细胞生长分化和细胞周期课件.ppt
细胞周期的时间TC = TG1 + TS + TG2 + TM,二、细胞周期,细胞周期(cell cycle) 是指连续分裂的细胞从上一次分裂结束开始到下一次分裂结束为止所经历的整个过程，包括分裂间期和分裂期。,DNA合成前期（G1期） 间期 DNA合成期（S期） DNA合成后期（G2期） 细胞周期 前期 分裂期(M期) 中期 后期 末期,细胞周期的时间TC = TG1 + TS + TG2 + TM,适宜条件下，一种细胞的周期时间相对稳定。不同生物或组织的细胞Tc差异较大，差异主要是TG1的差异，而TG2和TM的变化相对较小。,G1期细胞的三种去向周期性细胞，不断增殖。不在G1期停留，不断进入细胞周期（周期中细胞）如骨髓干细胞、皮肤基底层细胞、精原细胞等。G0 细胞，暂不增殖。一般停在G1期、不增殖，但保留能力，受到刺激后恢复增殖。如 肝细胞、肾细胞、淋巴细胞等。如肿瘤细胞停在G0 期，对药不敏感，是易复发的根源。终端分化细胞，不增殖。终身停留G1期，失去增殖能力，也称不育细胞或终末细胞。如：神经细胞、肌肉细胞、红细胞、角质细胞等高度分化分化细胞。,在胚胎发育早期（卵裂期）所有细胞均为周期性细胞。随着胚胎发育成熟，某些细胞进入G0期，某些细胞分化后丧失分裂能力。到成体时，只有少数细胞处于增殖状态，它们的增殖仅作为补充丢失的细胞（如造血系统中，红、白细胞不断死亡丢失，小肠上皮细胞不断由小肠绒毛顶端脱落-附动画，表皮细胞不断死亡、磨损、脱落），或对外界刺激的反应（如免疫淋巴细胞反应）。,许多生命过程例如胚胎发育，造血及上皮组织的更新，组织再生，创伤愈合，免疫反应等都和细胞增殖的精确的调控有密切的关系。,肿瘤细胞是增殖失控细胞，不断地增殖，最终导致机体的死亡。因此，细胞周期及其调节的研究不仅关系到阐明生物学中许多重要基础理论问题，还将关系到从根本上了解和征服肿瘤。,G1期 与DNA合成启动相关，开始合成细胞增殖所需要的多种蛋白质、RNA、碳水化合物、脂等，蛋白质的磷酸化非常活跃，同时染色质去凝集。细胞体积增大，存在细胞增殖的限制点(restriction point, R点)。,一、细胞周期各时相的动态变化,2. S期 DNA复制和组蛋白合成同步；中心粒复制。,Gene Sequence ATGAAAGTGAGATCACGCTTCTCATTTCTTTCACAACATTTTTATTTTAGCAATTTAGACTTTAAATATTAGGATTTCTATTAGATTTGTTGTTTTATTCATTTTTTGTAACAATTTTTAGATGTAATTATTAACATTTGTTTATTTACATTTAAATTGAATTTTTTTTTATAATTTATTGTTTTATTAATTGTGTATTTTATTTTTAAAAAATCCAATACATTTCTTTATTATTATTTTAATTTGTATTTATTTGTAAAAAAAATATATATATATATATTTTTTTTTATTATTTTCTAACTTTATTTAAACTTCTACCATTTTAATGTTACCTTTATTATTATTTACAATTATTACTATCTTTTTTTTTTGCAATAAGGATGTTTCATATTTTTGAACTTATACTTCTGCACACAATATATTTCACATTGAAAAAAATAGGAGGCTTAATAATGTTAAATAAAAAGAGTAGATGACTTTTCAGATGGAAAATGATGTTATTTTAATACAGTTTCATCTTTGCAGGATTTAAGGACTCTTGCGGCGTACGCACTTGCGCTGTTACTTCTTGCAACATTTGTGTCCCATTCCTGGAGCGCACCCAAGGTAATGTCATGCAATGTTATGCTATTAAATATGGATTTATTTATATTAAAAAATTGTTTAAGTTTACTATTAATTATAGATTACTGTTATTAAAATGAAAATAGTAAATGTTTATTATGTACATCATTTGTCTTATTTTAAATTATGTTATGGTATAGCCTATTATGCATTATTTGTATTATAAAATATTTGATGAAATGCATTGCAAATGTTATTACAATAATATTTTTTACTATAATAAAATAATAATAATAATTATTATTATTGTTGTTGCTGTTAACATAATTACTCTAGTCATTACTATTTTTTAAAATGAAATATTTTATTATGCTGATATGTCTACTTGATATGTTGCAAATATAAGTTTTTTATAAATACATTTAAAAAAAATTATA,3. G2期 为进入M期作准备。 合成与分裂有关的特殊蛋白质：有丝分裂器相关的微管蛋白和染色体凝集密切相关的成熟促进因子(MPF)等。,4. 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。,二、细胞周期的调控,（一）细胞周期蛋白(cyclin) 细胞周期蛋白是一类随细胞周期的变化呈周期性的出现和消失的蛋白质。具严格的顺序性，与特定的Cdk形成复合体，使Cdk活化。 在高等真核生物中， cyclin家族成员根据其序列的相似及生理功能被分为不同类型，迄今已被鉴定出的有cyclinA、B、C、D、E、F、G、H等。,细胞周期蛋白依赖激酶(cyclin-dependent kinase, Cdk)：一组控制细胞周期各时相间转换的蛋白激酶，其活性依赖于细胞周期蛋白的调节，与相应的cyclin结合形成cyclin-Cdk复合体，参与细胞周期相关活动的调节。,（二）成熟促进因子(MPF) 成熟促进因子是一种在G2期形成，能促进M期启动的调控因子。由1971年Masui和Markert首次发现。后来的研究发现MPF几乎存在于从酵母到人体所有的真核细胞的分裂期细胞中。 人类的MPF有32KD和62KD两种蛋白质。 p34cdc2 + cyclinB,1. MPF活性的调节 （1）MPF的活性存在于催化亚基p34cdc2上，而这种活性的最直接调控是由调节亚基cyclinB 的周期性合成和分解控制的。,34cdc2的蛋白水平在整个细胞周期中不变。 p34cdc2必须与cyclinB结合后才有激酶活性，而cyclinB的转录和合成随细胞周期而变化，在间期开始合成，在G2/M达到高峰，M期结束突然被水解掉。 p34cdc2-cyclinB复合体的激酶活性在G2/M达到峰值，诱导M期发生；M期结束时，激酶活性消失，细胞退出M期。,（2） p34cdc2活性还受磷酸化和去磷酸化的调控。,Tyr15、Thr14位点的磷酸化对MPF的活性起负调作用，Thr161位点的磷酸化对MPF的活性起正调作用。,2. MPF的功能MPF能够催化组蛋白H1磷酸化，参于有丝分裂的启动和染色质的凝集；MPF能够催化核纤层蛋白(lamin)磷酸化，核纤层(lamina)结构解体。MPF能使一些原癌基因蛋白产物发生磷酸化，由此产生一系列深远的与细胞分裂有关的生物学效应。MPF作用于微管蛋白，控制着细胞周期中微管的动力学变化。,（三） 生长因子 (growth factor) 是一类通过与细胞膜上特异的受体结合，最终调节细胞增殖和其它细胞生物学效应的多肽类物质。 特性：组织特异性、保守性、无种属特异性。,血小板衍生生长因子(PDGF) 是一种较强的促有丝分裂因子。已被证实，大多数二倍体细胞在增殖过程中需要PDGF，特别是在静止细胞被刺激进入增殖的过程中。 表皮生长因子(EGF) 存在于人和动物的尿液、乳汁和血浆中，但以前两者为多。是很强的促细胞分裂因子，可促进一些与细胞增殖有关的原癌基因的表达。,白细胞介素2(IL-2)是一种可溶性的细胞因子，细胞增殖激活因子 。近年的研究表明，它作为免疫刺激剂已被应用于癌症和多种传染病的治疗。 转化生长因子(TGF)有两种类型：TGF-，TGF-。 TGF-是一类多功能、广泛影响细胞增殖、分化的生长因子家族。TGF-对大多数细胞的增殖起抑制作用，可抑制肿瘤的生长。此外，在创伤愈合、细胞外基质形成、胚胎发育、骨的重建等方面均有重要作用；并且还参与免疫调节、神经系统的发育过程。,生长因子是体内细胞分泌的，没有药物类的毒性，因此在临床治疗各种疾病方面亦具有应用前景的实践意义。,（四） 抑素(chalone) 是由细胞自体产生的、终止细胞增殖的信号分子，是一种热不稳定的可溶性、分泌型糖蛋白，在细胞增殖的反馈性调节中起重要作用。 特性：组织特异性、细胞周期阶段的特异性,目前已经发现的抑素有20多种，如肝细胞抑素、肾细胞抑素、红细胞抑素等。并且有的抑素专门作用于G1期，防止细胞进行DNA合成(如G1期表皮细胞抑素)；有的专门作用于G2期，防止细胞进行分裂(如G2期表皮细胞抑素)。,三、细胞周期调控的遗传基础,（一）细胞分裂周期基因(cdc gene)芽殖酵母有多种cdc 基因分别调控胞质与核分裂： cdc2 基因其产物起关键调节。 cdc28基因启动DNA合成； cdc8 基因推进DNA合成； cdc24基因控制胞质分裂； cdc31基因控制纺锤体的形成。,（二）原癌基因、癌基因和抑癌基因 原癌基因(proto-oncogene)存在于正常细胞基因组中，是控制细胞生长和分裂的基因。编码多种类型的蛋白质，作为细胞生长和分裂的调控因子。 癌基因(oncogene)是控制细胞生长和分裂的原癌基因的一种突变形式，突变后，可使细胞增殖发生异常而无限增殖。 抑癌基因(tumor-suppressor gene)是指正常细胞中含有的抑制细胞恶性增殖的基因。,癌细胞生长与分裂失去控制，具有无限增殖能力，成为“永生”细胞。 具有扩散性和浸润性 染色体非整倍性,Rb基因、P53基因为常见的重要的两种抑癌基因。 Rb基因：遗传性视网膜母细胞瘤基因，是第一个被发现的抑癌基因。人的Rb基因定位于13q14上，当Rb两个等位基因丢失或失活时，导致细胞癌变。Rb蛋白具有抑制细胞增殖的功能。,遗传性视网膜母细胞瘤,P53基因：人的该基因定位于17号染色体上；是肿瘤抑制因子，可阻断细胞周期和诱导细胞凋亡。,细胞同步化：人为地将不同时期的细胞分离开来，从而获得不同时期的细胞群体。 1. 有丝分裂摇落法： M期细胞会变圆，与培养瓶壁附着力减弱。轻轻震荡，使其脱落悬浮到培养液，离心收集。 特点：简单、同步化效率高；细胞未受伤害；但分离细胞数目少。,四、细胞周期同步化的研究方法,2. 密度梯度离心法：不同时期细胞在重量和体积上差别显著，可采用。如：裂殖酵母。 特点：简单省时、效率高、成本低。但对大多数细胞不适用。,(1) DNA合成阻断法： 常用药物：氨甲蝶呤、胸苷。 特点：效率高，几乎适于所有体外培养的细胞系。,3. 化学同步法：通过不同药物可获得不同时期同步化细胞，但对细胞周期有干扰。,(2) 中期阻断法： 常用药物：秋水仙素、长春花碱等。 作用：抑制纺锤体微管的聚合。 特点：操作简便，效率高。但药物毒性大，若处理时间过长，不能恢复正常细胞周期。,标记有丝分裂百分率法(percentage labeled mitoses, PLM)是一种常用的测定细胞周期时间的方法。其原理是对测定细胞进行脉冲标记、定时取材、利用放射自显影技术显示标记细胞，通过统计标记有丝分裂细胞百分数的办法来测定细胞周期。,五、标记有丝分裂比率法,TG1: G1期的持续时间TG2: G2期的持续时间TS: S期的持续时间TM: M期的持续时间TC: 一个细胞周期的持续时间,测定原理： 胸腺嘧啶核苷(TDR)，是DNA的特异前体，能被S期细胞摄入，而掺进DNA中。通常使用的是3H或者14C标记的TDR。,
