第12章-细胞周期调控

1、第十二章第十二章 细胞增殖及其调控细胞增殖及其调控细胞增殖细胞增殖(cell proliferation)(cell proliferation)的意义的意义细胞增殖细胞增殖(cell proliferation)(cell proliferation)是细胞生命活动的重要特征之一是细胞生命活动的重要特征之一, ,是生物繁育的基础。是生物繁育的基础。l 细胞死亡（细胞死亡（cell death）l 细胞分裂（细胞分裂（cell division)单细胞生物细胞增殖导致生物个体数量的增加。单细胞生物细胞增殖导致生物个体数量的增加。多细胞生物由一个单细胞多细胞生物由一个单细胞(受精卵受精卵)分裂发

2、育而来，分裂发育而来， 细胞增殖是多细胞增殖是多细胞生物繁殖基础。细胞生物繁殖基础。成体生物仍然需要细胞增殖，主要取代衰老死亡的细胞，成体生物仍然需要细胞增殖，主要取代衰老死亡的细胞， 维持个维持个体细胞数量的相对平衡和机体的正常功能。体细胞数量的相对平衡和机体的正常功能。机体创伤愈合、组织再生、病理组织修复等，都要依赖细胞增殖。机体创伤愈合、组织再生、病理组织修复等，都要依赖细胞增殖。第一节细胞周期概述第一节细胞周期概述一、什么是细胞周期一、什么是细胞周期: : 是指细胞从一次分裂完成开始到下一次分裂结束所经历的全过程，是指细胞从一次分裂完成开始到下一次分裂结束所经历的全过程，分为间期与分裂

3、期两个阶段分为间期与分裂期两个阶段细胞在不断增加数量的同时必须经历细胞物质的积累和细胞分离的循环过程。细胞在不断增加数量的同时必须经历细胞物质的积累和细胞分离的循环过程。细胞周期可划分为四个阶段 1、积极合成、积极合成RNA，其中包括，其中包括mRNA, t RNA , rRNA ,在核内核内合成在核内核内合成经核孔进入细胞质。经核孔进入细胞质。2、G1期合成大量期合成大量AA3、同时合成诱导、同时合成诱导DNA合成的物质合成的物质4、G1末期中心体分离末期中心体分离5、G1期最大的特点是不稳定，各细胞期最大的特点是不稳定，各细胞G1期时间不一期时间不一1、DNA合成期合成期2、S期末期，期末

4、期，DNA合成加倍，为细胞分裂作准备合成加倍，为细胞分裂作准备G2期，期，DNA复制完毕，染色质由复制完毕，染色质由2n变成了变成了4n，即每个染色体含有，即每个染色体含有4个拷贝的个拷贝的DNA.有丝分裂所需的蛋白质实在有丝分裂所需的蛋白质实在M期合成，合成染色质凝集和有丝分裂装置构成期合成，合成染色质凝集和有丝分裂装置构成所系的组分。所系的组分。能量储备。能量储备。细胞周期时间不同细胞的细胞周期时间差异很大S+G2+M 的时间变化较小，细胞周 期时间长短主要差别在G1期有些分裂增殖的细胞缺乏G1、G2期青蛙青蛙二、细胞周期时间的测定二、细胞周期时间的测定 标记有丝分裂百分率法标记有丝分裂百

5、分率法（percentage labeled mitoses，PLM）是一种常用的测定细胞周期时间的方法。其原理是其原理是对测定细胞进行脉冲标记、定时取材、利用放射自显影技术显示标记细胞，通过统计标记有丝分裂细胞百分数的办法来测定细胞周期。有关名词：有关名词： TG1：G1期的持续时间 TG2：G2期的持续时间 TS： S期的持续时间 TM： M期的持续时间 TC： 一个细胞周期的持续时间 PLM： 标记的有丝分裂细胞所占的比例 TDR： 胸腺嘧啶核苷，是DNA的特异前体，能被S期细胞摄入，而掺进 DNA中。通常使用的是3H或者14C标记的TDR。测定原理（图测定原理（图13-213-2）：）

6、： 待测细胞经3H-TDR标记后，所有S期细胞均被标记。 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期最后阶段的细 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最后阶段的细胞，已完成M，进入 G1期。所以从开始出现M 到PLM达到最高点（100%）的时间间隔就是TM。 当PLM开始下降时，表明处于S期最初阶段的细胞也已进入M期， 所以出现PLM到PLM又开始下降的一段时间等于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

7、+TS+TG2+TM即可求出的TG1长度。细胞周期各阶段的时间与PLM的关系 流式细胞仪测定法流式细胞仪测定法(Flow Cytometry)DNA的含量随细胞周期的含量随细胞周期(G1，S，G2 ，M)的各个时期呈现的各个时期呈现出周期性的变化：出周期性的变化：G1期，是细胞期，是细胞RNA和蛋白质的合成和蛋白质的合成期，即期，即DNA合成前期合成前期,此时细胞核内此时细胞核内DNA含量保持二倍含量保持二倍体；进入体；进入S期后，期后，DNA开始合成，即开始合成，即DNA合成期合成期,细胞细胞核内核内DNA的含量介于二倍体至四倍体之间；细胞进入的含量介于二倍体至四倍体之间；细胞进入G2期，即

8、细胞分裂前期，期，即细胞分裂前期， DNA含量为四倍体含量为四倍体,直到进直到进入入M期，即细胞分裂期期，即细胞分裂期,细胞分成两个子细胞细胞分成两个子细胞, M期结束期结束进入下一个细胞周期。进入下一个细胞周期。 G1期期: DNA的含量为二倍体的含量为二倍体S期期: DNA的含量为二倍体至四倍体混合的含量为二倍体至四倍体混合G2 ,M期期: DNA的含量为四倍体的含量为四倍体Channels (FL2-A-FL2-A)050100150200250ModFitLT V3.0(PMac)File analyzed: 2004/4/1 DNA Cai.007Date analyzed: 1-A

9、pr-2004Model: 1Dn0A_DSFAnalysis type: Manual analysisDiploid: 100.00 % Dip G1: 74.15 % at 74.99 Dip G2: 3.35 % at 152.63 Dip S: 22.50 % G2/G1: 2.04 %CV: 4.47Total S-Phase: 22.50 %Total B.A.D.: 2.11 % no aggsApoptosis: 8.56 % Mean: 40.67Debris: 11.80 %Aggregates: 0.00 %Modeled events: 9502All cycle e

10、vents: 7663Cycle events per channel: 97RCS: 1.626DebrisApoptosisDip G1Dip G2Dip SCai Haibo (#7)FL2-A-FL2-A0306090120R1Channels (FL2-A-FL2-A)050100150200250ModFitLT V3.0(PMac)File analyzed: 2004/1/2 Liu DNA.008Date analyzed: 2-Jan-2004Model: 1Dn0A_DSFAnalysis type: Manual analysisDiploid: 100.00 % Di

11、p G1: 62.10 % at 75.40 Dip G2: 10.02 % at 152.08 Dip S: 27.88 % G2/G1: 2.02 %CV: 4.61Total S-Phase: 27.88 %Total B.A.D.: 0.36 % no aggsApoptosis: 0.27 % Mean: 53.00Debris: 7.07 %Aggregates: 0.00 %Modeled events: 8862All cycle events: 8212Cycle events per channel: 106RCS: 4.232DebrisApoptosisDip G1Di

12、p G2Dip SLiu Qiwei(#8)FL2-A-FL2-A0306090120R1三、细胞同步化三、细胞同步化细胞同步化(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，前者称自然同步化，后者称为人工同步化。 （一）自然同步化（一）自然同步化1多核体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，使细胞核达108，体积达56cm。疟原虫也具有类似的情况。2某些水生动物的受精卵某些水生动物的受精卵如海胆卵可以同时授精，最初的3次细胞分裂是同步的，再如大量海参卵受精后，前9次细胞分裂都是同步化进行的

13、。3增殖抑制解除后的同步分裂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。（二）人工同步化（二）人工同步化 1选择同步化选择同步化1）有丝分裂选择法：）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，MI高。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中期细胞。其优点是，操作简单，同步化程度高，细胞不受药物伤害，缺点是获得的细胞数量较少。（分裂细胞约占1%2%）2）细胞沉降分离法：）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

14、中沉降的速度与其半径的平方成正比，因此可用离心的方法分离。其优点是可用于任何悬浮培养的细胞, 省时，效率高，成本低，缺点是同步化程度较低。2诱导同步化诱导同步化 1）DNA合成阻断法：合成阻断法：选用DNA合成的抑制剂，可逆地抑制DNA合成，而不影响其他时期细胞的运转，最终可将细胞群阻断在阻断在S期或期或G/S交界处交界处。5-氟脱氧尿嘧啶、羟基脲、阿糖胞苷、氨甲蝶呤、高浓度ADR、GDR和TDR，均可抑制DNA合成使细胞同步化。其中高浓度TDR对S期细胞的毒性较小，因此常用TDR双阻断法诱导细胞同步化：在细胞处于对数生长期的培养基中加入过量TDR。S期细胞被抑制，其它细胞继续运转，最后停在G

15、1/S交界处。移去TDR。洗涤细胞并加入新鲜培养液、细胞又开始分裂。当释放时间大于TS时，所有细胞均脱离S期，再次加入过量TDR，细胞继续运转至G1/S交界处，被过量TDR抑制而停止。优点是同步化程度高，适用于任何培养体系。可将几乎所有的细胞同步化。缺点是产生非均衡生长，个别细胞体积增大。2）中期阻断法：）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仙酰胺，后者毒性较少。优点是无非均衡生长现象，缺点是可逆性较差。3.条件依赖性突变株在细胞周期同步化中的应用条件依赖性突变株在细胞周期同步化中的应用将与细胞周期调控有关的条件依赖性突变株转移到限定条件下培养，所有细胞便

16、被同步化在细胞周期中某一特定时期。四、特异的细胞周期四、特异的细胞周期特异的细胞周期是指那些特殊的细胞所具有的与标准的细胞周期相比有着鲜明特点的细胞周期。 爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期细胞分裂快,无G1 期, G2 期非常短,S 期也短(所有复制子都激活), 以至认为仅含有S期和M 期无需临时合成其它物质子细胞在G1、G2 期并不生长，越分裂体积越小细胞周期调控因子和调节机制与一般体细胞标准的细胞周期基本是一致的 酵母细胞的细胞周期酵母细胞的细胞周期酵母细胞的细胞周期与标准的细胞周期在时相和调控方面相似，酵母细胞周期明显特点:酵母细胞周期持续时间较短；封闭式细胞分裂 ，

17、即细胞分裂时核膜不解聚；纺锤体位于细胞核内；在一定环境下，也进行有性繁殖 植物细胞的细胞周期植物细胞的细胞周期植物细胞的细胞周期与动物细胞的标准细胞周期非常相似，含有G1 期、S 期、G2期和M 期四个时期。植物细胞不含中心体，但在细胞分裂时可以正常组装纺锤体。植物细胞以形成中板的形式进行胞质分裂一个细胞周期包括两个阶段：分裂间期和分裂期。一个细胞周期包括两个阶段：分裂间期和分裂期。有丝分裂间期分为有丝分裂间期分为G1（DNA合合成前期）、成前期）、S（DNA合成期）、合成期）、G2（DNA合成后期）合成后期） 三个阶段三个阶段有丝分裂中有丝分裂中DNA和染色体的数目变化曲线图和染色体的数目变

18、化曲线图三、有丝分裂过程相关的亚细胞结构三、有丝分裂过程相关的亚细胞结构1. 中心体中心体 （centrosome）：由微管装配与细胞分裂密切相关的细胞器，细胞分裂）：由微管装配与细胞分裂密切相关的细胞器，细胞分裂时内部活动的中心。时内部活动的中心。2、动粒（、动粒（kinetochore):是真核细胞染色体中位于着丝粒两侧的两层盘状特化结是真核细胞染色体中位于着丝粒两侧的两层盘状特化结构，其化学本质为蛋白质，是非染色体性质物质附加物构，其化学本质为蛋白质，是非染色体性质物质附加物.3、纺锤体：纺锤体是产生于细胞分裂前初期、纺锤体：纺锤体是产生于细胞分裂前初期(Pre-Prophase)到末期到末期(Telophase)的一种特殊细胞器。其主要元件包括微管的一种特殊细胞器。其主要元件包括微管(Microtubules)，附着，附着微管的动力分子分子马达