第十一章--细胞增殖及其调控课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第十一章 细胞增殖及其调控,细胞增殖(cell proliferation)的意义,细胞周期与细胞分裂,细胞周期调控,细胞增殖(cell proliferation)的意义,是细胞生命活动的重要特征之一,是生物繁育的基础；,导致单细胞生物个体数量的增加；,多细胞生物由一个单细胞,(,受精卵,),分裂发育而来，细胞增殖是多细胞生物繁殖基础。,成体生物通过细胞增殖产生新细胞以取代衰老死亡细胞，维持个体细胞数量相对平衡和机体正常功能。,机体创伤愈合、组织再生、病理组织修复等，都依赖 细胞增殖。,第一节 细胞周期与细胞分裂,细胞周期(cell cycle)概述,有丝分裂(mitosis),(),胞质分裂,(Cytokinesis),减数分裂,(Meiosis),(),一、细胞周期(cell cycle)概述,细胞周期,细胞周期各不同时相及主要事件,细胞周期长短测定,细胞周期同步化,(),特异的细胞周期,二、有丝分裂(mitosis),前期,前中期,中期,后期,末期,有丝分裂,三、胞质分裂,(Cytokinesis),动物细胞胞质分裂,植物细胞胞质分裂,四、减数分裂,(Meiosis),减数分裂概念与过程,：,减数分裂的意义,减数分裂特点,脊椎动物配子发生过程,细胞周期时相组成,间期(interphase):G1 phase，S phase，G2 phase,M期（细胞分裂期）:有丝分裂期(Mitosis),胞质分裂期(Cytokinesis)；,细胞沿G1SG2MG1周期性运转，在间期细胞体积增大(生长)，在M期,细胞核先分裂，接着胞质分裂，完成一个,细胞周期,。,根据增殖状况，细胞分三类,连续分裂细胞,(cycling cell):,也叫,周期中细胞,，如小肠绒毛上皮隐窝细胞、部分骨髓造血细胞等；,休眠细胞(Go细胞),:,暂时脱离细胞周期，不增殖，在适当刺激下可再进入细胞周期(某些免疫淋巴细胞、肝细胞)；,终末分化细胞,:某些细胞分化程度高，一旦生成，则终生不再分裂(,神经、横纹肌细胞)G0细胞和终末分化细胞的界限难以划分，过去认为属于终末分化细胞的目前可能被认为是G0期细胞。,G1期,与DNA合成启动相关，开始合成细胞生长所,需的多种蛋白质、RNA、碳水化合物、脂,等，但,无DNA合成,，同时染色质去凝集。,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,常染色质早S期复制，异染色质晚S期复制,同条染色体上的不同复制子不同时启动复制；,G2期,DNA复制完成；DNA 2n 4n,合成一定数量的蛋白质和RNA,；,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。,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,流式细胞仪法,流式细胞仪法,特异的细胞周期,特异的细胞周期,是指那些特殊的细胞所具有的与标准的动物细胞周期相比有着鲜明特点的细胞周期。,爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期,酵母细胞的细胞周期,植物细胞的细胞周期,细菌的细胞周期,酵母细胞的细胞周期,酵母细胞周期明显特点:,细胞周期持续时间较短；,封闭式细胞分裂:细胞分裂时核膜不解体；,纺锤体位于细胞核内.,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.,植物细胞的细胞周期,与动物细胞的标准细胞周期相似，含有G1、S、G2和M期。,特点：,不含中心体，但在分裂时可以正常组装纺锤体；,以形成中板的形式进行胞质分裂。,前期,(prophase),染色质开始浓缩(condensation)成具,两条染色单体,的有丝分裂染色体(mitotic chromosome），前期末，主缢痕部位形成,动粒,；,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；,间期动物细胞含一个MTOC，即中心体，在S期末，两个中心粒自我复制完成,形成两个中心体。前期时，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,。,前中期,(prometaphase),核膜破裂成小膜泡:由核纤层蛋白中特异的Ser残基磷酸化导致,核纤层解体,而引起；,纺锤体微管与动粒结合，,捕捉住染色体,此时染色体有两个动粒，朝相反方向，分别与两极的微管结合；,纺锤体微管捕捉住染色体后，形成,三种类型的微管,；,染色体开始移向赤道板，逐渐由前中期向中期运转。,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,后期(anaphase)大致可划分为连续的两个阶段:,后期A,:,动粒微管去装配变短,，染色体向两极运动;,后期B,:极性微管长度增加，,两极之间的距离逐渐拉长，,介导染色体极向运动;,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。,动物细胞胞质分裂,胞质分裂(cytokinesis)始于分裂后期，赤道板周围的细胞表面下陷，形成环形缢缩，即,分裂沟,(furrow)，其位置与,纺锤体极性微管,和,钙离子浓度,升高的变化有关。,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)。收缩环收缩致使细胞膜融合，形成两个子细胞。,植物细胞胞质分裂,与动物细胞不同，植物细胞胞质分裂是因为在细胞内形成新的细胞膜和细胞壁而将细胞分开。,成膜体(phragmoplast)：,由有丝分裂纺锤体在赤道板处残余的,微管形成。,一些小囊泡及从Golgi衍生而来的较大囊泡(内含细胞壁基质所需的多聚糖类和糖蛋白)均沿微管被转运至成膜体处，互相融合成一个圆盘状的由膜包围结构，该结构进一步融合，并向外延伸扩展，最终到达细胞质膜和原初细胞壁，质膜和围绕新细胞壁的膜融合，将细胞分裂为二，形成两个子细胞。,减数分裂概念与过程,概念：减数分裂是细胞仅进行一次DNA复制，随后进行两次分裂，染色体数目减半的一种特殊的有丝分裂。,减数分裂,过程,减数分裂的意义,确保世代间遗传的稳定性；,增加变异机会，确保生物的多样性，增强生物适应环境变化的能力。,减数分裂是生物有性生殖的基础，是生物遗传、生物进化和生物多样性的重要基础保证。,减数分裂特点,遗传物质只复制一次，细胞连续分裂两次，导致染色体数目减半,前I期具有重要特点,S期持续时间较长,同源染色体在减数分裂期I,(MeiosisI),配对联会、基因重组,减数分裂同源染色体配对,排列在赤道板,上,第一次分裂时,同源染色体分开，染色体数目减半。,减数分裂前S期与有丝分裂前S期长度比较,前期I分为细线期，偶线期，粗线期，双线期，,终变期等五个阶段,形成,联会复合体,(Synaptonemal Complex,SC),同源染色体间遗传物质重组,产生新的基因组合,细线期/,凝集期：细线状染色体盘绕在核内,染色体已复制,。,偶线期/,配对期：同源染色体配对形成,二价体,，共有4条染色体单体，又叫,四分体,。,粗线期/,重组期：始于同源染色体配对完成后，染色体变粗变短，且同源染色体紧密配对，,染色单体的交叉和互换,。,双线期/,合成期：交叉明显可见，二价体的形状有很大变化(具一个和多个交叉时染色体分别呈“X”和链环形)，有mRNA转录。,终变期/,再凝集期：染色体又变成浓集状态，且较均匀分布于核内，随着核仁消失，核膜解体，终变期结束，进入中期。,一个精原细胞可形成,4,个,精细胞,，由精细胞进一步分化形成,4,个精子；一个卵原细胞分裂形成配子过程中，由于胞质不均匀分裂，在细胞一侧形成胞质极少的小细胞，无功能，称为极体,(polar body),，,胞质集中于一个大的卵细胞中，发育成为有功能的卵，最终只形成一个卵子。,脊椎动物配子发生过程,细胞周期调控系统的概念：,在适当时候激活细胞周期各个时相的相关酶 和蛋白表达,促使细胞分裂，然后自身失活的调控系统。,细胞周期调控系统的作用：,确保每一时相事件的全部正确完成,对外界环境因子起反应,(,如多细胞生物对增殖信号的反应,),一 细胞周期调控系统的概念与作用,细胞周期检验点(checkpoint),功能：,细胞周期检验点是细胞周期调控的一种机制,主要是确保周期每一时相事件的有序、全部完成并与外界环境因素相联系。（细胞周期的,检验点,）,组成：,起始,信号,(signal)；检验异常事件发生的,感受器,(sensor)；对异常信号转导的,转导者,(transducer)和细胞周期引擎成分的,效应器,(effector)。,通过这些检验点的作用及时阻断周期进程，使细胞获得修复时间，以保证周期高度准确地进行正常运转。,三、,MPF(Maturation-promoting factor，Mitosis-promoting factor),MPF，即卵细胞促成熟因子或称细胞促分裂因子，或M期促进因子,研究逐步证明了它在细胞周期调控中起重要作用。,MPF的发现及其生化实质,MPF的发现：,细胞融合与染色体超前凝集,(Premature chromosomal condense,PCC,),不含有孕酮的,M,期细胞质抽提物可以诱导卵母细胞分裂,MPF,的,生化实质,:,MPF,是一种蛋白激酶复合物,可使多种底物蛋白磷酸化；,MPF,是由,M,期,周期蛋白（,Cyclin,）,和周期蛋白依赖性蛋白激酶,(,Cyclin,-dependent protein,kinase,，,CDK),组成的,复合物,。,MPF复合物的活化与功能,MPF的活化主要是指CDK激酶的活化,活化,Cyclin的浓度提高有利于活化CDK激酶,其他激酶与磷酸酶的调节活化MFP复合物,活化的MPF级联更多的MPF被活化,功能,：启动细胞从G2期进入M期的相关事件,四、Cyclin-Cdk复合物的多样性及细胞周期运转,Cyclin-Cdk,复合物的多样性,不同周期蛋白+不同CDK=不同Cyclin-Cdk=不同的MPF复合物 在不同时相表现活性，影响不同,下游事件,;,Cyclin-CDK复合物对细胞周期的调控,;,Cyclin-Cdk复合物的多样性,G1 S G2/M,Cyclin-Cdk Cyclin-Cdk Cyclin-Cdk,Budding Yeast CLN1,2,3-CDC28 CLB5,(3,4)-CDC28 CLB1,2(3,4)-CDC28,Fission Yeast CIG1-CDC2 CIG2-CDC2 CIG13-CDC2,Higher Eukaryotes CyclinD1,2,3-Cdk4/6 CyclinA-Cdk2 CyclinB-CDC2,CyclinE1,2-Cdk2,G1 Substrates,S Substrates,G2/M Substrates,Growth and,Morphogenesis,DNA Replication,Mitosis,五、细胞周期运转的阻遏(细胞周期运转的负调控),细胞至少可通过两种不同机制阻遏细胞周期运转：,1),Cdk抑制蛋白(CDI)阻止Cyclin-Cdk复合物的装配或活性:,CDI包括CIP/KIP家族和INK4家族，其作用是抑制,Cyclin-Cdk复合物的装配或活性，而将细胞阻止在不同的检验点。如DNA受损后，细胞将,停留于G1,检验点让,DNA修复或者凋亡,;,2),周期调控系统组分停止合成:,如G0细胞，大部分Cyclin和Cdk都消失，这在多细胞生物中尤其明显。,肝脏切除实验中显示DNA 和组蛋白合成同步,Leu添加到组,蛋白中的速度,T添加到DNA,中的速度,星体,纺锤体极,纺锤体极,动粒微管,极性微管,星体微管,.,星体,A,牵拉（pull）假说:,染色体运动是由于动粒微管的牵拉作用,微管越长拉力越大；,B,外推（push）学说：,由于星体的排斥作用，将染色体外推向赤道方向移动，离星体越近，推力越大；,当两侧的力达到平衡时染色体即排列到赤道板上,。,动粒微管,逐渐变短,极性微管延长,The two processes that separate sister chromatids at anaphase.,In,anaphase A,the chromatids are,pulled,toward opposite poles by forces associated with shortening of their kinetochore microtubules.The force driving this movement is thought to be generated mainly at the kinetochore.In,anaphase B,the two spindle poles move apart.It is likely that the forces driving anaphase B are similar to those that cause the centrosome to split and separate into two spindle poles at prophase.Two separate forces are responsible for anaphase B:the elongation and sliding of the polar microtubules past one another,pushes,the two poles apart,and outward forces exerted by the,astral microtubules,at each spindle pole act to,pull,the poles away from each other,toward the cell surface.,Two alternative models of how the kinetochore may generate a poleward force on its chromosome during anaphase.(A)Microtubule motor proteins are part of the kinetochore and use the energy of ATP hydrolysis to pull the chromosome along its bound microtubules.(B)Chromosome movement is driven by microtubule disassembly:as tubulin subunits dissociate,the kinetochore is obliged to slide poleward in order to maintain its binding to the walls of the microtubule.,ATP驱动的染色体运动,促使微管解聚,微管解聚驱动了染色体运动,动粒,动力蛋白,动粒,微管上驱动动粒向两极运动的摩托蛋白种类,两极之间的距离拉长,两种模式：,(A),极性微管加长，驱动蛋白促使微管的重叠区滑动；,(B),星体微管和细胞膜通过动力蛋白连接，动力蛋白向微管负极移动，使纺锤体极靠近膜；,动力蛋白,驱动蛋白,黑色和,红色,箭头分别示微管和,摩托蛋白,的运动方向,星体微管,极性微管,成膜体,细线期,偶线期,粗线期,双线期,终变期,第一次减数,分裂中期,联会复合物,着丝粒,交叉,a.Electron micrograph of SC of human pachytene bivalent.(K:kinetochore;arrow:recombination nodules);b.Schematic diagram of SC;c.Electron micrograph of SC after treatment with DNase to remove chromasomal fibers.,重组结,父,母,侧成分,Visible evidence of crossing over,精原细胞有丝分裂,减数,分裂,初级精母细胞,精子细胞,次级精母细胞,精子,纺锤体装配检验点,检验：染色体是否,附着在纺锤体上,细胞大小,营养水平,生长因子,DNA损伤,细胞大小,DNA复制,环境因素,人M期细胞与袋鼠（Ptk）G1、S、G2期细胞融合诱导PCC：揭示M期细胞存在诱导PCC的因子；,S,G1,G2,粉末状染色体,1、孕酮（一种激素）可以诱导卵母细胞发生分裂并成熟2、不含有孕酮的M期细胞质抽提物可以诱导卵母细胞分裂；,Why？,成熟成熟卵细胞质中，含有卵母细胞成熟的诱导因子，称做MPF。,细胞周期蛋白,依赖性蛋白激酶,细胞周期蛋白,p21蛋白是一种重要的Cdk抑制蛋白(CDI)，它的表达受到,p53蛋白,的调控,p53蛋白同时可以引发细胞凋亡,以G2/M期的MPF复合体为例,Capture of kinetochores by microtubules.,The kinetochore binds to the side of a growing microtubule and slides along it toward the spindle pole.On the left,the,red arrow,indicates the direction of microtubule growth,while the,gray arrow,indicates the direction of chromosome sliding.,