「細胞周期與調控]【學習資料】」.ppt

第十一章細胞增殖及其調控 細胞增殖的意義細胞周期與細胞分裂細胞周期調控 1 學習資料 細胞增殖的意義 細胞生命活動的重要特征之一 是生物繁育的基礎 單細胞生物 導致生物個體數(shù)量的增加 多細胞生物 由一個單細胞 受精卵 分裂發(fā)育而來 多細胞生物繁殖基礎 成體生物 主要取代衰老死亡的細胞 維持個體細胞數(shù)量的相對平衡和機體的正常功能 機體創(chuàng)傷愈合 組織再生 病理組織修復等 2 學習資料 1細胞周期與細胞分裂 細胞周期 cellcycle 概述有絲分裂 mitosis 胞質分裂 cytokinesis 減數(shù)分裂 meiosis 3 學習資料 1 1細胞周期概述 細胞周期細胞周期中各個不同時相及主要事件細胞周期長短測定細胞周期同步化 4 學習資料 1 1 1細胞周期 1 概念 細胞從一次有絲分裂結束到下一次有絲分完成所經(jīng)歷的一個有序過程 其間細胞遺傳物質和其他內含物分配給子細胞 5 學習資料 2 細胞周期時相組成 間期 interphase G1phase Sphase G2phaseMphase有絲分裂期 mitosis 胞質分裂期 cytokinesis 6 學習資料 細胞沿著G1 S G2 M G1周期性運轉 在間期細胞體積增大 生長 在M期細胞先是核分裂 接著胞質分裂 完成一個細胞周期 7 學習資料 3 細胞周期時間不同細胞的細胞周期時間差異很大 S G2 M時間變化較小 時間長短主要差別在G1期 有些分裂增殖的細胞缺乏G1 G2期 8 學習資料 4 細胞分類根據(jù)增殖狀況 細胞分為三類 連續(xù)分裂細胞 cyclingcell 如表皮生發(fā)層細胞 部分骨髓細胞 休眠細胞 G0細胞 暫不分裂 但在適當?shù)拇碳は驴芍匦逻M入細胞周期 如淋巴細胞 肝 腎細胞 終末分化細胞 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(jīng) 肌肉 多形核細胞 9 學習資料 1 1 2細胞周期中不同時相及主要事件 G1期S期G2期M期 10 學習資料 1 G1期 與DNA合成啟動相關 開始合成細胞生長所需要的多種蛋白質 RNA 碳水化合物 脂等 同時染色質去凝集 2 S期 DNA復制與組蛋白合成同步 組成核小體串珠結構 11 學習資料 ExperimentaldemonstrationofthecoordinatedSynthesisofDNAandhistones 12 學習資料 3 G2期 DNA復制完成 在G2期合成一定數(shù)量的蛋白質和RNA分子 4 M期 細胞分裂期 真核細胞的細胞分裂主要包括 有絲分裂和減數(shù)分裂 遺傳物質和細胞內其他物質分配給子細胞 13 學習資料 1 1 3細胞周期長短測定 脈沖標記DNA復制和細胞分裂指數(shù)觀察測定法流式細胞儀測定法縮時攝像技術可以得到準確的細胞周期時間及分裂間期和分裂期的準確時間 14 學習資料 標記有絲分裂百分率法原理 PercentageLabeledMitoses PLM 對測定細胞進行脈沖標記 定時取材 利用放射自顯影技術顯示標記細胞 通過統(tǒng)計標記有絲分裂細胞百分數(shù)的辦法來測定細胞周期 15 學習資料 有關名詞TG1 G1期的持續(xù)時間 TG2 G2期的持續(xù)時間 TS S期的持續(xù)時間 TM M期的持續(xù)時間 TC 一個細胞周期的持續(xù)時間 PLM 被標記分裂期細胞占所有分裂期細胞的百分比 TDR 胸腺嘧啶核苷 是DNA的特異前體 能被S期細胞攝入 而摻進DNA中 通常使用3H或者14C標記的TDR 16 學習資料 測定原理待測細胞經(jīng)3H TDR標記后 所有S期細胞均被標記 S期細胞經(jīng)G2期才進入M期 所以起初PLM 0 開始出現(xiàn)標記M期細胞時 表示處于S期最后階段的細胞 已渡過G2期 所以從PLM 0到出現(xiàn)PLM的時間間隔為TG2 17 學習資料 S期細胞逐漸進入M期 PLM上升 到達到最高點的時候說明來自處于S最后階段的細胞 已完成M 進入G1期 所以從開始出現(xiàn)M到PLM達到最高點的時間間隔就是TM 當PLM開始下降時 表明處于S期最初階段的細胞也已進入M期 所以出現(xiàn)LM到PLM又開始下降的一段時間等于TS 從LM出現(xiàn)到下一次LM出現(xiàn)的時間間隔就等于TC TC TG1 TS TG2 TM 即可求出TG1長度 18 學習資料 19 學習資料 事實上由于一個細胞群體中TC和各時相不盡相同 第一個峰常達不到100 以后的峰會發(fā)生衰減 PLM不一定會下降到零 所以實際測量時 常以 TG2 1 2TM TG2的方式求出TM 20 學習資料 1 1 4細胞同步化 自然同步化人工同步化選擇同步化誘導同步化 21 學習資料 1 自然同步化多核體 如粘菌只進行核分裂 而不發(fā)生胞質分裂 形成多核體 瘧原蟲也具有類似的情況 某些水生動物的受精卵 如大量海參卵受精后 前9次細胞分裂都是同步化進行的 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 22 學習資料 2 選擇同步化有絲分裂選擇法使單層培養(yǎng)的細胞處于對數(shù)增殖期 此時分裂活躍 有絲分裂細胞變圓隆起 與培養(yǎng)皿附著性低 輕輕振蕩 M期細胞脫離器壁 懸浮于培養(yǎng)液中 收集培養(yǎng)液 再加入新鮮培養(yǎng)液 依法繼續(xù)收集 可獲得一定數(shù)量的中期細胞 優(yōu)點 操作簡單 同步化程度高 細胞不受藥物傷害 缺點 效率低 占1 2 密度梯度離心法不同時期的細胞體積不同 而細胞在給定離心場中沉降的速度與其半徑的平方成正比 優(yōu)點 用于任懸浮培養(yǎng)的細胞 缺點 同步化程度較低 23 學習資料 3 誘導同步法DNA合成阻斷法 G1 S TdR雙阻斷法 最終將細胞群阻斷于G1 S交界處 優(yōu)點 同步化效率高 幾乎適合于所有體外培養(yǎng)的細胞體系 缺點 誘導過程可造成細胞非均衡生長 個別細胞體積增大 分裂中期阻斷法通過抑制微管聚合來抑制細胞分裂器的形成 將細胞阻斷在細胞分裂中期 優(yōu)點 無非均衡生長現(xiàn)象 缺點 可逆性較差 胸腺嘧啶核苷 ThymineDeoxyribonucleoside 24 學習資料 4 條件依賴性突變株的應用將與細胞周期調控有關的條件依賴性突變株轉移到限定條件下培養(yǎng) 所有細胞便被同步化在細胞周期中某一特定時期 25 學習資料 1 2有絲分裂 mitosis 前期 prophase 前中期 prometaphase 中期 metaphase 后期 anaphase 末期 telophase 26 學習資料 1 前期 特征1染色質開始濃縮形成有絲分裂染色體 由兩條染色單體構成 在前期末 染色體主縊痕部位形成一種蛋白復合物稱為動粒 27 學習資料 28 學習資料 29 學習資料 特征2細胞骨架解聚 有絲分裂紡錘體開始裝配 特征3Golgi體 ER等細胞器解體 形成小的膜泡 30 學習資料 31 學習資料 2 前中期 特征1核膜破裂成小的膜泡 這一過程是由核纖層蛋白中特異的Ser殘基磷酸化導致核纖層解體 32 學習資料 特征2紡錘體微管與染色體的動粒結合 捕捉住染色體 每個已復制的染色體有兩個動粒 朝相反方向 保證與兩極的微管結合 紡錘體微管捕捉住染色體后 形成三種類型的微管 動力 極間 星體微管 特征3不斷運動的染色體開始移向赤道板 細胞周期也由前中期逐漸向中期運轉 33 學習資料 34 學習資料 35 學習資料 3 中期 特征1所有染色體排列到赤道板 MetaphasePlate 上 紡錘體檢驗點 spindlecheckpoint 所有染色體的動粒都被動粒微管捕獲時 染色單體才分離 細胞分裂向后期進行 否則分裂暫停在中期 36 學習資料 4 后期 特征1排列在赤道面上的染色體的姐妹染色單體分離產(chǎn)生向極運動 大致可劃分為連續(xù)的兩個階段 即后期A和后期B 后期A 動粒微管變短 染色體產(chǎn)生兩極運動 后期B 極間微管延長 兩極之間的距離逐漸拉長 介導染色體向兩極運動 37 學習資料 38 學習資料 5 末期 特征1染色單體到達兩極 到達兩極的染色單體開始去濃縮 特征2核膜開始重新組裝 特征3Golgi體和ER重新形成并生長 特征4核仁也開始重新組裝 RNA合成功能逐漸恢復 有絲分裂結束 39 學習資料 40 學習資料 1 3胞質分裂 動物細胞胞質分裂植物細胞胞質分裂 41 學習資料 1 動物細胞胞質分裂 胞質分裂始于細胞分裂后期 完成于末期 在赤道板周圍細胞表面下陷 形成環(huán)形縊縮 稱分裂溝 42 學習資料 分裂溝的形成和收縮環(huán)有關 胞質分裂開始時 大量肌動蛋白和肌球蛋白在中體處組裝成微絲并相互組成微絲束 環(huán)繞細胞 稱為收縮環(huán) 43 學習資料 2 植物細胞胞質分裂 植物細胞胞質分裂是在細胞內形成新的細胞膜和細胞壁而將細胞分開 以形成細胞板的形式完成 44 學習資料 1 4減數(shù)分裂 減數(shù)分裂概念與過程減數(shù)分裂的意義減數(shù)分裂特點脊椎動物配子發(fā)生過程 45 學習資料 1 4 1減數(shù)分裂概念與過程 概念減數(shù)分裂是細胞僅進行一次DNA復制 隨后進行兩次分裂 染色體數(shù)目減半的一種特殊的有絲分裂 過程 46 學習資料 47 學習資料 1 4 2減數(shù)分裂的意義 確保世代間遺傳的穩(wěn)定性 增加變異機會 確保生物的多樣性 增強生物適應環(huán)境變化的能力 減數(shù)分裂是生物有性生殖的基礎 是生物遺傳 生物進化和生物多樣性的重要基礎保證 48 學習資料 1 4 3減數(shù)分裂特點 前期I 細線期 偶線期 粗線期 雙線期 終變期 49 學習資料 細線期染色體呈細線狀 單線 具有念珠狀的染色粒 雖然染色體已經(jīng)復制 但光鏡下分辨不出兩條染色單體 在有些物種中表現(xiàn)為染色體細線一端通過端粒和核膜相連 另一端放射狀伸出 形似花束 稱為花束期 50 學習資料 51 學習資料 偶線期 zygotene 同源染色體配對的時期 稱為聯(lián)會 synapsis 同源染色體間形成聯(lián)會復合體 synaptonemalcomplex SC 在光鏡下可以看到兩條結合在一起的染色體 稱為二價體 每一對同源染色體都經(jīng)過復制 含四個染色單體 所以又稱為四分體 這一時期合成約0 3 左右的DNA 稱為zygDNA 52 學習資料 粗線期 pachytene 持續(xù)時間長達數(shù)天 此時染色體變短 結合緊密 在光鏡下只在局部可以區(qū)分同源染色體 這一時期同源染色體的非姊妹染色單體之間發(fā)生交換的時期 粗線期SC上具有與SC寬度相近的電子致密球狀小體 稱為重組節(jié) 與DNA的重組有關 這一時期合成少量的DNA 稱為P DNA 并合成減數(shù)分裂專有的組蛋白 53 學習資料 雙線期聯(lián)會的同源染色體相互排斥 開始分離 但在交叉上還保持著聯(lián)系 植物細胞雙線期一般較短 許多動物卵細胞中雙線期停留的時間非常長 人的卵母細胞在五個月胎兒中已達雙線期 而一直到排卵都停在雙線期 魚類 兩棲類 爬行類 鳥類以及無脊椎動物的昆蟲中 雙線期的二價體解螺旋而形成燈刷染色體 這一時期是卵黃積累的時期 54 學習資料 終變期二價體顯著變短 由于交叉端化過程的進一步發(fā)展 故交叉數(shù)目減少 通常只有一至二個交叉 核仁此時開始消失 核被膜解體 55 學習資料 聯(lián)會復合體SC由兩條同源染色體沿縱軸形成 外觀呈梯子狀 SC上有重組節(jié) 是交換發(fā)生的部位 SC在細線期開始裝配 形成于偶線期 成熟于粗線期 消失于雙線期 聯(lián)會復合體是減數(shù)分裂偶線期兩條同源染色體之間形成的一種結構 它與染色體的配對 交換和分離密切相關 前期I特點 56 學習資料 a ElectronmicrographofSCofhumanpachytenebivalent K kinetochore arrow recombinationnodules b SchematicdiagramofSC c ElectronmicrographofSCaftertreatmentwithDNasetoremovechromasomalfibers 57 學習資料 同源染色體間遺傳物質重組 產(chǎn)生新的基因組合 58 學習資料 遺傳物質只復制一次 細胞連續(xù)分裂兩次 導致染色體數(shù)目減半 減數(shù)分裂前間期的S期持續(xù)時間較長 少量DNA沒有復制 前期 變化復雜 同源染色體配對 聯(lián)會 重組 產(chǎn)生遺傳多樣性 第一次分裂時 同源染色體分開 減數(shù)分裂時間較長 59 學習資料 1 4 4脊椎動物配子發(fā)生過程 60 學習資料 2細胞周期的調控 細胞周期調控系統(tǒng)的主要作用細胞周期檢驗點 CellCycleCheckpoint MPFCyclin Cdk復合物的多樣性及細胞周期運轉細胞周期運轉的阻遏 細胞周期運轉的負調控 61 學習資料 在適當時候激活細胞周期各個時相的相關酶和蛋白 然后自身失活 正調控 確保每一時相事件的全部完成 負調控 對外界環(huán)境因子起反應 如多細胞生物對增殖信號的反應 2 1細胞周期調控系統(tǒng)的主要作用 62 學習資料 2 2細胞周期檢驗點 概念細胞周期檢驗點是細胞周期調控的一種機制 主要是確保周期每一時相事件的有序全部完成 并與外界環(huán)境因素相聯(lián)系 63 學習資料 64 學習資料 2 3MPF MPF Maturation promotingfactor Mitosis promotingfactor 的發(fā)現(xiàn)及其生化實質MitoticCyclin Cdk復合物與功能 65 學習資料 2 3 1MPF的發(fā)現(xiàn)及其生化實質 細胞融合與PCC Prematurechromosomalcondense 爪蟾卵子成熟過程和MPF的發(fā)現(xiàn)MPF是一種使多種底物蛋白磷酸化的蛋白激酶 由M期Cyclin Cdk Cyclin dependentproteinkinase 形成的復合物 MPF p34cdc2 cyclinB 66 學習資料 2 3 1 1細胞融合與PCC 概念用M期細胞和間期細胞 G1 S G2 進行融合 可以使間期細胞核出現(xiàn)類似于有絲分裂期的形態(tài)變化 染色質凝集 核膜破裂及核仁消失等 這種經(jīng)過誘導 在間期細胞中形成的染色體產(chǎn)物稱為早熟凝集染色體 prematurelycondensedchromosome PCC 67 學習資料 PCC現(xiàn)象Rao Johnson將Hela細胞同步于不同階段 然后與M期細胞混合 在滅活仙臺病毒介導下 誘導細胞融合 發(fā)現(xiàn)與M期細胞融合的間期細胞產(chǎn)生了形態(tài)各異的早熟凝集染色體 PCC 這種現(xiàn)象叫做早熟染色體凝集 68 學習資料 人M期細胞與袋鼠G1 S G2期細胞融合誘導PCC 提示M期細胞存在誘導PCC的因子 69 學習資料 G1期PCC為單線狀 DNA未復制 S期PCC為粉末狀 正在復制的DNA容易受損傷 是DNA斷裂的結果 G2期PCC為雙線染色體 說明DNA復制已完成 不同類的M期細胞也可誘導PCC產(chǎn)生 推測M期細胞具有促進間期細胞進行分裂的因子 即促成熟因子 MPF 70 學習資料 2 3 1 2爪蟾卵子成熟過程和MPF的發(fā)現(xiàn) 處于第六期的爪蟾卵母細胞 需要激素刺激才能進行減數(shù)分裂 成為成熟的卵細胞 egg 71 學習資料 注射實驗表明 孕酮誘導卵母細胞成熟 成熟卵細胞質中含有卵母細胞成熟的因子 稱做MPF 72 學習資料 顯微注射實驗說明 成熟卵細胞中含有能促使卵母細胞成熟的因子 MPF 卵母細胞分裂前 MPF已經(jīng)存在 但處于非活性狀態(tài) 稱preMPF 73 學習資料 不僅同類M期細胞可以誘導PCC 不同類的M期細胞也可以誘導PCC產(chǎn)生 這就意味著M期細胞具有某種促進間期細胞進行分裂的因子 即成熟促進因子 MPF 74 學習資料 2 3 1 3MPF p34cdc2 cyclinB 75 學習資料 2 3 2MitoticCyclin Cdk復合物與功能 CDC基因及CyclinCyclin CDK功能 76 學習資料 2 3 2 1CDC基因及Cyclin 1960sLelandHartwell 1970sPaulNurse以芽殖酵母和裂殖酵母為實驗材料 發(fā)現(xiàn)許多與細胞分裂有關的基因 celldivisioncyclegene cdc 裂殖酵母cdc2 芽殖酵母cdc28突變型在限制溫度下無法分裂 cdc2和cdc28都編碼一個34KD的蛋白激酶 促進細胞周期的進行 77 學習資料 MPF p34cdc2 或p34cdc28 clyclinB2001年10月8日美國人LelandHartwell 英國人PaulNurse TimothyHunt因發(fā)現(xiàn)細胞周期調控的關鍵因子的研究而榮獲諾貝爾生理醫(yī)學獎 78 學習資料 2 3 2 2Cyclin CDK Cyclin特點 在細胞周期中呈周期性變化 含有一段約100個氨基酸的保守序列 稱為周期蛋白框 介導周期蛋白與CDK結合 作用 激活CDK 引導CDK作用于不同底物 已知30余種 79 學習資料 80 學習資料 cyclin在細胞周期的不同時期表達 從而激活不同時期的CDK激酶活性 表現(xiàn)為不同的調節(jié)功能 G1期 cyclinD G1 S期 cyclinE S期 cyclinA M期 cyclinB 也包括cyclinA M期cyclin在N端含有一段由9個aa殘基組成的特殊序列 稱為破壞框 和泛素介導的cylinA B的降解有關 81 學習資料 CDKCDC2與細胞周期蛋白結合才具有激酶的活性 故名細胞周期蛋白依賴性激酶 CDK cdc2又被稱為CDK1 其它CDK和它比較而命名 如 CDK2 CDK3 CDK8等 82 學習資料 2 3 2 3功能 啟動細胞從G2期進入M期的相關事件 83 學習資料 84 學習資料 85 學習資料 2 4Cyclin Cdk復合物的多樣性及細胞周期運轉 不同的周期蛋白與不同的CDK結合 構成不同的Cyclin CDK 不同的Cyclin CDK在不同的時相表現(xiàn)活性 影響不同的下游事件 G1 S的轉化S期 DNA當且僅當復制一次G2 M期轉化M期由中期向后期轉化 86 學習資料 2 4 1G1 S的轉化 G1期在生長因子的刺激下 cyclinD表達 并與CDK4 CDK6結合 使下游的蛋白質如Rb磷酸化 Rb釋放出轉錄因子E2F 促進許多基因的轉錄 如編碼cyclinE cyclinA和CDK1的基因 87 學習資料 88 學習資料 G1 S期cyclinE與CDK2結合 促進細胞通過R點進入S期 89 學習資料 2 4 2S期 DNA當且僅當復制一次 S期主要的CDK激酶為CyclinA CDK2 它的活化為DNA復制所必需 90 學習資料 2 4 3G2 M期轉化 G2 M期的轉化和CDK1 cyclinB激酶密切相關 CDK1 cyclinB激酶 MPF p34cdc2 或p34cdc28 clyclinB cdc2蛋白在細胞周期中含量穩(wěn)定 而CyclinB的含量呈周期性變化 故CDK1 cyclinB激酶活性呈周期性變化 在G2期晚期階段達到最大值并持