第12章 細(xì)胞增殖及其調(diào)控課件

第十二章

細(xì)胞增殖與調(diào)控1第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控細(xì)胞增殖的意義◆單細(xì)胞生物細(xì)胞增殖導(dǎo)致生物個體數(shù)量的增加?！舳嗉?xì)胞生物由一個單細(xì)胞即受精卵分裂發(fā)育而來，細(xì)胞增殖是多細(xì)胞生物繁殖基礎(chǔ)?！舫审w生物仍然需要細(xì)胞增殖，主要取代衰老死亡的細(xì)胞，維持個體細(xì)胞數(shù)量的相對平衡和機體的正常功能。 ◆機體創(chuàng)傷愈合、組織再生、病理組織修復(fù)等，都要依賴細(xì)胞增殖。2第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控2001年諾貝爾生理學(xué)與醫(yī)學(xué)獎:◆利蘭·哈特韋爾發(fā)現(xiàn)了控制細(xì)胞周期的基因，其中一種被稱為“START”的基因?qū)刂聘鱾€細(xì)胞周期的最初階段具有決定性的作用?！舯Ａ_·納西的貢獻(xiàn)是發(fā)現(xiàn)了CDK?！舻倌鳌ず嗵氐呢暙I(xiàn)是發(fā)現(xiàn)了調(diào)節(jié)CDK的功能物質(zhì)CYCLIN.3第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控12.1cellcycles一、細(xì)胞周期

細(xì)胞周期:是指連續(xù)分裂的細(xì)胞從一次有絲分裂結(jié)束后開始生長到下次有絲分裂終止所經(jīng)歷的全過程。在這一過程中,細(xì)胞的遺傳物質(zhì)進(jìn)行復(fù)制并均等地分配給兩個子細(xì)胞。

圖4第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控Phasesofthecellcycle5第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控

可將高等動物的細(xì)胞分為三類：①周期中細(xì)胞：連續(xù)分裂細(xì)胞，如表皮生發(fā)層、部分骨髓細(xì)胞。②靜止期細(xì)胞（又稱為休眠細(xì)胞）：暫不分裂，但適當(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終末分化細(xì)胞：不再分裂，又稱終端細(xì)胞，如神經(jīng)、肌肉、多形核細(xì)胞等。6第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控二細(xì)胞周期中各時

相及其主要事件◆G1期(Gap1phase)◆S期(synthesisphase)◆G2

期(Gap2phase)◆M期7第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控G1期◆開始合成細(xì)胞生長所需要的多種蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂等，同時染色質(zhì)開始去凝集。8第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控S期

◆

DNA復(fù)制與組蛋白合成同步，組成核小體串珠結(jié)構(gòu)

9第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控G2期◆DNA復(fù)制完成，在G2期合成少量的蛋白質(zhì)和RNA分子；細(xì)胞周期某些調(diào)控分子活化（CDK1）10第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控M期

◆

M期即細(xì)胞分裂期，真核細(xì)胞的細(xì)胞分裂主要包括兩種方式，即有絲分裂(mitosis)和減數(shù)分裂(meiosis)。遺傳物質(zhì)和細(xì)胞內(nèi)其它物質(zhì)分配給子細(xì)胞。11第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控主要檢驗點：

G1/S檢驗點：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？在芽殖酵母中稱start點，在其它真核細(xì)胞中稱限制點點(restrictionpoint，R點)。S/G2期檢驗點：DNA復(fù)制是否完成？G2/M檢驗點：DNA是否損傷？細(xì)胞體積是否足夠大？中-后期檢驗點（紡錘體組裝檢驗點）：檢驗紡錘體組裝是否完整細(xì)胞周期檢驗點（checkpoint）12第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控細(xì)胞周期的時間長短與物種/細(xì)胞類型有關(guān)。G1期持續(xù)時間差異較大，M期最短,約0.5～4.5小時。脈沖標(biāo)記DNA復(fù)制和細(xì)胞分裂指數(shù)觀察測定法（PLM）：用3HTDR對測定細(xì)胞脈沖標(biāo)記、定時取材，通過統(tǒng)計標(biāo)記有絲分裂細(xì)胞百分?jǐn)?shù)的辦法來測定細(xì)胞周期。三細(xì)胞周期時間的測定13第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控方法簡述：用3H—TdR標(biāo)記細(xì)胞群體，洗脫3H—TdR后，不同時間取樣做細(xì)胞放射性自顯影，找出正處于有絲分裂的細(xì)胞，計算其中帶標(biāo)記的細(xì)胞占有絲分裂細(xì)胞的百分?jǐn)?shù)。依標(biāo)記分裂指數(shù)曲線升降過程，可推求出細(xì)胞周期各時相的時長。變化規(guī)律：最開始的有絲分裂指數(shù)為零，持續(xù)一段時間后開始出現(xiàn)標(biāo)記有絲分裂的細(xì)胞，然后有絲分裂指數(shù)不斷增加，經(jīng)過一段時間達(dá)到峰值。峰值持續(xù)一段時間，然后逐步下降到零，有絲分裂指數(shù)為零持續(xù)一段時間，再次出現(xiàn)標(biāo)記有絲分裂的細(xì)胞，進(jìn)入下一個細(xì)胞周期循環(huán)。14第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控①待測細(xì)胞經(jīng)3H-TDR標(biāo)記后，所有S期細(xì)胞均被標(biāo)記。②S期細(xì)胞經(jīng)G2期才進(jìn)入M期，所以一段時間內(nèi)PLM=0。③開始出現(xiàn)標(biāo)記M期細(xì)胞時，表示處于S期最后階段的細(xì)胞，已渡過G2期，所以從PLM=0到出現(xiàn)PLM的時間間隔為TG2。④S期細(xì)胞逐漸進(jìn)入M期，PLM上升，到達(dá)到最高點的時候說明來自處于S最后階段的細(xì)胞，已完成M，進(jìn)入G1期。所以從開始出現(xiàn)PLM到PLM達(dá)到最高點（≈100%）的時間間隔就是TM。測定方法15第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控⑤當(dāng)PLM開始下降時，表明處于S期最初階段的細(xì)胞也已進(jìn)入M期，所以從出現(xiàn)PLM到PLM又開始下降的一段時間等于TS。⑥從PLM出現(xiàn)到下一次PLM出現(xiàn)的時間間隔就等于TC，根據(jù)TC=TG1+TS+TG2+TM即可求出的TG1長度。事實上由于一個細(xì)胞群體中TC和各時相不盡相同，第一個峰常達(dá)不到100%，以后的峰會發(fā)生衰減，PLM不一定會下降到零，所以實際測量時，常以（TS+1/2TM）-1/2TM的方式求出TS。16第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控三、細(xì)胞同步化測定原理細(xì)胞周期各階段的時間與PLM的關(guān)系17第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控（一）自然同步化1、多核體：如：粘菌、瘧原蟲。2、水生動物的受精卵：如海膽、兩棲類。3、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，同步分裂。四、細(xì)胞（周期）同步化18第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控1、選擇同步化1）有絲分裂選擇法優(yōu)點：操作簡單，同步化程度高，細(xì)胞不受藥物傷害。缺點：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(密度梯度離心法)優(yōu)點：省時，效率高，成本低。缺點：同步化程度較低，且對大多數(shù)種類細(xì)胞不適用。（二）人工同步化19第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控2、誘導(dǎo)同步化1）DNA合成阻斷法─G1/S-TdR雙阻斷法：最終將細(xì)胞群阻斷于G1/S交界處。優(yōu)點:同步化效率高，幾乎適合于所有體外培養(yǎng)的細(xì)胞體系。缺點:誘導(dǎo)過程可造成細(xì)胞非均衡生長.2）分裂中期阻斷法：通過抑制微管聚合來抑制細(xì)胞分裂器的形成，將細(xì)胞阻斷在細(xì)胞分裂中期。優(yōu)點:操作簡便，效率高。缺點:這些藥物的毒性相對較大.20第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控五特異的細(xì)胞周期

--Embryoniccellcycles

21第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控爪蟾早期胚胎細(xì)胞的細(xì)胞周期·細(xì)胞分裂快,無G1期,G2期非常短,S期也短(所有復(fù)制子都激活),以至認(rèn)為僅含有S期和M期·無需臨時合成其它物質(zhì)·子細(xì)胞在G1、G2期并不生長，越分裂體積越小·細(xì)胞周期調(diào)控因子和調(diào)節(jié)機制與一般體細(xì)胞標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)胞周期基本是一致的22第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控酵母細(xì)胞的細(xì)胞周期圖·酵母細(xì)胞的細(xì)胞周期與標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)胞周期在時相和調(diào)控方面相似·酵母細(xì)胞周期明顯特點:首先，酵母細(xì)胞周期持續(xù)時間較短；細(xì)胞分裂過程屬于封閉式，即在細(xì)胞分裂時核膜不解聚；紡錘體位于細(xì)胞核內(nèi)；在一定環(huán)境下，也進(jìn)行有性繁殖23第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控24第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控植物細(xì)胞的細(xì)胞周期·植物細(xì)胞的細(xì)胞周期與動物細(xì)胞的標(biāo)準(zhǔn)細(xì)胞周期非常相似，含有G1期、S期、G2期和M期四個時期。·植物細(xì)胞不含中心體，但在細(xì)胞分裂時可以正常組裝紡錘體。·植物細(xì)胞以形成中間板的形式進(jìn)行胞質(zhì)分裂25第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控細(xì)菌的細(xì)胞周期·

慢生長細(xì)菌細(xì)胞周期過程與真核細(xì)胞周期過程有一定相似之處。其DNA復(fù)制之前的準(zhǔn)備時間與G1期類似。分裂之前的準(zhǔn)備時間與G2期類似。再加上S期和M期，細(xì)菌的細(xì)胞周期也基本具備四個時期

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細(xì)菌在快速生長情況下，如何協(xié)調(diào)快速分裂和最基本的DNA復(fù)制速度之間的矛盾26第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控12.2細(xì)胞分裂無絲分裂：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：又稱為間接分裂，由Fleming(1882)和Strasburger(1880)發(fā)現(xiàn)。減數(shù)分裂：DNA復(fù)制一次，細(xì)胞連續(xù)分裂兩次。27第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控一、有絲分裂（一）有絲分裂過程為了便于描述人為的劃分為六個時期：前期、前中期、中期、后期、末期和胞質(zhì)分裂。28第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控1.前期圖1圖2①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。29第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控

當(dāng)前期開始時，2個中心體移向細(xì)胞兩極，并同時組織微管生長，由兩極形成的微管通過微管結(jié)合蛋白在正極末端相連，最后形成有絲分裂紡錘體。30第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控2.前中期從核膜解體到染色體排列到赤道面上。31第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控前中期(prometaphase) ◆核膜破裂成小的膜泡，這一過程是由核纖層蛋白中特異的Ser殘基磷酸化導(dǎo)致核纖層解體 ◆紡錘體微管與染色體的動粒結(jié)合，捕捉住染色體，每個已復(fù)制的染色體有兩個動粒，朝相反方向，保證與兩極的微管結(jié)合；紡錘體微管捕捉住染色體后，形成三種類型的微管，一部分紡錘體微管的自由端最終結(jié)合到著絲點上,形成動粒微管?！羟爸衅诘奶卣魇侨旧w劇烈地活動,個別染色體劇烈地旋轉(zhuǎn)、振蕩、徘徊于兩極之間。32第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控3.中期●主要特點是姐妹染色單體位于赤道板上,著絲粒分別被兩端的中心體發(fā)出的纖維連接。（所有染色體排列到赤道板(MetaphasePlate)上）◆染色體進(jìn)一步凝縮,并移到赤道附近,排列在赤道板；姐妹染色單體的著絲粒分別與一條或多條來自對面的纖維結(jié)合,成為被爭奪的對象圖33第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控染色體排列到赤道面上。34第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控4.后期圖35第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控36第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控后期◆排列在赤道面上的染色體的姐妹染色單體分離產(chǎn)生向極運動●主要特點是:著絲粒分開,染色單體移向兩極。

◆后期(anaphase)大致可以劃分為連續(xù)的兩個階段，即后期A和后期B

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后期A，動粒微管去裝配變短，染色體產(chǎn)生兩極運動

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后期B，極間微管長度增加，兩極之間的距離逐漸拉長，介導(dǎo)染色體向極運動37第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控AnaphaseA:separationofthesisterchromatids.38第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控AnaphaseB:separationofthepoles.植物細(xì)胞有沒有后期B？39第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控5.末期(telophase)40第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控（五）末期從子染色體到達(dá)兩極，至形成兩個新細(xì)胞為止的時期。涉及子核的形成和胞質(zhì)分裂兩個方41第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控末期(telophase)◆染色單體到達(dá)兩極，即進(jìn)入了末期（telophase）,到達(dá)兩極的染色單體開始去濃縮◆核膜開始重新組裝◆Golgi體和ER重新形成并生長◆核仁也開始重新組裝，RNA合成功能逐漸恢復(fù),有絲分裂結(jié)束●主要特點是:染色體解螺旋形成細(xì)絲,出現(xiàn)核仁和核膜。

42第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控6.胞質(zhì)分裂動物細(xì)胞胞質(zhì)分裂◆胞質(zhì)分裂(cytokinesis)開始于細(xì)胞分裂后期，在赤道板周圍細(xì)胞表面下陷，形成環(huán)形縊縮，稱為分裂溝(furrow)。分裂溝的位置與紡錘體和鈣離子濃度的變化有關(guān) ◆胞質(zhì)分裂開始時，大量肌動蛋白和肌球蛋白在分裂溝處組裝成微絲并相互組成微絲束，環(huán)繞細(xì)胞，稱為收縮環(huán)（contractilering)。收縮環(huán)收縮、收縮環(huán)處細(xì)胞膜融合并形成兩個子細(xì)胞43第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控分裂溝收縮環(huán)44第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控植物細(xì)胞胞質(zhì)分裂 ◆與動物細(xì)胞胞質(zhì)分裂不同的是，植物細(xì)胞胞質(zhì)分裂是因為在細(xì)胞內(nèi)形成新的細(xì)胞膜和胞壁而將細(xì)胞分開45第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控1、中心體概念：是一種與微管裝配和細(xì)胞分裂密切相關(guān)的細(xì)胞器。由一對位于中央的中心粒和其周圍的無定型物質(zhì)構(gòu)成。位于核膜外側(cè)的細(xì)胞之中。中心體周期：中心體在細(xì)胞周期中也要進(jìn)行復(fù)制，并經(jīng)過一系列的發(fā)育過程，稱為中心體周期。G1末期開始復(fù)制，S期細(xì)胞已經(jīng)包含一對中心體。（二）、與有絲分裂直接相關(guān)的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)46第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控2、動粒與著絲粒動粒（kinetochore）：附著于著絲粒上的一種細(xì)胞器，具有幫助染色體捕獲微管的作用。動粒的結(jié)構(gòu)：電鏡下為圓盤狀，分內(nèi)、中、外三層。動粒的分子結(jié)構(gòu)目前尚不清楚，動粒蛋白的組分CENP-E在促使染色體與來自兩極的微管相連接的過程中起重要作用。用藥物caffeine處理細(xì)胞，可以使動粒與染色體脫離，等到分裂期，動粒則單獨向兩極移動

47第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控3、紡錘體概念：一種由微管蛋白和微管結(jié)合蛋白組成的在細(xì)胞分裂過程中與染色體分離直接相關(guān)的臨時細(xì)胞結(jié)構(gòu)。有絲分裂器：指紡錘體和位于其兩端的星體。驅(qū)動蛋白相關(guān)蛋白（KRPs）：負(fù)向運動馬達(dá)蛋白細(xì)胞質(zhì)動力蛋白（dynein）：正向運動馬達(dá)蛋白*KRPs在來自姐妹中心體的微管間搭橋，通過正向運動，將被結(jié)合的微管牽拉在一起，形成早期的紡錘體；*dynein在紡錘體微管間搭橋，借助負(fù)向運動，將紡錘體拉長；*KRPs在質(zhì)膜與星體微管間搭橋，將星體拉近兩極細(xì)胞膜，紡錘體也進(jìn)一步被拉長。48第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控圖片來自49第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控（三）染色體運動的動力機制

1、染色體列隊機制是什么機制確保染色體正確排列在赤道板上？

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Mad蛋白和Bub蛋白促使染色體被動力微管捕捉。