细胞的生长和增殖.ppt
第十一章 细胞的生长和增殖,细胞生长和增殖是物种延续和繁衍的基础细胞的增殖是通过细胞分裂实现的细胞增殖伴随着细胞的周期性变化细胞的分裂有三种形式：无丝分裂（amitosis）有丝分裂（mitosis）减数分裂（meiosis）,第一节 细胞增殖方式,一、无丝分裂（amitosis)核仁拉长核拉长细胞拉长中部凹陷离断存在：原核生物、低等真核生物，高等真核生物组织再生、膀胱、小儿腱细胞。特点：1.核仁、核膜始终存在2.没有纺锤丝的形成3.遗传物质的分配可能不均等,有丝分裂（Mitosis)的过程,前期(Prophase)前中期（premetaphase）中期（Metaphase)后期（Anaphase)末期（Telophase),二、有丝分裂(mitosis),核分裂（karyonitosis）：胞质分裂（cytokinesis）：前期（prophase）：染色质凝聚、两个中心粒分开，以纺锤丝相连，核仁、核膜消失。（1）染色体凝聚：染色质变粗变短，形成染色体（2）分裂极的确定：复制后的中心粒分离，向细胞的两极移动（3）核仁、核膜解体，前期结束的标志,前期（Prophase),2个中心体分开，向两极移动(分裂极的确定）；染色质逐渐凝聚形成染色体；核仁、核膜解体,前中期（premetaphase),核膜消失（标志）染色体排列在细胞中间纺锤体形成,核膜破裂、核仁消失 核纤层磷酸化核膜崩解、消失,中期（Metaphase),染色体以着丝粒排列在纺锤体中央的赤道板上(标志）；每条染色体纵裂为两条姐妹染色单体（Chromatin),有丝分裂器（Mitotic apparatus),星体（Aster):星体微管；纺锤体（Spindle)极微管 染色体微管（着丝点微管）星体微管 区间微管,有丝分裂器结构,着丝点（Kinetochore)与着丝粒(Centromere)的区别,着丝粒:两条染色单体连在一起的特殊部位，由DNA重复序列组成；着丝点：着丝粒外侧表层的特殊结构，是微管蛋白的聚合中心,后期（anaphase),特点：在纺锤体微管牵引下，全部染色体分成均等的两群，分别移向两极；染色体移动假说：微管解聚说 微管滑动说,末期（Telophase）,两组子到达细胞两极并解螺旋成染色质；核膜、核仁重新出现（标志）；形成二个子细胞核，细胞膜中部凹陷，分隔成二个子细胞,胞质分裂cytokinesis）,子细胞核形成后，中部细胞膜内陷加深并离断两个子细胞,染色体移动的分子机制,马达蛋白与中心体的极向移动,染色体移动的几种可能模式,（三）高等植物有丝分裂特点,没有中心体，没有中心粒的分离，但有纺锤丝的形成分裂末期细胞中部形成细胞板，细胞不内陷缢缩,洋葱根尖细胞有丝分裂各期,洋葱根尖细胞有丝分裂各期,第三节 减数分裂(meiosis),定义：配子发生过程中，DNA复制一次，细胞连续分裂两次，染色体数目减少一半的细胞分裂方式 减数分裂是配子发生过程中的一种特殊有丝分裂形式 减数分裂（成熟分裂）特点 DNA复制一次，细胞连续分裂两次，最后成熟的配子染色体数目减少了一半,（一）第一次减数分裂,1.前期I细线期（leptotene）:染色质凝集偶线期（zygotene）：同源染色体配对联会(synepsis)联会复合体(synaptonemal complex)染色体二价体(bivalent)粗线期（pachytene）：染色体四分体 重组 重组节(recombination nodules)部分交换 双线期（diplotene）：姐妹染色体 交叉终变期（diakinesis）：端化,细线期（leptotene）,偶线期（zygotene）同源染色体配对联会(synepsis)联会复合体(synaptonemal complex)染色体二价体(bivalent),联会复合体结构,粗线期（pachytene）染色体四分体 重组 重组节(recombination nodules)部分交换,双线期（diplotene）同源染色体交叉,终变期（diakinesis）端化,2.中期I：标志，核膜 破裂，四分体排列于赤道板上3.后期I：在纺缍丝的牵引下，同源染色体分离非同源染色体之间随机组合4.末期I：染色体移至两极，解旋，核仁核膜重新出现。初级卵母细胞分裂成一个次级卵母细胞和一个染色质高度凝聚的第一极体,（二）第二次减数分裂,次级精母细胞形成后，接着进入第二次减数分裂，DNA不再复制，分裂成两精细胞。次级卵母细胞则停留在第二次减数分裂的中期，直到与精子受精时，才完成第二次减数分裂形成一个卵子并排出第二极体。,精子的形成过程,卵细胞的形成过程,卵母细胞减数分裂特点,（1）整个过程非常漫长，只有少数初级卵母细胞完成减数分裂女胚第6周 原始生殖细胞开始增殖为卵原细胞分化为初级卵母细胞，进入减数分裂至胎儿6个月，初级卵母细胞基本形成，停止在减数分裂前I的双线期排卵时完成第一次减数分裂，但次级卵母细胞又停留在减数分裂中期直到受精时才完成第二次减数分裂（2）一个初级卵母细胞经过成熟分裂只形成一个卵子，一个第一极体，二个第二极体（3）卵子无变形期,2、掌握：DNA、染色体、染色单体变化规律,4N2N,0,|复制|减|减|,4N,2N,|间|前|中|后|末|间|前,三、减数分裂意义1、是三大遗传学规律的基础同源染色体分离孟德尔分离律非同源染色体自由组合孟德尔自由组合律同源染色体之间联会重组互换连锁互换律2、保持遗传的稳定性精子（n）+卵子（n）=受精卵（2n）3、生物变异和进化的基础同源染色体之间重组、互换非同源染色体之间自由组合,第二节 细胞增殖周期,细胞周期:一次细胞分裂结束到下一次细胞分裂完成所经历的整个过程。分期：G1期(gap1)：从有丝分裂完成到DNA复制前；S期(synthesis phase)：指DNA复制的时期；G2期(gap2)：DNA复制完成到有丝分裂开始前；M期或称D期(mitosis or division)：细胞分裂开始到结束,细胞周期的生化活动,G1期：为DNA复制做准备rRNA、tRNA合成活跃组蛋白合成旺盛细胞膜转运功能加强S期：DNA复制，GC含量高序列先复制，常染色质先复制大量合成组蛋白中心粒复制,G2期：为细胞分裂做准备大量合成微管蛋白中心粒蛋白合成，体积增大M期：细胞分裂,根据细胞的增殖情况，可将高等动物的细胞分为三类：连续分裂细胞：细胞持续分裂，又称周期细胞，如表皮生发层细胞、部分骨髓细胞。暂不增殖细胞：暂不分裂，但在适当的刺激下可重新进入细胞周期，称G0期细胞。如淋巴细胞、肝、肾细胞等。不再增殖细胞：指不可逆地脱离细胞周期，不再分裂的细胞，又称终端细胞，如神经、肌肉、多形核细胞等等。,二、参与细胞周期的调控的因子,细胞分裂周期基因(cell division cycle gene，CDC)：细胞周期素依赖性蛋白激酶(cyclin-dependent kinase，CDK):细胞周期分子调控的核心分子细胞周期素(cyclin):CDK调节亚基CDK抑制因子（CDKinhibitor，CKI）:CDK活化激酶（CAK）和磷酸酶:CDK和cyclin调节蛋白:泛素、淘汰素,CDK,CDK为丝/苏氨酸激酶迄今发现近十种CDK，命名CDK1-9CDK是细胞周期调控的核心分子各种CDK对细胞周期的调节主要通过其特异性底物来实现,早熟染色体凝集：Rao和Johnson将M期Hela细胞与不同时期的细胞融合，发现间期细胞产生了形态各异的早熟凝集染色体(prematurely condensed chromosome，PCC)。任何种类的M期细胞都可以诱导PCC，如人和蟾蜍的细胞融合也产生同样的结果。提出：M期细胞存在促进间期细胞分裂的因子，即成熟促进因子(maturation promoting factor，MPF)。,凝缩蛋白,周期素（CYCLIN）,最先在海胆（sea urchin）早期胚胎细胞分裂中发现在酵母细胞增殖研究中其对细胞周期的调控作用脊椎动物共有9种周期素，有的有几个亚型不同周期素有特定的表达规律,细胞在生长因子的刺激下，G1期cyclin D表达，并与CDK4、CDK6结合，使下游的蛋白质如Rb磷酸化，磷酸化的Rb释放出转录因子E2F，促进许多基因的转录，如编码cyclinE、A和CDK1的基因。,CAK与磷酸酶调节CDK活性,CDK活化激酶（CAK）：CDK7+cyclinH酪氨酸磷酸酶：cdc25激酶:失活 Weel,磷酸化和去磷酸化对CDK1（cdc2P34）活性的调节,CKI,周期素依赖性蛋白激酶抑制因子（CDKinhibitor，CKI），多为抑癌基因广泛CDK抑制剂：P21、P57CDK4抑制剂：P16、P15、P19、P18CAK抑制剂：P27P16、P15、P27受TGF-调控P21、P19、P18受P53调控,三 细胞周期的调节机制,细胞周期的调节主要由以下三方面组成：细胞周期的时序调节DNA复制的调节检查点（check point）调控,各种CDK/CYCLIN复合体对细胞周期的调节,表1.不同类型的周期蛋白,*包括D1-3，各亚型cyclin D，在不同细胞中的表达量不同，但具有相同的功效,LelandHartwell Paul Nurse TimothyHunt,（二）DNA复制的调控,细胞分裂之前基因组DNA必须完整地复制一次，以维持子代细胞遗传物质的稳定。真核生物基因组DNA的复制是同时由成千上万个复制子（replicon）共同完成每个细胞周期只能完整地复制一份。每个细胞内参与DNA复制的蛋白因子约为二十种从低等真核生物到高等生物，DAN复制的调控机制及调节分子在进化上是高度保守的。,DNA复制的调控,起始识别复合物的形成,复制前复合物的形成及DNA复制的启动,(三)细胞周期检查点调控,细胞周期有几个称为检验点（check point）时期对细胞周期的调控尤为重要。G1/S检查点:酵母中称start点，在哺乳动物中称R点(restriction point)，控制细胞由静止状态的G1进入DNA合成期。S期检查点：DNA发生损伤，复制不完全G2/M检查点：DNA发生损伤，微管合成异常中-后期检查点（纺锤体组装检验点）：或纺锤体形成不正常，染色体丢失，否则抑制APC的活性，引起细胞周期中断。,细胞周期的几个检查点,参与检查点调控的分子,Rad17是调节细胞周期停滞在G1/M检查点的重要分子CDK抑制剂P21、P16和P27等，它们分别受P53和TGF-等分子的调控，抑制CDK2、CDK4和CDK6等G1期CDK的活性，是调控G1/M检查点的分子。chk1、chk2、Rad9和Hus1是调控细胞停滞在G2检查点的调节分子。chk1和chk2通过催化CDC25磷酸化而使之失活，抑制CDK1的活性 MAD2（mitotic arrest-deficient）是纺锤丝检查点蛋白。分裂前期时，MAD2定位在着丝点上，纺锤丝形成时与着丝点解离。,Cdc25激活CDK1,P21cip1 途径对细胞周期的抑制作用,ATM（ataxia telangiectasia-mutated gene）毛细血管扩张性共济失调症突变基因,与DNA损伤检查有关。人类中大约有1%的人是ATM缺失的杂合子，表现出对电离辐射敏感和易患癌症。ATM编码一个蛋白激酶，结合在损伤的DNA上，通过两条信号通路使细胞周期停滞。一是激活Chk1（checkpoint kinase）,Chk1引起CDC25的Ser216磷酸化而失活，从而抑制CDK2的活性，使细胞停滞在G2/M检查点。二是激活Chk2，使P53被磷酸化而激活，然后P53作为转录因子上调P21表达，P21抑制G1-S期CDK的活性，从而使细胞停留在G1/S检查点。,（四）细胞因子对细胞周期的调控,生长因子有丝分裂原生长因子的信号通路主要有：ras途径，激活MAPK，MAPK进入细胞核内cAMP途径:PKC磷脂酰肌醇途径:G蛋白,PKC,Ca+,（五）癌基因与抑癌基因,癌基因（oncogene）细胞癌基因（原癌基因，c-onc）:促进细胞增殖病毒癌基因（v-onc）:来源于病毒基因组，与细胞癌基因部分序列同源癌基因多为显性：过表达、突变或复制是细胞恶变原因之一,抑癌基因：抑制细胞增殖，多表现为隐性 多为转录因子或CDK抑制剂 Rb:视网膜母细胞瘤基因 P53:,第四节 细胞增殖与肿瘤,肿瘤增殖速率细胞群体增殖比值（growth fraction，GF）或增殖指数 GF=A/（A+B+C）A：增殖细胞群;B：暂不增殖细胞群;C：不再增殖细胞群,化疗药物分类：,非周期特异性药物：结合、破坏DNA，氮芥、丝裂霉素、阿霉素周期特异性药物：只对增殖细胞起作用。放线菌素D，抑制RNA合成周期阶段性药物：作用于细胞周期的某一特定时相。秋水仙素、长春新碱抑制纺锤丝形成；阿糖胞苷、羟基脲干扰DNA合成,三、细胞同步化,细胞同步化(synchronization)：指在自然发生或经人为处理使细胞停留在细胞周期某一时期。(一）自然同步化（二）人工同步化 诱导同步化 1）DNA合成阻断法：5-氟脱氧尿嘧啶、羟基脲、阿糖胞苷、氨甲蝶呤、2）中期阻断法：利用破坏微管的药物将细胞阻断在中期，常用的药物有秋水仙素和秋水仙酰胺,（二）人工同步化,1选择同步化 1）有丝分裂选择法：使单层培养的细胞处于对数增殖期，此时分裂活跃，M期细胞比例高。2）细胞沉降分离法：不同时期的细胞体积不同，沉降系数不同2诱导同步化 1）DNA合成阻断法：5-氟脱氧尿嘧啶、羟基脲、阿糖胞苷、氨甲蝶呤、2）中期阻断法：利用破坏微管的药物将细胞阻断在中期，常用的药物有秋水仙素和秋水仙酰胺,小 结,基本概念：细胞分裂、有丝分裂、减数分裂、细胞周期、检查点细胞分裂的方式及其分裂各期特点细胞周期各时相的动态变化；参与和影响细胞周期调控的主要因素肿瘤细胞周期的特点,思考题1.简述纺锤体的结构与功能。2.何为联会及联会复合体？3.比较减数分裂与有丝分裂区别与联系。4.细胞周期包括哪几个时期？各期的特点是什么？5.何为G0细胞？与G1期细胞有何联系与区别？6.试述cyclin-Cdk复合物在G1/S转化中的作用。7.试述cyclin-Cdk复合物在S期启动中的作用。8.什么叫成熟促进因子？它由哪几部分组成？它是怎样实现对细胞周期的调控作用的？9.为什么说了解肿瘤细胞周期的特点有利于肿瘤的临床治疗？,
