embryo→babydivision細胞增殖是細胞生命活動的基本特征之一第十二章細胞增殖及其調(diào)控第十二章___細胞增殖及其調(diào)控細胞增殖(cellproliferation):親代細胞(mothercell)經(jīng)物質(zhì)準備，細胞分裂（celldivision）產(chǎn)生子代細胞(daughtercell)的過程。無絲分裂（直接分裂）有絲分裂（間接分裂）減數(shù)分裂細胞增殖的方式細胞增殖是通過細胞周期（cellcycle）來實現(xiàn)細胞周期的有序運行是通過相關(guān)基因的嚴格監(jiān)視和調(diào)控來保證第十二章___細胞增殖及其調(diào)控第十二章細胞增殖及其調(diào)控第一節(jié)

基本概念

第三節(jié)細胞周期調(diào)控第二節(jié)細胞分裂細胞生物學教程

(cellbiology

)第十二章___細胞增殖及其調(diào)控第一節(jié)基本概念一、細胞周期三、細胞同步化

二、細胞周期檢驗點

第十二章___細胞增殖及其調(diào)控

連續(xù)分裂的細胞從上次細胞分裂(celldivision)結(jié)束開始，經(jīng)過物質(zhì)積累過程，直到本次細胞分裂結(jié)束為止所經(jīng)歷的過程。一、細胞周期①準確地復制DNA；②合成細胞結(jié)構(gòu)和功能性物質(zhì)；③建立有關(guān)細胞分裂的結(jié)構(gòu)和信息傳遞機制；④細胞核和細胞質(zhì)分裂。★細胞周期時相G1-S-G2-M★細胞周期長短測定第十二章___細胞增殖及其調(diào)控

TCTG1TSTG2TMTC-TG1小鼠食道上皮87757.24.10.712小鼠腹壁上皮1511396.25.30.512

人大腸粘膜241011.520.514

人宮頸癌2086.84.51.512人羊膜19.49.86.82.20.69.6大鼠肝47.528161.81.715.5人肺成纖維細胞16.86640.810.8不同細胞的周期時相細胞時相(小時)不同細胞的TC差別很大；TC與TG1的變化一致,TC長短差異決定于TG1;TS+

TG2+

TM值比較穩(wěn)定,約12-24小時；TM較短,約1小時左右。第十二章___細胞增殖及其調(diào)控2001年諾貝爾生理學/醫(yī)學獎

◆LelandH.Hartwell發(fā)現(xiàn)了控制細胞周期的基因，其中被稱為“START”

的基因?qū)刂聘鱾€細胞周期的最初階段具有決定性的作用。◆PaulM.Nurse發(fā)現(xiàn)了CDK.◆R.TimHunt發(fā)現(xiàn)了調(diào)節(jié)CDK的功能物質(zhì)周期蛋白.第十二章___細胞增殖及其調(diào)控

用3H-TDR對測定細胞脈沖標記、定時取材，利用放射自顯影技術(shù)顯示標記細胞，通過統(tǒng)計標記的有絲分裂期（M期）細胞百分數(shù)（PLM），來測定細胞周期。脈沖標記有絲分裂百分率PLM(percentagemitoses)法①待測細胞經(jīng)3H-TDR標記后，所有S期細胞的DNA均被標記。②置換無標記培養(yǎng)液。S期細胞經(jīng)G2期才進入M期，所以一段時間內(nèi)PLM=0。③開始出現(xiàn)標記M期細胞時，表示處于S期最晚階段的細胞，已渡過G2期，所以從PLM=0到出現(xiàn)PLM的時間間隔為TG2。④S期細胞逐漸進入M期，PLM上升，到達到最高點的時候說明來自處于S最晚階段的細胞，已完成M，將進入G1期。所以從開始出現(xiàn)PLM到PLM達到最高點（≈100%）及所持續(xù)的時間時間就是TM。⑤當PLM開始下降時，表明處于S期最早階段的細胞也已進入M期，所以出現(xiàn)（

TG2）PLM到PLM又開始下降（TG2

+TS

）的一段時間等于TS。⑥從PLM出現(xiàn)到下一次PLM出現(xiàn)的時間間隔就等于TC。根據(jù)TC=TG1+TS+TG2+TM即可求出的TG1長度。第十二章___細胞增殖及其調(diào)控早中晚第十二章___細胞增殖及其調(diào)控50100TG20TMTsTcTPLM注意：在實際工作中，由于各種因素的影響，PLM的最大值達不到1。為減少誤差，常采用半高度法讀數(shù)。第十二章___細胞增殖及其調(diào)控流式細胞儀分析細胞周期利用流式細胞儀（FCM

）對處于快速流動的單列細胞或生物顆粒進行多參數(shù)、快速（每秒可達1000-10000個）的定量分析和分選（純度可達99%以上）。標本→流動系統(tǒng)→激光系統(tǒng)→信號處理系統(tǒng)→放大系統(tǒng)→計算機系統(tǒng)第十二章___細胞增殖及其調(diào)控流式細胞儀PI（碘化丙錠）染色法分析細胞周期細胞周期G2MG0G1s02004006008001000G0G1sG2MDNA含量分析細胞數(shù)量2N4N

PI與細胞內(nèi)DNA結(jié)合（RNA已被消化）后，細胞的熒光強度直接反映了細胞內(nèi)DNA含量的多少，通過流式細胞儀對細胞內(nèi)DNA的含量及在不同時間內(nèi)的變化進行檢測時，可以分析不同細胞周期時相各細胞亞群比例和細胞周期時間長短。第十二章___細胞增殖及其調(diào)控PI標記的細胞周期時相分析G1SG2第十二章___細胞增殖及其調(diào)控二、細胞周期檢驗點G1期檢測點(限制點

restriction,R點）：DNA損傷檢驗點。S期檢測點：DNA復制檢驗點。G2/M檢測點：DNA損傷檢驗點。中-后期檢測點：紡錘體組裝檢驗點。

真核生物細胞周期中決定細胞能否進入下一個時相的監(jiān)控點,是細胞周期中存在的一種反饋調(diào)節(jié)機制。G1關(guān)卡G2關(guān)卡中期關(guān)卡S關(guān)卡第十二章___細胞增殖及其調(diào)控

通過Ｇ1期限制點的調(diào)節(jié)，Ｇ1期細胞可有三種去向：死亡終末分化細胞（特化細胞）G0休眠細胞周期性細胞(cyclingcell)第十二章___細胞增殖及其調(diào)控G0期細胞：有些細胞會暫時離開細胞周期，停止細胞分裂，進入G0期，去執(zhí)行某種生物功能或進行細胞分化。一旦得到信號指示，會快速返回細胞周期，分裂增殖。多發(fā)生在G1期。第十二章___細胞增殖及其調(diào)控三、細胞同步化◆選擇同步法(selectionsynchrony)

有絲分裂抖落法密度梯度離心法◆誘導同步法(inductionsynchrony)

DNA合成阻斷法分裂中期阻斷法◆自然同步化

某些受精卵早期卵裂

在自然過程中發(fā)生或經(jīng)人為處理造成的使整個細胞群體共同進入細胞周期同一時相的現(xiàn)象。物理方法化學方法第十二章___細胞增殖及其調(diào)控Fruitflyembryo第十二章___細胞增殖及其調(diào)控–

優(yōu)點：操作簡單，同步化程度高，細胞不受藥物傷害。M期細胞與培養(yǎng)皿的附著性低，振蕩脫離器壁收集。

–

缺點：獲得的細胞數(shù)量較少。

有絲分裂抖落法：第十二章___細胞增殖及其調(diào)控DNA合成阻斷法選用DNA合成的抑制劑，可逆地抑制DNA合成。常用TDR雙阻斷法。–優(yōu)點：同步化程度高–缺點：產(chǎn)生非均衡生長，個別細胞體積增大。思考：對TS

＞TG1＋TG2＋TM細胞能否適用此法？

T阻≧TG1＋TG2＋TMTS﹤T釋﹤

TG1＋TG2＋TM運行抑制釋放抑制第十二章___細胞增殖及其調(diào)控一、有絲分裂(mitosis)二、減數(shù)分裂(Meiosis)第二節(jié)細胞分裂第十二章___細胞增殖及其調(diào)控一、有絲分裂(mitosis)1.前期(prophase)2.前中期(premetaphase)3.中期(metaphase)4.后期(anaphase)

5.末期(telophase)

6.胞質(zhì)分裂(Cytokinesis)第十二章___細胞增殖及其調(diào)控染色質(zhì)凝縮（起始）1.前期(prophase)核膜消失（結(jié)束）核仁解體→細胞骨架解聚分裂極確立與紡錘體開始裝配

第十二章___細胞增殖及其調(diào)控PCC(提早集縮染色體)G2期PCC為雙線染色體G1期PCC為單線狀DNA未復制S期PCC為粉末狀正在復制的DNA容易受損傷，是DNA斷裂的結(jié)果說明DNA復制已完成。將處于分裂期(M期)的細胞與處于細胞周期其他階段的細胞融合,使其他期細胞的染色質(zhì)提早包裝成染色體。第十二章___細胞增殖及其調(diào)控2.前中期(premetaphase)核膜消失（起始）→紡錘體形成→染色體往赤道面排列（結(jié)束）第十二章___細胞增殖及其調(diào)控中心粒星體微管極微管（連續(xù)絲）橫橋（分子馬達蛋白）動粒微管動粒紡錘體形成（動粒微管+極微管）有絲分裂器(臨時性細胞器)第十二章___細胞增殖及其調(diào)控3.中期(metaphase)所有染色體排列到赤道板(equatorialplate)；紡錘體檢查點(Mad2、Bub1等染色體動粒蛋白構(gòu)成)第十二章___細胞增殖及其調(diào)控染色體排列機制牽拉平衡假說外推平衡假說動粒微管的延伸所產(chǎn)生的牽拉作用.星體產(chǎn)生的排斥作用

第十二章___細胞增殖及其調(diào)控4.后期(anaphase)姊妹染色單體分開子染色體到達兩極(2)后期B:極微管在正端聚合而延長，兩極間距離逐漸增長；(1)后期A:動粒微管在動粒端（正端）解聚而縮短，拉動染色單體移向兩極；管第十二章___細胞增殖及其調(diào)控后期A動粒微管的縮短中期動粒微管的動態(tài)穩(wěn)定-動力蛋白第十二章___細胞增殖及其調(diào)控1.驅(qū)動蛋白在重疊區(qū)從負極走向正極使極微管向相反方向滑動2.動力蛋白與星體和兩端的細胞膜結(jié)合，從正極走向微管負極，朝細胞兩極牽拉星體微管。后期B紡錘體變長的動力來源第十二章___細胞增殖及其調(diào)控5.末期(telophase)

子染色體到達兩極形成兩個新細胞核膜重建第十二章___細胞增殖及其調(diào)控

核膜的解體與重建

早末期磷酸化第十二章___細胞增殖及其調(diào)控動物細胞胞質(zhì)分裂形成分裂溝收縮環(huán)第十二章___細胞增殖及其調(diào)控植物細胞胞質(zhì)分裂形成細胞板第十二章___細胞增殖及其調(diào)控二、減數(shù)分裂(Meiosis)DNA復制同源染色體配對復制的同源染色體對排列在赤道面上復制的染色體各自排列在赤道面上細胞分裂Ⅰ細胞分裂Ⅱ細胞分裂1.減數(shù)分裂主要是發(fā)生在生殖細胞產(chǎn)生的某個階段；2.遺傳物質(zhì)只復制一次，細胞連續(xù)分裂兩次，導致染色體數(shù)目減半；3.減數(shù)分裂前間期的S期持續(xù)時間較長，少量DNA沒有復制；4.前期Ⅰ變化復雜，同源染色體配對、聯(lián)會、重組，產(chǎn)生遺傳多樣性；5.減數(shù)分裂時間較長。第十二章___細胞增殖及其調(diào)控減數(shù)分裂(meiosis)減數(shù)分裂的第一次分裂與有絲分裂相似細線期(leptotene)偶線期(zygotene)粗線期(pachytene)雙線期(diplotene)終變期(diakinesis)前期中期后期末期間期G1SG2合成大部分DNA，而不是全部減數(shù)分裂的第二次分裂（間期）第十二章___細胞增殖及其調(diào)控偶線期同源染色體配對，稱為聯(lián)會(synapsis)；第十二章___細胞增殖及其調(diào)控聯(lián)會復合體（SC）SC由兩條同源染色體沿縱軸形成，外觀呈梯子狀。SC主要由堿性蛋白質(zhì)和RNA組成，并含有少量DNA。SC上有重組節(jié)是交換發(fā)生的部位。SC在細線期開始裝配，形成于偶線期，成熟于粗線期，消失于雙線期。第十二章___細胞增殖及其調(diào)控同源染色體聯(lián)會時的交換和交叉雙線期二價體第十二章___細胞增殖及其調(diào)控第三節(jié)細胞周期調(diào)控一、周期蛋白（cyclin）二、Cdk與Cyclin-Cdk復合物三、Cdk抑制物(CDKI)第十二章___細胞增殖及其調(diào)控一、周期蛋白特點：

周期蛋白的降解參與細胞周期調(diào)控的蛋白，其濃度在細胞周期中呈周期性變化。含有一段約100個氨基酸的保守序列，稱為周期蛋白框。激活不同時期周期蛋白依賴性蛋白激酶（Cdk），引導Cdk作用于不同底物。作用：類型：泛素介導的cylinA、B的降解，調(diào)控細胞分裂的進程。第十二章___細胞增殖及其調(diào)控周期蛋白調(diào)節(jié)Cdk的激酶活性第十二章___細胞增殖及其調(diào)控細胞周期蛋白的種類及其特點cyclinB晚G1期G2/MM中/后期種類開始表達期高峰期消失期S或M期cyclinM期cyclinG1期cyclincyclinA早G1期M中期G1/SCyclinC、D、E早G1期G1/S期中、晚G1第十二章___細胞增殖及其調(diào)控E1泛素活化酶泛素轉(zhuǎn)移酶泛素連接酶E2E3促后期復合物(APC)第十二章___細胞增殖及其調(diào)控二、Cdk與周期蛋白-Cdk復合物(CdkC)周期蛋白-Cdk復合物的多樣性Cdk活性隨周期蛋白（Cyclic）濃度變化而變化哺乳動物細胞內(nèi)至少存從Cdk1（Cdc2）至Cdk12共12種Cdk第十二章___細胞增殖及其調(diào)控Cyclin-Cdk復合物的多樣性G1S G2/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-CDK1

CyclinE1,2-CDK2G1底物S底物G2/M底物G1/S的過渡

DNAReplication

G2/M期過渡

中期/后期過渡

不同的Cyclin-Cdk在不同的時相表現(xiàn)活性，影響不同的下游事件。(MPF)第十二章___細胞增殖及其調(diào)控生長因子的刺激下，G1期cyclinD和cyclinE表達，形成G1-CdkC

。pRb被G1-CdkC磷酸化，pRb釋放出轉(zhuǎn)錄因子E2F。E2F促使相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。（DNA前復制復合體裝配）促進細胞通過R點進入S期。（G1→S）G1-CdkC復合物調(diào)控G1/S的轉(zhuǎn)化

第十二章___細胞增殖及其調(diào)控G1期完成前復制復合體（pre-RC）的裝配（“DNA復制執(zhí)照因子”）。S期S-CdkC（cyclinA－Cdk2

）將Cdc6磷酸化，觸發(fā)pre-RC的啟動，同時阻止了DNA再次進行復制（S期檢測點）DNA在一個細胞周期僅復制一次！復制起始點DNA的復制思考：用同步化的S期細胞分別與G1期細胞和G2期細胞融合,將產(chǎn)生什么結(jié)果,為什么？第十二章___細胞增殖及其調(diào)控催化亞基:Cdc2或Cdk1調(diào)節(jié)亞基：CyclinBM期Cyclin-Cdk復合物（M-CdkC）MPF=CyclinB

+Cdc2MPFCdk1的調(diào)節(jié)與活化活化的MPF可使更多的MPF活化激酶與磷酸酶的調(diào)節(jié)MPF啟動細胞從G2期過渡到M期的相關(guān)事件，促使G2期→M期；激活APC，促使M期由中期向后期過渡。第十二章___細胞增殖及其調(diào)控CAK

（CDK活化激酶）將Cdk1磷酸化，能最大激活其活性。Wee1（CDK抑制激酶）將Cdk1磷酸化

，抑制其活性磷酸酶Cdc25使Cdk1去磷酸化，MPF復合物激活。保證了MPF能夠不斷積累，在需要的時候突然釋放。

Cdc25和wee1突變分別會使增殖細胞的形態(tài)發(fā)生什么變化?思考:第十二章___細胞增殖及其調(diào)控酵母(Schizosaccharomycespombe)生長到一定階段后便能進行分裂增殖。一位教授在實驗室分離得到兩株突變酵母，cdc25-和wee1-,但忘了標記這兩株酵母分別是什么突變。根據(jù)細胞周期調(diào)控的相關(guān)知識，你只需用一臺普通光學顯微鏡觀察野生型、突變型酵母的增殖形態(tài)，便可輕易給這位教授解決這個難題。下圖就是顯微鏡下觀察到的三種形態(tài)：