细胞周期细胞生物学

细胞周期细胞生物学第1页，课件共73页，创作于2023年2月2001年诺贝尔生理学与医学奖1939、10、301943、2、191949、1、25

2001年的诺贝尔生理医学奖颁发给三位研究细胞周期(cellcycle)的生物学家：美国的利兰‧哈特韦尔(LelandHartwell)以及英国的蒂莫西‧汉德(TimothyHunt)与保罗‧诺尔斯(PaulNurse)，以表扬他们发现细胞周期的调控因子之重大贡献。第2页，课件共73页，创作于2023年2月利兰‧哈特韦尔(LelandHartwell)现年六十三岁，是美国霍秦逊(FredHutchinson)癌症研究中心的院长，也是西雅图(Seattle)华盛顿(Washington)大学遗传学系的教授，1970年代初期开始研究细胞周期的机制。第3页，课件共73页，创作于2023年2月

他以酵母菌Saccharymycescerevisiae作为研究对象，利用基因突变的技术试图找出控制细胞周期的关键因子，结果筛选出超过一百个调节细胞周期的基因，将它们命名为cdc(celldivisioncycle)基因，其中特别重要的是cdc28基因("start"基因)，他发现当此基因突变时细胞周期会停止在G1晚期的"START"关卡，一旦细胞通过"START"关卡便开始进行DNA的复制，因此CDC28蛋白质是一个控制细胞由G1时期进入S时期的重要因子。因此提出细胞有检查点(checkpoint)的构想，此种构想为目前研究癌细胞分裂增殖为何失去控制提出了一个重要的基本观念，认为癌症的发生可能与检查点的调控机制出现问题有关。第4页，课件共73页，创作于2023年2月

蒂莫西‧汉德(TimothyHunt)现年五十九岁，是英国帝国癌症基金会(ImperialCancerResearchFund)细胞周期研究中心的主任。

第5页，课件共73页，创作于2023年2月1983年，他以青蛙与海胆(fertilizedeggsoffrogsandseaurchins)的受精卵作为实验对象找到两个蛋白质，发现他们会在细胞分裂的间期(interphase)累积，随后又在细胞分裂(mitosis)的末期快速地分解，之后又会再度累积，使得此种蛋白质呈现周期性的变动，他将此种蛋白质称为周期素(cyclin)，也就是它会随着周期性的累积与分解进出M时期，因此推测它的功能可能是推动细胞分裂(mitosis)的进行。第6页，课件共73页，创作于2023年2月

保罗‧诺尔斯(PaulNurse)现年五十三岁，是英国帝国癌症基金会(ImperialCancerResearchFund)的院长，于1975年开始细胞周期机制的研究第7页，课件共73页，创作于2023年2月

他以酵母菌Schizzosaccharomycespromb为研究对象找到了cdc2基因，转译的蛋白质不但能控制细胞周期中G2时期进入M时期的检查点，也能控制G1时期进入S时期的检查点。进一步对cdc2基因定序之后发现此基因所转译的蛋白质是一种蛋白质激酶(proteinkinase)，主要是藉由蛋白质的磷酸化来调节细胞周期。第8页，课件共73页，创作于2023年2月

1987年，保罗‧诺尔斯利用具有cdc基因缺陷的酵母菌细胞作为研究细胞周期的工具，藉由送入人类的基因试图寻找功能与cdc基因相对的人类基因，因此发现了周期素依赖性激酶(cyclin-dependentkinase1,cdk1)基因。由于此项发现，保罗‧诺尔斯认为在大部分的生物体中此种调控细胞周期的基因与调控模式随着演化的过程被忠实地保留下来，所以人类拥有与大多数生物体相似的基因，因此只要利用其它生物的模式作研究就可以得到有关于人类的相关信息。第9页，课件共73页，创作于2023年2月第二十二章细胞周期医学生物学教研室刘岚第10页，课件共73页，创作于2023年2月第二章细胞周期第一节细胞周期的一些基本概念第二节细胞周期的主要事件第三节细胞周期的运行机制第四节细胞周期与发育第五节细胞周期的研究方法第11页，课件共73页，创作于2023年2月细胞周期的概念：细胞周期（cellcycle）：是指细胞从一次分裂结束开始生长，到再次分裂终了所经历的过程，分为G1期、S期、G2期、M期。

第一节细胞周期的一些基本概念第12页，课件共73页，创作于2023年2月

细胞周期的持续时间一般为12～32h。人的细胞周期一般为24h。

G1：9hS期：10hG2：4.5hM期：0.5h不同生物的细胞周期时间不同，同一系统的不同细胞的细胞周期时间差异也很大。S+G2+M变化小；G1期变化大。

——细胞周期的长短决定与G1期的长短。

第一节细胞周期的一些基本概念第13页，课件共73页，创作于2023年2月

第一节

细胞周期的一些基本概念细胞在体内的增殖特性不同，包括三种增殖类型：连续分裂的细胞（增殖细胞）暂不增殖细胞（

G0期细胞）

终末分化细胞第14页，课件共73页，创作于2023年2月1、连续分裂的细胞（增殖细胞、周期细胞）

指在细胞周期中连续运转的细胞，因而又称增殖细胞、周期细胞。

如：皮肤基底层细胞、造血干细胞、消化道、阴道上皮细胞等。这类细胞的分裂对于组织的更新有着重要意义。

第15页，课件共73页，创作于2023年2月2、暂不增殖细胞（G0期细胞）

指暂时脱离细胞周期，不增殖的细胞。但在适当因素刺激下，可再次重新返回细胞周期，开始分裂，又称为G0期细胞。

如：成纤维细胞、平滑肌细胞、血管内皮细胞、某些淋巴细胞、肝、肾、胰腺细胞等。

组织的再生、创伤的愈合、免疫反应均与此相关。第16页，课件共73页，创作于2023年2月3、终末分化细胞终末分化细胞是指那些不可逆的脱离细胞周期，丧失分裂能力，保持生理功能的细胞。

如：成人心肌细胞、神经细胞、成熟的红细胞等。

第17页，课件共73页，创作于2023年2月早G1期限制点（restriction,R点）:早、晚G1期之间

晚G1期

第二节细胞周期的主要事件一、G1期（合成前期）：第18页，课件共73页，创作于2023年2月一、G1期（合成前期）：第二节细胞周期的主要事件1、早G1期——细胞生长

主要表现为：RNA、蛋白质、脂类以及糖类的大量合成，形成大量的细胞器和其他结构，使细胞体积、表面积以及细胞核、质比例增加。第19页，课件共73页，创作于2023年2月一、G1期（合成前期）：1、早G1期——细胞生长2、限制点(R点)——分裂决定

介于早G1期和晚G1期之间。

是细胞周期进程的重要调控点。决定细胞后续命运(进入S期;G0期细胞;分化或凋亡)。

第二节细胞周期的主要事件第20页，课件共73页，创作于2023年2月一、G1期（合成前期）：1、早G1期——细胞生长2、限制点(R点)——分裂决定3、G1晚期——复制准备

（1）为DNA合成作准备。

如：合成DNA复制所所需要的各种脱氧核糖核酸、胸腺嘧啶核苷酸激酶、DNA聚合酶、解旋酶等。

（2）大量合成与细胞周期运行密切相关的蛋白，以使细胞周期能够顺利延续。

如：细胞周期蛋白、钙调蛋白、触发蛋白等。（3）DNA损伤修复细胞生长、分裂决定、复制准备

第二节细胞周期的主要事件第21页，课件共73页，创作于2023年2月二、S期（合成期）：1、DNA复制：是细胞增殖的关键，仅局限于S期。

2、组蛋白、非组蛋白大量合成，染色质组装。

3、完成中心粒的复制。DNA合成、染色质组装、中心粒复制特点1：S期复制不同步——GC含量高的DNA序列先复制，AT含量高的DNA序列后复制；常染色质先复制，异染色质后复制。特点2：DNA复制与组蛋白复制同步。

第二节细胞周期的主要事件第22页，课件共73页，创作于2023年2月三、G2期（合成后期）：1、复制检查2、分裂准备：（1）合成微管蛋白及其关联蛋白（2）合成染色质凝集相关蛋白（3）合成M期调控蛋白（4）中心粒继续分别移向细胞两极，纺锤体微管开始组装。复制检查和分裂准备

第二节细胞周期的主要事件第23页，课件共73页，创作于2023年2月四、M期（分裂期）是将复制了的遗传物质平均分配到两个子细胞中的时期。在细胞周期中M期所占时间最短，但细胞的形态结构变化最大。

第二节细胞周期的主要事件第24页，课件共73页，创作于2023年2月G0

第二节细胞周期的主要事件细胞生长、分裂决定、复制准备复制检查和分裂准备

DNA合成、染色质组装、中心粒复制细胞分裂

第25页，课件共73页，创作于2023年2月

第三节细胞周期的运行机制一、周期性基因表达三、周期性蛋白降解二、周期性蛋白磷酸化四、细胞周期检查点第26页，课件共73页，创作于2023年2月MPF（maturationpromotingfactor）的发现证明MPF活性实验A注射M期细胞的细胞质卵母细胞进入M期卵母细胞滞留在G2期细胞核检测到纺锤体注射间期细胞的细胞质B→M期细胞中有促使细胞分裂的因子存在第27页，课件共73页，创作于2023年2月MPF→MPF由A亚基、B亚基复合物组成MPF（maturationpromotingfactor）的发现AB→MPF由B亚基磷酸化其他蛋白启动细胞周期进程第28页，课件共73页，创作于2023年2月分裂期分裂期分裂期间期MPF活性间期A亚基浓度高低高低在细胞周期中细胞周期蛋白和MPF的波动MPF（maturationpromotingfactor）的发现A亚基浓度MPF活性G1SG2M细胞周期蛋白细胞周期蛋白依赖激酶MPFAB第29页，课件共73页，创作于2023年2月MPF（maturationpromotingfactor）的发现以上结果表明：1、细胞周期的进程依赖于一种酶的激活，而这种酶可使其他蛋白磷酸化从而促进细胞周期进行；2、酶的活性受一种亚基的控制，它的浓度在细胞周期的不同阶段是不同的。第30页，课件共73页，创作于2023年2月

第三节细胞周期的运行机制周期蛋白（cyclin）细胞周期蛋白依赖激酶（Cyclin-dependentkinase,Cdk）一类随细胞周期的变化呈周期性出现与消失的蛋白质。一类必须与周期蛋白结合才具有蛋白激酶活性的酶蛋白，简称cdk激酶。

在细胞周期的进程中Cyc可不断合成与降解，Cdk对蛋白质磷酸化的作用也因此呈现周期性的变化。1、周期蛋白的浓度变化；2、CdK激活蛋白(CAK)；3、Cdk抑制蛋白(CKI)；4、Cdk自身的磷酸化状态。第31页，课件共73页，创作于2023年2月在周期的不同时相，不同的cdk激酶与不同的周期蛋白结合,引发细胞周期进程中特定事件的出现，并促成了G1/S、G2/M、中期/后期等关键过程不可逆的转换。细胞周期引擎：Cyc-Cdk蛋白质磷酸化调控系统CycD-Cdk4/6CycE-Cdk2CycA-Cdk2CycA/B-Cdk1

第三节细胞周期的运行机制第32页，课件共73页，创作于2023年2月1、G0期中Cyc-Cdk复合物的作用

CycC-Cdk3

进入G1，合成并积累CycD。

第三节细胞周期的运行机制第33页，课件共73页，创作于2023年2月2、G1期中Cyc-Cdk复合物的作用

CycD-Cdk4/6；CycE-Cdk2

①进入G1：

CycD合成，与Cdk4/6结合，活化某些转录因子，促进周期通过R点。②G1晚期：

CycE合成，与Cdk2结合，活化其他一些转录因子，与DNA复制相关基因的大量表达，产生DNA合成所需的酶和蛋白质，为细胞进入S期做准备。

第三节细胞周期的运行机制第34页，课件共73页，创作于2023年2月

3、S期中Cyc-Cdk复合物的作用

CycA-Cdk2

①将CycD/CycE-Cdk复合物中的Cyc降解，使得已进入S期的细胞无法向G1期逆转。

②启动DNA复制，并阻止已复制的DNA再发生复制。

第三节细胞周期的运行机制第35页，课件共73页，创作于2023年2月4、G2/M期Cyc-Cdk复合物的作用

MPF（maturationpromotingfactor，成熟促进因子）：又称M期促进因子，为CycA/B-Cdk1组成的复合物，在激活后进入细胞核，通过激酶活性来引发分裂期的一系列事件。

第三节细胞周期的运行机制第36页，课件共73页，创作于2023年2月M期中cyclinA/B-Cdk1复合物的作用M期细胞在形态结构上所发生的变化以及中期向后期、M期向下一个G1期的转换均与MPF相关。①MPF对M期早期细胞形态结构变化的作用染色质凝集：

ⅰ.磷酸化组蛋白H1上与有丝分裂有关的特殊位点诱导染色质凝集。

ⅱ.直接作用于染色质凝集蛋白，介导染色体形成超螺旋化结构，进而发生凝集。核膜裂解：核纤层蛋白丝氨酸残基磷酸化，引起核纤层解体，核膜破裂成小泡。纺锤体形成：对多种微管结合蛋白进行磷酸化，使微管发生重排，促进纺锤体形成。第37页，课件共73页，创作于2023年2月②MPF促进中期细胞向后期的转换中期染色体两姐妹染色单体的分离是启动后期的关键。粘着蛋白：主要由Scc1和Smc两类蛋白构成。Securin蛋白：与分离酶结合，抑制分离酶活性，从而保证粘着蛋白连接活性。MPF作用：引起securin蛋白降解，分离酶释放，分解Scc1，着丝粒分离，进入后期。××第38页，课件共73页，创作于2023年2月③MPF在细胞退出M期中的作用cyclinA/B降解MPF解聚、失活组蛋白去磷酸化核纤层蛋白去磷酸化染色体去凝集核膜组装核形成肌球蛋白去磷酸化收缩环缢缩、分裂沟加深胞质分裂APC第39页，课件共73页，创作于2023年2月在周期的不同时相，不同的cdk激酶与不同的周期蛋白结合,引发细胞周期进程中特定事件的出现，并促成了G1/S、G2/M、中期/后期等关键过程不可逆的转换。

第三节细胞周期的运行机制细胞周期引擎：Cyc-Cdk蛋白质磷酸化调控系统CDK激酶在细胞内的含量相对恒定，而cyclin的含量却随细胞周期的变化而变化。细胞周期原动力：周期性基因表达第40页，课件共73页，创作于2023年2月

泛素（ubiquitin

）是一种76肽，是蛋白质的降解标签，结合了泛素的蛋白质将被降解。②①③泛素连接酶三、周期性蛋白降解：泛素化蛋白质降解系统

选择性的清除某些活性蛋白或抑制蛋白，为细胞周期的进程扫清道路，保证细胞周期的方向。细胞周期的清道夫：泛素化蛋白质降解系统

第三节细胞周期的运行机制第41页，课件共73页，创作于2023年2月

第三节细胞周期的运行机制一、细胞周期引擎：Cyc-Cdk蛋白质磷酸化调控系统三、细胞周期的清道夫：泛素化蛋白质降解系统二、细胞周期原动力：周期性基因表达第42页，课件共73页，创作于2023年2月DNA损伤修复？染色体分离合适吗？损伤的DNA修复了吗？营养条件合适吗？细胞生长足够大？前次有丝分裂完毕？DNA复制完毕？四、细胞周期的检控点（检查点）

第三节细胞周期的运行机制第43页，课件共73页，创作于2023年2月

检查点（Checkpoint）的概念：

是细胞周期在长期进化过程中形成的一种保护机制。

（1）细胞周期检查点指在细胞周期各时相的转换中存在的特定时间点，是检查和控制细胞周期进程的信号通路，对DNA复制、DNA损伤修复、纺锤体组装及染色体分离等主要细胞周期事件进行调节、监控。（2）主要包括：R点、DNA损伤检查点、DNA复制检查点、纺锤体组装检查点。（3）结果：①控制下一事件启动（抑制CDK的活性）。

②应对机制：激活DNA修复、分化、凋亡。

第三节细胞周期的运行机制第44页，课件共73页，创作于2023年2月1、R点（G1期）：

作用：对细胞体积、接触抑制、营养条件、生长因子（必要条件）、药物等进行检测，确定细胞是暂时停止生长、继续进入S期，或是发生凋亡。2、DNA损伤检控点（G1/S期、G2期）

作用：防止受损DNA细胞进入S期，保证DNA复制的正确性；防止受损DNA细胞进入M期，保证子细胞遗传物质的正确性。3、DNA复制检控点（G2/S期）

作用：复制完成后和进入M期之前，检测DNA复制是否完整以及是否被多次复制。4、纺锤体组装检控点（分裂检控点；中期/后期）

作用：保证中期染色体在排列整齐（纺锤体组装完成）以前不会启动染色单体分离以及M期退出机制，以保证染色体分配的准确性。

第三节细胞周期的运行机制四、细胞周期的检控点（检查点）第45页，课件共73页，创作于2023年2月

细胞周期检控点

第三节细胞周期的运行机制Mdm2

第46页，课件共73页，创作于2023年2月

第四节细胞周期与医学一、细胞周期与胚胎发育CycD-Cdk4/6CycE-Cdk2R点胚胎发育的卵裂期G1期很短没有R点检测不到CycD的活性第47页，课件共73页，创作于2023年2月

第四节细胞周期与医学二、细胞周期与组织再生连续分裂的细胞（增殖细胞）暂不增殖细胞（

G0期细胞）

终末分化细胞细胞周期的恢复是组织再生的基础。第48页，课件共73页，创作于2023年2月

第四节细胞周期与医学生理性再生（physiologicalregeneration）：主要发生在骨髓、表皮等组织中，产生的细胞可弥补血液、消化道、皮肤等处的正常细胞失落。

补偿性再生（compensatoryregeneration）：机体在创伤后组织修复时，激活G0期细胞重新增殖的现象。第49页，课件共73页，创作于2023年2月三、细胞周期与衰老

随着年龄的增长，细胞周期的G1期明显延长，致使细胞分裂的次数明显变慢。R点

第四节细胞周期与医学第50页，课件共73页，创作于2023年2月四、细胞周期与肿瘤

肿瘤（tumor）是生物体中组织细胞过度增殖后形成的赘生物。

第四节细胞周期与医学第51页，课件共73页，创作于2023年2月

基因组不稳定、生长因子作用异常、检控点机制失效肿瘤细胞跨过检控点失控性增殖。细胞的无限增殖和细胞凋亡的减弱是肿瘤组织的基本动力学特征。

细胞周期与肿瘤第52页，课件共73页，创作于2023年2月

癌基因（oncogene)

：能促使细胞无限增殖、癌变的DNA序列，分若干个基因家族（已发现近百种癌基因）。

抑癌基因（antioncogene)：存在于正常细胞中、能抑制细胞恶性增殖的基因。（一）癌基因与抑癌基因

细胞周期与肿瘤第53页，课件共73页，创作于2023年2月

肿瘤生长取决于：生长分数、细胞周期时间、细胞丢失率（凋亡率）。（二）肿瘤细胞动力学肿瘤细胞中增殖型细胞占总细胞数量的比例，称为肿瘤的生长分数。大多数肿瘤细胞的周期时间比正常细胞的要长。因此，肿瘤的快速生长与周期时间关系不大。肿瘤发生的主要原因并不是细胞增殖过快，而是细胞生长分数过高而细胞丢失率过低。

第四节细胞周期与医学第54页，课件共73页，创作于2023年2月研究肿瘤细胞的周期特点为肿瘤治疗提供新思路①暂不增殖型细胞为主的肿瘤：先用生长因子使其进入细胞周期，然后用理疗、化疗。②增殖型细胞为主的肿瘤：S期、M期肿瘤以化疗为主，抑制DNA合成；G2期细胞以放疗为主。细胞周期与抗肿瘤研究（三）抗肿瘤研究第55页，课件共73页，创作于2023年2月第56页，课件共73页，创作于2023年2月肿瘤组织生长快的原因()。（多选）A.细胞周期短B.G0期细胞少C.增殖细胞少D.细胞周期失控E.肿瘤细胞增殖比率高第57页，课件共73页，创作于2023年2月

一、细胞周期模型真核细胞有一个复杂的细胞周期调节蛋白网络，控制细胞周期的进程，称为细胞周期调控系统（cell-cyclecontrolsystem）。

细胞周期研究常用的模型有：酵母、爪蟾胚胎细胞、体外培养的哺乳动物细胞。

第五节细胞周期的研究方法第58页，课件共73页，创作于2023年2月1、酵母（Yeast）

优点：单细胞真菌，增殖速度快，基因组简单，便于遗传操作；与人的细胞周期调控系统非常相似。

第四节细胞周期与医学

一、细胞周期模型第59页，课件共73页，创作于2023年2月2、爪蟾胚胎细胞（Embryoniccellofxenopuslaevis）优点：

分裂快，便于分析基本的细胞周期调控机制；

体积大，便于将实验物质注射到卵细胞，以研究注射物质对细胞周期进程的影响。

一、细胞周期模型

第四节细胞周期与医学第60页，课件共73页，创作于2023年2月3、体外培养的哺乳动物细胞（mammaliancellinvitroculture）

常用从正常组织或肿瘤组织中分离出来的细胞为材料。优点：

分离细胞的试验条件易控制，便于研究。便于对细胞周期调控系统所涉及的蛋白进行生化分析。便于了解细胞增殖的调控、细胞癌变的机制。

一、细胞周期模型

第四节细胞周期与医学第61页，课件共73页，创作于2023年2月

二、细胞同步化

细胞同步化（synchronizationofcell）:

使处于细胞周期不同阶段的培养细胞，共同进入细胞周期某一特定阶段，这一过程称为细胞的同步化。

第四节细胞周期与医学第62页，课件共73页，创作于2023年2月细胞同步化的方法：诱导同步化和选择同步化诱导同步化：在培养液中加入或去除某些成分，或者改变培养温度，从而对细胞的生长进行阻滞或恢复，将不同步生长的细胞调整为同步生长，获得时相较为均一的细胞群体。

如：中期阻断法、代谢抑制法、低温培养法

第四节细胞周期与医学

二、细胞同步化第63页，课件共73页，创作于2023年2月细胞同步化的方