细胞周期作业--谷宁宁ppt

1、CELL CYCLE讲课人：谷宁宁主要内容l诺贝尔奖获得者及其研究成果诺贝尔奖获得者及其研究成果l细胞周期概述细胞周期概述l细胞周期各时相及主要事件细胞周期各时相及主要事件l细胞周期同步化细胞周期同步化l特殊的细胞周期特殊的细胞周期细胞增殖的意义细胞增殖(cell proliferation)是细胞生命活动的重要特征之一, 是生物繁育的基础。单细胞生物细胞增殖导致生物个体数量的增加。多细胞生物由一个单细胞即受精卵分裂发育而来，细胞增殖是多细胞生物繁殖基础。成体生物仍然需要细胞增殖，主要取代衰老死亡的细胞，维持个体细胞数量的相对平衡和机体的正常功能。机体创伤愈合、组织再生、病理组织修复等，都要依

2、赖细胞增殖。 所有生物体都由通过分裂而增殖的细胞构成。一个成年人大约拥有100万亿个细胞，而这些细胞都源于一个受精卵细胞。同时，成年人机体中大量的细胞还通过不断的分裂产生新细胞，以取代那些死亡细胞。细胞必须长大到一定的程度，复制染色体，并把染色体准确地分给两个子细胞，然后细胞才能分裂。这些不同的进程成为细胞周期。 荣获2001年诺贝尔生理学或医学奖的科学家做出了有关细胞周期的重要发现。他们识别出了所有真核生物中调节细胞周期的关键分子，真核生物包括酵母菌、植物、动物和人。 这些基础的发现对细胞生长的所有方面都具有巨大的影响。细胞周期控制的缺陷会导致肿瘤细胞中的某种染色体改变。这些发现能让我们在今

3、后很长的时间内创造治疗癌症的新方法。 哈特韦尔因为发现了控制细胞周期的一类特异基因而受奖。其中一个叫“启动器”的基因对控制每个细胞周期的初始阶段具有主要作用。哈特韦尔还引入了一个概念“检验点”，对于理解细胞周期很有帮助。 纳斯用遗传学和分子学方法，识别克隆并描绘了细胞周期的一个关键调节物质CDK。他发现CDK的功能在进化中被很好的保存了下来。CDK是通过对其他蛋白质的化学修饰来驱动细胞周期的。 亨特的贡献是发现了细胞周期蛋白（cyclin）调节CDK功能的蛋白质。他发现细胞周期蛋白在每次细胞分裂中都周期性地降解，该机制被证明对控制细胞周期全程的重要性。 2001年的诺贝尔生理医学奖颁发给三位研

4、究细胞周期（cell cycle)的生物学家：美国的利兰哈特韦尔（Leland Haetwell)以及英国的蒂莫西汉德（Timothy Hunt）与保罗诺尔斯（Paul Nruse），以表扬它们发现细胞周期的调控因子的重大贡献。 Hartwell 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cdc28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cdc

5、25分别表现为抑制和促进cdc2的活性。FISSION YEAST BUDDING YEAST Cdc 25 & Wee1 mutant T. 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 BLeland H. Hartwell R. Timothy (Tim) Hunt Sir Paul M. Nurse 2001年10月8日美国人Lela

6、ndHartwell、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。第一节 细胞周期一、细胞周期概述一、细胞周期概述细胞周期细胞周期:是指连续分裂的细胞从一次有丝分是指连续分裂的细胞从一次有丝分裂结束后裂结束后 开始生长到下次有丝分裂终止所经开始生长到下次有丝分裂终止所经历的全过程。历的全过程。 细胞周期的基本功能是使染色体遗传物质精确细胞周期的基本功能是使染色体遗传物质精确的复制并均等地分配到两个子细胞中去的复制并均等地分配到两个子细胞中去v标准的细胞周期标准的细胞周期:间期间期: G1-S-G2（间期分为三个事相的原因？）（间期分为三个事相

7、的原因？）M 期期: 核分裂期（核分裂期（Mitosis）, 胞质分裂期（胞质分裂期（Cytokinesis）v 细胞周期持续时间细胞周期持续时间其中一些真核细胞周期时间其中一些真核细胞周期时间 G1期的持续时间最长且变化最大期的持续时间最长且变化最大早期胚胎细胞分裂无早期胚胎细胞分裂无G1和和G2期期 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。限制点( restriction point ，R点)：

8、 在G1期晚期有一个不可逆转的点，称为限制点。细胞通过此点，就能完成S、G2、M期，就可进入S期，否则，细胞周期进程则发生滞留。在芽殖酵母中该点被称为起始点。二二. . 细胞周期各时相及主要事件细胞周期各时相及主要事件检验点：为了保证细胞染色体数目的完整性及细胞周期正常运转，可对细胞周期发生的重要事件及出现的故障加以检测，当这些事件完成或故障修复后，才允许细胞周期进一步运行的监控系统。细胞周期的调控点，称检验点。图图 细胞周期检验点及主要事件细胞周期检验点及主要事件细胞周期各时相的主要特征细胞周期各时相的主要特征检验点 细胞周期检验点 G1期检验点 S期检验点 G2期检验点 纺锤体检验点细胞周

9、期各时相的主要特征细胞周期各时相的主要特征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。细胞周期各时相的主要特征细胞周期各时相的主要特征 G1期检验点 主要监控细胞个体大小及遗传物质的完整性，一旦检测到基因组结构异常，细胞就会迅速启动修复系统。细胞周期各时相的主要特征细胞周期各时相的主要特征S 期 真核细胞新合成的DNA立即与组蛋白结合，共同组成核小体串珠结构。细胞周期各时相的主要特征细胞周期各时相的主要特征S期检验点 检测细胞内存在的DNA损伤并阻断DNA复制的继续进行细胞周期各时相的主要特征细胞周期各时相的主要特征G2期合成一

10、定数量的蛋白质和RNA分子细胞周期各时相的主要特征细胞周期各时相的主要特征G2期检验点 检查DNA是否完成复制，细胞是否以生长到合适大小，环境因素是否利于细胞分裂等。组织带有DNA损伤的细胞进入M期，确保细胞基因组的完整性和稳定性。细胞周期各时相的主要特征细胞周期各时相的主要特征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，即有丝分裂和减数分裂。遗传物质和细胞内其他物质分配给子细胞。细胞周期各时相的主要特征细胞周期各时相的主要特征纺锤体检验点 监控着纺锤体微管与着丝点之间的连接并且促使有丝分裂中姐妹染色单体或减数分裂中同源染色体间张力的形成。G1 phaseG1 phase:

11、:与与DNADNA合成启动相关，开始合成细胞生合成启动相关，开始合成细胞生 长所需要的多种蛋白质、长所需要的多种蛋白质、RNARNA、碳水化合物、脂、碳水化合物、脂 等，同时染色质去凝集。等，同时染色质去凝集。S phaseS phase: DNA: DNA复制与组蛋白合成同步，组成核小复制与组蛋白合成同步，组成核小体串珠结构体串珠结构G2 phaseG2 phase: : 合成一定数量的蛋白质和合成一定数量的蛋白质和RNARNA分子分子M phaseM phase: : 有丝分裂有丝分裂, , 减数分裂和胞质分裂减数分裂和胞质分裂两个子细胞两个子细胞染色体浓缩染色体浓缩纺锤体纺锤体收缩环收缩

12、环 小结小结细胞周期各时相及主要事细胞周期各时相及主要事件件脉冲标记脉冲标记DNA复制和细胞分裂指数观察复制和细胞分裂指数观察测定法（测定法（PLM法）法）流式细胞仪测定法流式细胞仪测定法(Flow Cytometry)缩时摄像技术，可以得到准确的细胞周缩时摄像技术，可以得到准确的细胞周期时间及分裂间期和分裂期的准确时间。期时间及分裂间期和分裂期的准确时间。v 细胞周期长短测定PLM法标记有丝分裂百分率法标记有丝分裂百分率法(percentage labeled mitoses，PLM)：对测定：对测定细胞进行脉冲标记、定时取材、利用放射自显影技术显示标记细胞，细胞进行脉冲标记、定时取材、利用

13、放射自显影技术显示标记细胞，通过统计标记有丝分裂细胞百分数的办法来测定细胞周期。放射标通过统计标记有丝分裂细胞百分数的办法来测定细胞周期。放射标记物为记物为3H或者或者14C标记的标记的TdR。流式细胞仪法三、细胞周期同步化 定义：指在自然过程中发生或经人为处理造成定义：指在自然过程中发生或经人为处理造成的细胞周期一致的现象。的细胞周期一致的现象。细胞同步化细胞同步化自然同步化自然同步化人工人工选择同选择同步法步法诱导同步法诱导同步法 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。（一）自然同步化（二）人工同步化 1. 选择

14、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。图：从培养细胞中收集图：从培养细胞中收集M期细胞的同步化方法期细胞的同步化方法 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，个别细胞体积增大。DNA合成阻断法（ TdR 双阻断法）（2）分裂中期阻断法：通过抑制微管聚合来抑制细胞分裂器的形成，如秋水仙素、秋水酰胺和 nocodazole

15、等，从而有效抑制细胞分裂器的形成，将细胞阻断在分裂中期的细胞周期同步方法。优点：操作简便，效率高。缺点：这些药物的毒性相对较大.小结细胞周期同步化自然同步化人工同步化选择同步化诱导同步化有丝分裂法密度梯度离心法DNA合成阻断法中期阻断法1.早期胚胎细胞的细胞周期四、特殊的细胞周期图：卵裂过程子细胞在子细胞在G1、G2期并不生长，越分裂体积越小期并不生长，越分裂体积越小 细胞分裂快,无G1期, G2期非常短,S期也短(所 有复制子都激活), 以至认为仅含有S期和M期无需临时合成其它物质细胞周期调控因子和调节机制与一般体细胞标 准的细胞周期基本是一致的2.酵母细胞的细胞周期 酵母细胞的细胞周期与标

16、准的细胞周期在时相和调控方面相似。酵母周期运转过程也包括G1期、S期、G2期和M期4个时相。特点:1.酵母细胞周期持续时间较短；2.细胞分裂过程属于封闭式，即在细胞分裂时核膜不解聚；3.纺锤体位于细胞核内；在一定环境下，也进行有性繁殖芽殖酵母细胞周期芽殖酵母细胞周期裂殖酵母细胞周期裂殖酵母细胞周期3.植物细胞的细胞周期植物细胞的细胞周期与动物细胞的标准细胞周期非常相似，含有G1期、S期、G2期和M期四个时期。植物细胞不含中心体，但在细胞分裂时可以正常组装纺锤体。植物细胞以形成中间板的形式进行胞质分裂。植物细胞的有丝分裂4.细菌的细胞周期 慢生长细菌细胞周期过程与真核细胞周期过程有一定相似之处。其DNA复制之前的准备时间与G1期类似。分裂之前的准备时间与G2期类似。再加上S期和M期