武汉大学细胞生物学课件-细胞生长、分裂、增值-2

1、（三） 与有丝分裂比较* 相同点：染色体的螺旋化、去螺旋化循环；有丝分裂器和收缩环的形成；核被膜和核仁的消失和重建。 不同点： 1 有丝分裂发生于体细胞；减数分裂只限于生殖细胞。 2 有丝分裂：一次均等分裂，DNA复制一次，其结果使2个子细胞得到与亲代细胞同样的染色体数和等量DNA。 减数分裂：一次减数分裂和一次均等分裂，DNA只复制一次，结果产生4个子细胞都 是单倍体，含有亲代细胞DNA含量的一半。 3 减数分裂前间期与有丝分裂间期相比，S期延长。 4 第一次减数分裂有同源染色体的配对，非姐妹染色单体间发生交换。而有丝分裂中每条染色体都是独立的，不会产生联会和交换。 5 有丝分裂时间一般为1

2、2小时。而减数分裂是很长的过程。 6 两者最基本的区别是： 有丝分裂结果：遗传物质保持恒定，母细胞和子细胞一致。而减数分裂的主要结果之一是产生遗传的多样性，为新个体染色体数目稳定的重要机制。2 细胞周期 细胞周期（cell cycle） 是指细胞从上一次有丝分裂结束开始到下一次有丝分裂结束为止所经历的时间，包括分裂间期和分裂期。 DNA合成前期（G1期） 间期 DNA合成期（S期） DNA合成后期（G2期） 细胞周期 （Tc） 前期 分裂期（M期） 中期 后期 末期 周期性细胞、终端分化细胞、G0期细胞 高等动物有机体，可视为由一个受精卵发展而来的细胞社会。在胚胎发育过程中，细胞不但彼此机能分

3、工，增殖行为也出现了差异。从增殖的角度，细胞可分为三类：连续分裂的细胞，休眠细胞和不分裂细胞。 连续分裂的细胞即在细胞周期中连续运转的细胞，因而又称周期性细胞。小肠绒毛上皮隐窝细胞，表皮基底层细胞，部分骨髓细胞等均属此类。 休眠细胞为暂时脱离细胞周期，不进行细胞增殖，但在适当刺激下可重新进入细胞周期的细胞，如某些免疫淋巴细胞，肝、肾细胞等，也称为G0期细胞。 终端分化细胞是指那些不可逆地脱离细胞周期，丧失分裂能力，保持生理机能活动的细胞，如神经、肌肉细胞、多形核白细胞等。 在胚胎发育早期（卵裂期）所有细胞均为周期性细胞。以后随着发育成熟，某些细胞进入G0期，某些细胞分化后丧失分裂能力。到成体时

4、，只有少数细胞处于增殖状态，它们的增殖仅作为补充丢失的细胞（如造血系统中，红、白细胞不断死亡丢失，小肠上皮细胞不断由小肠绒毛顶端脱落，表皮细胞不断死亡、磨损、脱落），或对外界刺激的反应（如免疫淋巴细胞反应）。许多生命过程例如胚胎发育， 造血及上皮组织的更新，组织再生，创伤愈合，免疫反应等都和细胞增殖的精确的调控有密切的关系。而肿瘤细胞是增殖失控细胞，不断地增殖，最终导致机体的死亡。因此，细胞周期及其调节的研究不仅关系到阐明生物学中许多重要基础理论问题，还将关系到从根本上了解和征服肿瘤。 干细胞（stem cell） 什么是干细胞呢? 一般而言是指那些同时具有自我更新和产生分化细胞能力的细胞。尤

5、其在早期胚胎发生过程中，它们可以产生构成身体器官各种类型的组织。这种细胞就是胚胎干细胞，发育生物学家将它们称为“全能性细胞”。到了个体发育的一定阶段甚至成体，仍有一部分细胞负责组织的更新和修复，诸如血液、肠道粘膜上皮、皮肤表皮等。这些细胞便是一 般所指的特定组织的干细胞，又称为多能性细胞。 按照分化程度和能否发育成各种器官组织这一标准，干细胞可以分为全能干细胞和组织干细胞。前者能发育形成一个完整的生物个体，就像人的胚胎发育成一个人一样，而后者只能分化形成一些器官组织，如肝脏、肾脏和心脏以及骨骼、皮肤和肌肉等。 Dolly 羊乳腺细胞上皮细胞血清浓度 很多残疾人总是幻想,如果有一天,人们哪个器官

6、出了毛病就可以到“人体器官商店”选购，再经过手术移植到自己的身体上，那该有多好。其实，在不久的将来这种想法就很有希望实现。到是医生会介绍病人或其家属到着种“人体配件商店”里，定制由病人自体细胞培养而成的组织或器官，然后经医生手术替换下损伤或病变了的组织或器官。这个想法绝非天方夜谭，“组织工程的基本科学问题”首席科学家、上海第二医科大学附属第九人民医院整形外科曹谊林教授1995年在美国哈佛大学医学院组织工程学实验室做博士后时，在世界上第一个于裸鼠背上复制了一只惟妙惟肖的“人耳”，并于1998年荣膺全美整形外科医师协会“詹姆斯培雷特勃朗”大奖，就是一个最能说明问题的实例。 三五年内，通过移植神经干

7、细胞，坐在轮椅上的张海迪、桑兰有望重新站立起来。这是全军神经医学研究所所长、珠江医院神经外科主任徐如祥教授日前于广州召开的第二届全国中青年神经外科医师学术研讨会上向外界透露的。 徐教授介绍，抽取患者的一点骨髓，在体外培养诱导成神经干细胞，再移植入他们的神经系统，从而使受损的神经功能得到修复。如果这项研究在临床获得成功，对于脑外伤、偏瘫、脊髓损伤等神经功能受损患者，尤其是植物人而言，不啻是一大福音。 一、细胞周期各时相的动态变化 1 G1期 与DNA合成启动相关，开始合成细胞生长所 需要的多种蛋白质、RNA、碳水化合物、脂 等，同时染色质去凝集。2 S期 DNA复制和组蛋白合成同步，组成核小体串

8、珠结构；S期DNA合成不同步；中心粒复制。 3 G2期 DNA复制完成，在G2期合成一定数量的蛋白质和RNA分子。 4 M 期 M期即细胞分裂期，真核细胞的细胞分裂主要包括两种方式，即有丝分裂(mitosis)和减数分裂(meiosis)。遗传物质和细胞内其他物质分配给子细胞。二、细胞周期的调控 （一）细胞周期蛋白（周期素） cyclin 在高等真核生物中， cyclin家族成员根据其序列的相似及生理功能被分为不同类型，迄今已被鉴定出的有cyclinA、B、C、D、E、F、G、H等； 细胞周期蛋白依赖激酶（cyclin-dependent kinase，Cdk）家族成员有Cdk1（ Cdc2）

9、、 Cdk2、 Cdk3、 Cdk4、 Cdk5、 Cdk6、 Cdk7等，每种Cdk结合不同类型的cyclin。 Cdk家族和cyclin家族各成员之间的协调配合，调节 细胞从G1 S、G2 M和退出有丝分裂的各个进程。Cdks和cyclins结合形成异源二聚体的复合物，具有蛋白激酶活性。由催化亚基和调节亚基组成，cyclin为调节亚基，Cdk为催化亚基。（二）成熟促进因子（MPF）* 是有丝分裂调控的重要因子。 1971年Masui和Markert首次发现。 p34cdc2 + cyclinB 后来发现它们几乎存在于从酵母到人体所有的真核细胞的分裂期细胞中，是调节细胞进入M期的重要因子。

10、1990年Nurse提出了“M期启动调节的普遍机制”。 1 MPF活性的调节 （1）MPF的活性存在于催化亚基p34cdc2上，而这种活性的最直接调控是由调节亚基cyclinB 的周期性合成和分解控制的。 p34cdc2的蛋白水平在整个细胞周期中不变。 p34cdc2必须与cyclinB结合后才有激酶活性，而cyclinB的转录和合成随细胞周期而变化，在间期开始合成，在G2/M达到高峰，M期结束突然被水解掉，使得p34cdc2 cyclinB复合体的激酶活性在G2/M达到峰值，诱导M期发生，M期结束时，激酶活性突然丧失，细胞退出M期。（2） p34cdc2活性还受磷酸化和去磷酸化的调控。 Ty

11、r15、Thr14位点的磷酸化对MPF的活性起负调作用，Thr161位点的磷酸化对MPF的活性起正调作用， 2 MPF的功能 MPF能够催化组蛋白H1磷酸化，参于有丝分裂的启动和染色质的凝集； MPF能够催化核纤层蛋白（lamin）磷酸化，核纤层（lamina）结构解体。 MPF能使一些原癌基因蛋白产物发生磷酸化，由此产生一系列深远的与细胞分裂有关的生物学效应。 MPF作用于微管蛋白，控制着细胞周期中微管的动力学变化。 （三） 生长因子（growth factor） 是一类通过与特异的、高亲和性的细胞膜上的受体结合，最终调节细胞增殖和其它细胞生物学效应的多肽类物质。 生长因子没有种属特异性，而

12、有一定的组织特异性。也就是说不同种类的细胞需要不同的生长因子，有促进细胞增殖的生长因子，也有抑制细胞增殖的生长因子。 血小板衍生生长因子（PDGF）是热稳定的、具较高正电荷的蛋白质，由含有二硫键的二聚体组成，分子量为30KD左右，它是一种较强的促有丝分裂因子。已被证实，大多数二倍体细胞在增殖过程中需要PDGF，特别是在静止细胞被刺激进入增殖的过程中。 表皮生长因子（EGF）是一个小分子量、热稳定、不能被透析、含有53个氨基酸残基的多肽，分子量为6KD左右。EGF存在于人和动物的尿液、乳汁和血浆中，但以前两者为多。是很强的促细胞分裂因子，可促进一些与增殖有关的原癌基因的表达。 白细胞介素2（IL

13、-2）是一种可溶性的细胞因子，激活和刺激T细胞增殖、刺激B细胞增殖。近年的研究表明，它作为免疫刺激剂已被应用于癌症和多种传染病的治疗。 转化生长因子（TGF）有两种类型：TGF-，TGF-。 TGF-是一类多功能、广泛影响细胞增殖、分化的生长因子家族。此外，在创伤愈合、细胞外基质形成、胚胎发育、骨的重建等方面均有重要作用；并且还参与免疫调节、神经系统的发育过程。 TGF-对大多数细胞的增殖起抑制作用，可抑制肿瘤的生长。 生长因子是体内细胞分泌的，没有药物类的毒性，因此在临床治疗各种疾病方面亦具有应用前景的实践意义。（四） 抑素（chalone） 是由细胞自体产生的、终止细胞增殖的信号分子，是一

14、种热不稳定的可溶性、分泌型糖蛋白，在细胞增殖的反馈性调节中起重要作用。 抑素不但具有严格的组织特异性，而且还有细胞周期阶段的特异性。目前已经发现的抑素有20多种，如肝细胞抑素、肾细胞抑素、红细胞抑素等。并且有的抑素专门作用于G1期，防止细胞进行DNA合成（如G1期表皮细胞抑素）；有的专门作用于G2期，防止细胞进行分裂（如G2期表皮细胞抑素）。8 （五） RNA剪接因子SR蛋白及SR蛋白特异的激 酶。 DNA 转录 hnRNA mRNA 翻译 蛋白质 三 细胞周期调控的遗传基础 （一）细胞分裂周期基因（cdc基因） 真核生物基因组中具有cdc基因，这些基因的产物与调节细胞周期的进程有关，或者是基因本身的表达依赖于细胞周期。 （二）原癌基因，癌基因和抑癌基因 原癌基因存在于正常细胞基因组中，是控制细胞生长和分裂的基因。编码多种类型的蛋白质，作为细胞生长和分裂的调控因子。 癌基因是控制细胞生长和分裂的原癌基因的一种突变形式。 抑癌基因是指正常细胞中含有的抑制细胞恶性增殖的基因。 Rb基因、P53基因为常见的、重要的两种抑癌基因。 Rb