1、第四讲第四讲 细胞增殖与调控细胞增殖与调控1 1 细胞周期概述细胞周期概述1.1 1.1 概念：概念：细胞细胞从一次细胞分裂结束从一次细胞分裂结束开始，经过物质积累开始，经过物质积累过程，到下一次细胞过程，到下一次细胞分裂完成为止所经历分裂完成为止所经历的一个有序过程的一个有序过程细胞周期时相组成：细胞周期时相组成：1.2 1.2 细胞周期中不同时相及其主要事件：细胞周期中不同时相及其主要事件：G1 G1 期期：开始合成细胞生长所需要的多种蛋白质、开始合成细胞生长所需要的多种蛋白质、糖类、脂质等，同时染色质去凝集糖类、脂质等，同时染色质去凝集 S S 期：期：DNADNA复制与组蛋白合成同步复
2、制与组蛋白合成同步，及时组装成，及时组装成 核小体串珠结构核小体串珠结构（组蛋白组蛋白全保留形式）全保留形式）G2 G2 期期：DNADNA复制完成，在复制完成，在G2G2期合成一定数量的蛋期合成一定数量的蛋 白质（如微管蛋白）和白质（如微管蛋白）和RNARNA分子分子 M M 期期：包括两种方式，即有丝分裂和减数分裂。包括两种方式，即有丝分裂和减数分裂。遗传物质和细胞内其他物质分配给子细胞遗传物质和细胞内其他物质分配给子细胞1.3 1.3 细胞周期同步化细胞周期同步化自然同步化自然同步化：如某些如某些受精卵早期卵裂受精卵早期卵裂,某些动物同时产某些动物同时产生多个卵细胞生多个卵细胞人工选择同
3、步化人工选择同步化：有丝分裂选择法：有丝分裂选择法：用于单层贴壁生长细胞用于单层贴壁生长细胞 密度梯度离心法：密度梯度离心法：用于悬浮培养的细胞，根据不同时期的细用于悬浮培养的细胞，根据不同时期的细 在体积和重量上存在差别进行分离在体积和重量上存在差别进行分离药物诱导法药物诱导法：DNA合成阻断法：合成阻断法：将细胞群阻断于将细胞群阻断于G1/SG1/S交界处交界处 分裂中期阻断法：分裂中期阻断法：通过抑制微管聚合来抑制细胞纺锤丝的形通过抑制微管聚合来抑制细胞纺锤丝的形 成，将细胞阻断在细胞分裂中期成，将细胞阻断在细胞分裂中期2 2 细胞分裂细胞分裂2.1 2.1 细胞有丝分裂：细胞有丝分裂：
4、2.1.1 2.1.1 前期：前期：标志前期开始的第一标志前期开始的第一个特征是染色质开始浓个特征是染色质开始浓缩形成缩形成有丝分裂染色体有丝分裂染色体 第二个特征细胞骨架解聚，形成第二个特征细胞骨架解聚，形成三种类型微管三种类型微管，有丝分裂纺锤体有丝分裂纺锤体开始装配开始装配随后，核膜、高尔基体、内质网等结构解体，形随后，核膜、高尔基体、内质网等结构解体，形成小的膜泡成小的膜泡2.1.2 2.1.2 中期：中期：所有染色体排列到赤道板上，标志着细胞分裂已进入中期所有染色体排列到赤道板上，标志着细胞分裂已进入中期（完成着丝粒（完成着丝粒DNADNA复制）复制）2.1.3 2.1.3 后期：后
5、期：排列在赤排列在赤道面上的姐道面上的姐妹染色单体妹染色单体分离，产生分离，产生向极运动向极运动 后期大致可以划分为连续的两个阶段，即后期后期大致可以划分为连续的两个阶段，即后期A A和后期和后期B B 后期后期A A：动粒微管去装配变短，染色体产生两极运动：动粒微管去装配变短，染色体产生两极运动 后期后期B B：极间微管长度增加，两极之间的距离逐渐拉长，：极间微管长度增加，两极之间的距离逐渐拉长，介导染色体向极运动介导染色体向极运动2.1.4 2.1.4 末期：末期：染色体到达两极，即进入了末期，到达染色体到达两极，即进入了末期，到达两极的染色体开始去浓缩两极的染色体开始去浓缩核膜开始重新组
6、装核膜开始重新组装高尔基体和高尔基体和ERER重新形成并生长重新形成并生长核仁也开始重新组装，核仁也开始重新组装，RNARNA合成功能逐合成功能逐渐恢复渐恢复,有丝分裂结束有丝分裂结束2.1.5 2.1.5 胞质分裂：胞质分裂：植物细胞胞质分裂植物细胞胞质分裂动物细胞胞质分裂动物细胞胞质分裂2.2 2.2 细胞减数分裂：细胞减数分裂：概念概念：减数分：减数分裂是细胞仅进行裂是细胞仅进行一次一次DNADNA复制，复制，随后进行两次分随后进行两次分裂，染色体数目裂，染色体数目减半的一种特殊减半的一种特殊的有丝分裂的有丝分裂遗传物质只复制一次，细胞连续分裂两次，导致染色遗传物质只复制一次，细胞连续分
7、裂两次，导致染色体数目减半体数目减半S S期持续时间较长，期持续时间较长，前期前期I I分为细线期，偶线期，粗分为细线期，偶线期，粗线期，双线期，终变期五个阶段：线期，双线期，终变期五个阶段：细线期：染色质凝集形成细纤维的染色体结构，又称为凝集期；细线期：染色质凝集形成细纤维的染色体结构，又称为凝集期；两条染色单体臂不分离，呈细的单线状两条染色单体臂不分离，呈细的单线状偶线期：同源染色体配对，联会复合体形成偶线期：同源染色体配对，联会复合体形成 0.3%0.3%的的DNADNA（称为（称为Z-DNA）复制）复制粗线期：染色体形成联会复合体处出现重组结，发生粗线期：染色体形成联会复合体处出现重组
8、结，发生交叉互换交叉互换 形成减数分裂专有的组蛋白形成减数分裂专有的组蛋白双线期：四分体清晰可见，观察到交叉现象，染色体去凝集双线期：四分体清晰可见，观察到交叉现象，染色体去凝集 特别特别:灯刷染色体出现在此时期，女性在胎儿时期灯刷染色体出现在此时期，女性在胎儿时期 卵母细胞已处于该时期卵母细胞已处于该时期终变期：染色体重新凝集终变期：染色体重新凝集同源染色体在减数分裂期同源染色体在减数分裂期I I配对联会，形成联会复配对联会，形成联会复合体合体 ，同源染色体间遗传物质重组，同源染色体间遗传物质重组,产生新的基因产生新的基因组合组合脊椎动物配子发生的过程：脊椎动物配子发生的过程：3 3 细胞周
9、期调控：细胞周期调控：3.1 3.1 成熟促进因子（成熟促进因子（MPF）的发现：）的发现：人人M M期细胞与袋鼠（期细胞与袋鼠（PtkPtk）G1G1、S S、G2G2期细胞融合诱导染色体超期凝集期细胞融合诱导染色体超期凝集提示：提示：M M期细胞存在诱导染色体超期凝集的因子期细胞存在诱导染色体超期凝集的因子实验表明：成熟卵母细胞质中，含有促卵母细胞成熟的因子，称做实验表明：成熟卵母细胞质中，含有促卵母细胞成熟的因子，称做MPFMPF是一种使多种底物蛋白磷酸化的蛋白激酶；由是一种使多种底物蛋白磷酸化的蛋白激酶；由M期的周期蛋白家族（期的周期蛋白家族（Cyclin）和周期蛋白依赖性蛋白）和周期
10、蛋白依赖性蛋白激酶家族（激酶家族（Cdk）所形成的复合物（）所形成的复合物（Cyclin-Cdk）3.2 3.2 MPF 的活化和功能：的活化和功能：功能功能：启动细胞从：启动细胞从G2G2期进入期进入M M期的相关事件期的相关事件活化活化 随随Cyclin浓度变化而变化浓度变化而变化 通过泛素依通过泛素依赖性途径选择性赖性途径选择性降解靶蛋白降解靶蛋白（Cyclin）激酶与磷酸酶的调节激酶与磷酸酶的调节 活化的活化的MPFMPF可使可使更多的更多的MPFMPF活化活化 Cyclin对对周期细胞的调控：周期细胞的调控：3.3 3.3 细胞周期检验点及其作用细胞周期检验点及其作用在适当时候激活细
11、胞周期各个时相的相关酶和蛋白在适当时候激活细胞周期各个时相的相关酶和蛋白,然后自身失活然后自身失活(正调控正调控)确保每一时相事件的全部完成确保每一时相事件的全部完成(负调控负调控)对外界环境因子起反应对外界环境因子起反应(如多细胞生物对增殖信号的如多细胞生物对增殖信号的反应反应)细胞周期调控系统的主要作用：细胞周期调控系统的主要作用：3.4 3.4 细胞周期运转的阻遏细胞周期运转的阻遏(负调控负调控)当周期事件没有完成或有损伤，细胞至少可通过两种当周期事件没有完成或有损伤，细胞至少可通过两种不同机制阻遏细胞周期的运转：不同机制阻遏细胞周期的运转：1)Cdk1)Cdk抑制蛋白阻止抑制蛋白阻止C
12、yclin-CdkCyclin-Cdk复合物的装配或活性；复合物的装配或活性；2)2)周期调控系统组分停止合成周期调控系统组分停止合成4 4 细胞分化：细胞分化：概念：概念：在个体发育中，由一种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在个体发育中，由一种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在形态、结构和功能上形成稳定性差异、产生各不相同的细胞类群的在形态、结构和功能上形成稳定性差异、产生各不相同的细胞类群的过程过程细胞分化的实质：细胞分化的实质：基因在时间和空间上的特异性表达；基因在时间和空间上的特异性表达；管家基因：所有细胞中均要表达的一类基因，其产物是对管家基因：所有细胞中均要表达的一类基因，其产物是对维
13、持细胞基本生命活动所必需的维持细胞基本生命活动所必需的 奢侈基因奢侈基因(组织特异性基因组织特异性基因)：不同的细胞类型进行特异性：不同的细胞类型进行特异性表达的基因，其产物赋予各种类型的细胞特异的形态结构特征与特异表达的基因，其产物赋予各种类型的细胞特异的形态结构特征与特异的功能的功能组合调控是细胞分化调控的重要手段：组合调控是细胞分化调控的重要手段：细胞的全能性细胞的全能性概念：概念：细胞全能性是指细胞经分裂和分化后仍具有形成完整有细胞全能性是指细胞经分裂和分化后仍具有形成完整有 机体的潜能或特性机体的潜能或特性植物细胞全能性植物细胞全能性：动物细胞核移植实验证明细胞核具有发育全能性动物细
14、胞核移植实验证明细胞核具有发育全能性干细胞的关键特性：干细胞的关键特性：自我更新自我更新 分化分化干细胞的发育潜能干细胞的发育潜能根据干细胞的根据干细胞的发生来源发生来源分为分为：胚胎干细胞胚胎干细胞：成体干细胞成体干细胞 核移植干细胞核移植干细胞根据干细胞的根据干细胞的发生来源发生来源分为分为：胚胎干细胞胚胎干细胞：来源于囊胚内细胞团来源于囊胚内细胞团 成体干细胞成体干细胞：存在于发育成熟机体的组织或器官中的具有存在于发育成熟机体的组织或器官中的具有高度自我更新和分化潜能的未分化细胞，可以分化为组成该组高度自我更新和分化潜能的未分化细胞，可以分化为组成该组织或器官的细胞。活体内成体干细胞的主
15、要功能是维持其所在织或器官的细胞。活体内成体干细胞的主要功能是维持其所在组织的完整性及修复受损组织组织的完整性及修复受损组织 核移植干细胞：核移植干细胞：将体细胞的细胞核利用显微操作技术，将体细胞的细胞核利用显微操作技术，移入其他个体去核的卵细胞中，经培养而得到的干细胞移入其他个体去核的卵细胞中，经培养而得到的干细胞根据干细胞的发育潜能分为：根据干细胞的发育潜能分为：全能干细胞全能干细胞 多能干细胞多能干细胞 单能干细胞单能干细胞5 5 癌细胞：癌细胞：具有转移能力的肿瘤称为具有转移能力的肿瘤称为恶性肿瘤恶性肿瘤；上皮组织的恶；上皮组织的恶 性肿瘤称癌性肿瘤称癌癌细胞的基本特征癌细胞的基本特征
16、（体内）：（体内）：细胞生长与分裂失去控制，具有无限增殖能力，成为细胞生长与分裂失去控制，具有无限增殖能力，成为“永生永生”细胞细胞具有扩散性具有扩散性和浸润性和浸润性细胞间相互作用改变（识别改变、表达水解酶类、产生新的表面抗原）细胞间相互作用改变（识别改变、表达水解酶类、产生新的表面抗原）mRNAmRNA转录谱系的改变（少数基因表达不同、突变位点不同、表型多变）转录谱系的改变（少数基因表达不同、突变位点不同、表型多变）蛋白表达谱系或蛋白活性改变（胚胎细胞蛋白、端粒酶活性升高）蛋白表达谱系或蛋白活性改变（胚胎细胞蛋白、端粒酶活性升高）染色体非整倍性染色体非整倍性体外培养的恶性转化细胞的体外培养
17、的恶性转化细胞的特征特征：恶性转化细胞同癌细胞一样具有无限增殖的潜能恶性转化细胞同癌细胞一样具有无限增殖的潜能在体外培养时贴壁性下降在体外培养时贴壁性下降失去接触抑制失去接触抑制培养时对血清依赖性降低培养时对血清依赖性降低当将恶性转化细胞注入易感动物体内，往往会形成肿瘤当将恶性转化细胞注入易感动物体内，往往会形成肿瘤致癌因素致癌因素：多种理化因子致多种理化因子致 DNA DNA肿瘤病毒与肿瘤病毒与RNARNA肿瘤病毒致癌肿瘤病毒致癌 肿瘤的发生是基因突变积累和自然选择的结果肿瘤的发生是基因突变积累和自然选择的结果 涉及到两大类与细胞增殖相关的基因的突变涉及到两大类与细胞增殖相关的基因的突变 促
18、进细胞增殖相关基因突变促进细胞增殖相关基因突变：原癌基因突变形成癌基因原癌基因突变形成癌基因 抑制细胞增殖相关基因突变抑制细胞增殖相关基因突变：肿瘤抑制基因失活肿瘤抑制基因失活6 6 真核细胞基因表达的调控真核细胞基因表达的调控真核细胞基因表达的调控是多级调控系统，主要发生在真核细胞基因表达的调控是多级调控系统，主要发生在四个四个彼此相对独立的水平上彼此相对独立的水平上：转录水平的调控转录水平的调控：加工水平的调控加工水平的调控：翻译水平的调控翻译水平的调控：翻译后水平的调控：翻译后水平的调控：转录水平：转录水平：调控因素调控因素 DNA因素：因素：DNADNA序列（启动子、增强子和衰减子等）
19、及状态、甲基化序列（启动子、增强子和衰减子等）及状态、甲基化 相关蛋白：相关蛋白：RNARNA聚合酶、转录因子聚合酶、转录因子 加工水平：加工水平：初始转录产物（初始转录产物（hnRNAhnRNA）拼接的）拼接的 不同可能产生多种不同的不同可能产生多种不同的mRNAmRNA纤粘蛋白纤粘蛋白mRNA的合成的合成(选择性拼接选择性拼接)翻译水平：翻译水平：翻译抑制因子（蛋白质、翻译抑制因子（蛋白质、RNARNA）决定：）决定：mRNAmRNA是否被翻译是否被翻译 RNARNA密码子丰度特征：密码子丰度特征：翻译的频率和翻译的频率和 RNARNA的稳定性决定：的稳定性决定：翻译时间的长短翻译时间的长
20、短翻译后水平：翻译后水平：蛋白质修饰加工与降解途径：蛋白质修饰加工与降解途径：决定翻译后的蛋白质被激活或失活决定翻译后的蛋白质被激活或失活mRNAmRNA的降解的降解7 7 细胞衰老细胞衰老 衰老细胞结构的变化：衰老细胞结构的变化：细胞核的变化细胞核的变化：细胞核不断增大，核膜内折，染色质固缩化：细胞核不断增大，核膜内折，染色质固缩化 内质网的变化：内质网成分弥散性地分散于核周胞质中，粗面内质内质网的变化：内质网成分弥散性地分散于核周胞质中，粗面内质 网的总量有所减少网的总量有所减少 线粒体的变化线粒体的变化：线粒体的数量随年龄减少，而其体积则随年龄增大：线粒体的数量随年龄减少，而其体积则随年
21、龄增大 致密体的生成：致密体的出现，它是由溶酶体或线粒体转化而来的致密体的生成：致密体的出现，它是由溶酶体或线粒体转化而来的 膜系统的变化膜系统的变化：膜流动性降低、韧性减小，：膜流动性降低、韧性减小，细胞间的代谢偶联（细胞间的代谢偶联（间间 隙连接隙连接）减弱；）减弱；膜内蛋白颗粒的侧向运动能力减弱膜内蛋白颗粒的侧向运动能力减弱 细胞衰老的分子机理细胞衰老的分子机理 衰老的基因程序理论：衰老的基因程序理论：衰老是遗传上的程序性过程，是受特定基因控制的衰老是遗传上的程序性过程，是受特定基因控制的 证据：一：证据：一：HayflickHayflick的细胞培养实验的细胞培养实验 二：二：早老症早
22、老症 端粒假说：端粒假说：衰老的损伤积累理论衰老的损伤积累理论 细胞衰老的线粒体损伤论细胞衰老的线粒体损伤论 自由基理论：自由基理论：8 8 细胞凋亡：细胞凋亡：细胞凋亡是一个主动的由基因决定的自动结束生命的细胞凋亡是一个主动的由基因决定的自动结束生命的 过程，所以也常常被称为细胞编程死亡过程，所以也常常被称为细胞编程死亡器官雕琢器官雕琢神经系统发育神经系统发育 细胞凋亡的形态特征细胞凋亡的形态特征 整个过程中，细胞质膜的整合性保持良好，死亡细胞的整个过程中，细胞质膜的整合性保持良好，死亡细胞的内容物不会逸散到胞外环境中去，因而不引发炎症反应内容物不会逸散到胞外环境中去，因而不引发炎症反应 细
23、胞质膜反折，包裹断裂的染色质片段或细胞器，然后逐渐细胞质膜反折，包裹断裂的染色质片段或细胞器，然后逐渐分离，形成众多的凋亡小体，凋亡小体则为邻近的细胞所吞噬分离，形成众多的凋亡小体，凋亡小体则为邻近的细胞所吞噬 细胞凋亡的生化特征细胞凋亡的生化特征细胞凋亡的主要特征是形成大小为细胞凋亡的主要特征是形成大小为180180200bp200bp特征性的特征性的DNADNA 凋亡细胞中某些特异性酶凋亡细胞中某些特异性酶（组织转谷氨酰胺酶（组织转谷氨酰胺酶tTGtTG）积累并达到较高水平积累并达到较高水平细胞色素细胞色素c c诱导的凋亡细胞诱导的凋亡细胞DNADNA电泳图电泳图1 1细胞色素细胞色素c c诱导诱导0 h0 h2 2细胞色素细胞色素c c诱导诱导1 h1 h3 3细胞色素细胞色素c c诱导诱导2 h2 h4 4细胞色素细胞色素c c诱导诱导3 h3 h5 5细胞色素细胞色素c c诱导诱导4 h4 h6 6阴性对照阴性对照7 7MarkerMarker谢谢谢谢
