细胞增殖及其调控.ppt

1,Microtrabeculae (微柱）,The The microtrabeculae are very tiny fibers which interconnect all of the cell's organelles to help give the cell shape. Ribosomes are found at the intersections of the microtrabeculae.,2,http:/library.thinkquest.org/27819/cgi-bin/quiz.cgi?quiz=3_7,http:/www.sinauer.com/cooper/4e/animations1201.html,3,CHAPTER 11 Cell Proliferation and its Regulation,4,细胞增殖的意义,细胞增殖(cell proliferation)是细胞生命活动的重要特征之一,是生物繁育的基础。 单细胞生物细胞增殖导致生物个体数量的增加。 多细胞生物由一个单细胞即受精卵分裂发育而来， 细胞增殖是多细胞生物繁殖基础。 成体生物仍然需要细胞增殖，主要取代衰老死亡的细胞， 维持个体细胞数量的相对平衡和机体的正常功能。 机体创伤愈合、组织再生、病理组织修复等，都要依赖细 胞增殖。,5,OUTLINE,11.1 CELL CYCLE 11.2 REGULATION OF CELL CYCLE,6,11.1 cell cycles,一、细胞周期 细胞周期是指连续分裂的细胞从一次有丝分裂结束后开始生长到下次有丝分裂终止所经历的全过程。在这一过程中,细胞的遗传物质进行复制并均等地分配给两个子细胞。,7,2001年诺贝尔生理学与医学奖: 利兰·哈特韦尔发现了控制细胞周期的基因，其中一种被称为“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。 保罗·纳西的贡献是发现了CDK。 蒂莫西·亨特的贡献是发现了调节CDK的功能物质CYCLIN.,8,Phases of the cell cycle,9,细胞周期时相及类型,Phases of the cell cycle 间期(interphase) G1期(Gap 1 phase),即从M期结束到S期开始前的一段间歇期; S期,即DNA合成期(DNA synthetic phase); G2期(Gap 2 phase), 即DNA合成后(S期)到有丝分裂前的一个间歇期; M期,即有丝分裂期(mitosis phase)。 不一定每种细胞都有四个时期，如胚胎细胞没有G1期。,10,细胞周期和细胞类群(根据增殖状况分类) 持续分裂细胞 终端分化细胞 永久性失去了分裂能力的细胞。 G0细胞 又称休眠细胞。暂时脱离细胞周期,不进行增殖,也叫静止细胞群,如某些免疫淋巴细胞, 肝,肾细胞等。,11,细胞周期各时 相的合成活动,G1期 (Gap1 phase) S 期 (synthesis phase) G2 期(Gap 2 phase) M期,12,G1期,·与DNA合成启动相关，开始合成细胞生长所 需要的多种蛋白质、RNA、碳水化合物、脂 等，同时染色质去凝集。,13,G2期,· DNA复制完成，在G2期合成 一定数量的蛋白质和RNA分子,14,M 期,· M期即细胞分裂期，真核细胞的细胞分裂主要包括两种方式，即有丝分裂(mitosis)和减数分裂(meiosis)。遗传物质和细胞内其他物质分配给子细胞。,15,S 期,·DNA复制与组蛋白合成同步，组成核小体串珠结构 ·S期DNA合成不同步,16,细胞周期长短测定,脉冲标记DNA复制和细胞分裂指数观察测定法 流式细胞仪测定法(Flow Cytometry) 缩时摄像技术，可以得到准确的细胞周期时间及分裂间期和分裂期的准确时间。,17,流式细胞术(flow cytometry, FCM)是以流式细胞仪为检测手段的一项能快速、精确的对单个细胞理化特性进行多参数定量分析和分选的新技术。,18,流式细胞术最大的特点是能在保持细胞及细胞器或微粒的结构及功能不被破坏的状态下，通过荧光探针的协助，从分子水平上获取多种信号对细胞进行定量分析或纯化分选。,细胞不被破坏，测量快速、大量、准确、灵敏、定量,流式细胞术的特点,19,20,流式细胞仪是测量染色细胞标记物荧光强度的细胞分析仪，是在单个细胞分析和分选基础上发展起来的对细胞的物理或化学性质（如大小、内部结构、DNA、RNA、蛋白质、抗原等）进行快速测量并可分类收集的高技术。,21,流式细胞仪常检测的细胞特性,22,采用激光作为激发光源，保证其具有更好的单色性与激发效率； 利用荧光染料与单克隆抗体技术结合的标记技术，保证检测的灵敏度和特异性； 用计算机系统对流动的单细胞悬液中单个细胞的多个参数信号进行数据处理分析，保证了检测速度与统计分析精确性。,一、工作原理,23,24,细胞周期的研究方法,细胞同步化(synchronization) 选择同步法(selection synchrony) 有丝分裂选择法 细胞沉降分离法 诱导同步法 DNA合成阻断法 中期阻断法 条件突变(conditional mutants),25,人工选择同步化,有丝分裂选择法：用于单层贴壁生长细胞。优点是细胞未经任何药物处理，细胞同步化效率高。缺点是分离的细胞数量少。 ·密度梯度离心法：根据不同时期的细胞在体积和重量上存在差别进行分离。优点是方法 简单省时，效率高，成本低。缺点是对大多数种类的细胞并不适用.,26,药物诱导法,DNA合成阻断法 G1/S-TdR双阻断法：最终将细胞群阻断于G1/S交界处。优点是同步化效率高，几乎适合于所有体外培养的细胞体系。缺点是诱导过程可造成细胞非均衡生长. 分裂中期阻断法：通过抑制微管聚合来抑制细胞分裂器的形成，将细胞阻断在细胞分裂中期。优点是操作简便，效率高。缺点是这些药物的毒性相对较大.,27,特异的细胞周期 -Embryonic cell cycles,28,爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期,·细胞分裂快,无G1期, G2期非常短,S期也短(所有复制子都激活), 以至认为仅含有S期和M期 ·无需临时合成其它物质 ·子细胞在G1、G2期并不生长，越分裂体积越小 ·细胞周期调控因子和调节机制与一般体细胞标准的 细胞周期基本是一致的,29,酵母细胞的细胞周期,·酵母细胞的细胞周期与标准的细胞周期在时相和调控方面相似 ·酵母细胞周期明显特点:首先，酵母细胞周期持续时间较短；细胞分裂过程属于封闭式，即在细胞分裂时核膜不解聚；纺锤体位于细胞核内；在一定环境下，也进行有性繁殖,30,31,植物细胞的细胞周期,·植物细胞的细胞周期与动物细胞的标准细胞周期非常相似，含有G1期、S期、G2期和M期四个时期。 ·植物细胞不含中心体，但在细胞分裂时可以正常组装纺锤体。 ·植物细胞以形成中间板的形式进行胞质分裂,32,细菌的细胞周期,· 慢生长细菌细胞周期过程与真核细胞周期过程有一定相似之处。其DNA复制之前的准备时间与G1期类似。分裂之前的准备时间与G2期类似。再加上S期和M期，细菌的细胞周期也基本具备四个时期 · 细菌在快速生长情况下，如何协调快速分裂和最 基本的DNA复制速度之间的矛盾,33,二、有丝分裂(mitosis),有丝分裂是指整个细胞分裂, 包括核分裂和胞质分裂两个过程。 核分裂主要是通过纺锤丝的形成和运动，以及染色体的形成，把在S期已经复制好了的DNA平均分配到两个子细胞，以保证遗传的连续性和稳定性。由于这一时期的主要特征出现纺锤丝，故称为有丝分裂。,34,Stages of mitosis in an animal cell,35,有丝分裂前期,标志前期开始的第一个特征是染色质开始浓缩 (condensation)形成有丝分裂染色体(mitotic chromosome），-由两条染色单体(chromatid)构成 第二个特征：细胞骨架解聚，有丝分裂纺锤体(mitotic spindle)开始装配 Golgi体、ER等细胞器解体，形成小的膜泡,36,有丝分裂染色体：,37,间期动物细胞含一个MTOC，即中心体，在S期末，两个中心粒在各自垂直的方向复制出一个中心粒，形成两个中心体。当前期开始时，2个中心体移向细胞两极，并同时组织微管生长，由两极形成的微管通过微管结合蛋白在正 极末端相连，最后形成有丝分裂纺锤体。,38,早中期(prometaphase),核纤层解体,39,早中期(prometaphase),核膜破裂成小的膜泡，这一过程是由核纤层蛋白中特异的Ser残基磷酸化导致核纤层解体 纺锤体微管与染色体的动粒结合，捕捉住染色体，每个已复制的染色体有两个动粒，朝相反方向，保证与两极的微管结合；纺锤体微管捕捉住染色体后，形成三种类型的微管，一部分纺锤体微管的自由端最终结合到着丝点上,形成动粒微管。 前中期的特征是染色体剧烈地活动,个别染色体剧烈地旋转、振荡、徘徊于两极之间。,40,三种类型的微管,41,中期(metaphase),主要特点是姐妹染色单体位于赤道板上,着丝粒分别被两端的中心体发出的纤维连接。（所有染色体排列到赤道板(Metaphase Plate)上） 染色体进一步凝缩,并移到赤道附近,排列在赤道板；姐妹染色单体的着丝粒分别与一条或多条来自对面的纤维结合, 成为被争夺的对象 是什么机制确保染色体正确排列在赤道板上？ · 着丝粒微管动态平衡形成的张力,42,43,后期(anaphase),44,后期(anaphase),排列在赤道面上的染色体的姐妹染色单体分离产生向极运动 主要特点是:着丝粒分开,染色单体移向两极。 后期(anaphase)大致可以划分为连续的两个阶段，即后期A和后期B · 后期A，动粒微管去装配变短，染色体产生两极运动 · 后期B，极间微管长度增加，两极之间的距离逐渐拉 长，介导染色体向极运动,45,46,末期(telophase),47,末期(telophase),染色单体到达两极，即进入了末期（telophase）,到达两极的染色单体开始去浓缩 核膜开始重新组装 Golgi体和ER重新形成并生长 核仁也开始重新组装，RNA合成功能逐渐恢复,有丝分裂结束 主要特点是:染色体解螺旋形成细丝,出现核仁和核膜。,48,动物细胞胞质分裂,胞质分裂(cytokinesis)开始于细胞分裂后期，在赤道板周围细胞表面下陷，形成环形缢缩，称为分裂沟(furrow)。分裂沟的位置与纺锤体和钙离子浓度的变化有关 胞质分裂开始时，大量肌动蛋白和肌球蛋白在中体 处组装成微丝并相互组成微丝束，环绕细胞，称为收缩环（contractile ring)。收缩环收缩、收缩环处细胞膜融合并形成两个子细胞,49,分裂沟,收缩环,50,植物细胞胞质分裂,与动物细胞胞质分裂不同的是，植物细胞胞 质分裂是因为在细胞内形成新的细胞膜和胞 壁而将细胞分开,51,三、有丝分裂的机理,动粒和着丝粒 纺锤体微管类型及形成 纺锤体又称为有丝分裂器 (mitotic apparatus) Kinetochore microtubules Polar microtubules Astral microtubules 中心粒 中心粒确定分裂极 形成纺锤体,52,动粒与着丝粒,动粒：附着于着丝粒上的一种细胞器。 着丝粒：染色体主缢痕部位的染色质。,53,54,纺锤体微管的类型,55,中心粒的复制周期,56,染色体分离的两个阶段：后期A与后期B 染色体分离的力 拉力：由动粒微管去装配产生 推力：由极微管的聚合所产生 后期可分为两个阶段 后期A 后期B 力产生的机制： 后期A，微管去聚合假说 后期B，纺锤体微管滑动假说,57,Anaphase A and Anaphase B,58,纺锤体微管运动机理 微管去聚合作用假说 该假说的特点是动粒微管不断解聚缩短,造成将染色体拉向两极。 该模型的可能机理是微管的正端插入动粒的外层,微管蛋白分子与动粒蛋白分子有亲和性,微管蛋白在此端去组装。在动粒中,ATP分子水解可以提供能量,驱动微管上的马达分子向极部移动,拉动染色体向极移动。,59,后期A:微管去聚合假说,60,纺锤体微管滑动假说 这种假说认为极-极分离是由极微管的两种不同类型的变化引起的。 首先,极微管在+端添加微管二聚体进行聚合延长，使两极的极微管产生重叠的带(overlap zone)。 第二，极微管产生滑动，产生将两极分开的力。 微管间的横桥能够提供机械-化学的活动。横桥上有较高的ATP酶活性,推测是一种分子马达。,61,纺锤体微管滑动假说,62,Re-formation of the Interphase Nucleus,