第十二章 -细胞增殖及其调控课件

embryo→babydivision细胞增殖是细胞生命活动的基本特征之一第十二章细胞增殖及其调控第十二章___细胞增殖及其调控细胞增殖(cellproliferation):亲代细胞(mothercell)经物质准备，细胞分裂（celldivision）产生子代细胞(daughtercell)的过程。无丝分裂（直接分裂）有丝分裂（间接分裂）减数分裂细胞增殖的方式细胞增殖是通过细胞周期（cellcycle）来实现细胞周期的有序运行是通过相关基因的严格监视和调控来保证第十二章___细胞增殖及其调控第十二章细胞增殖及其调控第一节

基本概念

第三节细胞周期调控第二节细胞分裂细胞生物学教程

(cellbiology

)第十二章___细胞增殖及其调控第一节基本概念一、细胞周期三、细胞同步化

二、细胞周期检验点

第十二章___细胞增殖及其调控

连续分裂的细胞从上次细胞分裂(celldivision)结束开始，经过物质积累过程，直到本次细胞分裂结束为止所经历的过程。一、细胞周期①准确地复制DNA；②合成细胞结构和功能性物质；③建立有关细胞分裂的结构和信息传递机制；④细胞核和细胞质分裂。★细胞周期时相G1-S-G2-M★细胞周期长短测定第十二章___细胞增殖及其调控

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

人大肠粘膜241011.520.514

人宫颈癌2086.84.51.512人羊膜19.49.86.82.20.69.6大鼠肝47.528161.81.715.5人肺成纤维细胞16.86640.810.8不同细胞的周期时相细胞时相(小时)不同细胞的TC差别很大；TC与TG1的变化一致,TC长短差异决定于TG1;TS+

TG2+

TM值比较稳定,约12-24小时；TM较短,约1小时左右。第十二章___细胞增殖及其调控2001年诺贝尔生理学/医学奖

◆LelandH.Hartwell发现了控制细胞周期的基因，其中被称为“START”

的基因对控制各个细胞周期的最初阶段具有决定性的作用。◆PaulM.Nurse发现了CDK.◆R.TimHunt发现了调节CDK的功能物质周期蛋白.第十二章___细胞增殖及其调控

用3H-TDR对测定细胞脉冲标记、定时取材，利用放射自显影技术显示标记细胞，通过统计标记的有丝分裂期（M期）细胞百分数（PLM），来测定细胞周期。脉冲标记有丝分裂百分率PLM(percentagemitoses)法①待测细胞经3H-TDR标记后，所有S期细胞的DNA均被标记。②置换无标记培养液。S期细胞经G2期才进入M期，所以一段时间内PLM=0。③开始出现标记M期细胞时，表示处于S期最晚阶段的细胞，已渡过G2期，所以从PLM=0到出现PLM的时间间隔为TG2。④S期细胞逐渐进入M期，PLM上升，到达到最高点的时候说明来自处于S最晚阶段的细胞，已完成M，将进入G1期。所以从开始出现PLM到PLM达到最高点（≈100%）及所持续的时间时间就是TM。⑤当PLM开始下降时，表明处于S期最早阶段的细胞也已进入M期，所以出现（

TG2）PLM到PLM又开始下降（TG2

+TS

）的一段时间等于TS。⑥从PLM出现到下一次PLM出现的时间间隔就等于TC。根据TC=TG1+TS+TG2+TM即可求出的TG1长度。第十二章___细胞增殖及其调控早中晚第十二章___细胞增殖及其调控50100TG20TMTsTcTPLM注意：在实际工作中，由于各种因素的影响，PLM的最大值达不到1。为减少误差，常采用半高度法读数。第十二章___细胞增殖及其调控流式细胞仪分析细胞周期利用流式细胞仪（FCM

）对处于快速流动的单列细胞或生物颗粒进行多参数、快速（每秒可达1000-10000个）的定量分析和分选（纯度可达99%以上）。标本→流动系统→激光系统→信号处理系统→放大系统→计算机系统第十二章___细胞增殖及其调控流式细胞仪PI（碘化丙锭）染色法分析细胞周期细胞周期G2MG0G1s02004006008001000G0G1sG2MDNA含量分析细胞数量2N4N

PI与细胞内DNA结合（RNA已被消化）后，细胞的荧光强度直接反映了细胞内DNA含量的多少，通过流式细胞仪对细胞内DNA的含量及在不同时间内的变化进行检测时，可以分析不同细胞周期时相各细胞亚群比例和细胞周期时间长短。第十二章___细胞增殖及其调控PI标记的细胞周期时相分析G1SG2第十二章___细胞增殖及其调控二、细胞周期检验点G1期检测点(限制点

restriction,R点）：DNA损伤检验点。S期检测点：DNA复制检验点。G2/M检测点：DNA损伤检验点。中-后期检测点：纺锤体组装检验点。

真核生物细胞周期中决定细胞能否进入下一个时相的监控点,是细胞周期中存在的一种反馈调节机制。G1关卡G2关卡中期关卡S关卡第十二章___细胞增殖及其调控

通过Ｇ1期限制点的调节，Ｇ1期细胞可有三种去向：死亡终末分化细胞（特化细胞）G0休眠细胞周期性细胞(cyclingcell)第十二章___细胞增殖及其调控G0期细胞：有些细胞会暂时离开细胞周期，停止细胞分裂，进入G0期，去执行某种生物功能或进行细胞分化。一旦得到信号指示，会快速返回细胞周期，分裂增殖。多发生在G1期。第十二章___细胞增殖及其调控三、细胞同步化◆选择同步法(selectionsynchrony)

有丝分裂抖落法密度梯度离心法◆诱导同步法(inductionsynchrony)

DNA合成阻断法分裂中期阻断法◆自然同步化

某些受精卵早期卵裂

在自然过程中发生或经人为处理造成的使整个细胞群体共同进入细胞周期同一时相的现象。物理方法化学方法第十二章___细胞增殖及其调控Fruitflyembryo第十二章___细胞增殖及其调控–

优点：操作简单，同步化程度高，细胞不受药物伤害。M期细胞与培养皿的附着性低，振荡脱离器壁收集。

–

缺点：获得的细胞数量较少。

有丝分裂抖落法：第十二章___细胞增殖及其调控DNA合成阻断法选用DNA合成的抑制剂，可逆地抑制DNA合成。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。思考：对TS

＞TG1＋TG2＋TM细胞能否适用此法？

T阻≧TG1＋TG2＋TMTS﹤T释﹤

TG1＋TG2＋TM运行抑制释放抑制第十二章___细胞增殖及其调控一、有丝分裂(mitosis)二、减数分裂(Meiosis)第二节细胞分裂第十二章___细胞增殖及其调控一、有丝分裂(mitosis)1.前期(prophase)2.前中期(premetaphase)3.中期(metaphase)4.后期(anaphase)

5.末期(telophase)

6.胞质分裂(Cytokinesis)第十二章___细胞增殖及其调控染色质凝缩（起始）1.前期(prophase)核膜消失（结束）核仁解体→细胞骨架解聚分裂极确立与纺锤体开始装配

第十二章___细胞增殖及其调控PCC(提早集缩染色体)G2期PCC为双线染色体G1期PCC为单线状DNA未复制S期PCC为粉末状正在复制的DNA容易受损伤，是DNA断裂的结果说明DNA复制已完成。将处于分裂期(M期)的细胞与处于细胞周期其他阶段的细胞融合,使其他期细胞的染色质提早包装成染色体。第十二章___细胞增殖及其调控2.前中期(premetaphase)核膜消失（起始）→纺锤体形成→染色体往赤道面排列（结束）第十二章___细胞增殖及其调控中心粒星体微管极微管（连续丝）横桥（分子马达蛋白）动粒微管动粒纺锤体形成（动粒微管+极微管）有丝分裂器(临时性细胞器)第十二章___细胞增殖及其调控3.中期(metaphase)所有染色体排列到赤道板(equatorialplate)；纺锤体检查点(Mad2、Bub1等染色体动粒蛋白构成)第十二章___细胞增殖及其调控染色体排列机制牵拉平衡假说外推平衡假说动粒微管的延伸所产生的牵拉作用.星体产生的排斥作用

第十二章___细胞增殖及其调控4.后期(anaphase)姊妹染色单体分开子染色体到达两极(2)后期B:极微管在正端聚合而延长，两极间距离逐渐增长；(1)后期A:动粒微管在动粒端（正端）解聚而缩短，拉动染色单体移向两极；管第十二章___细胞增殖及其调控后期A动粒微管的缩短中期动粒微管的动态稳定-动力蛋白第十二章___细胞增殖及其调控1.驱动蛋白在重叠区从负极走向正极使极微管向相反方向滑动2.动力蛋白与星体和两端的细胞膜结合，从正极走向微管负极，朝细胞两极牵拉星体微管。后期B纺锤体变长的动力来源第十二章___细胞增殖及其调控5.末期(telophase)

子染色体到达两极形成两个新细胞核膜重建第十二章___细胞增殖及其调控

核膜的解体与重建

早末期磷酸化第十二章___细胞增殖及其调控动物细胞胞质分裂形成分裂沟收缩环第十二章___细胞增殖及其调控植物细胞胞质分裂形成细胞板第十二章___细胞增殖及其调控二、减数分裂(Meiosis)DNA复制同源染色体配对复制的同源染色体对排列在赤道面上复制的染色体各自排列在赤道面上细胞分裂Ⅰ细胞分裂Ⅱ细胞分裂1.减数分裂主要是发生在生殖细胞产生的某个阶段；2.遗传物质只复制一次，细胞连续分裂两次，导致染色体数目减半；3.减数分裂前间期的S期持续时间较长，少量DNA没有复制；4.前期Ⅰ变化复杂，同源染色体配对、联会、重组，产生遗传多样性；5.减数分裂时间较长。第十二章___细胞增殖及其调控减数分裂(meiosis)减数分裂的第一次分裂与有丝分裂相似细线期(leptotene)偶线期(zygotene)粗线期(pachytene)双线期(diplotene)终变期(diakinesis)前期中期后期末期间期G1SG2合成大部分DNA，而不是全部减数分裂的第二次分裂（间期）第十二章___细胞增殖及其调控偶线期同源染色体配对，称为联会(synapsis)；第十二章___细胞增殖及其调控联会复合体（SC）SC由两条同源染色体沿纵轴形成，外观呈梯子状。SC主要由碱性蛋白质和RNA组成，并含有少量DNA。SC上有重组节是交换发生的部位。SC在细线期开始装配，形成于偶线期，成熟于粗线期，消失于双线期。第十二章___细胞增殖及其调控同源染色体联会时的交换和交叉双线期二价体第十二章___细胞增殖及其调控第三节细胞周期调控一、周期蛋白（cyclin）二、Cdk与Cyclin-Cdk复合物三、Cdk抑制物(CDKI)第十二章___细胞增殖及其调控一、周期蛋白特点：

周期蛋白的降解参与细胞周期调控的蛋白，其浓度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。激活不同时期周期蛋白依赖性蛋白激酶（Cdk），引导Cdk作用于不同底物。作用：类型：泛素介导的cylinA、B的降解，调控细胞分裂的进程。第十二章___细胞增殖及其调控周期蛋白调节Cdk的激酶活性第十二章___细胞增殖及其调控细胞周期蛋白的种类及其特点cyclinB晚G1期G2/MM中/后期种类开始表达期高峰期消失期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___细胞增殖及其调控E1泛素活化酶泛素转移酶泛素连接酶E2E3促后期复合物(APC)第十二章___细胞增殖及其调控二、Cdk与周期蛋白-Cdk复合物(CdkC)周期蛋白-Cdk复合物的多样性Cdk活性随周期蛋白（Cyclic）浓度变化而变化哺乳动物细胞内至少存从Cdk1（Cdc2）至Cdk12共12种Cdk第十二章___细胞增殖及其调控Cyclin-Cdk复合物的多样性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的过渡

DNAReplication

G2/M期过渡

中期/后期过渡

不同的Cyclin-Cdk在不同的时相表现活性，影响不同的下游事件。(MPF)第十二章___细胞增殖及其调控生长因子的刺激下，G1期cyclinD和cyclinE表达，形成G1-CdkC

。pRb被G1-CdkC磷酸化，pRb释放出转录因子E2F。E2F促使相关基因的转录。（DNA前复制复合体装配）促进细胞通过R点进入S期。（G1→S）G1-CdkC复合物调控G1/S的转化

第十二章___细胞增殖及其调控G1期完成前复制复合体（pre-RC）的装配（“DNA复制执照因子”）。S期S-CdkC（cyclinA－Cdk2

）将Cdc6磷酸化，触发pre-RC的启动，同时阻止了DNA再次进行复制（S期检测点）DNA在一个细胞周期仅复制一次！复制起始点DNA的复制思考：用同步化的S期细胞分别与G1期细胞和G2期细胞融合,将产生什么结果,为什么？第十二章___细胞增殖及其调控催化亚基:Cdc2或Cdk1调节亚基：CyclinBM期Cyclin-Cdk复合物（M-CdkC）MPF=CyclinB

+Cdc2MPFCdk1的调节与活化活化的MPF可使更多的MPF活化激酶与磷酸酶的调节MPF启动细胞从G2期过渡到M期的相关事件，促使G2期→M期；激活APC，促使M期由中期向后期过渡。第十二章___细胞增殖及其调控CAK

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

，抑制其活性磷酸酶Cdc25使Cdk1去磷酸化，MPF复合物激活。保证了MPF能够不断积累，在需要的时候突然释放。

Cdc25和wee1突变分别会使增殖细胞的形态发生什么变化?思考:第十二章___细胞增殖及其调控酵母(Schizosaccharomycespombe)生长到一定阶段后便能进行分裂增殖。一位教授在实验室分离得到两株突变酵母，cdc25-和wee1-,但忘了标记这两株酵母分别是什么突变。根据细胞周期调控的相关知识，你只需用一台普通光学显微镜观察野生型、突变型酵母的增殖形态，便可轻易给这位教授解决这个难题。下图就是显微镜下观察到的三种形态：