武漢大學細胞生物學課件-細胞生長、分裂、增值-2

1、（三） 與有絲分裂比較* 相同點：染色體的螺旋化、去螺旋化循環(huán)；有絲分裂器和收縮環(huán)的形成；核被膜和核仁的消失和重建。 不同點： 1 有絲分裂發(fā)生于體細胞；減數(shù)分裂只限于生殖細胞。 2 有絲分裂：一次均等分裂，DNA復制一次，其結(jié)果使2個子細胞得到與親代細胞同樣的染色體數(shù)和等量DNA。 減數(shù)分裂：一次減數(shù)分裂和一次均等分裂，DNA只復制一次，結(jié)果產(chǎn)生4個子細胞都 是單倍體，含有親代細胞DNA含量的一半。 3 減數(shù)分裂前間期與有絲分裂間期相比，S期延長。 4 第一次減數(shù)分裂有同源染色體的配對，非姐妹染色單體間發(fā)生交換。而有絲分裂中每條染色體都是獨立的，不會產(chǎn)生聯(lián)會和交換。 5 有絲分裂時間一般為1

2、2小時。而減數(shù)分裂是很長的過程。 6 兩者最基本的區(qū)別是： 有絲分裂結(jié)果：遺傳物質(zhì)保持恒定，母細胞和子細胞一致。而減數(shù)分裂的主要結(jié)果之一是產(chǎn)生遺傳的多樣性，為新個體染色體數(shù)目穩(wěn)定的重要機制。2 細胞周期 細胞周期（cell cycle） 是指細胞從上一次有絲分裂結(jié)束開始到下一次有絲分裂結(jié)束為止所經(jīng)歷的時間，包括分裂間期和分裂期。 DNA合成前期（G1期） 間期 DNA合成期（S期） DNA合成后期（G2期） 細胞周期 （Tc） 前期 分裂期（M期） 中期 后期 末期 周期性細胞、終端分化細胞、G0期細胞 高等動物有機體，可視為由一個受精卵發(fā)展而來的細胞社會。在胚胎發(fā)育過程中，細胞不但彼此機能分

3、工，增殖行為也出現(xiàn)了差異。從增殖的角度，細胞可分為三類：連續(xù)分裂的細胞，休眠細胞和不分裂細胞。 連續(xù)分裂的細胞即在細胞周期中連續(xù)運轉(zhuǎn)的細胞，因而又稱周期性細胞。小腸絨毛上皮隱窩細胞，表皮基底層細胞，部分骨髓細胞等均屬此類。 休眠細胞為暫時脫離細胞周期，不進行細胞增殖，但在適當刺激下可重新進入細胞周期的細胞，如某些免疫淋巴細胞，肝、腎細胞等，也稱為G0期細胞。 終端分化細胞是指那些不可逆地脫離細胞周期，喪失分裂能力，保持生理機能活動的細胞，如神經(jīng)、肌肉細胞、多形核白細胞等。 在胚胎發(fā)育早期（卵裂期）所有細胞均為周期性細胞。以后隨著發(fā)育成熟，某些細胞進入G0期，某些細胞分化后喪失分裂能力。到成體時

4、，只有少數(shù)細胞處于增殖狀態(tài)，它們的增殖僅作為補充丟失的細胞（如造血系統(tǒng)中，紅、白細胞不斷死亡丟失，小腸上皮細胞不斷由小腸絨毛頂端脫落，表皮細胞不斷死亡、磨損、脫落），或?qū)ν饨绱碳さ姆磻?yīng)（如免疫淋巴細胞反應(yīng)）。許多生命過程例如胚胎發(fā)育， 造血及上皮組織的更新，組織再生，創(chuàng)傷愈合，免疫反應(yīng)等都和細胞增殖的精確的調(diào)控有密切的關(guān)系。而腫瘤細胞是增殖失控細胞，不斷地增殖，最終導致機體的死亡。因此，細胞周期及其調(diào)節(jié)的研究不僅關(guān)系到闡明生物學中許多重要基礎(chǔ)理論問題，還將關(guān)系到從根本上了解和征服腫瘤。 干細胞（stem cell） 什么是干細胞呢? 一般而言是指那些同時具有自我更新和產(chǎn)生分化細胞能力的細胞。尤

5、其在早期胚胎發(fā)生過程中，它們可以產(chǎn)生構(gòu)成身體器官各種類型的組織。這種細胞就是胚胎干細胞，發(fā)育生物學家將它們稱為“全能性細胞”。到了個體發(fā)育的一定階段甚至成體，仍有一部分細胞負責組織的更新和修復，諸如血液、腸道粘膜上皮、皮膚表皮等。這些細胞便是一 般所指的特定組織的干細胞，又稱為多能性細胞。 按照分化程度和能否發(fā)育成各種器官組織這一標準，干細胞可以分為全能干細胞和組織干細胞。前者能發(fā)育形成一個完整的生物個體，就像人的胚胎發(fā)育成一個人一樣，而后者只能分化形成一些器官組織，如肝臟、腎臟和心臟以及骨骼、皮膚和肌肉等。 Dolly 羊乳腺細胞上皮細胞血清濃度 很多殘疾人總是幻想,如果有一天,人們哪個器官

6、出了毛病就可以到“人體器官商店”選購，再經(jīng)過手術(shù)移植到自己的身體上，那該有多好。其實，在不久的將來這種想法就很有希望實現(xiàn)。到是醫(yī)生會介紹病人或其家屬到著種“人體配件商店”里，定制由病人自體細胞培養(yǎng)而成的組織或器官，然后經(jīng)醫(yī)生手術(shù)替換下?lián)p傷或病變了的組織或器官。這個想法絕非天方夜譚，“組織工程的基本科學問題”首席科學家、上海第二醫(yī)科大學附屬第九人民醫(yī)院整形外科曹誼林教授1995年在美國哈佛大學醫(yī)學院組織工程學實驗室做博士后時，在世界上第一個于裸鼠背上復制了一只惟妙惟肖的“人耳”，并于1998年榮膺全美整形外科醫(yī)師協(xié)會“詹姆斯培雷特勃朗”大獎，就是一個最能說明問題的實例。 三五年內(nèi)，通過移植神經(jīng)干

7、細胞，坐在輪椅上的張海迪、桑蘭有望重新站立起來。這是全軍神經(jīng)醫(yī)學研究所所長、珠江醫(yī)院神經(jīng)外科主任徐如祥教授日前于廣州召開的第二屆全國中青年神經(jīng)外科醫(yī)師學術(shù)研討會上向外界透露的。 徐教授介紹，抽取患者的一點骨髓，在體外培養(yǎng)誘導成神經(jīng)干細胞，再移植入他們的神經(jīng)系統(tǒng)，從而使受損的神經(jīng)功能得到修復。如果這項研究在臨床獲得成功，對于腦外傷、偏癱、脊髓損傷等神經(jīng)功能受損患者，尤其是植物人而言，不啻是一大福音。 一、細胞周期各時相的動態(tài)變化 1 G1期 與DNA合成啟動相關(guān)，開始合成細胞生長所 需要的多種蛋白質(zhì)、RNA、碳水化合物、脂 等，同時染色質(zhì)去凝集。2 S期 DNA復制和組蛋白合成同步，組成核小體串

8、珠結(jié)構(gòu)；S期DNA合成不同步；中心粒復制。 3 G2期 DNA復制完成，在G2期合成一定數(shù)量的蛋白質(zhì)和RNA分子。 4 M 期 M期即細胞分裂期，真核細胞的細胞分裂主要包括兩種方式，即有絲分裂(mitosis)和減數(shù)分裂(meiosis)。遺傳物質(zhì)和細胞內(nèi)其他物質(zhì)分配給子細胞。二、細胞周期的調(diào)控 （一）細胞周期蛋白（周期素） cyclin 在高等真核生物中， cyclin家族成員根據(jù)其序列的相似及生理功能被分為不同類型，迄今已被鑒定出的有cyclinA、B、C、D、E、F、G、H等； 細胞周期蛋白依賴激酶（cyclin-dependent kinase，Cdk）家族成員有Cdk1（ Cdc2）

9、、 Cdk2、 Cdk3、 Cdk4、 Cdk5、 Cdk6、 Cdk7等，每種Cdk結(jié)合不同類型的cyclin。 Cdk家族和cyclin家族各成員之間的協(xié)調(diào)配合，調(diào)節(jié) 細胞從G1 S、G2 M和退出有絲分裂的各個進程。Cdks和cyclins結(jié)合形成異源二聚體的復合物，具有蛋白激酶活性。由催化亞基和調(diào)節(jié)亞基組成，cyclin為調(diào)節(jié)亞基，Cdk為催化亞基。（二）成熟促進因子（MPF）* 是有絲分裂調(diào)控的重要因子。 1971年Masui和Markert首次發(fā)現(xiàn)。 p34cdc2 + cyclinB 后來發(fā)現(xiàn)它們幾乎存在于從酵母到人體所有的真核細胞的分裂期細胞中，是調(diào)節(jié)細胞進入M期的重要因子。

10、1990年Nurse提出了“M期啟動調(diào)節(jié)的普遍機制”。 1 MPF活性的調(diào)節(jié) （1）MPF的活性存在于催化亞基p34cdc2上，而這種活性的最直接調(diào)控是由調(diào)節(jié)亞基cyclinB 的周期性合成和分解控制的。 p34cdc2的蛋白水平在整個細胞周期中不變。 p34cdc2必須與cyclinB結(jié)合后才有激酶活性，而cyclinB的轉(zhuǎn)錄和合成隨細胞周期而變化，在間期開始合成，在G2/M達到高峰，M期結(jié)束突然被水解掉，使得p34cdc2 cyclinB復合體的激酶活性在G2/M達到峰值，誘導M期發(fā)生，M期結(jié)束時，激酶活性突然喪失，細胞退出M期。（2） p34cdc2活性還受磷酸化和去磷酸化的調(diào)控。 Ty

11、r15、Thr14位點的磷酸化對MPF的活性起負調(diào)作用，Thr161位點的磷酸化對MPF的活性起正調(diào)作用， 2 MPF的功能 MPF能夠催化組蛋白H1磷酸化，參于有絲分裂的啟動和染色質(zhì)的凝集； MPF能夠催化核纖層蛋白（lamin）磷酸化，核纖層（lamina）結(jié)構(gòu)解體。 MPF能使一些原癌基因蛋白產(chǎn)物發(fā)生磷酸化，由此產(chǎn)生一系列深遠的與細胞分裂有關(guān)的生物學效應(yīng)。 MPF作用于微管蛋白，控制著細胞周期中微管的動力學變化。 （三） 生長因子（growth factor） 是一類通過與特異的、高親和性的細胞膜上的受體結(jié)合，最終調(diào)節(jié)細胞增殖和其它細胞生物學效應(yīng)的多肽類物質(zhì)。 生長因子沒有種屬特異性，而

12、有一定的組織特異性。也就是說不同種類的細胞需要不同的生長因子，有促進細胞增殖的生長因子，也有抑制細胞增殖的生長因子。 血小板衍生生長因子（PDGF）是熱穩(wěn)定的、具較高正電荷的蛋白質(zhì)，由含有二硫鍵的二聚體組成，分子量為30KD左右，它是一種較強的促有絲分裂因子。已被證實，大多數(shù)二倍體細胞在增殖過程中需要PDGF，特別是在靜止細胞被刺激進入增殖的過程中。 表皮生長因子（EGF）是一個小分子量、熱穩(wěn)定、不能被透析、含有53個氨基酸殘基的多肽，分子量為6KD左右。EGF存在于人和動物的尿液、乳汁和血漿中，但以前兩者為多。是很強的促細胞分裂因子，可促進一些與增殖有關(guān)的原癌基因的表達。 白細胞介素2（IL

13、-2）是一種可溶性的細胞因子，激活和刺激T細胞增殖、刺激B細胞增殖。近年的研究表明，它作為免疫刺激劑已被應(yīng)用于癌癥和多種傳染病的治療。 轉(zhuǎn)化生長因子（TGF）有兩種類型：TGF-，TGF-。 TGF-是一類多功能、廣泛影響細胞增殖、分化的生長因子家族。此外，在創(chuàng)傷愈合、細胞外基質(zhì)形成、胚胎發(fā)育、骨的重建等方面均有重要作用；并且還參與免疫調(diào)節(jié)、神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育過程。 TGF-對大多數(shù)細胞的增殖起抑制作用，可抑制腫瘤的生長。 生長因子是體內(nèi)細胞分泌的，沒有藥物類的毒性，因此在臨床治療各種疾病方面亦具有應(yīng)用前景的實踐意義。（四） 抑素（chalone） 是由細胞自體產(chǎn)生的、終止細胞增殖的信號分子，是一

14、種熱不穩(wěn)定的可溶性、分泌型糖蛋白，在細胞增殖的反饋性調(diào)節(jié)中起重要作用。 抑素不但具有嚴格的組織特異性，而且還有細胞周期階段的特異性。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的抑素有20多種，如肝細胞抑素、腎細胞抑素、紅細胞抑素等。并且有的抑素專門作用于G1期，防止細胞進行DNA合成（如G1期表皮細胞抑素）；有的專門作用于G2期，防止細胞進行分裂（如G2期表皮細胞抑素）。8 （五） RNA剪接因子SR蛋白及SR蛋白特異的激 酶。 DNA 轉(zhuǎn)錄 hnRNA mRNA 翻譯 蛋白質(zhì) 三 細胞周期調(diào)控的遺傳基礎(chǔ) （一）細胞分裂周期基因（cdc基因） 真核生物基因組中具有cdc基因，這些基因的產(chǎn)物與調(diào)節(jié)細胞周期的進程有關(guān)，或者是基因本身的表達依賴于細胞周期。 （二）原癌基因，癌基因和抑癌基因 原癌基因存在于正常細胞基因組中，是控制細胞生長和分裂的基因。編碼多種類型的蛋白質(zhì)，作為細胞生長和分裂的調(diào)控因子。 癌基因是控制細胞生長和分裂的原癌基因的一種突變形式。 抑癌基因是指正常細胞中含有的抑制細胞惡性增殖的基因。 Rb基因、P53基因為常見的、重要的兩種抑癌基因。 Rb