第十三章-细胞周期课件.ppt

1、http:/ CELL CYCLE 细胞增殖是生命的基本特征。初生婴儿1012个细胞，成人1014个，约200种类型。成人每秒钟有数百万新细胞产生。一个大肠杆菌若按20分钟分裂一次，并保持这一速度，则两天即可超过地球的重量。http:/ 第一节什么是细胞周期 Eucaryotic Cell Cycle 根据细胞周期可将高等动物细胞分为3类：连续分裂细胞，如表皮生发层、骨髓干细胞。休眠细胞，称G0期细胞。不分裂细胞，又称终端细胞，如神经、肌肉、多形核细胞等。一、细胞分裂的类型 Amitosis，Remark 1841 Mitosis，Fleming 1882，Strasburger 1880 M

2、eiosis Gametic Sporic Zygotic SomaticAmitosis Mitosis ProphaseTwo centrosomes,and their forming radial arrays of astral microtubules separating on the surface of an early prophase newt lung cell nucleus.图片来自http:/www.wadsworth.org/图片来自http:/www.wadsworth.orgSpindle Microtubules and Motors in the spi

3、ndlePremetaphaseMetaphaseAnaphase Anaphase A and BTelophaseCytokinesis Dividing Muscle Myoblast(SEM x8,000)Telophase in plant cellsMeiosis synaptonemal complexMeiosis in mouse spermatogenesis Zygotic meiosisGametic meiosisSporic meiosisChromosome recombination 1Chromosome recombination 2二、细胞周期时间的测定

4、G1期差异较大，M期最短，约0.54.5小时。周期长短与物种/细胞类型有关。测定方法：标记有丝分裂百分率法（PLM），用3H TdR对测定细胞脉冲标记、定时取材，通过统计标记有丝分裂细胞百分数来测定细胞周期。T常以（TG2+1/2TM）-TG2的方式求出TM三、细胞同步化（一）自然同步化 1.多核体：粘菌、疟原虫。2.水生动物受精卵：海胆、两栖类。3.增殖抑制解除后的同步分裂：真菌休眠孢子。（二）人工同步化 1.选择同步化 1）有丝分裂选择法 优点：操作简单，同步化程度高，细胞不受药物伤害。缺点：获得的细胞数量较少（分裂细胞约占1%2%）。2）细胞沉降分离法 优点：可用于任何悬浮培养的细胞。缺

5、点：同步化程度较低。2.诱导同步化 1）DNA合成阻断法：用DNA合成抑制剂，可逆阻断细胞周期，然后释放。常用TDR双阻断法。优点：同步化程度高；缺点：产生非均衡生长，个别细胞体积增大。2）中期阻断法 用秋水仙素等微管抑制剂将细胞阻断在中期。优点是便于观察染色体，缺点是可逆性较差。http:/ 第二节 细胞周期调控CELL CYCLE CONTROLprematurely condensed chromosome，PCCG1SG2一、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，说明M期细胞具有促进间期细胞进行分裂的因子(MPF)。Hartwell 19

6、60s,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)。FISSION YEAST Paul Nurse found CDC28BUDDING YEAST Leland H.Hartwell found CDC2 T.Hunt 1980s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 BLeland H.H

7、artwell R.Timothy(Tim)Hunt Sir Paul M.Nurse 2001年10月8日美国人Leland Hartwell、英国人Paul Nurse、Timothy Hunt因对细胞周期调控机理的研究而获诺贝尔生理医学奖。二、CDK cdc2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H3磷酸化导致染色体的凝缩等。在动物中已知十多种CDK，均含PSTAIRE序列Different CDKsCDK mouse modelCDK突变类型生存性个体表型细胞表型

8、Cdk1缺失致死N/AN/ACdk2缺失存活减数分裂异常，雌雄均不育，有丝分裂正常，不响应p27Kip1缺失引起的器官肿大和肿瘤培养的成纤维细胞早衰，无明显细胞周期缺陷，不响应p21Cip1或p27Kip1 缺失引起的细胞增殖改变。Cdk2条件缺失存活未观察到表型缺陷细胞增殖正常Cdk3提前终止存活正常，很多实验品系携带这一突变。细胞正常Cdk4R42C突变存活14-18个月后出现上皮细胞和间充质肿瘤细胞周期加快，为永久系，容易转染ras肿瘤Cdk4缺失存活出生后胰岛B细胞垂体分泌细胞不增殖，细胞小难以变为永久系，或被转染肿瘤基因Cdk5缺失临产致死神经系统发育不良N/ACdk6缺失存活红细胞

9、系发育缺陷成纤维细胞无缺陷，淋巴细胞增殖延迟C d k 2 Cdk6双缺失存活兼具有CDK1、2缺失的表型兼具有CDK1、2缺失的表型C d k 4 Cdk6双缺失晚期胚胎致死造血细胞，尤其是红细胞增殖有限细胞周期延迟，Rb磷酸化降低，细胞对有丝分裂原相应正常，传代成为永久系Cdk11缺失致死有丝分裂缺陷，囊胚期死亡培养的胚胎细胞增殖缺陷和凋亡三、细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子 CKI对细胞周期起负调控作用，分为：Ink4:抑制cdk4cyclin D1,cdk6cyclin D1。Kip：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。四、

10、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。作用：激活和引导CDK作用于不同底物。已知30余种，分为4类：G1型、G1/S型、S型、M型。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。CELL CYCLE REGULATION 中期当MPF活性达到最高时，激活APC，通过泛素化途径降解cyclin B，完成细胞周期。分裂期周期蛋白N端具有降解盒。泛素由76个氨基酸组成，高度保守。共价结合泛素的蛋白能被蛋白酶体识别和降解，是细胞内短寿命蛋白和

11、异常蛋白降解的普遍途径。Destruction Box in CyclinsTwo types unbiqutin ligase26S蛋白酶体是大型的蛋白酶，可将泛素化的蛋白质分解成短肽。Sister chromatids separatingCohesin and condensin M期CDK的激活起始于分裂期cyclin的积累。结合cyclin B的CDK1被Wee1将Thr14和Tyr15磷酸化而不具有活性，使CDK/cyclin不断积累。在M期，Wee1的活性下降，cdc25使CDK去磷酸化，去除了CDK活化的障碍。CDK的激活需要Thr161的磷酸化，它是在CDK激酶(CDK ac

12、tivating kinase CAK)的作用下完成的。五、M期CDK的激活CDK ACTIVATING六、细胞周期检验点（check point）组成：感受器、信号传导通路、效应器。主要检验点：G1/S检验点：DNA是否损伤？细胞外环境是否适宜？细胞体积是否足够大？在酵母中称start点，在哺乳动物中称R点(restriction point)。S期检验点：DNA复制是否完成？G2/M检验点：DNA是否损伤？细胞体积是否足够大？中-后期检验点：纺锤体组装检验点。FOUR CHECKPOINTS ATM（ataxia telangiectasia-mutated gene）最早发现于毛细血管扩

13、张性共济失调症患者，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，其信号通路有两条。激活Chk1（checkpoint kinase）,使cdc25的Ser216磷酸化失去活性，抑制M-CDK的活性，中断细胞周期。激活Chk2，使P53被磷酸化而激活，然后P53作为转录因子，导致P21表达，P21抑制G1-S期CDK的活性，中断细胞周期。七、生长因子对细胞增殖的影响 生长因子是与细胞增殖有关的信号物质，已知几十种，多数能促进细胞增殖。作用方式：旁分泌。信号通路：ras、cAMP、磷脂酰肌醇途径。如通过ras途径，激活MA

14、PK，MAPK进入细胞核内，激活c-myc，myc作为转录因子促进cyclin D、SCF、E2F等G1-S有关的基因表达，细胞进入G1期。蛋 白 名称 或 类别在细胞周期中的作用CDK激酶，使底物磷酸化，调节底物活性。Cyclin与CDK结合，激活CDK，并引导CDK作用于特定的底物。CAK磷酸化CDK的激活位点，激活CDK。Wee 1磷酸化CDK的抑制位点，抑制CDK1的活性。CDC 25属于磷脂酶，去除CDK抑制位点的磷酸化修饰。p27抑制G1/S和S期CDK的活性，当细胞进入终末分化时，使其退出细胞周期。p21当DNA损伤时，抑制G1/S和S期CDK的活性。p16抑制G1期CDK的活性。APC/C属于泛素连接酶，参与securin和S、M期周期蛋白的降解，触发中期向后期的转变。CDC 20APC/C的激活因子，引导APC/C作用于特定的底物。Cdh 1APC/C的激活因子，维持从后期到G1期APC/C的活性。SCF属泛素连接酶，负责将泛素连接到G1/S期周期蛋白和某些CKI上。主要的细胞周期调节蛋白作业：给老师推荐一篇你看过的英文细胞生物学文献。要求：用汉语介绍文章的研究背景、意义，主要方法，主要结论以及在细胞生物学教学和科研方面的意义。格式：文献名，例：The role of APC during mitosis姓名 学号内容简介附上原文电子稿