-细胞增殖及其调控.pptx

1二、减数分裂二、减数分裂 图图 概概念念：减减数数分分裂裂是是细细胞胞仅仅进进行行一一次次DNADNA复复制制，随随后后进进行行两次分裂，染色体数目减半的一种特殊的有丝分裂两次分裂，染色体数目减半的一种特殊的有丝分裂发生分裂的细胞发生分裂的细胞 生殖细胞进行的产生配子的分裂过程，生殖细胞进行的产生配子的分裂过程，其结果是产生了染色体组数目减半的配子；其结果是产生了染色体组数目减半的配子；连续的两次分裂连续的两次分裂 第一次减数分裂第一次减数分裂 第二次减数分裂第二次减数分裂两个基本特点两个基本特点 染色体组数目减半染色体组数目减半 发生遗传重组发生遗传重组2MEIOSIS3前减数分裂间期特点前减数分裂间期特点S S期持续时间较长期持续时间较长S S期期 只只 复复 制制 其其 DNADNA总总 量量 的的99.799.799.94 减减 数数 分分 裂裂 前前 S S 期期 有有 丝丝 分分 裂裂 前前 S S 期期 蝾螈蝾螈 1010天天 1212小时小时 小鼠小鼠 1414小时小时 5 56 6小时小时 小麦小麦 1212小时小时 3.83.8小时小时 酵母酵母 1.01.0小时小时 0.50.5小时小时 减数分裂前减数分裂前S S期与有丝分裂前期与有丝分裂前S S期长度比较期长度比较5 减分减分I（Meiosis I）第一次减数分裂的两个特点第一次减数分裂的两个特点 一一对对复复制制了了的的同同源源染染色色体体分分开开，分分别别进进入入两两个个子子细细胞胞，同同源源染染色色体体分分开开之之前前通通常常要要发发生交换重组。生交换重组。在在染染色色体体组组中中，同同源源染染色色体体的的分分离离是是随随机机的，同源染色体组要发生重组合。的，同源染色体组要发生重组合。图图6减数分裂的染色体行为减数分裂的染色体行为7减分减分I过程过程前期前期I I主要事件是完成同源染色体的配对，主要事件是完成同源染色体的配对，在此过程中要发生配对同源染色体在此过程中要发生配对同源染色体 间的分子重组间的分子重组该期细分为细线期、偶线期、粗线该期细分为细线期、偶线期、粗线 期、双线期、终变期等期、双线期、终变期等。图1 图28Stages of the prophase of meiosis I Micrographs illustrating the morphology of chromosomes of the lily.9减数分裂的前期减数分裂的前期I10细线期细线期 又称凝集期或花束期又称凝集期或花束期 主要特点：主要特点：染色体染色体已加倍已加倍,并凝缩成细线状并凝缩成细线状,但但 看不到染色体的双重性。看不到染色体的双重性。染色体端粒通过接触斑与核膜相连染色体端粒通过接触斑与核膜相连11 偶线期偶线期(配对期配对期)主要特点是：主要特点是：联会与联会复合体联会与联会复合体 联会联会(synapsis)联会复合体联会复合体(synatonemal complex)二价体与四分体二价体与四分体合成约合成约0.3DNA(zygDNA)12同源染色体配对（联会）同源染色体配对（联会）13联会复合体联会复合体14粗线期粗线期(重组期重组期)主要特点：主要特点：持续时间长持续时间长同同源源染染色色体体之之间间发发生生DNA片片段段的的交交换换,产产生生重重组组的的基基因因组合组合,可见重组节可见重组节合合成成小小部部分分DNA（P-DNA）并并编编码码一一些些与与DNA点点切切及及修复有关的酶修复有关的酶合合成成减减数数分分裂裂专专有有的的组组蛋蛋白白，并并将将体体细细胞胞类类型型的的组组蛋蛋白白全部置换。全部置换。15同源染色体间的交换重组同源染色体间的交换重组16双线期双线期(合成期合成期)主要特点：主要特点：同同源源染染色色体体分分开开，明明显显可可见见四四分分体；体；出现交叉出现交叉17A bivalent chromosome at the diplotene stage The bivalent chromosome consists of paired homologous chromosomes.Sister chromatids of each chromosome are joined at the centromere.18终变期终变期又称再凝集期又称再凝集期 主要特点主要特点:染色体变成紧密凝集状态；染色体变成紧密凝集状态；大大多多数数核核仁仁消消失失,交交叉叉出出现现端端化化,姐姐妹染色体借着着丝粒连接在一起。妹染色体借着着丝粒连接在一起。19中期中期I I核核被被膜膜的的破破裂裂是是前前期期向向中中期期转转化化的的标标志志。纺纺锤锤体体侵侵入入核核区区,分分散散于于核核中中的四分体开始向中部移动。的四分体开始向中部移动。与与有有丝丝分分裂裂不不同同的的是是,四四分分体体上上有有四四个个着着丝丝点点,一一侧侧纺纺锤锤丝丝只只和和同同侧侧的的两两个个着着丝点相连。最后染色体排列在赤道板上。丝点相连。最后染色体排列在赤道板上。20后期后期I I同同源源染染色色体体分分开开,发发生生数数量量的的减减半半,而而且且,染染色体移向两极是随机的。色体移向两极是随机的。由由于于每每条条染染色色体体仍仍含含有有两两条条染染色色单单体体,因因而而每个极仍含有两套染色体。每个极仍含有两套染色体。不不同同的的同同源源染染色色体体对对向向两两极极的的移移动动是是随随机机的的、独独立立的的、父父方方、母母方方来来源源的的染染色色体体要要发发生生随随机机组组合合,有有利利于于减减数数分分裂裂产产物物的的基基因因组变异。组变异。21末期末期I I及间期及间期在在自自然然界界中中,末末期期和和间间期期的的类类型型有有两两种种：一一种种是是没没有有明明显显可可见见的的染染色色体体去去凝凝集集,另另一一种种是完全逆转到间期核的状态。是完全逆转到间期核的状态。大大多多数数种种类类,末末期期和和间间期期是是在在第第一一次次及及第第二二次次减减数数分分裂裂期期之之间间的的短短暂暂停停顿顿,在在所所知知的的生生物物中中,未见有未见有DNADNA的合成。的合成。22减分减分II（Meiosis II）第第二二次次减减数数分分裂裂分分为为前前期期IIII、中中期期IIII、后后期期IIII、末末期期IIII，最最后后形形成成4 4个个单单倍倍体体细胞。细胞。23比较比较有丝分裂与减数分裂有丝分裂与减数分裂 有有丝丝分分裂裂是是体体细细胞胞的的分分裂裂方方式式，减减数数分分裂裂主主要要是是产生配子的过程产生配子的过程;有有丝丝分分裂裂是是一一次次细细胞胞周周期期,DNADNA复复制制一一次次,分分裂裂一一次次,染色体由染色体由2n2n;2n2n;减减数数分分裂裂是是两两次次细细胞胞周周期期,DNA,DNA复复制制一一次次,细细胞胞分分裂裂两次两次,染色体由染色体由2n1n;2n1n;有丝分裂中有丝分裂中,每个染色体是独立活动每个染色体是独立活动;减数分裂减数分裂,染色体要配对、联会、交换和交叉。染色体要配对、联会、交换和交叉。24有有丝丝分分裂裂之之前前,经经DNADNA合合成成,进进入入G G2 2期期,才才进进行行有有丝丝分分裂裂;减减数数分分裂裂之之前前,DNA,DNA合合成成时时间间很很长长(99.7%(99.7%合合成成,0.3%,0.3%未未合合成成),),一一旦旦合合成成,即即进进入入减减数分裂期数分裂期,G,G2 2期短或没有期短或没有;有有丝丝分分裂裂时时间间短短,1-2,1-2小小时时;减减数数分分裂裂时时间间长长,20,20多多小时小时,至几年。至几年。25减数分裂与有丝分裂的比较减数分裂与有丝分裂的比较26减数分裂的生物学意义减数分裂的生物学意义保保证证了了染染色色体体数数目目在在世世代代交交替替中中的的恒恒定定,先先减减半半成成1n,1n,形形成成合合子子时时,又又成成为为2n;2n;染染色色体体间间分分离离时时的的重重组组,提提供供了了遗遗传传的的多样性多样性;同同源源染染色色体体配配对对时时交交换换重重组组,提提高高了了基基因因内内、基基因因间间重重组组的的频频率率,加加快快了了进进化化的速度的速度。2712.3 细胞周期的调控细胞周期的调控 28一、一、MPF的发现及作用的发现及作用成成熟熟促促进进因因子子(maturation promoting factor，MPF）,早早期期称称为为M-期期促促进进因因子子(M-phase promoting factor,MPF)，是是指指M期期细细胞胞中中存存在在的的促促进进细细胞胞分分裂裂的因子的因子29研究背景 1970s Rao等发现与M期细胞(Hela)融合的间期细胞染色体发生凝缩，称为早熟凝集染色体（PCC）。G1期PCC为单线状，因DNA未复制。S期PCC为粉末状，因DNA由多个部位开始复制。G2期PCC为双线染色体，说明DNA复制已完成。图 不同类的M期细胞都可诱导PCC产生，说明M期细胞具有促进间期细胞进行分裂的因子，即成熟促进因子(MPF)。30prematurelycondensedchromosome，PCCG1SG231非洲爪蟾卵发育的实验非洲爪蟾卵发育的实验研究思路研究思路实验设计实验设计（注意关键步骤的用意！）（注意关键步骤的用意！）材材料料的的选选择择：卵卵母母细细胞胞发发育育的的第第期期，含有一个较大的小核，易辨认。含有一个较大的小核，易辨认。方法：方法：实验结果：实验结果：32卵细卵细胞提胞提取物取物注射注射实验实验33二、p34 cdc2蛋白激酶的发现及与MPF的关系p34 cdc2蛋白激酶的发现周期蛋白的发现MPF的组成34p34 cdc2蛋白激酶的发现：Hartwell 1960s,Nurse 1970s 分别以芽殖酵母和裂殖酵母为材料，利用温度敏感突变株，发现许多与细胞分裂有关的基因(cdc)。如：裂殖酵母cdc2、芽殖酵母cdc28突变型在限制温度下无法分裂；cdc2和cdc28都编码一个34KD的蛋白激酶（称为p34 cdc2蛋白和p34 cdc28蛋白），促进细胞周期的进行，若该基因发生突变，细胞周期就会停止在某一点，细胞就不会再分裂。35细胞周期蛋白的鉴定细胞周期蛋白的鉴定T.Hunt 1980s等以以同同步步化化的的受受精精的的海海胆胆卵卵为为材材料料进进行行研研究究，发现海胆的卵裂过程中两种蛋白质的含量随细胞周期振荡，命名为周期蛋白（cyclin）A和B，其mRNA能诱导蛙卵成熟。1988年Lohka将非洲爪蟾的MPF纯化。经鉴定MPF由32KD和45KD两种蛋白组成，是一种丝氨 酸/苏 氨 酸 激 酶。进 一 步 的 研 究 发 现MPF=cdc2+clyclin B36MPFMPF的结构组成的结构组成是由两个不同的亚基组成的异质二聚体是由两个不同的亚基组成的异质二聚体:催化亚基催化亚基 是丝氨酸是丝氨酸/苏氨酸型蛋白激酶苏氨酸型蛋白激酶 其活性有赖于周期蛋白，故蛋白称为周期其活性有赖于周期蛋白，故蛋白称为周期依赖性蛋白激酶依赖性蛋白激酶(CDK);调节亚基：周期蛋白调节亚基：周期蛋白(cyclin)。图图37MPMPF F的的结结构构38三、细胞周期蛋白cyclin特点：在细胞周期中呈周期性变化。含有一段约100个氨基酸的保守序列，称为周期蛋白框，介导与CDK结合。M期周期蛋白N端有破坏框，参与周期蛋白A和B的降解。作用：激活和引导CDK作用于不同底物。已知30余种，在脊椎动物中为A1-2、B1-3、C、D1-3、E1-2、F、G、H等。可分为4类：G1型、G1/S型、S型、M型。39四、CDKcdc2与细胞周期蛋白结合才具有激酶的活性，故名细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK)。cdc2又称CDK1，可将特定蛋白磷酸化，如：将核纤肽磷酸化导致核纤层解体、核膜消失；将H1磷酸化导致染色体的凝缩等。在动物中已知7种CDK。均含PSTAIRE保守序列，与周期蛋白的结合有关。40不同类型的CDK/cyclin复合体*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。41G1期，在生长因子的刺激下，cyclin D表达，并与CDK4、CDK6结合，使下游的蛋白质如Rb磷酸化，释放转录因子E2F，促进许多基因的转录，如编码cyclinE、A和CDK1的基因。G1-S期，cyclinE与CDK2结合，激活DNA复制。G2-M期，cyclinA、cyclinB与CDK1结合，CDK1引起染色体凝缩、核膜解体（书P404表11-3）等。42cellcycleregulation43三、细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子（CDKI）CDKI对细胞周期起负调控作用，分为：INK4家族:抑制CDK4cyclin D1,CDK6cyclin D1。CIP/KIP家族：抑制大多数CDK。其中P21cip1还能与DNA聚合酶的辅助因子PCNA结合，直接抑制DNA的合成。44Leland H.Hartwell R.Timothy(Tim)Hunt Sir Paul M.Nurse 2001年10月8日美国人LelandHartwell、英国人PaulNurse、TimothyHunt因对细胞周期调控机理的研究而获诺贝尔生理医学奖。45五、细胞周期运转调控（一）（一）G2/G2/M M其转化及调控其转化及调控（下图）（下图）46M期调控示意图期调控示意图123447（二二）中中期期向向后后期期的的转转化化：周周期期蛋蛋白白A A和和B B的降解的降解 周期蛋白周期蛋白N端破坏框端破坏框(destruction box)48 泛素与周期蛋白的降解泛素与周期蛋白的降解 图图多多泛素泛素化作用化作用 泛素泛素活化酶活化酶（E1）泛素泛素缀合酶（缀合酶（E2）：将活化的泛素连）：将活化的泛素连接在周期蛋白接在周期蛋白B上上 泛素泛素连接酶（连接酶（E3）：形成多聚泛素链）：形成多聚泛素链蛋蛋白白酶酶体体的的降降解解作作用用：周周期期蛋蛋白白B中中的的破坏框起调节作用破坏框起调节作用后期促进因子（后期促进因子（APC)49Polyubiquitination50APCAPC的活性调节控制周期蛋白的活性调节控制周期蛋白B B的降解的降解当当MPFMPF的的活活性性在在有有丝丝分分裂裂中中期期达达到到最最高高峰峰时时,它它将将APCAPC磷酸化并将其激活；磷酸化并将其激活；接接着着发发生生周周期期蛋蛋白白B B泛泛素素多多聚聚化化,引引起起周周期期蛋蛋白白B B的降解；的降解；由由于于周周期期蛋蛋白白B B是是MPFMPF的的一一个个必必需需亚亚基基,它它的的降降解势必导致解势必导致MPFMPF的失活；的失活；在在G G1 1期期的的后后期期,APC,APC失失活活,使使得得周周期期蛋蛋白白B B的的浓浓度度升升高高,同同时时提提高高MPFMPF的的活活性性,以以便便进进入入下下一一个个有有丝分裂期。丝分裂期。51Regulation of mitotic cyclin levels in cycling cells52真核生物细胞周期调控的一般模型真核生物细胞周期调控的一般模型三类周期蛋白三类周期蛋白-CDK-CDK复合物复合物:G G1 1期周期蛋白期周期蛋白-CDK-CDK复合物复合物 S S期周期蛋白期周期蛋白-CDK-CDK复合物复合物 有丝分裂周期蛋白有丝分裂周期蛋白-CDK-CDK复合物复合物三个关键的过渡三个关键的过渡 G G1 1期期S S期期 中期中期后期后期 后期后期末期及胞质分裂期过渡末期及胞质分裂期过渡