第12章细胞增殖及其调控

1Chapter12

细胞增殖及其调控（Cellproliferationanditsregulation）2细胞分裂的意义:

1.多细胞生物体的生长发育和物种的延续2.单细胞生物产生新个体3.更新衰老、死亡的细胞和损伤的组织细胞增殖是生命最重要特征之一Xenopuslaevis（非洲爪蟾）胚胎卵裂3细胞增殖是生命的基本特征。一个受精卵发育为初生婴儿，细胞数目增至1012个，长至成年有1014个，而成人体内每秒钟仍有数百万新细胞产生，以补偿血细胞、小肠粘膜细胞和上皮细胞的衰老和死亡。4细胞增殖是通过细胞周期（cellcycle）来实现的而细胞周期的有序运行是通过相关基因的严格监视和调控来保证的。一个大肠杆菌若按20分钟分裂一次，并保持这一速度，则两天即可超过地球的重量。512.1细胞周期概述从一次细胞分裂结束开始，经过物质积累过程，直到下一次细胞分裂结束为止，称为细胞周期。在这一过程中,细胞的遗传物质复制并均等地分配给两个子细胞。12.1.1细胞周期

（cellcycle）6细胞周期的时间长短与物种的细胞类型有关如：酵母90-120分即分裂一次，而人的肝细胞平均至少一年。小鼠十二指肠上皮细胞的周期为10小时，人类胃上皮细胞24小时，HeLa细胞21小时。7不同类型细胞的G1长短不同，是造成细胞周期差异的主要原因。小鼠食管上皮细胞115h，G1=103h小鼠十二指肠上皮细胞15h,G1=6h812.1.2细胞周期的同步化细胞同步化(synchronization)：为了研究细胞周期的不同阶段的生化特性必须获得细胞周期一致性的细胞,这就是细胞的同步化。自然同步化人工同步化

91自然同步化1）多核体如粘菌只进行核分裂，而不发生胞质分裂，形成多核体。数量众多的核处于同一细胞质中，进行同步化分裂。疟原虫也具有类似的情况。10多头绒泡菌S期112）某些水生动物的受精卵如海胆卵可以同时受精，最初的3次细胞分裂是同步的。如海参卵受精后，前9次细胞分裂都是同步化进行的。12受精卵在合胞体内核同步分裂，无胞质分裂核移向皮层角质膜细胞边缘开始形成果蝇早期胚胎同步核分裂处于中期，微管-绿色。中心体-红色133）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，它们一起发芽，同步分裂。142人工同步化1）选择同步化2）诱导同步化151）选择同步化

16有丝分裂选择法：使单层培养的细胞处于对数增殖期，此时分裂活跃。有丝分裂细胞变圆隆起，与培养皿的附着性低，此时轻轻振荡，M期（有丝分裂）细胞脱离器壁，悬浮于培养液中，收集培养液。再加入新鲜培养液，依法继续收集，则可获得一定数量的分裂细胞。优点:操作简单，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%）。17细胞沉降分离法：不同时期的细胞体积不同，而细胞在给定离心场中沉降的速度与细胞半径的平方成正比，因此可用离心的方法分离。优点：可用于任何悬浮培养的细胞。缺点：同步化程度较低。182）诱导同步化胸腺嘧啶阻断技术：高浓度的胸腺嘧啶能够阻断DNA合成所需的核苷酸的合成,因此将细胞群体培养在具有高浓度的胸腺嘧啶的培养液，可获得同步化的细胞。最终可将细胞群阻断在S期或G1/S交界处。19优点：同步化程度高，适用于任何培养体系。可将几乎所有的细胞同步化。缺点：产生非均衡生长，个别细胞体积增大。20中期阻断法：利用破坏微管的药物将细胞阻断在中期，常用的药物有秋水仙素和秋水酰胺和诺考达唑(Nocodazole)

，后者毒性较少。优点：无非均衡生长现象。缺点：可逆性较差。213细胞类群根据细胞分裂行为持续分裂细胞：在细胞周期中连续运转因而又称为周期中细胞，如表皮基底层细胞、造血干细胞等。G0细胞：又称休眠细胞，暂时脱离细胞周期,但在某些条件的诱导下重新进入细胞周期。如淋巴细胞、肝、肾细胞等。终末分化细胞：即永久性失去了分裂能力的细胞，这些细胞都是高度特化的细胞,如哺乳动物的红细胞、肌细胞、神经细胞、多形核细胞等。2212.2细胞分裂无丝分裂(amitosis)有丝分裂(mitosis)减数分裂(meiosis)231、无丝分裂(amitosis)：核拉长、断裂，分裂为大致相等的两部分。例：纤毛虫2、有丝分裂(mitosis)：形成有丝分裂器，确保遗传物质均等地分配到两个子细胞中。是高等生物体细胞的分裂方式。3、减数分裂（meiosis）：DNA复制一次，细胞分裂两次，遗传物质减半，是生殖细胞成熟过程的分裂方式。24(1)无丝分裂主要见于低等动物细胞生长——DNA复制——细胞核拉长——核中部缢陷呈哑铃形，核颈部有环状微丝环绕——两子核形成——胞质分裂——两个子细胞特点：直接快速，核保持完整，染色质不凝集，无有丝分裂器装配2526无丝分裂不仅发现于原核生物，同时也发现于高等动植物，如植物的胚乳细胞、动物的胎膜，及肌肉细胞等。27(2)有丝分裂(mitosis)真核生物体细胞的一种分裂方式，通过纺锤体及染色体的形成，把复制的DNA均分到两个子细胞，以保证遗传的连续性和稳定性。由于这一时期的主要特征出现纺锤体，故称为有丝分裂。有丝分裂包括核分裂和胞质分裂。28有丝分裂（间接分裂）特点：有纺锤体、染色体的变化，子染色体被平均分配到子细胞，这种分裂方式普遍见于高等动植物。29减数分裂是指染色体复制一次而细胞连续分裂两次的分裂方式是高等动植物配子体形成的分裂方式。30纺锤体(spindle)：有丝分裂前期由中心体形成的星体微管、极微管、动粒微管排列组成的纺锤样结构，与染色体的移动、排列和分离有关。3132三、中期染色体结构3334中部亚中部近端端部次缢痕(secondaryconstriction)371着丝粒（centromere)着丝粒是染色体中连接两个染色单体,并将染色单体分为两臂:短臂(p)和长臂(q)的部位。中期染色体上一个染色较浅而缢缩的部位，所以亦称主缢痕（primaryconstriction）。两个功能：结合姐妹染色单体动粒装配的结合点38着丝粒的结构着丝粒（centromere）和着丝点（kinetochore）是两个不同的概念。着丝粒，染色体主缢痕中比较宽阔的区域，是由富含重复序列的DNA的异染色质所组成。着丝点指主缢痕处两个染色单体外侧表层部位的特殊结构，它与纺锤体微管相接触。又称动粒。主要成分是蛋白质。39b40着丝粒（结构域）着丝点结构域（kinetochoredomain）又称动粒区成分：蛋白（主）含少量DNA/RNA中心结构域（centraldomain）又称着丝粒中部区成分：含有高度重复的α卫星DNA构成的异染色质。

配对结构域（paringdomain）位于着丝粒结构的内层，成分：异染色质

。41着丝粒的3个结构域配对结构域中心结构域着丝点结构域动粒区42动粒结构域动粒微管动粒染色质纤丝内板外板中间区43外板（outerplate，OP）：电子密度高，与动粒微管结合。中间区（interzone）：电子密度低.。内板（innerplate,IP）：电子密度高，与中心结构域的着丝粒异染色质结合。外板上有动粒微管。44二、端粒（telomere）荧光原位杂交显示的端粒（上）和端粒序列（下）四膜虫拟南芥45是染色体两个端部的特化结构，由富含G的短的串联重复序列DNA组成，伸展到染色体的3，端。生物学作用：

a.维持染色体的稳定性如果用X射线将染色体打断，不具端粒的染色体末端有粘性，会与其它片段相连或两端相连而成环状。形成双着丝粒染色体或环状染色体。

b.与染色体在核内的空间排布及减数分裂时，同源染色体配对有关。当同源染色体配对时，端粒可粘到核被膜内的核纤层上。问题：DNA复制过程中，出现5，端缺口残留（无端粒酶）。端粒的复制（有端粒酶）2个旧链2个旧链旧链旧链新链端粒酶具有逆转录酶的性质，由RNA和蛋白质组成，其中物种专一的内在的RNA是端粒的模板，把合成的端粒重复序列再加到染色体的3，端。因此它可以弯过来作为引物，并以延伸的端粒DNA序列为模板，在DNA聚合酶的作用下合成5，末端，合成端粒末端的互补序列。52旧链新链54端粒起到细胞分裂计时器的作用。在缺乏端粒酶的情况下，则端粒DNA的复制和基因DNA不同，每复制一次减少50-100bp，表明端粒重复序列的长度与细胞分裂次数和细胞的衰老有关。正常体细胞缺乏此酶，故随细胞分裂而变短，细胞随之衰老。迄今为止，只在生殖细胞和部分干细胞及肿瘤细胞有端粒酶的活性，保持染色体的长度从而维持细胞不死性。5512.3减数分裂(Meiosis)特点：DNA复制一次，细胞分裂2次，子细胞中的染色体数目为1n，将减数分裂又分为减数分裂Ⅰ和减数分裂Ⅱ。56减数分裂模式图

57间期也可分为G1期、S期和G2期，

和有丝分裂不同的是，DNA不仅在S期合成，而且也在前期合成一小部分。称为偶线期DNA（zyg-DNA）或粗线期DNA(P-DNA)。P-DNA的合成与交换过程中DNA链的修复、连接有关。

58第一次减数分裂的过程母59分裂期1前期I601）细线期（leptotene）染色体呈细线状，具有念珠状的染色粒。细线期虽然染色体已经复制，但光镜下分辨不出两条染色单体。同源染色体在核中随机分布。由于染色体细线交织在一起，偏向核的一方，所以又称为凝线期(synizesis)。在有些物种中表现为染色体细线一端在核膜的一侧集中，另一端放射状伸出，形似花束，称为花束期(bouquetstage)。

61622）偶线期（zygotene）亦称配对期，是同源染色体配对的时期，这种配对称为联会(synapsis)。联会：到偶线期时，同源染色体与核被膜相连的端部移位到一起，两条同源染色体侧面紧密相贴进行配对，此现象为联会。这一时期同源染色体间形成联会复合体(synaptonemalcomplex，SC)。开始联会，偶线期有残余的0.3%DNA的合成称为Z-DNA63一段等到减数分裂I前期才进行复制的DNA片断（Z－DNA），可能是由于此中未复制的DNA片段的存在，导致两条染色单体紧密联系在一起。6465联会是在减数分裂的偶线期两条同源染色体侧面紧密相贴并进行配对的现象。联会染色体间的配对是专一性的,可以同时发生在分散的几个点上。电子显微照片揭示，染色体联会伴随一种复杂结构的形成：联会复合体（synaptonemalcomplex,SC)。66SC是同源染色体间形成的梯子样的结构。在电镜下观察，两侧是约40nm的侧生组分(lateralelement)，电子密度很高。两侧之间为宽约100nm的中间区(intermediatespace)，在电镜下是明亮区。在中间区的中央为中央组分(centralelement)，宽约30nm。侧生组分与中央组分之间有横向排列的粗约7~10nm的LC纤维，使SC外观呈梯子状。67联会复合体结构683)粗线期（pachytene）持续时间长达数天。此时染色体变短，结合紧密。在光镜下只在局部可以区分同源染色体，这一时期同源染色体的非姊妹染色单体之间发生交换的时期。联会完成，发生交换。在果蝇粗线期SC上具有与SC宽度相近的电子致密球状小体，称为重组节，与DNA的重组有关。P-DNA：粗线期合成的DNA,主要用于DNA链的修补和连接。697071在电子显微镜下观察,发现在SC结构的中央有很多间隔不规则、电子密集的的小体。由于这些小体是交叉发生的部位，所以称作重组节。重组节是同源染色体配对联会复合体中的球形、椭圆型或棒状的结节,直径约为90nm,内含蛋白质,结构不清楚。重组节中含有