细胞生物学-细胞增殖

2020/5/30,掌握一些专业英语名词理解细胞分裂的类型和特点掌握细胞周期同步化的方法及优缺点理解并掌握细胞周期调控的机制,教学目标,第十二章细胞的增殖调控,2020/5/30,第十二章细胞的增殖调控,细胞周期,细胞分裂,细胞周期的调控,练习与拓展,2020/5/30,第一节细胞周期,细胞周期（cellcycle)细胞物质积累与细胞分裂的循环过程。从一次细胞分裂结束开始，经过物质累积过程，直到下一次细胞分裂结束为止，称为一个细胞周期。,S期,G2期,M期,G1期,基因组复制,细胞分裂,限制点/检控点RESTRICTIONPOINT,纺锤体组装,细胞核重建/细胞生长,G2期检控点,CDKKinases,RanGTPase&Ran-bindingProteins,中后期转化与染色体分离-APC,2020/5/30,细胞周期各时期及其主要事件,G1期:合成蛋白质、糖类、脂类S期：DNA合成时期，组蛋白G2期：DNA复制完成到有丝分裂开始之前的时期M期：有丝分裂开始至结束。G0期：有些细胞会暂时离开细胞周期，停止细胞分裂,2020/5/30,从增殖的角度来看，高等动物细胞分为三类：连续分裂细胞如表皮生发层细胞、部分骨髓细胞。休眠细胞称G0期细胞，如淋巴细胞、肝、肾细胞不分裂细胞终端细胞，如神经、肌肉、多形核细胞等,拓展,2020/5/30,高等动物体细胞的细胞周期,2020/5/30,高等植物体细胞的细胞周期,CourtesyofSodmergen,2020/5/30,细胞周期同步化,细胞同步化(synchronization)是指在自然过程中发生或经人为处理造成的细胞周期同步化。,2020/5/30,自然同步化,1、多核体：如粘菌、疟原虫。2、某些水生动物的受精卵：如海胆、海参、两栖类。3、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。,2020/5/30,人工同步化,通过选择或诱导方法得到同步化细胞。,有丝分裂选择法,诱导同步化,选择同步化,细胞沉降分离法,DNA合成阻断法,中期阻断法,2020/5/30,选择同步化,M期细胞与培养皿的附着性低，振荡脱离器壁收集。优点：操作简单，同步化程度高，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%）。,有丝分裂选择法,2020/5/30,有些类型的细胞在不同时期体积和重量有显著差别，可用离心分离。优点：简单省时、效率高、成本低。缺点：对大多种类的细胞不适用。,选择同步化,细胞沉降分离法,2020/5/30,选用DNA合成的抑制剂，可逆地抑制DNA合成。常用TDR双阻断法。细胞处于G1/S交界处。优点：同步化效率高，对于体外培养的细胞都适用。缺点：产生非均衡生长，个别细胞体积增大。,诱导同步化,DNA合成阻断法,2020/5/30,用秋水仙素等细胞分裂抑制剂将细胞阻断在中期。优点：无非均衡生长现象，简单、效率高。缺点：可逆性较差。,中期阻断法,诱导同步化,2020/5/30,第二节细胞分裂,有丝分裂减数分裂,遗传物质的形态变化与在细胞中空间位置的变化,2020/5/30,一有丝分裂,有丝分裂六个时期1、前期(prophase)2、前中期(premetaphase)3、中期(metaphase)4、后期(anaphase)5、末期(telophase)6、胞质分裂期,2020/5/30,前期染色质凝缩中心体开始移动动粒、微管开始装配,Twocentrosomes,andtheirformingradialarraysofastralmicrotubulesseparatingonthesurfaceofanearlyprophasenewtlungcellnucleus.,图片来自/,2020/5/30,前中期核膜核仁解体核骨架剧烈变化微管与动粒结合,2020/5/30,前中期形成纺锤体,2020/5/30,中期染色体排列到赤道面上。,2020/5/30,后期姐妹染色体单体分开并移向两极。分为后期A、后期B两个过程。,2020/5/30,末期染色体到达两极去浓缩核膜核仁组装,2020/5/30,动物细胞的胞质分裂通过胞质收缩环的收缩实现，收缩环由大量平行排列的肌动蛋白组成。用细胞松弛素处理这一时期的细胞，会出现什么现象？,胞质分裂,2020/5/30,植物细胞的胞质分裂是靠细胞内新细胞壁的形成。新细胞壁的装配受一种称为成膜体的结构引导。来自高尔基体的膜泡沿着微管运向成膜体的赤道，膜泡的内含物形成初生壁和中胶层，膜泡膜形成质膜，融合留下的管道形成胞间连丝。,植物细胞胞质分裂,2020/5/30,植物细胞胞质分裂,2020/5/30,与有丝分裂相关的亚细胞结构,2020/5/30,有丝分裂染色体运动动力机制,染色体列队染色体分离,捕捉排队,染色体向两极移动细胞质拉长,2020/5/30,1）染色体如何与微管相结合？2）与微管结合后染色体如何排列在赤道板上？,Mad和Bub蛋白位于前期/前中期染色体动粒上，使动粒敏化，促使微管与动粒结合,染色体列队,牵拉：动粒微管对染色体的拉力外推：星体对染色体的推力,2020/5/30,染色体分离,后期A微管动力蛋白结合在动粒上，在ATP供能情况下沿动粒微管向极部运动，微管动粒端解聚变短，染色体接近两极。,后期B极性微管正极在ATP供能情况下微管蛋白聚合，极性微管加长。,2020/5/30,后期A,2020/5/30,2020/5/30,后期B,2020/5/30,二减数分裂Meiosis,由连续两次分裂构成通常减数分裂I分离的是同源染色体。减数分裂II分离的是姊妹染色体，类似于有丝分裂。,2020/5/30,Meiosis,母,减数分裂示意图,2020/5/30,前期I,2020/5/30,1）细线期染色体呈细线状，具有念珠状的染色粒。染色体端粒通过接触斑与核膜相连，染色体其他部分以绊状伸到核质中。2）偶线期是同源染色体配对的时期（联会），联会的部位形成联会复合体。这一时期合成约0.3%左右的DNA，称为Z-DNA。,前期I,2020/5/30,3）粗线期同源染色体的非姊妹染色单体间发生交换的时期重组结P-DNA合成（编码DNA点切和修复的酶）。专有组蛋白合成以替换体细胞类型的组蛋白。卵母细胞rDNA扩增。,前期I,2020/5/30,4）双线期联会的同源染色体相互排斥、开始分离，交叉开始端化(terminalization)。联会复合体消失。染色体去凝集，RNA转录活跃。,5）终变期二阶体显著变短。由于交叉端化过程的进一步发展，故交叉数目减少，通常只有一至二个交叉。核仁此时开始消失，核被膜解体。,前期I,2020/5/30,两次重组,前期I联会,2020/5/30,Minimumnumberofgametetypes=2n,Inhumans,n=23,两次重组,2020/5/30,联会复合体,SC由两条同源染色体沿纵轴形成，外观呈梯子状。由碱性蛋白质和RNA组成，并含有少量DNA。在细线期或合线期加入DNA合成抑制剂，则抑制SC的形成。SC形成偶线期，成熟于粗线期，消失于双线期。帮助交换的完成，SC上有重组结是交换发生的部位。,2020/5/30,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。重组结中含有催化遗传重组的酶类，因此推测某些重组结与染色体重组有关。,重组结,2020/5/30,第二节细胞周期的调控,细胞周期中的检验点MPF的发现及其作用细胞周期运转的调控,2020/5/30,细胞周期中的检验点,2020/5/30,p34cdc2/CyclinB的发现,1、MPF,themitosis-promotingfactor,研究对象：HeLa细胞技术：细胞融合技术,结论,2、MPF,thematuration-promotingfactor,技术：显微注射技术,非洲爪蟾卵细胞,结论,蛋白质合成阻断剂,蛋白质纯化：MPFp32+p45（激酶活性）,对象：非洲爪蟾卵,3、Thecdcmutantsoffissionyeast,p34cdc2,丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化激酶,P34cdc2本身不具激酶活性，只有与相关蛋白结合后激酶活性才得以表现。P34cdc2即为P34。,cdc基因(cell-division-cyclegene),Inthecdc2-mutant,whichhasarecessivephenotype,thecdc2geneisinactivated.Attherestrictivecondition,thecellfailstopassthemitoticentrycheckpoint,continuesgrowing,andsobecomesenormouslylarge.,Conversely,thedominantcdc2mutant,cdc2D,inwhichthecdc2geneproductishyperactive,passesthecheckpointprematurely,atanabnormallysmallsize.,2020/5/30,Cdc25&Wee1mutant,2020/5/30,4、MPFactivity,海胆卵细胞,2020/5/30,ThediscoveryofcyclinandthetheactivitylevelsofMPFduringtheearlyembryoniccellcycle,2020/5/30,5、周期蛋白(cyclin),HuntT.(1980s):海胆卵裂过程中两种蛋白质的含量随细胞周期波动,命名为周期蛋白(cyclinA和B)。Lohka(1988):纯化非洲爪蟾的MPF.经鉴定MPF是一种Ser/Thr激酶,由32kD和45kD两种蛋白组成,MPF=CDC2+cyclinB周期蛋白的分子结构特点和消长规律教材426-7,2020/5/30,MPF的结构,调节亚单位,催化亚单位,2020/5/30,不同类型的周期蛋白,2020/5/30,CDK活性的抑制,CDKIP21P16151819P53,2020/5/30,LelandHartwell、PaulNurse和TimothyHunt因对细胞周期调控机理的研究而获得2001年诺贝尔生理学或医学奖.,LelandHartwellTimothyHuntPaulNurse(1939)(1943)(1949),2020/5/30,CDK1+周期蛋白A/B,细胞周期调控G2/M转化,周期蛋白B在G1晚期合成，在G2期到达最大值。CDK1活性在G2期晚期达到最大值并维系到M期中期。CDK1使底物蛋白磷酸化，如将组蛋白H1磷酸化导致染色体凝缩，核纤层蛋白磷酸化使核膜解体。,2020/5/30,1）CDK1与cyclinB结合2）CDK1/cyclinB被Wee1/mik1与CAK（CDKactivatingkinase）将Thr14、Tyr15及Thr161磷酸化3）在M期，Wee1的活性下降，CDC25c使CDKThr14、Tyr15去磷酸化，去除了CDK活化的障碍。,CDK1激酶调控,2020/5/30,CDKactivating,2020/5/30,2020/5/30,M中期/后期转化,M期周期蛋白B、A迅速降解，CDK1活性丧失，被CDK1激酶磷酸化的蛋白去磷酸化。,后期促进因子APCAPC为蛋白复合体，具有泛素化活性，可以调节M期周期蛋白泛素化降解并且可以促进姐妹染色单体分离。,2020/5/30,APC的泛素化降解机制,泛素蛋白是由76个氨基酸残基组成的多肽，可被一系列的酶促反应活化而与底物靶蛋白相连接,2020/5/30,前期,晚后期,末期,周期蛋白B的周期,2020/5/30,纺锤体组装检验点，细胞生物学杂志，2009，王铮等,Thetriggeringofsister-chromatidseparationbytheAPC,2020/5/30,APC在细胞间期表达，但没有活性，只有在M期CDK1激酶磷酸化作用后才被激活表现出泛素化降解活性。Cdc20为APC正调控因子，Mad2蛋白为动粒结合蛋白，可以与Cdc20结合并抑制其活性，使APC处失活状态。,APC活性调节,2020/5/30,细胞周期G1/S转换,CDK2/CDK4/CDK6+周期蛋白D/E/ADNA复制执照假说P435,cyclinDCDK4复合物：Rb蛋白cyclinECDK2复合物：p107E2FcyclinACDK2复合物：DNA复制因子RF-A,2020/5/30,cyclinD+CDK4/CDK6使下游的蛋白质如Rb磷酸化，Rb释放出转录因子