細胞的生長和增殖課件

第十一章細胞的生長和增殖細胞生長和增殖是物種延續(xù)和繁衍的基礎細胞的增殖是通過細胞分裂實現的細胞增殖伴隨著細胞的周期性變化細胞的分裂有三種形式：無絲分裂（amitosis）有絲分裂（mitosis）減數分裂（meiosis）第一節(jié)細胞增殖方式一、無絲分裂（amitosis)核仁拉長－核拉長－細胞拉長－中部凹陷離斷存在：原核生物、低等真核生物，高等真核生物組織再生、膀胱、小兒腱細胞。特點：1.核仁、核膜始終存在2.沒有紡錘絲的形成3.遺傳物質的分配可能不均等二、有絲分裂(mitosis)核分裂（karyonitosis）：胞質分裂（cytokinesis）：前期（prophase）：染色質凝聚、兩個中心粒分開，以紡錘絲相連，核仁、核膜消失。（1）染色體凝聚：染色質變粗變短，形成染色體（2）分裂極的確定：復制后的中心粒分離，向細胞的兩極移動（3）核仁、核膜解體，前期結束的標志前期（Prophase)2個中心體分開，向兩極移動(分裂極的確定）；染色質逐漸凝聚形成染色體；核仁、核膜解體核膜破裂、核仁消失

核纖層磷酸化－核膜崩解、消失

中期（Metaphase)染色體以著絲粒排列在紡錘體中央的赤道板上(標志）；每條染色體縱裂為兩條姐妹染色單體（Chromatin)有絲分裂器（Mitoticapparatus)星體（Aster):星體微管；紡錘體（Spindle)極微管染色體微管（著絲點微管）星體微管區(qū)間微管著絲點（Kinetochore)與著絲粒(Centromere)的區(qū)別著絲粒:兩條染色單體連在一起的特殊部位，由DNA重復序列組成；著絲點：著絲粒外側表層的特殊結構，是微管蛋白的聚合中心后期（anaphase)特點：在紡錘體微管牽引下，全部染色體分成均等的兩群，分別移向兩極；染色體移動假說：微管解聚說微管滑動說末期（Telophase）兩組子到達細胞兩極并解螺旋成染色質；核膜、核仁重新出現（標志）；形成二個子細胞核，細胞膜中部凹陷，分隔成二個子細胞染色體移動的分子機制馬達蛋白與中心體的極向移動

染色體移動的幾種可能模式洋蔥根尖細胞有絲分裂各期洋蔥根尖細胞有絲分裂各期（一）第一次減數分裂1.前期I細線期（leptotene）:染色質凝集偶線期（zygotene）：同源染色體配對—聯會(synepsis)——聯會復合體(synaptonemalcomplex)

染色體—二價體(bivalent)

粗線期（pachytene）：染色體—四分體重組重組節(jié)(recombinationnodules)部分交換雙線期（diplotene）：姐妹染色體

交叉終變期（diakinesis）：端化細線期（leptotene）粗線期（pachytene）

染色體—四分體重組重組節(jié)(recombinationnodules)部分交換雙線期（diplotene）同源染色體交叉終變期（diakinesis）端化2.中期I：標志，核膜破裂，四分體排列于赤道板上3.后期I：在紡綞絲的牽引下，同源染色體分離非同源染色體之間隨機組合4.末期I：染色體移至兩極，解旋，核仁核膜重新出現。初級卵母細胞分裂成一個次級卵母細胞和一個染色質高度凝聚的第一極體（二）第二次減數分裂次級精母細胞形成后，接著進入第二次減數分裂，DNA不再復制，分裂成兩精細胞。次級卵母細胞則停留在第二次減數分裂的中期，直到與精子受精時，才完成第二次減數分裂形成一個卵子并排出第二極體。精子的形成過程卵細胞的形成過程卵母細胞減數分裂特點（1）整個過程非常漫長，只有少數初級卵母細胞完成減數分裂女胚第6周原始生殖細胞開始增殖為卵原細胞分化為初級卵母細胞，進入減數分裂至胎兒6個月，初級卵母細胞基本形成，停止在減數分裂前I的雙線期排卵時完成第一次減數分裂，但次級卵母細胞又停留在減數分裂Ⅱ中期直到受精時才完成第二次減數分裂（2）一個初級卵母細胞經過成熟分裂只形成一個卵子，一個第一極體，二個第二極體（3）卵子無變形期2、掌握：DNA、染色體、染色單體變化規(guī)律4N2N0|復制|減Ⅰ|減Ⅱ|4N2N|間|前|中|后|末|間|前三、減數分裂意義1、是三大遺傳學規(guī)律的基礎同源染色體分離——孟德爾分離律非同源染色體自由組合——孟德爾自由組合律同源染色體之間聯會重組互換——連鎖互換律2、保持遺傳的穩(wěn)定性精子（n）+卵子（n）=受精卵（2n）3、生物變異和進化的基礎同源染色體之間重組、互換非同源染色體之間自由組合第二節(jié)細胞增殖周期細胞周期:一次細胞分裂結束到下一次細胞分裂完成所經歷的整個過程。分期：G1期(gap1)：從有絲分裂完成到DNA復制前；S期(synthesisphase)：指DNA復制的時期；G2期(gap2)：DNA復制完成到有絲分裂開始前；M期或稱D期(mitosisordivision)：細胞分裂開始到結束細胞周期的生化活動G1期：為DNA復制做準備rRNA、tRNA合成活躍組蛋白合成旺盛細胞膜轉運功能加強S期：DNA復制，GC含量高序列先復制，常染色質先復制大量合成組蛋白中心粒復制G2期：為細胞分裂做準備大量合成微管蛋白中心粒蛋白合成，體積增大M期：細胞分裂根據細胞的增殖情況，可將高等動物的細胞分為三類：連續(xù)分裂細胞：細胞持續(xù)分裂，又稱周期細胞，如表皮生發(fā)層細胞、部分骨髓細胞。暫不增殖細胞：暫不分裂，但在適當的刺激下可重新進入細胞周期，稱G0期細胞。如淋巴細胞、肝、腎細胞等。不再增殖細胞：指不可逆地脫離細胞周期，不再分裂的細胞，又稱終端細胞，如神經、肌肉、多形核細胞等等。二、參與細胞周期的調控的因子細胞分裂周期基因(celldivisioncyclegene，CDC)：細胞周期素依賴性蛋白激酶(cyclin-dependentkinase，CDK):細胞周期分子調控的核心分子細胞周期素(cyclin):CDK調節(jié)亞基CDK抑制因子（CDK

inhibitor，CKI）:CDK活化激酶（CAK）和磷酸酶:CDK和cyclin調節(jié)蛋白:泛素、淘汰素CDKCDK為絲/蘇氨酸激酶迄今發(fā)現近十種CDK，命名CDK1-9CDK是細胞周期調控的核心分子各種CDK對細胞周期的調節(jié)主要通過其特異性底物來實現早熟染色體凝集：Rao和Johnson將M期Hela細胞與不同時期的細胞融合，發(fā)現間期細胞產生了形態(tài)各異的早熟凝集染色體(prematurelycondensedchromosome，PCC)。任何種類的M期細胞都可以誘導PCC，如人和蟾蜍的細胞融合也產生同樣的結果。提出：

M期細胞存在促進間期細胞分裂的因子，即成熟促進因子(maturationpromotingfactor，MPF)。凝縮蛋白周期素（CYCLIN）最先在海膽（seaurchin）早期胚胎細胞分裂中發(fā)現在酵母細胞增殖研究中其對細胞周期的調控作用脊椎動物共有9種周期素，有的有幾個亞型不同周期素有特定的表達規(guī)律細胞在生長因子的刺激下，G1期cyclinD表達，并與CDK4、CDK6結合，使下游的蛋白質如Rb磷酸化，磷酸化的Rb釋放出轉錄因子E2F，促進許多基因的轉錄，如編碼cyclinE、A和CDK1的基因。CAK與磷酸酶調節(jié)CDK活性CDK活化激酶（CAK）：CDK7+cyclinH酪氨酸磷酸酶：cdc25激酶:失活Weel磷酸化和去磷酸化對CDK1（cdc2P34）活性的調節(jié)

CKI周期素依賴性蛋白激酶抑制因子（CDK

inhibitor，CKI），多為抑癌基因廣泛CDK抑制劑：P21、P57CDK4抑制劑：P16、P15、P19、P18CAK抑制劑：P27P16、P15、P27受TGF-β調控P21、P19、P18受P53調控三細胞周期的調節(jié)機制細胞周期的調節(jié)主要由以下三方面組成：細胞周期的時序調節(jié)DNA復制的調節(jié)檢查點（checkpoint）調控各種CDK/CYCLIN復合體對細胞周期的調節(jié)表1.不同類型的周期蛋白激酶復合體脊椎動物芽殖酵母CyclinCDKCyclinCDKG1-CDKCyclinD*CDK4.6Cln3CDK1(CDC28)G1/S-CDKCyclinECDK2Cln1.2CDK1(CDC28)S-CDKCyclinACDK2Clb5.6CDK1(CDC28M-CDKCyclinBCDK1(CDC2)Clb1-4CDK1(CDC28)*包括D1-3，各亞型cyclinD，在不同細胞中的表達量不同，但具有相同的功效Leland

HartwellPaulNurseTimothy

Hunt（二）DNA復制的調控細胞分裂之前基因組DNA必須完整地復制一次，以維持子代細胞遺傳物質的穩(wěn)定。真核生物基因組DNA的復制是同時由成千上萬個復制子（replicon）共同完成每個細胞周期只能完整地復制一份。每個細胞內參與DNA復制的蛋白因子約為二十種從低等真核生物到高等生物，DAN復制的調控機制及調節(jié)分子在進化上是高度保守的。DNA復制的調控起始識別復合物的形成

復制前復合物的形成及DNA復制的啟動

(三)細胞周期檢查點調控細胞周期有幾個稱為檢驗點（checkpoint）時期對細胞周期的調控尤為重要。G1/S檢查點:酵母中稱start點，在哺乳動物中稱R點(restrictionpoint)，控制細胞由靜止狀態(tài)的G1進入DNA合成期。S期檢查點：DNA發(fā)生損傷，復制不完全G2/M檢查點：DNA發(fā)生損傷，微管合成異常中-后期檢查點（紡錘體組裝檢驗點）：或紡錘體形成不正常，染色體丟失，否則抑制APC的活性，引起細胞周期中斷。細胞周期的幾個檢查點參與檢查點調控的分子Rad17是調節(jié)細胞周期停滯在G1/M檢查點的重要分子CDK抑制劑P21、P16和P27等，它們分別受P53和TGF-β等分子的調控，抑制CDK2、CDK4和CDK6等G1期CDK的活性，是調控G1/M檢查點的分子。chk1、chk2、Rad9和Hus1是調控細胞停滯在G2檢查點的調節(jié)分子。chk1和chk2通過催化CDC25磷酸化而使之失活，抑制CDK1的活性

MAD2（mitoticarrest-deficient）是紡錘絲檢查點蛋白。分裂前期時，MAD2定位在著絲點上，紡錘絲形成時與著絲點解離。Cdc25激活CDK1P21cip1途徑對細胞周期的抑制作用ATM（ataxiatelangiectasia-mutatedgene）毛細血管擴張性共濟失調癥突變基因,與DNA損傷檢查有關。人類中大約有1%的人是ATM缺失的雜合子，表現出對電離輻射敏感和易患癌癥。ATM編碼一個蛋白激酶，結合在損傷的DNA上，通過兩條信號通路使細胞周期停滯。一是激活Chk1（checkpointkinase）,Chk1引起CDC25的Ser216磷酸化而失活，從而抑制CDK2的活性，使細胞停滯在G2/M檢查點。二是激活Chk2，使P53被磷酸化而激活，然后P53作為轉錄因子上調P21表達，P21抑制G1-S期CDK的活性，從而使細胞停留在G1/S檢查點。（四）細胞因子對細胞周期的調控生長因子有絲分裂原生長因子的信號通路主要有：ras途徑，激活MAPK，MAPK進入細胞核內cAMP途徑:PKC磷脂酰肌醇途徑:G蛋白,PKC,Ca++（五）癌基因與抑癌基因癌基因（oncogene）細胞癌基因（原癌基因，c-onc）:促進細胞增殖病毒癌基因（v-onc）:來源于病毒基因組，與細胞癌基因部分序列同源癌基因多為顯性：過表達、突變或復制是細胞惡變原因之一抑癌基因：抑制細胞增殖，多表現為隱性多為轉錄因子或CDK抑制劑

Rb:視網膜母細胞瘤基因

P53:第四節(jié)細胞增殖與腫瘤腫瘤增殖速率細胞群體增殖比值（growthfraction，GF）或增殖指數

GF=A/（A+B+C）A：增殖細胞群;B：暫不增殖細胞群;C：不再增殖細胞群化療藥物分類：非周期特異性藥物：結合、破壞DNA，氮芥、絲裂霉素、阿霉素周期特異性藥物：只對增殖細胞起作用。放線菌素D，抑制RNA合成周期階段性藥物：作用于細胞周期的某一特定時相。秋水仙素