第十一章 細胞增殖課件

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

細胞增殖是生命的基本特征，種族繁衍、個體發(fā)育、機體修復等都依賴于細胞增殖。親代細胞(mothercell)經(jīng)過物質(zhì)準備（細胞體積增大），分裂（celldivision，細胞數(shù)目增多）并產(chǎn)生子代細胞(daughtercell)的過程，即為細胞增殖（cellreproduction/proliferation）

。這一過程是一個相互連續(xù)的過程。11第十一章細胞增殖

細胞增殖通過細胞增殖周期（cellcycle）實現(xiàn)。細胞周期的有序運行則通過相關(guān)基因的嚴格監(jiān)視與精密調(diào)控來保證。細胞無限制增長對動物或人類個體而言意味著癌癥，而個體無限制的繁殖對地球來說意味著生態(tài)災難。11第十一章細胞增殖

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

一個周期所占用的時間，即為細胞的一個世代（generationtime）。11第十一章細胞增殖3HTdR脈沖標記放射自顯影實驗發(fā)現(xiàn)細胞在間期復制DNA，由于脈沖標記后的某些時間段觀察到的分裂細胞染色體沒有放射性，表明只在間期的某個階段DNA才發(fā)生復制。11第十一章細胞增殖

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

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

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

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

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

細胞各周期時相的主要事件（1）G1Phase：11第十一章細胞增殖G1期檢驗點（G1checkpoint）也稱限制點（restriction/R點）：此處需要調(diào)查的事件有：DNA是否損傷？細胞外環(huán)境是否適宜？細胞體積是否足夠大？（芽殖酵母中此點稱起始點Start）。11第十一章細胞增殖11第十一章細胞增殖

主要的生化事件：DNA和組蛋白（histone）的合成。

S期檢驗點：監(jiān)察DNA復制是否完全？（2）SPhase：11第十一章細胞增殖

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

G2/M期檢驗點：DNA損傷是否已被修復？細胞體積是否夠大？（3）G2Phase：11第十一章細胞增殖

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

M期的中-后期檢驗點：紡錘體組裝檢驗點。

（4）M

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

有絲分裂

Mitosis，體細胞分裂方式；

減數(shù)分裂

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

酵母細胞的細胞周期與標準的細胞周期在時相和調(diào)控方面相似。酵母細胞周期明顯特點:

酵母細胞周期持續(xù)時間較短；封閉式細胞分裂，即細胞分裂時核膜不解體；紡錘體位于細胞核內(nèi)；在一定環(huán)境下，也進行有性繁殖。2.酵母細胞的細胞周期11第十一章細胞增殖3.植物細胞的細胞周期植物細胞不含中心體，但在細胞分裂時可以正常組裝紡錘體。植物細胞以形成細胞板的形式進行胞質(zhì)分裂。11第十一章細胞增殖4.細菌細胞的細胞周期

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

這是最經(jīng)典的測定細胞周期各時相時間的方法。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。適用于細胞類群相對簡單，細胞周期時間相對較短，周期運轉(zhuǎn)均勻的細胞群體。1.脈沖標記DNA復制和細胞分裂指數(shù)觀察法測定細胞周期長短11第十一章細胞增殖放射性同位素脈沖標記法測定細胞周期長短11第十一章細胞增殖流式細胞儀可以檢測細胞DNA的含量，通過檢測細胞不同時期DNA含量的變化，可以測定細胞周期的長短。2.流式細胞儀測定法(FlowCytometry)流式細胞儀法測定細胞周期11第十一章細胞增殖3、縮時攝像技術(shù)可以得到準確的細胞周期時間、分裂間期和分裂期的準確時間。11第十一章細胞增殖細胞周期同步化自然同步化多核體；某些水生動物的受精卵；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；誘導同步化。

細胞同步化(Cellsynchronization)

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

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

M期細胞體積大，可用離心的方法分離。同時期的細胞體積不同，而細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)點是可用于任何懸浮培養(yǎng)的細胞，缺點是同步化程度較低。11第十一章細胞增殖

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.誘導同步化11第十一章細胞增殖

處于對數(shù)生長期細胞的培養(yǎng)基中加入過量TdR（HeLa2mol/L；CHO7.5mol/L），S期細胞被抑制。移去TdR，釋放時間大于S期的時長時，再次加入過量TdR，細胞停在G1/S交界處。優(yōu)點：同步化程度高缺點：產(chǎn)生非均衡生長，個別細胞體積增大。11第十一章細胞增殖2）中期阻斷法用秋水仙素等細胞分裂抑制劑將細胞阻斷在中期。優(yōu)點是沒有不均衡生長的現(xiàn)象，缺點是可逆性較差。3）條件依賴性突變株使細胞周期同步化將與細胞周期調(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)，所有細胞便被同步化在細胞周期中某一特定時期。11第十一章細胞增殖第四節(jié)細胞分裂一、有絲分裂11第十一章細胞增殖11第十一章細胞增殖前期染色質(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，動粒開始在著絲粒處組裝11第十一章細胞增殖染色質(zhì)進一步濃縮；核仁(nucleonus)消失，核被膜裂解；Golgi,ER等細胞器裂解形成小泡；動粒逐漸成熟；紡錘體繼續(xù)組裝，微管侵入核中，部分星體微管形成動粒微管、極微管。紡錘體形成，紡錘絲捕獲染色體，并拉動染色體向紡錘體赤道面移動。前中期11第十一章細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)動粒微管等長，作用力均衡，動粒面向紡錘體的兩極。

中期11第十一章細胞增殖

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

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

Mad2紡錘體檢驗點

Anaphaseisdelayeduntilallchromosomsarepositionedatthemetaphaseplate已發(fā)現(xiàn)Mad2與Cdc20結(jié)合，抑制APC的激活;只有當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第十一章細胞增殖兩條染色單體分離，并向兩極移動。機理假說：后期A

后期B后期11第十一章細胞增殖兩條染色單體達到紡錘體兩極；動粒微管消失，極微管加長；核膜組裝高爾基體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等細胞器重建末期11第十一章細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，同時核孔復合體在核膜上組裝↓染色體去凝集，核仁組裝11第十一章細胞增殖胞質(zhì)分裂TheMTofmitoticspindledeterminetheplaneofanimalcelldivision;Mitosiscanoccurwithoutcytokinesis.11第十一章細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)?！拥鞍拙奂湛s環(huán)形成?！湛s環(huán)收縮↓收縮環(huán)處發(fā)生質(zhì)膜融合11第十一章細胞增殖胞質(zhì)收縮環(huán)的形成機理11第十一章細胞增殖Contractilering:ActinandmyosinIIinthecontractileringgeneratetheforceforcytokinesis11第十一章細胞增殖

以形成細胞板(cellplate)的形式完成細胞分裂。植物胞質(zhì)分裂機制不同于動物：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)運到成膜體中間，融合形成細胞板。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。植物細胞的胞質(zhì)分裂11第十一章細胞增殖

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。源源不斷運送來的囊泡向細胞板融合，使細胞板擴展，形成完整的細胞壁，將子細胞一分為二。11第十一章細胞增殖植物細胞的胞質(zhì)分裂時細胞板在兩個子細胞核之間形成（左）電鏡照片；（右）細胞板形成示意圖11第十一章細胞增殖后期末成膜體指導細胞板的裝配。11第十一章細胞增殖前減數(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)鍵時期。S期持續(xù)時間較長。二、減數(shù)分裂11第十一章細胞增殖2.減數(shù)分裂I

（1）前期I

時間較長，主要發(fā)生染色體配對、基因重組，合成一定量的DNA。分為細線期、偶線期、粗線期、雙線期、終變期。11第十一章細胞增殖染色質(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線期11第十一章細胞增殖同源染色體配對；

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

偶線期11第十一章細胞增殖

聯(lián)會時整對同源染色體側(cè)面緊密連接形成的特殊復合結(jié)構(gòu)稱為聯(lián)會復合體。11第十一章細胞增殖聯(lián)會復合體蛋白質(zhì)構(gòu)成的梯狀結(jié)構(gòu)11第十一章細胞增殖11第十一章細胞增殖染色體進一步濃縮、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點切和修復相關(guān)的酶）合成減數(shù)分裂專有的組蛋白染色體外rDNA的擴增。粗線期11第十一章細胞增殖Twomajorcontributionstothereassortmentofgeneticmaterialthatoccursintheproductionofgametesduringmeiosis.11第十一章細胞增殖聯(lián)會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?？尚纬蔁羲⑷旧w持續(xù)時間較長雙線期11第十一章細胞增殖Visibleevidenceofcrossingover11第十一章細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第十一章細胞增殖前期I各階段細線期偶線期粗線期雙線期終變期11第十一章細胞增殖（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。每個二價體有4個動粒、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

染色體到達兩極后，解旋為細絲狀、核膜重建、核仁形成，同時進行胞質(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第十一章細胞增殖3.減數(shù)分裂II

可分為前、中、后、末四個四期，與有絲分裂相似。一個精母細胞形成4個精子；一個卵母細胞形成一個卵子及2-3個極體。11第十一章細胞增殖減數(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第十一章細胞增殖Thestagesofoogenesisandspermatogenesis

11第十一章細胞增殖Theend2010.11.3011第十一章細胞增殖核膜破裂（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第十一章細胞增殖中心體在S期進行復制，前期初兩對染色體移向兩極開始組裝紡錘體。11第十一章細胞增殖紡錘體的組裝過程紡錘體：細胞有絲分裂過程中一種與染色體分離直接相關(guān)的細胞裝置。呈紡錘狀，主要由微管及微管相關(guān)蛋白所構(gòu)成。11第十一章細胞增殖前期末，動粒開始在著絲粒處組裝，中期組裝成熟動粒的組裝及動粒捕獲微管11第十一章細胞增殖Schematicrepresentationofthekinetochore11第十一章細胞增殖動粒蛋白CENP-A定位于動粒內(nèi)層CENP-B定位于動粒內(nèi)側(cè)的著絲粒上CENP-C定位于著絲粒內(nèi)層CENP-E定位于動粒外層表面的冠上，被認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)移到動粒上，后期離