饋調(diào)節(jié)機(jī)制。G1關(guān)卡G2關(guān)卡中期關(guān)卡S關(guān)卡第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控

通過Ｇ1期限制點(diǎn)的調(diào)節(jié)，Ｇ1期細(xì)胞可有三種去向：死亡終末分化細(xì)胞（特化細(xì)胞）G0休眠細(xì)胞周期性細(xì)胞(cyclingcell)第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控G0期細(xì)胞：有些細(xì)胞會(huì)暫時(shí)離開細(xì)胞周期，停止細(xì)胞分裂，進(jìn)入G0期，去執(zhí)行某種生物功能或進(jìn)行細(xì)胞分化。一旦得到信號(hào)指示，會(huì)快速返回細(xì)胞周期，分裂增殖。多發(fā)生在G1期。第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控三、細(xì)胞同步化◆選擇同步法(selectionsynchrony)

有絲分裂抖落法密度梯度離心法◆誘導(dǎo)同步法(inductionsynchrony)

DNA合成阻斷法分裂中期阻斷法◆自然同步化

某些受精卵早期卵裂

在自然過程中發(fā)生或經(jīng)人為處理造成的使整個(gè)細(xì)胞群體共同進(jìn)入細(xì)胞周期同一時(shí)相的現(xiàn)象。物理方法化學(xué)方法第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控Fruitflyembryo第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控–

優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，同步化程度高，細(xì)胞不受藥物傷害。M期細(xì)胞與培養(yǎng)皿的附著性低，振蕩脫離器壁收集。

–

缺點(diǎn)：獲得的細(xì)胞數(shù)量較少。

有絲分裂抖落法：第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控DNA合成阻斷法選用DNA合成的抑制劑，可逆地抑制DNA合成。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(zhǎng)，個(gè)別細(xì)胞體積增大。思考：對(duì)TS

＞TG1＋TG2＋TM細(xì)胞能否適用此法？

T阻≧TG1＋TG2＋TMTS﹤T釋﹤

TG1＋TG2＋TM運(yùn)行抑制釋放抑制第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控一、有絲分裂(mitosis)二、減數(shù)分裂(Meiosis)第二節(jié)細(xì)胞分裂第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控一、有絲分裂(mitosis)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(Cytokinesis)第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控染色質(zhì)凝縮（起始）1.前期(prophase)核膜消失（結(jié)束）核仁解體→細(xì)胞骨架解聚分裂極確立與紡錘體開始裝配

第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控PCC(提早集縮染色體)G2期PCC為雙線染色體G1期PCC為單線狀DNA未復(fù)制S期PCC為粉末狀正在復(fù)制的DNA容易受損傷，是DNA斷裂的結(jié)果說明DNA復(fù)制已完成。將處于分裂期(M期)的細(xì)胞與處于細(xì)胞周期其他階段的細(xì)胞融合,使其他期細(xì)胞的染色質(zhì)提早包裝成染色體。第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控2.前中期(premetaphase)核膜消失（起始）→紡錘體形成→染色體往赤道面排列（結(jié)束）第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控中心粒星體微管極微管（連續(xù)絲）橫橋（分子馬達(dá)蛋白）動(dòng)粒微管動(dòng)粒紡錘體形成（動(dòng)粒微管+極微管）有絲分裂器(臨時(shí)性細(xì)胞器)第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控3.中期(metaphase)所有染色體排列到赤道板(equatorialplate)；紡錘體檢查點(diǎn)(Mad2、Bub1等染色體動(dòng)粒蛋白構(gòu)成)第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控染色體排列機(jī)制牽拉平衡假說外推平衡假說動(dòng)粒微管的延伸所產(chǎn)生的牽拉作用.星體產(chǎn)生的排斥作用

第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控4.后期(anaphase)姊妹染色單體分開子染色體到達(dá)兩極(2)后期B:極微管在正端聚合而延長(zhǎng)，兩極間距離逐漸增長(zhǎng)；(1)后期A:動(dòng)粒微管在動(dòng)粒端（正端）解聚而縮短，拉動(dòng)染色單體移向兩極；管第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控后期A動(dòng)粒微管的縮短中期動(dòng)粒微管的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定-動(dòng)力蛋白第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控1.驅(qū)動(dòng)蛋白在重疊區(qū)從負(fù)極走向正極使極微管向相反方向滑動(dòng)2.動(dòng)力蛋白與星體和兩端的細(xì)胞膜結(jié)合，從正極走向微管負(fù)極，朝細(xì)胞兩極牽拉星體微管。后期B紡錘體變長(zhǎng)的動(dòng)力來源第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控5.末期(telophase)

子染色體到達(dá)兩極形成兩個(gè)新細(xì)胞核膜重建第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控

核膜的解體與重建

早末期磷酸化第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控動(dòng)物細(xì)胞胞質(zhì)分裂形成分裂溝收縮環(huán)第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控植物細(xì)胞胞質(zhì)分裂形成細(xì)胞板第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控二、減數(shù)分裂(Meiosis)DNA復(fù)制同源染色體配對(duì)復(fù)制的同源染色體對(duì)排列在赤道面上復(fù)制的染色體各自排列在赤道面上細(xì)胞分裂Ⅰ細(xì)胞分裂Ⅱ細(xì)胞分裂1.減數(shù)分裂主要是發(fā)生在生殖細(xì)胞產(chǎn)生的某個(gè)階段；2.遺傳物質(zhì)只復(fù)制一次，細(xì)胞連續(xù)分裂兩次，導(dǎo)致染色體數(shù)目減半；3.減數(shù)分裂前間期的S期持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，少量DNA沒有復(fù)制；4.前期Ⅰ變化復(fù)雜，同源染色體配對(duì)、聯(lián)會(huì)、重組，產(chǎn)生遺傳多樣性；5.減數(shù)分裂時(shí)間較長(zhǎng)。第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控減數(shù)分裂(meiosis)減數(shù)分裂的第一次分裂與有絲分裂相似細(xì)線期(leptotene)偶線期(zygotene)粗線期(pachytene)雙線期(diplotene)終變期(diakinesis)前期中期后期末期間期G1SG2合成大部分DNA，而不是全部減數(shù)分裂的第二次分裂（間期）第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控偶線期同源染色體配對(duì)，稱為聯(lián)會(huì)(synapsis)；第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控聯(lián)會(huì)復(fù)合體（SC）SC由兩條同源染色體沿縱軸形成，外觀呈梯子狀。SC主要由堿性蛋白質(zhì)和RNA組成，并含有少量DNA。SC上有重組節(jié)是交換發(fā)生的部位。SC在細(xì)線期開始裝配，形成于偶線期，成熟于粗線期，消失于雙線期。第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控同源染色體聯(lián)會(huì)時(shí)的交換和交叉雙線期二價(jià)體第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控第三節(jié)細(xì)胞周期調(diào)控一、周期蛋白（cyclin）二、Cdk與Cyclin-Cdk復(fù)合物三、Cdk抑制物(CDKI)第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控一、周期蛋白特點(diǎn)：

周期蛋白的降解參與細(xì)胞周期調(diào)控的蛋白，其濃度在細(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。激活不同時(shí)期周期蛋白依賴性蛋白激酶（Cdk），引導(dǎo)Cdk作用于不同底物。作用：類型：泛素介導(dǎo)的cylinA、B的降解，調(diào)控細(xì)胞分裂的進(jìn)程。第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控周期蛋白調(diào)節(jié)Cdk的激酶活性第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控細(xì)胞周期蛋白的種類及其特點(diǎn)cyclinB晚G1期G2/MM中/后期種類開始表達(dá)期高峰期消失期S或M期cyclinM期cyclinG1期cyclincyclinA早G1期M中期G1/SCyclinC、D、E早G1期G1/S期中、晚G1第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控E1泛素活化酶泛素轉(zhuǎn)移酶泛素連接酶E2E3促后期復(fù)合物(APC)第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控二、Cdk與周期蛋白-Cdk復(fù)合物(CdkC)周期蛋白-Cdk復(fù)合物的多樣性Cdk活性隨周期蛋白（Cyclic）濃度變化而變化哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)至少存從Cdk1（Cdc2）至Cdk12共12種Cdk第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控Cyclin-Cdk復(fù)合物的多樣性G1S G2/MCyclin-CdkCyclin-CdkCyclin-Cdk芽殖酵母Cln1,2,3-Cdc28Clb5,(3,4)-Cdc28Clb1,2(3,4)-Cdc28裂殖酵母Cig1-Cdc2Cig2-Cdc2Cig13-Cdc2高等真核生物

CyclinD1,2,3-CDK4/6CyclinA-CDK2CyclinB-CDK1

CyclinE1,2-CDK2G1底物S底物G2/M底物G1/S的過渡

DNAReplication

G2/M期過渡

中期/后期過渡

不同的Cyclin-Cdk在不同的時(shí)相表現(xiàn)活性，影響不同的下游事件。(MPF)第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控生長(zhǎng)因子的刺激下，G1期cyclinD和cyclinE表達(dá)，形成G1-CdkC

。pRb被G1-CdkC磷酸化，pRb釋放出轉(zhuǎn)錄因子E2F。E2F促使相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。（DNA前復(fù)制復(fù)合體裝配）促進(jìn)細(xì)胞通過R點(diǎn)進(jìn)入S期。（G1→S）G1-CdkC復(fù)合物調(diào)控G1/S的轉(zhuǎn)化

第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控G1期完成前復(fù)制復(fù)合體（pre-RC）的裝配（“DNA復(fù)制執(zhí)照因子”）。S期S-CdkC（cyclinA－Cdk2

）將Cdc6磷酸化，觸發(fā)pre-RC的啟動(dòng)，同時(shí)阻止了DNA再次進(jìn)行復(fù)制（S期檢測(cè)點(diǎn)）DNA在一個(gè)細(xì)胞周期僅復(fù)制一次！復(fù)制起始點(diǎn)DNA的復(fù)制思考：用同步化的S期細(xì)胞分別與G1期細(xì)胞和G2期細(xì)胞融合,將產(chǎn)生什么結(jié)果,為什么？第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控催化亞基:Cdc2或Cdk1調(diào)節(jié)亞基：CyclinBM期Cyclin-Cdk復(fù)合物（M-CdkC）MPF=CyclinB

+Cdc2MPFCdk1的調(diào)節(jié)與活化活化的MPF可使更多的MPF活化激酶與磷酸酶的調(diào)節(jié)MPF啟動(dòng)細(xì)胞從G2期過渡到M期的相關(guān)事件，促使G2期→M期；激活A(yù)PC，促使M期由中期向后期過渡。第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控CAK

（CDK活化激酶）將Cdk1磷酸化，能最大激活其活性。Wee1（CDK抑制激酶）將Cdk1磷酸化

，抑制其活性磷酸酶Cdc25使Cdk1去磷酸化，MPF復(fù)合物激活。保證了MPF能夠不斷積累，在需要的時(shí)候突然釋放。

Cdc25和wee1突變分別會(huì)使增殖細(xì)胞的形態(tài)發(fā)生什么變化?思考:第十二章___細(xì)胞增殖及其調(diào)控酵母(Schizosaccharomycespombe)生長(zhǎng)到一定階段后便能進(jìn)行分裂增殖。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)普通光學(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。下圖就是顯微鏡下觀察到的三種形態(tài)：