生物细胞第十三章细胞周期.ppt

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1、http:/CELL CYCLE细胞增殖是生命的基本特征。初生婴儿1012个细胞，成人1014个，约200种类型。成人每秒钟有数百万新细胞产生。一个大肠杆菌若按20分钟分裂一次，并保持这一速度，则两天即可超过地球的重量。http:/第一节 基本概念MAJOR CONCEPTS一、什么是细胞周期 细胞分裂结束到下一次细胞分裂结束所经历的过程。分为：G1期(gap1)，分裂完成到DNA复制之前。S期(synthesis phase)，DNA复制阶段。G2期(gap2)，DNA复制完成到分裂之前。M期，又称D期，分裂开始到结束。Eucaryotic Cell Cycle Atypicalmammal

2、iancellhasacellcycletimeof24hours,with12hrG1,6-8hrS,3-4hrG2,and1hrM根据细胞周期可将高等动物细胞分为3类：连续分裂细胞，如表皮生发层、骨髓干细胞。休眠细胞，暂不分裂，适当刺激下可重新进入细胞周期，称G0期细胞，如淋巴细胞、肝、肾细胞等。不分裂细胞，又称终端细胞，不再分裂，如神经、肌肉、多形核细胞等。二、细胞周期时间的测定G1期差异较大，M期最短，约0.54.5小时。周期长短与物种/细胞类型有关。测定方法：标记有丝分裂百分率法（PLM），用3H TDR对测定细胞脉冲标记、定时取材，通过统计标记有丝分裂细胞百分数来测定细胞周期。50

3、100TG20TMTsTcTG2+1/2TMTPLM常以（TG2+1/2TM）-TG2的方式求出TM三、细胞同步化（一）自然同步化1.多核体：粘菌、疟原虫。2.水生动物受精卵：海胆、两栖类。3.增殖抑制解除后的同步分裂：真菌休眠孢子。（二）人工同步化1.选择同步化1）有丝分裂选择法优点：操作简单，同步化程度高，细胞不受药物伤害。缺点：获得的细胞数量较少（分裂细胞约占1%2%）。2）细胞沉降分离法优点：可用于任何悬浮培养的细胞。缺点：同步化程度较低。2.诱导同步化1）DNA合成阻断法：用DNA合成抑制剂，可逆阻断细胞周期，然后释放。常用TDR双阻断法。优点：同步化程度高；缺点：产生非均衡生长，个

4、别细胞体积增大。2）中期阻断法用秋水仙素等微管抑制剂将细胞阻断在中期。优点是便于观察染色体，缺点是可逆性较差。http:/第二节 有丝分裂MITOSIS一、细胞分裂的类型无 丝 分 裂：又 称 直 接 分 裂，由Remark（1841）发现于鸡胚血细胞，不涉及纺锤体形成及染色体变化。有丝分裂：又称间接分裂，由Fleming(1882)和Strasburger(1880)发现。减数分裂：DNA复制1次，细胞连续分裂2次。二、有丝分裂过程为了便于描述人为的划分为六个时期：间期（interphase）；前期(prophase)；前中期(premetaphase)；中期(metaphase)；后期(a

5、naphase)；末期(telophase)。间期包括G1期、S期和G2期，进行DNA、中心体复制，细胞体积增大等准备工作。（一）前期（一）前期染色质凝缩，分裂极确立与纺锤体开始形成，核仁解体，核膜消失。S期中心粒已完成复制，核膜解体时，中心粒已到达两极，并形成纺锤体。纺锤体的三种微管结构：极体微管（polar mt）；着丝点微管（kinetochore mt；星体微管（astral mt）。Twocentrosomes,andtheirformingradialarraysofastralmicrotubulesseparatingonthesurfaceofanearlyprophasen

6、ewtlungcellnucleus.图片来自图片来自（二）前中期（二）前中期从核膜解体到染色体排列到赤道面上。（三）中期（三）中期染色体排列到赤道面上。（四）后期（四）后期指妹妹染色体单体分开并移向两极的时期。分为后期A、后期B两个过程。Anaphase A:separation of the sister chromatids.Anaphase B:separation of the poles.植物细胞有没有后期B？Microtubules and Motors in the spindle（五）末期从子染色体到达两极，至形成两个新细胞为止的时期。涉及子核的形成和胞质分裂两个方面。末期核

7、纤肽B去磷酸化，介导核膜重新装配，同时染色体解聚缩，核仁出现和核膜重新形成。核分裂与胞质分裂是相继发生的，属于两个分离的过程，如：大多数昆虫的卵，核可进行多次分裂而无胞质分裂，某些藻类的多核细胞可长达数尺，以后胞质才分裂形成单核细胞。子核的形成与胞质分裂子核的形成与胞质分裂动物的胞质分裂通过胞质收缩环的收缩实现，收缩环由平行排列的肌动蛋白组成。用细胞松弛素处理这一时期的细胞，会出现什么现象？DividingMuscleMyoblast(primitivemusclecell)(SEMx8,000)植物细胞末期近两极处纺锤丝消失，中间微管保留，形成成膜体。来自高尔基体囊泡沿微管转运到成膜体中间。

8、融合形成细胞板，囊泡的内含物形成初生壁和中胶层，囊泡膜形成质膜，融合留下的管道形成胞间连丝。第三节 减数分裂Meiosis由连续两次分裂构成：通常减数分裂I分离的是同源染色体，所以称为异型分裂（heterotypic division）或减数分裂（reductional division）。减数分裂II分离的是姊妹染色体，类似于有丝分裂，所以称为同型分裂（homotypic division）或均等分裂（equational division）。为了描述方便将减数分裂分为不同时期。MeiosisConcepts:1.Gameticmeiosis2.Sporicmeiosis3.Zygoticm

9、eiosis一、间期称 前 减 数 分 裂 间 期 或 前 减 数 分 裂 期(premeiosis)，也分为G1、S和G2期。G2期是有丝分裂向减数分裂转化的关键时期。S期时间较长，部分DNA（约0.3%左右）是在合线期合成的。二、分裂期（一）减数分裂I1.前期I通常分为5个时期：leptotene，zygotene，pachytene，diplotene，diakinesis。2.中期I3.后期I：同源染色体随机分向两极，染色体重组，人类染色体重组概率有223个。4.末期I5.减数分裂间期。（二）减数分裂II可分为前、中、后、末四个四期，与有丝分裂相似。一个精母细胞形成4个精子；一个卵母细

10、胞形成一个卵子及2-3个极体。Chromosome recombination 1Chromosome recombination 2Minimumnumberofgametetypes=2n,Inhumans,n=23三、联会复合体SC由两条同源染色体沿纵轴形成，外观呈梯子状。SC帮助交换的完成，SC上有重组节，是交换发生的部位。SC主要由碱性蛋白质和RNA组成，含有少量DNA。SC形成合线期，成熟于粗线期，消失于双线期。在细线期/合线期加入DNA合成抑制剂，则抑制SC形成。synaptonemal complexhttp:/第四节 细胞周期调控CELL CYCLE CONTROL一、研究背

11、景1970s Rao等发现与M期细胞(Hela)融合的间期细胞染色体发生凝缩，称为早熟凝集染色体。G1期PCC为单线状，因DNA未复制。S期PCC为粉末状，因DNA由多个部位开始复制。G2期PCC为双线染色体，说明DNA复制已完成。不同类的M期细胞也可诱导PCC产生，说明M期细胞具有促进间期细胞进行分裂的因子，即成熟促进因子(MPF)。prematurelycondensedchromosome，PCCG1SG2Hartwell 1960s,Nurse 1970s 分别以芽殖酵母和裂殖酵母为材料，利用温度敏感突变株，发现许多与细胞分裂有关的基因(cdc)。如：裂殖酵母cdc2、芽殖酵母cdc2

12、8突变型在限制温度下无法分裂；wee1突变型则提早分裂，cdc25突变型细胞体积增大而不分裂；cdc2和cdc28都编码34KD的蛋白激酶，促进细胞周期进行，weel和cdc25分别表现为抑制和促进cdc2的活性。FISSION YEAST BUDDING YEAST Cdc 25&Wee1 mutantT.Hunt 1980s发现海胆的卵裂过程中两种蛋白质的含量随细胞周期振荡，命名为cyclin A和B，其mRNA能诱导蛙卵成熟。1988年Lohka将非洲爪蟾的MPF纯化。经鉴定MPF由32KD和45KD两种蛋白组成，是一种丝氨酸/苏氨酸激酶。进一步的研究发现MPF=cdc2+clyclin

13、 BLeland H.Hartwell R.Timothy(Tim)Hunt Sir Paul M.Nurse 2001年10月8日美国人LelandHartwell、英国人PaulNurse、TimothyHunt因对细胞周期调控机理的研究而获诺贝尔生理医学奖。二、CDKcdc2与细胞周期蛋白结合才具有激酶的活性，故名细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK)。cdc2又称CDK1，可将特定蛋白磷酸化，如：将核纤肽磷酸化导致核纤层解体、核膜消失；将H1磷酸化导致染色体的凝缩等。在动物中已知7种CDK。均含PSTAIRE保守序列，与周期蛋白的结合有关。三、细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子CKI对细胞周期起

14、负调控作用，分为：Ink4:抑制cdk4cyclin D1,cdk6cyclin D1。Kip：抑制大多数CDK。其中P21cip1还能与DNA聚合酶的辅助因子PCNA结合，直接抑制DNA的合成。四、细胞周期蛋白cyclin特点：在细胞周期中呈周期性变化。含有一段约100个氨基酸的保守序列，称为周期蛋白框，介导与CDK结合。作用：激活和引导CDK作用于不同底物。已知30余种，分为4类：G1型、G1/S型、S型、M型。不同类型的CDK/cyclin复合体*包括D1-3，各亚型cyclin D在不同细胞中的表达量不同，但具有相同的功效。G1期，在生长因子的刺激下，cyclin D表达，并与CDK4

15、、CDK6结合，使下游的蛋白质如Rb磷酸化，释放转录因子E2F，促进许多基因的转录，如编码cyclinE、A和CDK1的基因。G1-S期，cyclinE与CDK2结合，激活DNA复制。G2-M期，cyclinA、cyclinB与CDK1结合，CDK1引起染色体凝缩、核膜解体等。G1 CDK activate transcription factor E2FCELLCYCLEREGULATION中期当MPF活性达到最高时，激活APC，通过泛素化途径降解cyclin B，完成细胞周期。分裂期周期蛋白N端具有降解盒。泛素由76个氨基酸组成，高度保守。共价结合泛素的蛋白能被蛋白酶体识别和降解，是细胞内

16、短寿命蛋白和异常蛋白降解的普遍途径。Destruction Box in Cyclins26S蛋白酶体是大型的蛋白酶，可将泛素化的蛋白质分解成短肽。M期CDK的激活起始于分裂期cyclin的积累。结合cyclinB的CDK1被Wee1将Thr14和Tyr15磷酸化而不具有活性，使CDK/cyclin不断积累。在M期，Wee1的活性下降，cdc25使CDK去磷酸化，去除了CDK活化的障碍。CDK的激活需要Thr161的磷酸化，它是在CDK激酶(CDKactivatingkinaseCAK)的作用下完成的。五、M期CDK的激活CDK ACTIVATING六、细胞周期检验点（check point）

17、组成：感受器、信号传导通路、效应器。主要检验点：G1/S检验点：DNA是否损伤？细胞外环境是否适宜？细胞体积是否足够大？在酵母中称start点，在哺乳动物中称R点(restriction point)。S期检验点：DNA复制是否完成？G2/M检验点：DNA是否损伤？细胞体积是否足够大？中-后期检验点：纺锤体组装检验点。FOUR CHECKPOINTSATM（ataxia telangiectasia-mutated gene）最早发现于毛细血管扩张性共济失调症患者，人类中大约有1%的人是ATM缺失的杂合子，表现出对电离辐射敏感和易患癌症。ATM编码一个蛋白激酶，结合在损伤的DNA上，其信号通路

18、有两条。激活Chk1（checkpoint kinase）,使cdc25的Ser216磷酸化失去活性，抑制M-CDK的活性，中断细胞周期。激活Chk2，使P53被磷酸化而激活，然后P53作为转录因子，导致P21表达，P21抑制G1-S期CDK的活性，中断细胞周期。七、生长因子对细胞增殖的影响生长因子是与细胞增殖有关的信号物质，已知几十种，多数能促进细胞增殖。作用方式：旁分泌。信号通路：ras、cAMP、磷脂酰肌醇途径。如通过ras途径，激活MAPK，MAPK进入细胞核内，激活c-myc，myc作为转录因子促进cyclin D、SCF、E2F等G1-S有关的基因表达，细胞进入G1期。See you!