第十二章__細(xì)胞增殖與周期調(diào)控.ppt

1、第十二章 細(xì)胞增殖及其調(diào)控,第一節(jié) 細(xì)胞周期概述 第二節(jié) 細(xì)胞分裂 第三節(jié) 細(xì)胞周期的調(diào)控,第一節(jié) 細(xì)胞周期概述,細(xì)胞增殖是細(xì)胞生命活動(dòng)的重要特征之一，是生物生長發(fā)育和繁殖的基礎(chǔ)。 細(xì)胞增殖受到嚴(yán)密的調(diào)控機(jī)制的監(jiān)控，整個(gè)過程表現(xiàn)出嚴(yán)格的順序性和周期性。,一、細(xì)胞周期(cell cycle),從一次細(xì)胞分裂結(jié)束到下一次細(xì)胞分裂結(jié)束所經(jīng)歷的過程，叫細(xì)胞周期。,細(xì)胞周期最重要的功能是準(zhǔn)確的復(fù)制染色體上的DNA并將兩個(gè)拷貝精確的分配到兩個(gè)子細(xì)胞中。,二、細(xì)胞周期中各個(gè)不同時(shí)相及其主要事件,間期(interphase),G1期(gap1)，指從有絲分裂完成到期DNA復(fù)制之前的間隙時(shí)間。,S期(synth

2、esis phase)，指DNA復(fù)制的時(shí)期。,G2期(gap2)，指DNA復(fù)制完成到有絲分裂開始之前的一段時(shí)間。,細(xì)胞周期不同時(shí)期的主要事件,G1期：子代細(xì)胞的生成標(biāo)志著G1期的開始。此時(shí)合成大量細(xì)胞生長所需要的各種蛋白質(zhì)、糖類、脂類等物質(zhì)，但不合成DNA。在G1期的晚期有一個(gè)檢驗(yàn)點(diǎn)，監(jiān)控著細(xì)胞是否進(jìn)入S期。在芽殖酵母中叫做起始點(diǎn)(start)；在其他真核細(xì)胞中，限制點(diǎn)(restriction point,R點(diǎn))；或檢驗(yàn)點(diǎn)(checkpoint)。,The control of the cell cycle.The essential processes, such as DNA replic

3、ation and mitosis and cytokinesis, are triggered by a central cell-cycle control system. By analogy with a washing machine, the control system is drawn as an indicator that rotates clockwise, triggering essential processes when it reaches specific points on the outer dial.,S期，主要進(jìn)行DNA的復(fù)制與核小體組蛋白的合成，并組

4、裝成染色質(zhì)結(jié)構(gòu)。微管蛋白也開始合成。其DNA復(fù)制的起始和復(fù)制過程受到多種細(xì)胞周期調(diào)節(jié)因素的嚴(yán)密調(diào)控。 G2期：此時(shí)DNA含量已增加1倍，細(xì)胞已做好了進(jìn)入M期的準(zhǔn)備。但也有一個(gè)檢驗(yàn)點(diǎn)，監(jiān)控著DNA是否完成了復(fù)制和損傷是否得到了修復(fù)。 M期，既要把一個(gè)細(xì)胞分成兩個(gè)子細(xì)胞，又要將兩套染色體各分成一套分配到兩個(gè)子細(xì)胞。,分裂期，又稱M期(mitosis or division)，從開始到結(jié)束，可以分為前期、中期、后期和末期。各個(gè)時(shí)期都有非常顯著的特征。,G1期,G2期,細(xì)胞的分類,周期中細(xì)胞(cycling cell)，持續(xù)分裂的細(xì)胞，如干細(xì)胞，表皮生發(fā)層細(xì)胞、部分骨髓細(xì)胞。 G0期細(xì)胞(G0 cel

5、l)，又稱靜止期細(xì)胞(quiescent cell)，暫時(shí)退出細(xì)胞周期，但在適當(dāng)?shù)拇碳は驴芍匦逻M(jìn)入細(xì)胞周期，如淋巴細(xì)胞、肝、腎細(xì)胞和結(jié)締組織的成纖維細(xì)胞等。 終末分化細(xì)胞(terminally differentiated cells)，指不可逆地脫離細(xì)胞周期，不再分裂的細(xì)胞，如神經(jīng)、肌肉、多形核細(xì)胞等。,三、細(xì)胞周期時(shí)間的測定,同種細(xì)胞之間，細(xì)胞周期時(shí)間長短相似或相同； 不同細(xì)胞種類之間，細(xì)胞周期時(shí)間長短差別很大。,周期時(shí)間的主要差別在G1期，而S、G2和M期時(shí)間相對(duì)恒定。,（一）脈沖標(biāo)記DNA復(fù)制和細(xì)胞分裂指數(shù)觀察測定法： 這種方法主要適用于細(xì)胞構(gòu)成相對(duì)簡單，細(xì)胞周期時(shí)間相對(duì)較短，周期運(yùn)轉(zhuǎn)

6、均勻的細(xì)胞群體。 優(yōu)點(diǎn)：可同時(shí)測定細(xì)胞周期總時(shí)間和各時(shí)相時(shí)間 缺點(diǎn)：要求有同位素室，細(xì)胞還須同步化。 （二）流式細(xì)胞儀測定法： 這種方法依據(jù)細(xì)胞各時(shí)期DNA含量的特征及其變化來確定細(xì)胞周期時(shí)間。 優(yōu)點(diǎn)：可測定各種細(xì)胞的周期時(shí)間，測定快速，結(jié)果可靠。 缺點(diǎn)：要求有流式細(xì)胞儀。,四、細(xì)胞周期同步化(synchronization),細(xì)胞周期同步化指在自然過程中發(fā)生或經(jīng)人為處理造成細(xì)胞群體處于周期中同一個(gè)時(shí)期的現(xiàn)象或技術(shù)。 （一）自然同步化 如：粘菌的多核體等。 某些水生動(dòng)物的受精卵：如海膽、海參、兩棲類。 增殖抑制解除后的同步分裂：如真菌的休眠孢子移入適宜環(huán)境后，它們一起發(fā)芽，同步分裂。,（二）人

7、工同步化,1、選擇同步化 1）有絲分裂選擇法：M期細(xì)胞與培養(yǎng)皿的附著性低，振蕩脫離器壁收集。 優(yōu)點(diǎn)：操作簡單，同步化程度高，細(xì)胞不受藥物傷害。 缺點(diǎn)：獲得的細(xì)胞數(shù)量較少（分裂細(xì)胞約占1%2%） 。 2）細(xì)胞沉降分離法： M期細(xì)胞體積大，可用離心分離。 優(yōu)點(diǎn)：可用于任何懸浮培養(yǎng)的細(xì)胞。 缺點(diǎn)：同步化程度較低。,2、誘導(dǎo)同步化 1）DNA合成阻斷法：選用DNA合成的抑制劑，可逆地抑制DNA合成。常用TdR(胸腺嘧啶脫氧核苷)雙阻斷法： 在細(xì)胞處于對(duì)數(shù)生長期的培養(yǎng)基中加入過量TdR。S期細(xì)胞被抑制，停在G1/S交界處。移去TdR，釋放時(shí)間大于TS時(shí)，再次加入過量TdR。 優(yōu)點(diǎn)：同步化程度高 缺點(diǎn)：產(chǎn)

8、生非均衡生長，個(gè)別細(xì)胞體積增大。 2）中期阻斷法 用秋水仙素、nocodazole等細(xì)胞分裂抑制劑將細(xì)胞阻斷在中期。優(yōu)點(diǎn)是無非均衡生長現(xiàn)象，缺點(diǎn)是可逆性較差。,正常培養(yǎng)細(xì)胞2-3d； 加入終濃度2mmol/L胸苷(TdR) ，繼續(xù)培養(yǎng)15-18h，誘導(dǎo)細(xì)胞停留在G1/S期邊界； 吸去培養(yǎng)液，洗1-2次，用新鮮培養(yǎng)液培養(yǎng)10h； 加入終濃度2mmol/L TdR ，培養(yǎng)18h； 吸去培養(yǎng)液，洗1-2次，收集G1期細(xì)胞； 在誘導(dǎo)的G1期細(xì)胞中，加入新鮮的培養(yǎng)液，培養(yǎng)3h，收集S期細(xì)胞； 在誘導(dǎo)的G1期細(xì)胞中，加入新鮮的培養(yǎng)液，培養(yǎng)8h，收集G2期細(xì)胞； 在誘導(dǎo)的G1期細(xì)胞中，加入nocodazol

9、e(終濃度600ng/ml)的培養(yǎng)液，培養(yǎng)12-14h，收集M期細(xì)胞； G0期細(xì)胞可在細(xì)胞正常培養(yǎng)到90%的覆蓋率后，用僅含0.5%小牛血清的培養(yǎng)基饑餓3d后獲得。,五、特殊的細(xì)胞周期,1.早期胚胎細(xì)胞的細(xì)胞周期 細(xì)胞分裂快，主要由M期與S期兩個(gè)時(shí)期組成。 果蠅的受精卵在前2h每發(fā)生一次卵裂僅10min，12h內(nèi)就可形成50000個(gè)細(xì)胞；斑馬魚受精卵在前3h每發(fā)生一次卵裂僅15min，24h內(nèi)就可形成具有眼、耳和中樞神經(jīng)系統(tǒng)及能見到肌肉收縮和心跳的脊椎動(dòng)物雛形；鰱魚在24左右，僅20h就可孵化出苗。,發(fā)育和增殖所需要的蛋白質(zhì)、mRNA和其他營養(yǎng)物質(zhì)已經(jīng)在其卵子發(fā)生過程中預(yù)先被儲(chǔ)存，細(xì)胞分裂沒有

10、體積的增加，只需將事先儲(chǔ)存有大量卵質(zhì)分配到不斷增多的小細(xì)胞中。,2.酵母細(xì)胞的細(xì)胞周期 在細(xì)胞分裂時(shí)，細(xì)胞核膜不解聚，紡錘體位于細(xì)胞核內(nèi)，紡錘體的裝配與S期DNA復(fù)制同時(shí)進(jìn)行，而不是在DNA復(fù)制之后。,芽殖酵母，不均等分裂。,裂殖酵母，均等分裂，長度增加，直徑不變。,3.植物細(xì)胞的細(xì)胞周期,不含中心體，以形成中間板的形式進(jìn)行胞質(zhì)分裂。,4.細(xì)菌的細(xì)胞周期,快速生長與慢速復(fù)制 快速分裂與DNA的慢速復(fù)制問題的解決是在上一次細(xì)胞分裂結(jié)束時(shí)，DNA已經(jīng)復(fù)制一半，細(xì)胞分裂后，立即進(jìn)行新一輪的復(fù)制。,第二節(jié) 細(xì)胞分裂(cell division),細(xì)胞分裂的類型,無絲分裂(amitosis)：又稱直接分

11、裂，由Remark（1841）發(fā)現(xiàn)于雞胚血細(xì)胞，不涉及紡錘體形成及染色體變化 。 有絲分裂(mitosis) ：又稱為間接分裂，由Fleming (1882)年首次發(fā)現(xiàn)于動(dòng)物，Strasburger(1880)發(fā)現(xiàn)于植物。染色體復(fù)制一次，細(xì)胞分裂一次。 減數(shù)分裂(meiosis）：染色體復(fù)制一次，細(xì)胞連續(xù)分裂兩次。,一、有絲分裂(mitosis),為了便于描述人為的劃分為六個(gè)時(shí)期： 間期（interphase）； 前期(prophase)； 前中期(premetaphase)； 中期(metaphase)； 后期(anaphase)； 末期(telophase)。 其中間期包括G1期、S期和G

12、2期，主要進(jìn)行DNA復(fù)制、中心體復(fù)制、細(xì)胞體積增大等準(zhǔn)備工作。,（一）前期,濃縮素 condensin,環(huán)狀蛋白復(fù)合物(Cohesin ),染色質(zhì)凝縮(condensation),星體微管開始裝配,Assembly of kinetochore at the end of prophase,Golgi, ER etc. disperse to form vesicles; kinetochore assembly,動(dòng)力蛋白,(二)前中期(prometaphase),核仁解體，核膜破裂,核膜解體到染色體排列到赤道面(equatorial plane) 上。,紡錘體的裝配,極體微管（polar m

13、t）兩極間的微管，在紡錘體中部重疊，重疊部位結(jié)合有馬達(dá)分子。 動(dòng)力微管（kinetochore mt），是從著絲點(diǎn)到另一極的微管； 星體微管（astral mt），由中心粒放射出來的微管。植物沒有中心粒和星體，其紡錘體稱無星紡錘體。,(三)中期( Metaphase),染色體列隊(duì)(chromosome alignment)或染色體中板聚合(congression),染色體排列到赤道面上,假說1：拉力使染色體列隊(duì),假說2：推力使染色體列隊(duì),中期動(dòng)粒微管的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定,（四）后期(anaphase) 指妹妹染色體單體分開并移向兩極的時(shí)期。分為后期A、后期B兩個(gè)過程。,Anaphase A: separ

14、ation of the sister chromatids.,后期動(dòng)粒微管的縮短,Anaphase B: separation of the poles.,1. 驅(qū)動(dòng)蛋白從負(fù)極走向正極使極微管向 相反方向滑去,2. 動(dòng)力蛋白與兩端的細(xì)胞端部結(jié)合，從正極走向微管負(fù)極，朝細(xì)胞端部方向牽拉星體微管,紡錘體變長的動(dòng)力來源,染色體向兩極移動(dòng)的假說,從子染色體到達(dá)兩極，至形成兩個(gè)新細(xì)胞為止的時(shí)期。涉及子核的形成和胞質(zhì)分裂兩個(gè)方面。,（五）末期(telophase),(六)胞質(zhì)分裂(cytokinisis),胞質(zhì)分裂開始時(shí)，大量的肌球蛋白在兩個(gè)中心粒的中間處裝配成微絲束并以肌球蛋白為動(dòng)力，逐漸收縮，稱為收

15、縮環(huán)(contractile ring)。收縮環(huán)在細(xì)胞表面形成分裂溝。,微管、小膜泡等物質(zhì)聚集在分裂溝下方，構(gòu)成一個(gè)環(huán)形 致密體，稱為中間體(midbody)。作用不清楚。,開始于后期，在赤道板周圍細(xì)胞膜下陷，形成環(huán)形縊縮，稱為分裂溝。結(jié)束于末期，分裂溝加深，至兩個(gè)子代細(xì)胞完全分開。,植物細(xì)胞末期近兩極處紡錘絲消失，中間微管保留，并數(shù)量增加，形成成膜體。來自高爾基體囊泡沿微管轉(zhuǎn)運(yùn)到成膜體中間。融合形成細(xì)胞板(cell plate)，囊泡的內(nèi)含物形成初生壁和中膠層，囊泡膜形成質(zhì)膜，融合留下的管道形成胞間連絲。,(七)植物細(xì)胞胞質(zhì)分裂新細(xì)胞壁形成,細(xì)胞板(cell plate),成膜體 (phra

16、g- moplast),3.減數(shù)分裂,減數(shù)分裂是特殊的有絲分裂形式，僅發(fā)生于有性生殖細(xì)胞形成過程中的某個(gè)階段。,(一)減數(shù)分裂(meiosis)時(shí)期,減數(shù)分裂的 第一次分裂 （間期） 減數(shù)分裂的 第二次分裂,與有絲分裂相似,間期,G1 S G2,合成大部分DNA，而不是全部,(1)細(xì)線期(leptotene),染色質(zhì)凝集，但兩條染色體臂并不分離，呈單線狀；染色體上呈現(xiàn)顆粒樣結(jié)構(gòu)，稱染色粒(chromomere)；端粒通過接觸斑與核膜相連，其他部分以袢環(huán)狀伸到核質(zhì)中，又稱花束期。,同源染色體配對(duì)，稱為聯(lián)會(huì)(synapsis)；兩條同源染色體緊密結(jié)合在一起形成復(fù)合結(jié)構(gòu)，稱為二價(jià)體(bivalent)；二價(jià)體共含4條染色單體，稱為四分體(tetrad)。合成在S期未合成的約0.3%的DNA(zygDNA)。,(2)偶線期(zygotene),(3)粗線期(pachytene),合成一小部分尚未合成的DNA(P-DNA)；在聯(lián)會(huì)復(fù)合體部位的中間，出現(xiàn)重組結(jié)(recombination nodule)；合成減數(shù)分裂期專有的組蛋白，并將體細(xì)胞型的組蛋白部分或全部置換下來。在卵母細(xì)胞中，還要發(fā)生rDNA的擴(kuò)增。,49,重組節(jié),中央成分,側(cè)成分,(4)雙線期(diplotene),重組階段結(jié)束，同源染色體相互分離，僅留幾處交叉，四分體結(jié)構(gòu)清晰可見。染色體發(fā)生部分去凝集，RN