第12章1细胞增殖及其调控.ppt

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1、1第十二章第十二章细胞增殖与调控细胞增殖与调控2细胞增殖的意义细胞增殖的意义单细胞生物细胞增殖导致生物个体数量的增加。单细胞生物细胞增殖导致生物个体数量的增加。多细胞生物由一个单细胞即受精卵分裂发育而多细胞生物由一个单细胞即受精卵分裂发育而来，来，细胞增殖是多细胞生物繁殖基础。细胞增殖是多细胞生物繁殖基础。成体生物仍然需要细胞增殖，主要取代衰老死成体生物仍然需要细胞增殖，主要取代衰老死亡的细胞，亡的细胞，维持个体细胞数量的相对平衡和机体维持个体细胞数量的相对平衡和机体的正常功能。的正常功能。机体创伤愈合、组织再生、病理组织修复等，机体创伤愈合、组织再生、病理组织修复等，都要依赖细胞增殖。都要依

2、赖细胞增殖。32001年诺贝尔生理学与医学奖年诺贝尔生理学与医学奖:利兰利兰哈特韦尔哈特韦尔发现了控制细胞周期的发现了控制细胞周期的基因，其中一种被称为基因，其中一种被称为“START”的基的基因对控制各个细胞周期的最初阶段具有因对控制各个细胞周期的最初阶段具有决定性的作用。决定性的作用。保罗保罗纳西纳西的贡献是发现了的贡献是发现了CDK。蒂莫西蒂莫西亨特亨特的贡献是发现了调节的贡献是发现了调节CDK的功能物质的功能物质CYCLIN.412.1 cell cycles一、细胞周期一、细胞周期 细胞周期细胞周期:是指连续分裂的细胞从一次有丝分是指连续分裂的细胞从一次有丝分裂结束后开始生长到下次有

3、丝分裂终止所经裂结束后开始生长到下次有丝分裂终止所经历的全过程。在这一过程中历的全过程。在这一过程中,细胞的遗传物细胞的遗传物质进行复制并均等地分配给两个子细胞。质进行复制并均等地分配给两个子细胞。图图5Phases of the cell cycle 6可将高等动物的细胞分为三类：周期中细胞：连续分裂细胞，如表皮生发层、部分骨髓细胞。静止期细胞（又称为休眠细胞）：暂不分裂，但适当刺激下可重新进入细胞周期，称G0期细胞，如淋巴细胞、肝、肾细胞等。终末分化细胞：不再分裂，又称终端细胞，如神经、肌肉、多形核细胞等。7二二 细胞周期中各时细胞周期中各时 相及其主要事件相及其主要事件G1期期(Gap1

4、 phase)S 期期(synthesis phase)G2 期期(Gap 2 phase)M期期8G1G1期期开始合成细胞生长所需要的多种开始合成细胞生长所需要的多种蛋白质、碳水化合物、脂等，同时蛋白质、碳水化合物、脂等，同时染色质开始去凝集。染色质开始去凝集。9S 期期 DNADNA复制与组蛋白合成复制与组蛋白合成同步，组成核小体串珠结同步，组成核小体串珠结构构 10G2G2期期 DNA DNA复制完成，在复制完成，在G2G2期合成少量的蛋白质和期合成少量的蛋白质和RNARNA分子；细胞周期某些分子；细胞周期某些调控分子活化（调控分子活化（CDK1CDK1）11M 期期 M期即细胞分裂期，

5、真核细胞的细胞分期即细胞分裂期，真核细胞的细胞分裂 主 要 包 括 两 种 方 式，即 有 丝 分 裂裂 主 要 包 括 两 种 方 式，即 有 丝 分 裂(mitosis)(mitosis)和减数分裂和减数分裂(meiosis)(meiosis)。遗传物。遗传物质和细胞内其它物质分配给子细胞。质和细胞内其它物质分配给子细胞。12 主要检验点：G1/S检验点：DNA是否损伤？细胞外环境是否适宜？细胞体积是否足够大？在芽殖酵母中称start点，在其它真核细胞中称限制点点(restriction point，R点)。S/G2期检验点：DNA复制是否完成？G2/M检验点：DNA是否损伤？细胞体积是否

6、足够大？中-后期检验点（纺锤体组装检验点）：检验纺锤体组装是否完整细胞周期检验点（check point）13 细胞周期的时间长短与物种/细胞类型有关。G1期持续时间差异较大，M期最短,约0.54.5小时。脉冲标记DNA复制和细胞分裂指数观察测定法（PLM）：用3HTDR对测定细胞脉冲标记、定时取材，通过统计标记有丝分裂细胞百分数的办法来测定细胞周期。三 细胞周期时间的测定14 方法简述：方法简述：用3HTdR标记细胞群体，洗脱3HTdR后，不同时间取样做细胞放射性自显影，找出正处于有丝分裂的细胞，计算其中带标记的细胞占有丝分裂细胞的百分数。依标记分裂指数曲线升降过程，可推求出细胞周期各时相的

7、时长。变化规律变化规律：最开始的有丝分裂指数为零，持续一段时间后开始出现标记有丝分裂的细胞，然后有丝分裂指数不断增加，经过一段时间达到峰值。峰值持续一段时间，然后逐步下降到零，有丝分裂指数为零持续一段时间，再次出现标记有丝分裂的细胞，进入下一个细胞周期循环。15 待测细胞经3H-TDR标记后，所有S期细胞均被标记。S期细胞经G2期才进入M期，所以一段时间内PLM=0。开始出现标记M期细胞时，表示处于S期最后阶段的细胞，已渡过G2期，所以从PLM=0到出现PLM的时间间隔为TG2。S期细胞逐渐进入M期，PLM上升，到达到最高点的时候说明来自处于S最后阶段的细胞，已完成M，进入G1期。所以从开始出

8、现PLM到PLM达到最高点（100%）的时间间隔就是TM。测定方法测定方法16 当PLM开始下降时，表明处于S期最初阶段的细胞也已进入M期，所以从出现PLM到PLM又开始下降的一段时间等于TS。从PLM出现到下一次PLM出现的时间间隔就等于TC，根据TC=TG1+TS+TG2+TM即可求出的TG1长度。事实上由于一个细胞群体中TC和各时相不尽相同，第一个峰常达不到100%，以后的峰会发生衰减，PLM不一定会下降到零，所以实际测量时，常以（TS+1/2TM）-1/2TM的方式求出TS。17三、细胞同步化测定原理测定原理细胞周期各阶段的时间与PLM的关系 18（一）自然同步化 1、多核体：如：粘菌

9、、疟原虫。2、水生动物的受精卵：如海胆、两栖类。3、增殖抑制解除后的同步分裂：如真菌的休眠孢子移入适宜环境后，同步分裂。四、细胞（周期）同步化191、选择同步化1）有丝分裂选择法 优点：操作简单，同步化程度高，细胞不受药物伤害。缺点：获得的细胞数量较少（分裂细胞约占1%2%）。2）细胞沉降分离法(密度梯度离心法)优点：省时，效率高，成本低。缺点：同步化程度较低，且对大多数种类细胞不适用。（二）人工同步化202 2、诱导同步化、诱导同步化1 1）DNADNA合成阻断法合成阻断法 G1/S-TdRG1/S-TdR双阻断法：最终将细胞双阻断法：最终将细胞群阻断于群阻断于G1/SG1/S交界处。优点交

10、界处。优点:同步化效率高，几乎适合于同步化效率高，几乎适合于所有体外培养的细胞体系。缺点所有体外培养的细胞体系。缺点:诱导过程可造成细胞非诱导过程可造成细胞非均衡生长均衡生长.2 2）分裂中期阻断法：通过抑制微管聚合来抑制细胞分裂）分裂中期阻断法：通过抑制微管聚合来抑制细胞分裂器的形成，将细胞阻断在细胞分裂中期。优点器的形成，将细胞阻断在细胞分裂中期。优点:操作简便，操作简便，效率高。缺点效率高。缺点:这些药物的毒性相对较大这些药物的毒性相对较大.21五五 特异的细胞周期特异的细胞周期-Embryonic cell cycles 22爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期细胞分裂

11、快细胞分裂快,无无G1G1期期,G2,G2期非常短期非常短,S,S期也短期也短(所有复制所有复制子都激活子都激活),),以至认为仅含有以至认为仅含有S S期和期和M M期期无需临时合成其它物质无需临时合成其它物质子细胞在子细胞在G1G1、G2G2期并不生长，越分裂体积越小期并不生长，越分裂体积越小 细胞周期调控因子和调节机制与一般体细胞标准的细胞周期调控因子和调节机制与一般体细胞标准的 细胞周期基本是一致的细胞周期基本是一致的23酵母细胞的细胞周期酵母细胞的细胞周期 图图酵母细胞的细胞周期与标准的细胞周期在时相酵母细胞的细胞周期与标准的细胞周期在时相和调控方面相似和调控方面相似酵母细胞周期明显

12、特点酵母细胞周期明显特点:首先，酵母细胞周期首先，酵母细胞周期持续时间较短；细胞分裂过程属于封闭式，持续时间较短；细胞分裂过程属于封闭式，即在细胞分裂时核膜不解聚；纺锤体位于细即在细胞分裂时核膜不解聚；纺锤体位于细胞核内；在一定环境下，也进行有性繁殖胞核内；在一定环境下，也进行有性繁殖2425植物细胞的细胞周期植物细胞的细胞周期植物细胞的细胞周期与动物细胞的标准细胞周植物细胞的细胞周期与动物细胞的标准细胞周期非常相似，含有期非常相似，含有G1G1期、期、S S期、期、G2G2期和期和M M期四期四个时期。个时期。植物细胞不含中心体，但在细胞分裂时可以正植物细胞不含中心体，但在细胞分裂时可以正常

13、组装纺锤体。常组装纺锤体。植物细胞以形成中间板的形式进行胞质分裂植物细胞以形成中间板的形式进行胞质分裂26细菌的细胞周期细菌的细胞周期 慢生长细菌细胞周期过程与真核细胞周期过程慢生长细菌细胞周期过程与真核细胞周期过程有一定相似之处。其有一定相似之处。其DNADNA复制之前的准备时间与复制之前的准备时间与G1G1期类似。分裂之前的准备时间与期类似。分裂之前的准备时间与G2G2期类似。再期类似。再加上加上S S期和期和M M期，细菌的细胞周期也基本具备四个期，细菌的细胞周期也基本具备四个时期时期 细菌在快速生长情况下，如何协调快速分裂和最细菌在快速生长情况下，如何协调快速分裂和最 基本的基本的DN

14、ADNA复制速度之间的矛盾复制速度之间的矛盾2712.2 细胞分裂 无丝分裂：又称直接分裂，由Remark（1841）发现于鸡胚血细胞，不涉及纺锤体形成及染色体变化。有丝分裂：又称为间接分裂，由Fleming(1882)和Strasburger(1880)发现。减数分裂：DNA复制一次，细胞连续分裂两次。28一、有丝分裂（一）有丝分裂过程 为了便于描述人为的划分为六个时期：前期、前中期、中期、后期、末期和胞质分裂。291.前期前期 图图1 图图2染色质凝缩，分裂极确立与纺锤体开始形成，核仁解体，核膜消失。30当前期开始时，当前期开始时，2 2个中心体移个中心体移向细胞两极，并同时组织微管生向细

15、胞两极，并同时组织微管生长，由两极形成的微管通过微管长，由两极形成的微管通过微管结合蛋白在正极末端相连，最后结合蛋白在正极末端相连，最后形成有丝分裂形成有丝分裂纺锤体纺锤体。312.前中期前中期从核膜解体到染色体排列到赤道面上。32前中期前中期(prometaphase)(prometaphase)核膜破裂成小的膜泡，这一过程是由核纤层蛋白核膜破裂成小的膜泡，这一过程是由核纤层蛋白中特异的中特异的SerSer残基磷酸化导致残基磷酸化导致核纤层解体核纤层解体纺锤体微管与染色体的动粒结合，捕捉住染色体，纺锤体微管与染色体的动粒结合，捕捉住染色体，每个已复制的染色体有两个动粒，朝相反方向，保证与每个

16、已复制的染色体有两个动粒，朝相反方向，保证与两极的微管结合；纺锤体微管捕捉住染色体后，形成三两极的微管结合；纺锤体微管捕捉住染色体后，形成三种类型的微管，一部分纺锤体微管的自由端最终结合到种类型的微管，一部分纺锤体微管的自由端最终结合到着丝点上着丝点上,形成动粒微管。形成动粒微管。前中期的特征是染色体剧烈地活动前中期的特征是染色体剧烈地活动,个别染色体剧个别染色体剧烈地旋转、振荡、徘徊于两极之间。烈地旋转、振荡、徘徊于两极之间。333.3.中期中期 主要特点是姐妹染色单体位于赤道板上主要特点是姐妹染色单体位于赤道板上,着丝粒分别被两端的着丝粒分别被两端的中心体发出的纤维连接。（中心体发出的纤维连接。（所有染色体排列到赤道板所有染色体排列到赤道板(Metaphase Plate)上）上）染色体进一步凝缩染色体进一步凝缩,并移到赤道附近并移到赤道附近,排列在赤道板；排列在赤道板；姐妹染姐妹染色单体的着丝粒分别与一条或多条来自对面的纤维结合色单体的着丝粒分别与一条或多条来自对面的纤维结合,成为成为被争夺的对象被争夺的对象 图图34染色体排列到赤道面上。354.后期后期 图图3637后期后期排