利用SCE技术对细胞周期分析方法的研究毕业论文.doc
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1、华中科技大学文华学院 毕 业 设 计(论文)题目(中文):利用SCE技术对细胞周期分析方法的研究Using the technology of SCE analysis methods of the cell cycle学 生 姓 名: 学号:060109011103 学 部 (系): 信息科学与技术学部 专 业 班 级: 06生物技术1班 指 导 教 师: 目 录摘要1关键词1Abstract2Key words21. 选题背景11.1 课题来源11.2 国内外的相关研究11.3 目的和意义11.4 课题设计指导思想52. 方案论证72.1方案的设计原理72.2 方案论证73. 材料与方法1
2、33.1 材料与仪器133.2 实验步骤134. 结果与讨论164.1 实验结果164.2 结果分析174.3 结果讨论185. 结论与心得205.1 结论205.2 心得20致谢23附录24附1 实验药品24 附2 实验仪器24参考文献25摘要本文以BrdU-Giemsa技术检测研究了正常细胞和肿瘤细胞的细胞动力学参数和姐妹染色单体交换频率(SCE)频率。姐妹染色单体交换( sister chromatid exchange)既SCE技术, 是70年代以来迅速发展起来并被人们普遍接受的一种筛检化学诱变物短期实验方法。SCE表示在染色体复制过程中DNA链的等位点发生了交换,标志染色体在DNA水
3、平上存在不稳定性损伤,它能够灵敏的反应DNA受损的情况,并为多种致癌物或诱变物所诱发。许多实验室将该方法作为一种重要的常规手段,运用此种方法可对各种可疑的化学物质的致癌或诱变能力进行测定,检测DNA的损伤程度。关键词:姐妹染色单体交换 细胞周期动力学 SCE频率 细胞代谢活力Abstract: Based on BrdU - Giemsa technology is studied and the normal cell detection of cell tumor cell kinetics parameters and sister chromatids switching freque
4、ncy (SCE) frequency. Sister chromatids exchange (SCE) sister chromatid exchange technology is developed rapidly since the 1970s and is widely accepted a screening chemical mutagenesis content short-term experimental methods. SCE said in chromosome chain of DNA duplicate process such sites, chromosom
5、es happened in exchange of DNA level on stability, it is sensitive to the damage DNA damage, response and for many carcinogens or mutagenesis induced objects. Many laboratory, this method is as an important means of using this method, the routine of various suspicious of chemical carcinogenic or mut
6、ation ability measured, detection of DNA damage.Key words: sister chromatid exchange The cell cycle SCE frequency Cell metabolism1选题背景1.1 课题来源:导师自拟1.2 国内外相关研究:姐妹染色单体互换分析技术是年代以来迅速发展起来并被人们普遍接受的一种筛检化学诱变物短期实验方法。尽管人们对于互换产生的机制和过程尚未十分明了,但是,可以肯定,它能够灵敏地反映受损的情况,并为多种致癌物或诱变物所诱发。当化学诱变物或化学致癌物的浓度不能产生染色体畸变或大大低于产生染色
7、体畸变的浓度时,仍可诱发大量 。这些观点得到大量实验结果的支持和拥护。迄今,世界上许多实验室仍将该方法作为一种重要的常规手段,对各种可疑的化学物质的致癌和/或诱变能力进行评价。之前国内就有人运用此技术对精神分裂症患者外周血淋巴细胞姐妹染色单体交换及其增殖周期进行了初步分析。1.3 目的: 1)掌握体外培养细胞的方法及步骤。2)学习SCE标本的制备技术及其观察方法。3)利用SCE方法的判定细胞周期。4) 检测肿瘤患者的DNA损伤程度、了解其淋巴细胞增殖周期是否与健康人相同。意义:越来越多的资料显示肿瘤是一类细胞周期性疾病,从而使细胞周期分析在细胞生物学、肿瘤生物学领域显得格外重要。对于细胞增殖的
8、细胞周期分析,就是对细胞内周期性变化的物质进行检测,以达到对细胞增殖进行检测的目的。通过检测肿瘤患者外周血淋巴细胞SCE频率,观察每个细胞动力学指数,分析体外培养肿瘤患者淋巴细胞增殖速度,为探讨肿瘤患者淋巴细胞生物学活性提供一些资料。1.4 课题设计指导思想:中期分裂细胞的染色体由两条姐妹染色单体构成,每条单体含有一条长链。在合成期(S)期时掺入人工核苷类似物(体外实验一般为连续掺入两个细胞周期),参与DNA合成,形成由核昔类似物取代胸腺嘧啶的链。细胞经两次分裂和DNA半保留复制后,中期细胞的两条姐妹染色单体中,有一条掺入了核苷类似物。此时,DNA链中的核苷类似物并不稳定,给予紫外线照射、加温
9、等处理后发生降解,与染料的亲合能力低于天然胸腺嘧啶,染色后形成着色深浅不 同的两条姐妹染色单体。此种方法称为差别染色,差别染色的成败关键,姐妹染色单体差别 染色成败之关键 很大程度上依赖于掺入是否成功。常用的核苷类似物有 5一溴脱氧脲嘧啶核苷(BrdU)、5一氟脱氧脲嘧啶核苷(FrdU)和5一溴脱氧胞嘧啶核昔(BrdC) 等 卤代核苷类似物,其中 BrdU最为常用。本文就以BrdU-Giemsa技术检测研究了正常细胞和肿瘤细胞的细胞动力学参数和姐妹染色单体交换频率(SCE)频率2 方案论证:1).初级的细胞周期分析方法早些年通过显微镜对细胞的观察发现细胞是通过有丝分裂而进行增殖的从而将细胞周期
10、分为细胞问期和有丝分裂期,在显微镜下可以看到有丝分裂期的细胞染色体凝聚。在两次有丝分裂之间的时间内除可看到细胞体积增大外对细胞内其他变化知之很少,此为从细胞形态上对细胞周期进行分析。通过显微镜进行的细胞周期分析是极为粗略的,直到发现染色体中的DNA里携带有遗传信息才对间期有一定的了解在细胞间期一个很短时间内通过在细胞培养液中掺人同位素标记的棱苷只在有DNA合成的细胞中才有被标记上同位素标记的核苷,从而检测到了染色体的复制 ,由此把间期分为3个期,即G1期(有丝分裂期与DNA复制开始的时间段),S期(即DNA合成的时间段),G2期(即S期与M期的时间段) 。但是这两种方法因耗材 、粗槌 、效率低
11、 而无法大规模地进行应用。2)传统的细胞周期分析方法 1969年,Van Dilla第一次在流式细胞仪上显示了DNA含量直方图后利用流式细胞仪进行 DNA含量测定成为细胞周期分析中最为广泛使用的方法。该方法的最大优点为不需对细胞进行同步化。这种DNA含量的细胞周期分析法固然简单,但对于今天的细胞周期研究,却显得过于粗略,因为它只能分辨出处于细胞周期中的3个细胞群体,即 G0/G1 期 、S期 、G2/M期细胞。 随着细胞生物学的发展 ,对细胞周期的分析也提出了更高的要求,Dolbeare F等 于 1983年根据BrdUrd为胸腺嘧啶脱氧核苷的类似物,发明了BrdUrD与DNA 同步分析细胞增
12、殖周期的方法 BrdUrd掺之前需要将DNA双链打开变成两个单链核酸,这时 BrdUrd 才暴露出来能够被抗 BrdUrd单抗识别,实现了对S期的分析 。 后来,叉相继出现了能对S期进行更为详细分期的 PCNA/DNA流式细胞术 及由表达于 G1、S、G2及M期,但不表达于G0期细胞的 Ki-67抗原发展而来的 Ki-67/DNA多参数流式细胞术分析方法,但作为细胞周期占时最长的GO/G1期 ,无法对其进行更详细的分析,Ki-67/DNA多参数流式细胞术生物学基础不明,限制其进一步发展Darzynkiewk等率先采用A O(吖啶橙)法进行细胞周期分析,A O既能结合DNA,又能结合RNA,因此
13、可对细胞中的 DNA和RNA同时进行分析,从而实现了对 G0、G1、S、G2 以及 M 期的分析,但由于A O法不易掌握、同时试剂的高酸性容易造成流式细胞仪样品管堵塞 ,限制了A O法的应用和发展 。 3) 细胞周期蛋白的发现、分类以及在各个细胞周期中的表达情况近年来,肿瘤研究中最具突破性的进展是确立了调控细胞周期进程的分子机制。这一机制涉及:细胞周期蛋白(cyclin),细胞周期蛋白依赖的蛋白激酶家族(CDKs)以及 CDKs抑制蛋白(CKIs)3种类型分子细胞周期蛋白分别在细胞周期的不同时期程序性合成和降解,同时作为调节亚基对CDK活性进行调节 ,CDK的活性还受磷酸化状态的影响。CKI能
14、结台 CDK - cyclin复合物井抑制其活性, CKI失活的异常,使细胞无限增殖。Tim Hunt最早在发育的海胆(sea urchin)和蚌卵(darn eggs)中证实这种蛋白质在分裂间期可以合成cyclins ,而在每次的有丝分裂期又非常快速而神奇地降解。最明显的两种蛋白质 MrS 58000和 62000呈周期性合成和降解,它们被称为 A-型和 B- 型cyclins。后又相继发现了cyclin D、E等细细胞周期蛋白。至今已发现了AI 多种细胞周期蛋白。cyclin家族的水平呈细胞周期依赖性改变,其家族中所有成员都带有约100个氨基酸序列明显相同的区域 ,这个区域被称为cycli
15、n盒。cyclin B1 与CDKI(以前称为EDC2)结合并激活形成有丝分裂促进因子( maturation promoting factor,MPF),该激酶的激活是细胞进入 M期所必需的。cyclin B1在细胞退出S期时逐渐增加,有 丝分裂时达到最高峰 ,当细胞进入有丝分裂后期时被降解。cyclin A可 与 CDC2或 CDK2结合并激活该激酶,这两种激酶的激活使细胞进入S 期和G2 期。cyclin A在 S 期的中期开始合成,G2期末到达最高峰并于有丝分裂前被迅速降解。cyclin E相应的激酶为CDK2,cyclin E与之结合是细胞进入S期必需的。cyclin E在 G1中期
16、开始合成,在细胞进入S期时达到最大,并于细胞通过S期时逐渐被降解。cyclin D有组织特异性,cyclin D1在纤维母细胞中有较高的表达但在淋巴细胞中只表达cyclin D2、D3。而 cyclin D1为阴性。cyclin D1在有丝分裂原的刺激下的G0期细胞表达达最高峰,当细胞进入对数生长期后降解,cyclin D的主要作用是结合并激活CDK4,该复合物磷酸化视网膜母细胞瘤肿瘤抑制基因蛋白(retinoblastoma tumor suppress geneprotein,pRb),pRb的磷酸化释放E2F因子,该因子的释放促进DNA的合成,使细胞进入S期。过去的细胞周期分析需对细胞进
17、行同步化,目前认为对细胞进行同步化后 导致了细胞的不平衡生长,并不能代表细胞增殖的真正情况。由于免疫学的进步, 单克隆抗体的产生,Gong J等率先用流式细胞仪同时对DNA及 cyclin进行标记的新一代细胞周期分析方法,真正显示了细胞增殖的情况。cyclin B1、A、E和D的时相性表达与细胞周期的主要分期有关。双变量cyclin对细胞DNA含量(正常人增生淋巴细胞的cyclin B1、A、E和成纤维母细胞的cyclin D1 )和cyclin B1 来说虽然在早、中S期有小量表达,但是主要表达于晚 G1期细胞,G2/M期含量最高。cyclin A于 S期渐进性增加 ,G1/M期达高峰,大多
18、数 G1期细胞的cyclin A要么阴性,要么极低水平表达。cyclin E的表达可总结为以下几点:在 G1-S转换时水平最高;通过S期时持续下降,G2+M期细胞为阴性;在G1-S 转换时cyclin E的表达有一个明显的阈值,在散点图或计数图上细胞群具有连续性,细胞需积累cyclin E达一定的阈值方可进入S期。在增生的淋巴细胞观察到的cyclin B1、A、E 表达的类似情况在正常成纤维母细胞和几种肿瘤细胞中也已观察到了。在正常的成纤维母细胞的对数生长期,cyclin D1的出现仅限于 G0/G1期 ,许多S 、G2/M期cyclin D1为阴性,仅极少数相当于G2/M期 DNA含量的细胞
19、有cyclin D1的表达,这可能是成对的G1期细胞,在 U2-OS肉瘤细胞和C82杂交瘤细胞系中的cyclin D2表达类似于成纤维母细胞的cyclin D1的表达,另外在对数生长期用分裂原刺激人淋巴细胞cyclin D3的表达也差不多,基本上在 G0/G1 期表达,大多S、G2/M期细胞为阴性。cyclin D1仅在早G1期为阳性,G2/M期为阴性,可能是由于分裂后细胞不能立即继承这些蛋白质。但它是在早G1期台成,进入S期前降解。需要指出的是,细胞在对数生长期所受的任何影响如亚融合状态、加入含血清的新鲜培养基、细胞生长抑制物(抗肿瘤药物)均可明显改变cyclin表达,包括其绝对水平及在细胞
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