第十一章 細(xì)胞增殖課件

第十一章細(xì)胞增殖與細(xì)胞周期11第十一章細(xì)胞增殖AddyourtitleAddyourtitleAddyourtitleAddyourtitle本章框架第一節(jié)細(xì)胞周期的概念第二節(jié)細(xì)胞周期各時(shí)相事件第三節(jié)特殊細(xì)胞周期第四節(jié)細(xì)胞周期長短測定及周期同步化第五節(jié)細(xì)胞分裂11第十一章細(xì)胞增殖第一節(jié)細(xì)胞周期

細(xì)胞增殖是生命的基本特征，種族繁衍、個(gè)體發(fā)育、機(jī)體修復(fù)等都依賴于細(xì)胞增殖。親代細(xì)胞(mothercell)經(jīng)過物質(zhì)準(zhǔn)備（細(xì)胞體積增大），分裂（celldivision，細(xì)胞數(shù)目增多）并產(chǎn)生子代細(xì)胞(daughtercell)的過程，即為細(xì)胞增殖（cellreproduction/proliferation）

。這一過程是一個(gè)相互連續(xù)的過程。11第十一章細(xì)胞增殖

細(xì)胞增殖通過細(xì)胞增殖周期（cellcycle）實(shí)現(xiàn)。細(xì)胞周期的有序運(yùn)行則通過相關(guān)基因的嚴(yán)格監(jiān)視與精密調(diào)控來保證。細(xì)胞無限制增長對動(dòng)物或人類個(gè)體而言意味著癌癥，而個(gè)體無限制的繁殖對地球來說意味著生態(tài)災(zāi)難。11第十一章細(xì)胞增殖

細(xì)胞周期（Cellcycle）：從一次細(xì)胞分裂（celldivision）結(jié)束，經(jīng)物質(zhì)積累到下一次細(xì)胞分裂結(jié)束為止，所經(jīng)歷的過程稱為細(xì)胞周期，也稱細(xì)胞增殖周期（cellreproductivecycle）。

一個(gè)周期所占用的時(shí)間，即為細(xì)胞的一個(gè)世代（generationtime）。11第十一章細(xì)胞增殖3HTdR脈沖標(biāo)記放射自顯影實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞在間期復(fù)制DNA，由于脈沖標(biāo)記后的某些時(shí)間段觀察到的分裂細(xì)胞染色體沒有放射性，表明只在間期的某個(gè)階段DNA才發(fā)生復(fù)制。11第十一章細(xì)胞增殖

根據(jù)不同的核素標(biāo)記實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將細(xì)胞周期間期中，DNA復(fù)制的這段時(shí)間稱為DNA合成期（S期），在此之前有絲分裂之后的一段時(shí)間稱DNA合成前期（Gap1phase，G1期）；DNA復(fù)制結(jié)束后到有絲分裂之前的一段時(shí)間稱DNA合成后期（Gap2phase，G2期）。至此，根據(jù)周期中分裂細(xì)胞的形態(tài)與生化特征，細(xì)胞周期被分為G1、S、G2、M期四個(gè)時(shí)相。11第十一章細(xì)胞增殖11第十一章細(xì)胞增殖

（1）周期中細(xì)胞（cyclingcell，或連續(xù)分裂細(xì)胞）：細(xì)胞周期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，細(xì)胞持續(xù)分裂分化。如表皮生發(fā)層細(xì)胞、部分骨髓細(xì)胞；

（2）靜止期細(xì)胞（quiescentcell，或G0期細(xì)胞/休眠細(xì)胞）：休眠的暫不分裂的細(xì)胞。在適當(dāng)?shù)拇碳は驴芍匦逻M(jìn)入細(xì)胞周期。如淋巴細(xì)胞、肝細(xì)胞、腎細(xì)胞等。

細(xì)胞周期與細(xì)胞類群：11第十一章細(xì)胞增殖（3）終末分化細(xì)胞（terminaldifferentiationcell）：不可逆地脫離細(xì)胞周期，不再分裂的細(xì)胞/特化細(xì)胞，也稱終端細(xì)胞。如神經(jīng)、肌肉、多形核中性粒細(xì)胞等。G0期細(xì)胞和終末分化細(xì)胞的界限有時(shí)難以劃分，有的細(xì)胞過去認(rèn)為是終末分化細(xì)胞，目前的研究表明可能是G0期細(xì)胞。11第十一章細(xì)胞增殖

主要的生化事件有：合成rRNA、蛋白質(zhì)、脂類和糖類等，為DNA合成作準(zhǔn)備。檢驗(yàn)點(diǎn)（checkpoint）：在細(xì)胞周期中可使細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)暫停的位點(diǎn)，在這一點(diǎn)上細(xì)胞內(nèi)各條件適宜才允許細(xì)胞進(jìn)入周期的下一階段。第二節(jié)

細(xì)胞各周期時(shí)相的主要事件（1）G1Phase：11第十一章細(xì)胞增殖G1期檢驗(yàn)點(diǎn)（G1checkpoint）也稱限制點(diǎn)（restriction/R點(diǎn)）：此處需要調(diào)查的事件有：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？（芽殖酵母中此點(diǎn)稱起始點(diǎn)Start）。11第十一章細(xì)胞增殖11第十一章細(xì)胞增殖

主要的生化事件：DNA和組蛋白（histone）的合成。

S期檢驗(yàn)點(diǎn)：監(jiān)察DNA復(fù)制是否完全？（2）SPhase：11第十一章細(xì)胞增殖

主要的生化事件：大量合成ATP、RNA以及與細(xì)胞分裂相關(guān)的蛋白質(zhì)。為細(xì)胞分裂作準(zhǔn)備。

G2/M期檢驗(yàn)點(diǎn)：DNA損傷是否已被修復(fù)？細(xì)胞體積是否夠大？（3）G2Phase：11第十一章細(xì)胞增殖

主要的生化事件：細(xì)胞染色質(zhì)凝集，分離并平均分配到兩個(gè)子代細(xì)胞，細(xì)胞一分為二。細(xì)胞增殖的直接實(shí)施階段。

M期的中-后期檢驗(yàn)點(diǎn)：紡錘體組裝檢驗(yàn)點(diǎn)。

（4）M

Phase：11第十一章細(xì)胞增殖細(xì)胞分裂的方式有三種：真核細(xì)胞分裂主要包括兩種方式：

有絲分裂

Mitosis，體細(xì)胞分裂方式；

減數(shù)分裂

Meiosis，性細(xì)胞分裂方式。原核細(xì)胞以無絲分裂Amitosis的方式完成細(xì)胞分裂。11第十一章細(xì)胞增殖第三節(jié)特殊細(xì)胞周期細(xì)胞分裂所需物質(zhì)已有準(zhǔn)備，細(xì)胞分裂快。子細(xì)胞在G1、G2期并不生長，越分裂體積越??；細(xì)胞周期調(diào)控因子和調(diào)節(jié)機(jī)制與具有標(biāo)準(zhǔn)細(xì)胞周期的體細(xì)胞周期基本一致。1.早期胚胎細(xì)胞的細(xì)胞周期11第十一章細(xì)胞增殖

酵母細(xì)胞的細(xì)胞周期與標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)胞周期在時(shí)相和調(diào)控方面相似。酵母細(xì)胞周期明顯特點(diǎn):

酵母細(xì)胞周期持續(xù)時(shí)間較短；封閉式細(xì)胞分裂，即細(xì)胞分裂時(shí)核膜不解體；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。2.酵母細(xì)胞的細(xì)胞周期11第十一章細(xì)胞增殖3.植物細(xì)胞的細(xì)胞周期植物細(xì)胞不含中心體，但在細(xì)胞分裂時(shí)可以正常組裝紡錘體。植物細(xì)胞以形成細(xì)胞板的形式進(jìn)行胞質(zhì)分裂。11第十一章細(xì)胞增殖4.細(xì)菌細(xì)胞的細(xì)胞周期

慢生長細(xì)菌的細(xì)胞周期過程與真核細(xì)胞周期過程有某些相似之處。細(xì)菌在快速生長情況下，細(xì)胞周期變化較大。11第十一章細(xì)胞增殖第三節(jié)細(xì)胞周期長短的測定及細(xì)胞周期同步化

這是最經(jīng)典的測定細(xì)胞周期各時(shí)相時(shí)間的方法。利用3H-TdR（胸腺嘧啶核苷）摻入DNA和放射自顯影技術(shù)完成檢測。適用于細(xì)胞類群相對簡單，細(xì)胞周期時(shí)間相對較短，周期運(yùn)轉(zhuǎn)均勻的細(xì)胞群體。1.脈沖標(biāo)記DNA復(fù)制和細(xì)胞分裂指數(shù)觀察法測定細(xì)胞周期長短11第十一章細(xì)胞增殖放射性同位素脈沖標(biāo)記法測定細(xì)胞周期長短11第十一章細(xì)胞增殖流式細(xì)胞儀可以檢測細(xì)胞DNA的含量，通過檢測細(xì)胞不同時(shí)期DNA含量的變化，可以測定細(xì)胞周期的長短。2.流式細(xì)胞儀測定法(FlowCytometry)流式細(xì)胞儀法測定細(xì)胞周期11第十一章細(xì)胞增殖3、縮時(shí)攝像技術(shù)可以得到準(zhǔn)確的細(xì)胞周期時(shí)間、分裂間期和分裂期的準(zhǔn)確時(shí)間。11第十一章細(xì)胞增殖細(xì)胞周期同步化自然同步化多核體；某些水生動(dòng)物的受精卵；增殖抑制解除后發(fā)生的同步分裂。人工同步化

選擇同步化；誘導(dǎo)同步化。

細(xì)胞同步化(Cellsynchronization)

指在自然過程中發(fā)生的或經(jīng)人為處理造成的細(xì)胞周期時(shí)相一致的現(xiàn)象。11第十一章細(xì)胞增殖1.選擇同步化1）有絲分裂選擇法

利用M期細(xì)胞與培養(yǎng)皿的附著性低，將分裂中的細(xì)胞振蕩，使其脫離器壁收集。其優(yōu)點(diǎn)是，操作簡單，同步化程度高，細(xì)胞不受藥物傷害，缺點(diǎn)是獲得的細(xì)胞數(shù)量較少（分裂細(xì)胞約占1%～2%）。11第十一章細(xì)胞增殖2）細(xì)胞沉降分離法：

M期細(xì)胞體積大，可用離心的方法分離。同時(shí)期的細(xì)胞體積不同，而細(xì)胞在給定離心場中沉降的速度與其半徑的平方成正比，因此可用離心的方法分離。其優(yōu)點(diǎn)是可用于任何懸浮培養(yǎng)的細(xì)胞，缺點(diǎn)是同步化程度較低。11第十一章細(xì)胞增殖

1）DNA合成阻斷法：選用DNA合成的抑制劑（TdR和羥基脲HU），可逆地抑制DNA合成。常用TdR雙阻斷法：2.誘導(dǎo)同步化11第十一章細(xì)胞增殖

處于對數(shù)生長期細(xì)胞的培養(yǎng)基中加入過量TdR（HeLa2mol/L；CHO7.5mol/L），S期細(xì)胞被抑制。移去TdR，釋放時(shí)間大于S期的時(shí)長時(shí)，再次加入過量TdR，細(xì)胞停在G1/S交界處。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。11第十一章細(xì)胞增殖2）中期阻斷法用秋水仙素等細(xì)胞分裂抑制劑將細(xì)胞阻斷在中期。優(yōu)點(diǎn)是沒有不均衡生長的現(xiàn)象，缺點(diǎn)是可逆性較差。3）條件依賴性突變株使細(xì)胞周期同步化將與細(xì)胞周期調(diào)控有關(guān)的條件依賴性突變株轉(zhuǎn)移到限定條件下培養(yǎng)，所有細(xì)胞便被同步化在細(xì)胞周期中某一特定時(shí)期。11第十一章細(xì)胞增殖第四節(jié)細(xì)胞分裂一、有絲分裂11第十一章細(xì)胞增殖11第十一章細(xì)胞增殖前期染色質(zhì)(chromatin)凝縮成早期染色體(由兩條染色單體組成)；微管在中心體周圍開始大量組裝，形成星體，并向移向兩極，分裂極確立，紡錘體(spindle)開始裝配；前期晚期，動(dòng)粒開始在著絲粒處組裝11第十一章細(xì)胞增殖染色質(zhì)進(jìn)一步濃縮；核仁(nucleonus)消失，核被膜裂解；Golgi,ER等細(xì)胞器裂解形成小泡；動(dòng)粒逐漸成熟；紡錘體繼續(xù)組裝，微管侵入核中，部分星體微管形成動(dòng)粒微管、極微管。紡錘體形成，紡錘絲捕獲染色體，并拉動(dòng)染色體向紡錘體赤道面移動(dòng)。前中期11第十一章細(xì)胞增殖染色體排列到赤道面上（染色體整列）紡錘體呈典型的紡錘樣，染色體兩側(cè)動(dòng)粒微管等長，作用力均衡，動(dòng)粒面向紡錘體的兩極。

中期11第十一章細(xì)胞增殖

分裂中期/后期存在檢驗(yàn)點(diǎn)，控制有絲分裂的細(xì)胞從中期向后期的轉(zhuǎn)換。

紡錘體檢驗(yàn)點(diǎn)(spindlecheckpoint)：所有染色體的動(dòng)粒都被動(dòng)粒微管捕獲時(shí)，染色單體才能分離，細(xì)胞由中期向后期運(yùn)轉(zhuǎn)；否則，細(xì)胞將暫停在中期不分裂。11第十一章細(xì)胞增殖Thespindlecheckpoint(mammaliancellinlateprometaphaselabeledwithanibodiesagainstthespindlecheckpointproteinMad2andtubulin).

Mad2紡錘體檢驗(yàn)點(diǎn)

Anaphaseisdelayeduntilallchromosomsarepositionedatthemetaphaseplate已發(fā)現(xiàn)Mad2與Cdc20結(jié)合，抑制APC的激活;只有當(dāng)Mad2分子從所有的染色體上失去后，APC才能被激活，后期才能開始.

11第十一章細(xì)胞增殖兩條染色單體分離，并向兩極移動(dòng)。機(jī)理假說：后期A

后期B后期11第十一章細(xì)胞增殖兩條染色單體達(dá)到紡錘體兩極；動(dòng)粒微管消失，極微管加長；核膜組裝高爾基體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等細(xì)胞器重建末期11第十一章細(xì)胞增殖核膜組裝核膜小泡與染色體表面結(jié)合↓小泡融合，成片↓再融合，組裝成核膜，同時(shí)核孔復(fù)合體在核膜上組裝↓染色體去凝集，核仁組裝11第十一章細(xì)胞增殖胞質(zhì)分裂TheMTofmitoticspindledeterminetheplaneofanimalcelldivision;Mitosiscanoccurwithoutcytokinesis.11第十一章細(xì)胞增殖分裂溝位置的確定：后期，兩極紡錘體發(fā)出的星體微管末端重合，刺激細(xì)胞皮層，赤道板周圍表面下陷形成分裂溝，分裂溝的定位與紡錘體的位置相關(guān)?！?dòng)蛋白聚集，收縮環(huán)形成?！湛s環(huán)收縮↓收縮環(huán)處發(fā)生質(zhì)膜融合11第十一章細(xì)胞增殖胞質(zhì)收縮環(huán)的形成機(jī)理11第十一章細(xì)胞增殖Contractilering:ActinandmyosinIIinthecontractileringgeneratetheforceforcytokinesis11第十一章細(xì)胞增殖

以形成細(xì)胞板(cellplate)的形式完成細(xì)胞分裂。植物胞質(zhì)分裂機(jī)制不同于動(dòng)物：后期或末期兩極處微管消失，中間微管保留，且數(shù)量增加，其中不斷加入囊狀物和電子密度高的物質(zhì)，形成桶狀的成膜體(phragmoplast)。來自高爾基體的囊泡沿微管轉(zhuǎn)運(yùn)到成膜體中間，融合形成細(xì)胞板。囊泡內(nèi)的物質(zhì)沉積為初生壁和中膠層，囊泡膜形成新的質(zhì)膜。植物細(xì)胞的胞質(zhì)分裂11第十一章細(xì)胞增殖

由于兩側(cè)質(zhì)膜來源于共同的囊泡，因而膜間有許多連通的管道，形成胞間連絲。源源不斷運(yùn)送來的囊泡向細(xì)胞板融合，使細(xì)胞板擴(kuò)展，形成完整的細(xì)胞壁，將子細(xì)胞一分為二。11第十一章細(xì)胞增殖植物細(xì)胞的胞質(zhì)分裂時(shí)細(xì)胞板在兩個(gè)子細(xì)胞核之間形成（左）電鏡照片；（右）細(xì)胞板形成示意圖11第十一章細(xì)胞增殖后期末成膜體指導(dǎo)細(xì)胞板的裝配。11第十一章細(xì)胞增殖前減數(shù)分裂間期間期也可分為G1期、S期和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期持續(xù)時(shí)間較長。二、減數(shù)分裂11第十一章細(xì)胞增殖2.減數(shù)分裂I

（1）前期I

時(shí)間較長，主要發(fā)生染色體配對、基因重組，合成一定量的DNA。分為細(xì)線期、偶線期、粗線期、雙線期、終變期。11第十一章細(xì)胞增殖染色質(zhì)凝集，但兩染色單體臂并不分離，呈單線狀細(xì)纖維樣染色體上出現(xiàn)一系列大小不同的顆粒樣結(jié)構(gòu)，稱為染色粒染色體末端通過接觸斑與核膜相連細(xì)線期11第十一章細(xì)胞增殖同源染色體配對；

聯(lián)會(huì)：同源染色體配對的過程。兩條同源染色體緊密結(jié)合在一起形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)稱為二價(jià)體或四分體。0.3%zyg-DNA的合成。

偶線期11第十一章細(xì)胞增殖

聯(lián)會(huì)時(shí)整對同源染色體側(cè)面緊密連接形成的特殊復(fù)合結(jié)構(gòu)稱為聯(lián)會(huì)復(fù)合體。11第十一章細(xì)胞增殖聯(lián)會(huì)復(fù)合體蛋白質(zhì)構(gòu)成的梯狀結(jié)構(gòu)11第十一章細(xì)胞增殖11第十一章細(xì)胞增殖染色體進(jìn)一步濃縮、變短，并與核膜接觸同源染色體發(fā)生等位基因交換、重組，并形成重組結(jié)。合成P-DNA（DNA點(diǎn)切和修復(fù)相關(guān)的酶）合成減數(shù)分裂專有的組蛋白染色體外rDNA的擴(kuò)增。粗線期11第十一章細(xì)胞增殖Twomajorcontributionstothereassortmentofgeneticmaterialthatoccursintheproductionofgametesduringmeiosis.11第十一章細(xì)胞增殖聯(lián)會(huì)的同源染色體相互排斥、開始分離，但仍有交叉染色質(zhì)或多或少去凝集，轉(zhuǎn)錄活躍。可形成燈刷染色體持續(xù)時(shí)間較長雙線期11第十一章細(xì)胞增殖Visibleevidenceofcrossingover11第十一章細(xì)胞增殖染色體重新凝集成短棒狀燈刷染色體側(cè)環(huán)回縮，轉(zhuǎn)錄停止核仁消失終變期11第十一章細(xì)胞增殖前期I各階段細(xì)線期偶線期粗線期雙線期終變期11第十一章細(xì)胞增殖（2）中期I

紡錘體組裝；核膜破裂同源染色體配對排列在中期板上。每個(gè)二價(jià)體有4個(gè)動(dòng)粒、姊妹染色單體的著絲粒定向于紡錘體的同一極。（3）后期I

同源染色體分離（4）末期I、胞質(zhì)分裂I

染色體到達(dá)兩極后，解旋為細(xì)絲狀、核膜重建、核仁形成，同時(shí)進(jìn)行胞質(zhì)分裂。（5）減數(shù)分裂間期有兩種類型：

有較短間期，但不復(fù)制DNA，無G1、S、G2之分；

沒有間期，而由末期I直接轉(zhuǎn)為前期II。11第十一章細(xì)胞增殖3.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。11第十一章細(xì)胞增殖減數(shù)分裂I和減數(shù)分裂II中染色體整列及染色體分離的比較11第十一章細(xì)胞增殖Thestagesofoogenesisandspermatogenesis

11第十一章細(xì)胞增殖Theend2010.11.3011第十一章細(xì)胞增殖核膜破裂（與核纖層蛋白磷酸化相關(guān)）11第十一章細(xì)胞增殖中心體及紡錘體的組裝組成及形態(tài)結(jié)構(gòu)功能11第十一章細(xì)胞增殖中心體在S期進(jìn)行復(fù)制，前期初兩對染色體移向兩極開始組裝紡錘體。11第十一章細(xì)胞增殖紡錘體的組裝過程紡錘體：細(xì)胞有絲分裂過程中一種與染色體分離直接相關(guān)的細(xì)胞裝置。呈紡錘狀，主要由微管及微管相關(guān)蛋白所構(gòu)成。11第十一章細(xì)胞增殖前期末，動(dòng)粒開始在著絲粒處組裝，中期組裝成熟動(dòng)粒的組裝及動(dòng)粒捕獲微管11第十一章細(xì)胞增殖Schematicrepresentationofthekinetochore11第十一章細(xì)胞增殖動(dòng)粒蛋白CENP-A定位于動(dòng)粒內(nèi)層CENP-B定位于動(dòng)粒內(nèi)側(cè)的著絲粒上CENP-C定位于著絲粒內(nèi)層CENP-E定位于動(dòng)粒外層表面的冠上，被認(rèn)為在促使染色體與來自兩極的微管聯(lián)結(jié)的過程中起著重要作用。在前中期與微管結(jié)合，以后逐漸轉(zhuǎn)移到動(dòng)粒上，后期離