第十二章___细胞增殖及其调控

embryo baby 细胞增殖是细胞生命活动的基本特征之一 第十二章细胞增殖及其调控 细胞增殖 cellproliferation 亲代细胞 mothercell 经物质准备 细胞分裂 celldivision 产生子代细胞 daughtercell 的过程 细胞增殖的方式 细胞增殖是通过细胞周期 cellcycle 来实现 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 第十二章细胞增殖及其调控 第一节基本概念 第三节细胞周期调控 第二节细胞分裂 细胞生物学教程 cellbiology 第一节基本概念 一 细胞周期 三 细胞同步化 二 细胞周期检验点 连续分裂的细胞从上次细胞分裂 celldivision 结束开始 经过物质积累过程 直到本次细胞分裂结束为止所经历的过程 一 细胞周期 准确地复制DNA 合成细胞结构和功能性物质 建立有关细胞分裂的结构和信息传递机制 细胞核和细胞质分裂 细胞周期时相 G1 S G2 M 细胞周期长短测定 TCTG1TSTG2TMTC TG1小鼠食道上皮87757 24 10 712小鼠腹壁上皮1511396 25 30 512人大肠粘膜241011 520 514人宫颈癌2086 84 51 512人羊膜19 49 86 82 20 69 6大鼠肝47 528161 81 715 5人肺成纤维细胞16 86640 810 8 不同细胞的TC差别很大 TC与TG1的变化一致 TC长短差异决定于TG1 TS TG2 TM值比较稳定 约12 24小时 TM较短 约1小时左右 2001年诺贝尔生理学 医学奖 LelandH Hartwell发现了控制细胞周期的基因 其中被称为 START 的基因对控制各个细胞周期的最初阶段具有决定性的作用 PaulM Nurse发现了CDK R TimHunt发现了调节CDK的功能物质周期蛋白 用3H TDR对测定细胞脉冲标记 定时取材 利用放射自显影技术显示标记细胞 通过统计标记的有丝分裂期 M期 细胞百分数 PLM 来测定细胞周期 脉冲标记有丝分裂百分率PLM percentagemitoses 法 待测细胞经3H TDR标记后 所有S期细胞的DNA均被标记 置换无标记培养液 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期最晚阶段的细胞 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最晚阶段的细胞 已完成M 将进入G1期 所以从开始出现PLM到PLM达到最高点 100 及所持续的时间时间就是TM 当PLM开始下降时 表明处于S期最早阶段的细胞也已进入M期 所以出现 TG2 PLM到PLM又开始下降 TG2 TS 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 早 中 晚 T PLM 注意 在实际工作中 由于各种因素的影响 PLM的最大值达不到1 为减少误差 常采用半高度法读数 流式细胞仪分析细胞周期 利用流式细胞仪 FCM 对处于快速流动的单列细胞或生物颗粒进行多参数 快速 每秒可达1000 10000个 的定量分析和分选 纯度可达99 以上 标本 流动系统 激光系统 信号处理系统 放大系统 计算机系统 流式细胞仪PI 碘化丙锭 染色法分析细胞周期 PI与细胞内DNA结合 RNA已被消化 后 细胞的荧光强度直接反映了细胞内DNA含量的多少 通过流式细胞仪对细胞内DNA的含量及在不同时间内的变化进行检测时 可以分析不同细胞周期时相各细胞亚群比例和细胞周期时间长短 PI标记的细胞周期时相分析 G1 S G2 二 细胞周期检验点 G1期检测点 限制点restriction R点 DNA损伤检验点 S期检测点 DNA复制检验点 G2 M检测点 DNA损伤检验点 中 后期检测点 纺锤体组装检验点 真核生物细胞周期中决定细胞能否进入下一个时相的监控点 是细胞周期中存在的一种反馈调节机制 通过 1期限制点的调节 1期细胞可有三种去向 周期性细胞 cyclingcell G0期细胞 有些细胞会暂时离开细胞周期 停止细胞分裂 进入G0期 去执行某种生物功能或进行细胞分化 一旦得到信号指示 会快速返回细胞周期 分裂增殖 多发生在G1期 三 细胞同步化 选择同步法 selectionsynchrony 有丝分裂抖落法密度梯度离心法 诱导同步法 inductionsynchrony DNA合成阻断法分裂中期阻断法 自然同步化 某些受精卵早期卵裂 在自然过程中发生或经人为处理造成的使整个细胞群体共同进入细胞周期同一时相的现象 物理方法 化学方法 Fruitflyembryo 优点 操作简单 同步化程度高 细胞不受药物伤害 M期细胞与培养皿的附着性低 振荡脱离器壁收集 缺点 获得的细胞数量较少 有丝分裂抖落法 DNA合成阻断法 选用DNA合成的抑制剂 可逆地抑制DNA合成 常用TDR双阻断法 优点 同步化程度高 缺点 产生非均衡生长 个别细胞体积增大 思考 对TS TG1 TG2 TM细胞能否适用此法 T阻 TG1 TG2 TM TS T释 TG1 TG2 TM 运行 抑制 释放 抑制 一 有丝分裂 mitosis 二 减数分裂 Meiosis 第二节细胞分裂 一 有丝分裂 mitosis 1 前期 prophase 2 前中期 premetaphase 3 中期 metaphase 4 后期 anaphase 5 末期 telophase 6 胞质分裂 Cytokinesis 染色质凝缩 起始 1 前期 prophase 细胞骨架解聚 PCC 提早集缩染色体 G2期PCC为双线染色体 G1期PCC为单线状 DNA未复制 S期PCC为粉末状 正在复制的DNA容易受损伤 是DNA断裂的结果 说明DNA复制已完成 将处于分裂期 M期 的细胞与处于细胞周期其他阶段的细胞融合 使其他期细胞的染色质提早包装成染色体 2 前中期 premetaphase 核膜消失 起始 纺锤体形成 染色体往赤道面排列 结束 中心粒 星体微管 极微管 连续丝 横桥 分子马达蛋白 动粒微管 动粒 纺锤体形成 动粒微管 极微管 有丝分裂器 临时性细胞器 3 中期 metaphase 所有染色体排列到赤道板 equatorialplate 纺锤体检查点 Mad2 Bub1等染色体动粒蛋白构成 染色体排列机制 牵拉平衡假说 外推平衡假说 动粒微管的延伸所产生的牵拉作用 星体产生的排斥作用 4 后期 anaphase 姊妹染色单体分开 2 后期B 极微管在正端聚合而延长 两极间距离逐渐增长 1 后期A 动粒微管在动粒端 正端 解聚而缩短 拉动染色单体移向两极 后期A动粒微管的缩短 中期动粒微管的动态稳定 1 驱动蛋白在重叠区从负极走向正极使极微管向相反方向滑动 2 动力蛋白与星体和两端的细胞膜结合 从正极走向微管负极 朝细胞两极牵拉星体微管 后期B纺锤体变长的动力来源 5 末期 telophase 子染色体到达两极 核膜的解体与重建 早末期 磷酸化 动物细胞胞质分裂 形成分裂沟 植物细胞胞质分裂 形成细胞板 二 减数分裂 Meiosis 1 减数分裂主要是发生在生殖细胞产生的某个阶段 2 遗传物质只复制一次 细胞连续分裂两次 导致染色体数目减半 3 减数分裂前间期的S期持续时间较长 少量DNA没有复制 4 前期 变化复杂 同源染色体配对 联会 重组 产生遗传多样性 5 减数分裂时间较长 减数分裂 meiosis 减数分裂的第一次分裂 与有丝分裂相似 间期 G1SG2 合成大部分DNA 而不是全部 减数分裂的第二次分裂 间期 偶线期同源染色体配对 称为联会 synapsis 联会复合体 SC SC由两条同源染色体沿纵轴形成 外观呈梯子状 SC主要由碱性蛋白质和RNA组成 并含有少量DNA SC上有重组节是交换发生的部位 SC在细线期开始装配 形成于偶线期 成熟于粗线期 消失于双线期 同源染色体联会时的交换和交叉 双线期二价体 第三节细胞周期调控 一 周期蛋白 cyclin 二 Cdk与Cyclin Cdk复合物 三 Cdk抑制物 CDKI 一 周期蛋白 特点 周期蛋白的降解 参与细胞周期调控的蛋白 其浓度在细胞周期中呈周期性变化 含有一段约100个氨基酸的保守序列 称为周期蛋白框 激活不同时期周期蛋白依赖性蛋白激酶 Cdk 引导Cdk作用于不同底物 作用 类型 泛素介导的cylinA B的降解 调控细胞分裂的进程 周期蛋白调节Cdk的激酶活性 细胞周期蛋白的种类及其特点 E1 泛素活化酶 泛素转移酶 泛素连接酶 E2 E3 促后期复合物 APC 二 Cdk与周期蛋白 Cdk复合物 CdkC 周期蛋白 Cdk复合物的多样性 Cdk活性随周期蛋白 Cyclic 浓度变化而变化 哺乳动物细胞内至少存从Cdk1 Cdc2 至Cdk12共12种Cdk Cyclin Cdk复合物的多样性 G1SG2 MCyclin CdkCyclin CdkCyclin Cdk芽殖酵母Cln1 2 3 Cdc28Clb5 3 4 Cdc28Clb1 2 3 4 Cdc28裂殖酵母Cig1 Cdc2Cig2 Cdc2Cig13 Cdc2高等真核生物CyclinD1 2 3 CDK4 6CyclinA CDK2CyclinB CDK1CyclinE1 2 CDK2 MPF 生长因子的刺激下 G1期cyclinD和cyclinE表达 形成G1 CdkC pRb被G1 CdkC磷酸化 pRb释放出转录因子E2F E2F促使相关基因的转录 DNA前复制复合体装配 促进细胞通过R点进入S期 G1 S G1 CdkC复合物调控G1 S的转化 G1期完成前复制复合体 pre RC 的装配 DNA复制执照因子 S期S CdkC cyclinA Cdk2 将Cdc6磷酸化 触发pre RC的启动 同时阻止了DNA再次进行复制 S期检测点 DNA在一个细胞周期仅复制一次 复制起始点 DNA的复制 思考 用同步化的S期细胞分别与G1期细胞和G2期细胞融合 将产生什么结果 为什么 催化亚基 Cdc2或Cdk1 调节亚基 CyclinB M期Cyclin Cdk复合物 M CdkC MPF CyclinB Cdc2 MPF Cdk1的调节与活化 活化的MPF可使更多的MPF活化 激酶与磷酸酶的调节 MPF启动细胞从G2期过渡到M期的相关事件 促使G2期 M期 激活APC 促使M期由中期向后期过渡 CAK CDK活化激酶 将Cdk1磷酸化 能最大激活其活性 Wee1 CDK抑制激酶 将Cdk1磷酸化 抑制其活性 磷酸酶Cdc25使Cdk1去磷酸化 MPF复合物激活 保证了MPF能够不断积累 在需要的时候突然释放 Cdc25和wee1突变分别会使增殖细胞的形态发生什么变化 思考 酵母 Schizosaccharomycespombe 生长到一定阶段后便能进行分裂增殖 一位教授在实验室分离得到两株突变酵母 cdc25 和wee1 但忘了标记这两株酵母分别是什么突变 根据细胞周期调控的相关知识 你只需用一台普通光学显微镜观察野生型 突变型酵母的增殖形态 便可轻易给这位教授解决这个难题 下图就是显微镜下观察到的三种形态 1 突变株1和突变株2分别是什么突变 为什么 2 两株突变酵母的哪一周期时相发生了改变这一时相是变长还是变短 为什么 MPF使底物蛋白磷酸化 核纤层蛋白磷酸化使核膜解体 将组蛋白H1磷酸化导致染色体凝缩 p60磷酸化 使细胞骨架解聚 纺锤体装配 GM130磷酸化 内质网和高尔基体片段化 核仁蛋白磷酸化 核仁解体肌球蛋白磷酸化促进胞质分裂 APC 后期促进因子 活性受到多种因素的综合调节 M Cdk APC介导靶蛋白 cyclinB和后期抑制因子 与泛素结合降解 首先 后期抑制因子降解 姐妹染色单体分离 有丝分裂中期向后期转变 接着 M CdkC降解 细胞退出M期进入下一个细胞周期 三 CDK抑制物 CDKI 对细胞周期起负调控作用 已知有7个