有丝分裂纺锤体的组装 ppt课件
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第六章：有丝分裂纺锤体的组装
第一节 有丝分裂纺锤体
一、有丝分裂纺锤体的结构与行为
• 微管： – 动粒微管 – 极间微管 – 星体微管
• 极体：有中心体or无 • 染色体：在动粒处与微管附着
间期细胞的微管长而稳定，而有丝分裂期的微 管特性发生很大变化，如微管越来越短，并能 快速生长收缩。这些行为对于微管对动粒以及 其他纺锤体成分的搜索与捕捉十分理想
一、有丝分裂纺锤体的结构与行为
• 微管必须双极阵列 • 纺锤体上染色单体对指向必须正确 • 每个姊妹染色单体必须连接到相反的纺锤体极
有丝分裂纺锤体必须是双极
纺锤体结构和染色体附着的两侧对称，对于纺锤体拉 开染色单体对，以及将一套完整的染色体转运到细胞 任一极的能力非常重要
二、纺锤体的组装
• 如何构建围绕姊妹染色单体的微管双 极阵列；
微管组织中心：中心体和纺锤体 极体， g-TuRC附着其上
二、稳定与去稳定蛋白
• 微管的动态特性：生长速率，微管解聚频率
二、稳定与去稳定蛋白
• 解聚因子：驱动蛋白-13家族，结合于微管末端，通过启动构型 变化破坏原纤丝之间的横向作用来诱导微管的解聚 。
• 稳定蛋白：蛙的XMAP215蛋白，对抗解聚因子的去稳定效应。 结合在微管的侧面或端部。其作用部分是通过结合到微管正极， 并因此阻断其与去稳定子的结合来实现
二、稳定与去稳定蛋白
• 数个重要的蛋白质结合到微管正极并控制正极的动态变化， 或将正极连接到其他细胞结构。
• 这一家族中的一个突出成员是EB1，它能结合到正在生长 而不是收缩的微管的正极，与动粒和细胞皮层处的一些其 他蛋白相互作用。
• 另一群重要的微管调节蛋白稳定并交联微管的负极以形成 集中的纺锤体极，这通常在一些马达蛋白的辅助下进行， 这些马达蛋白能沿着微管朝负极方向运动。
• 以及如何将姊妹染色单体以正确的双 指向性附着于双极阵列上。
• 所有的真核生物中，两极纺锤体的构 建很大程度上依赖于纺锤体成分的自 我组织能力。
• 马达蛋白分子和其他蛋白与微管相互 作用，将它们组织成每一列微管的正 极在中心重叠的反向平行阵列
第二节 微管的核化，稳定性和运动性
一、g-TuRC
g-微管蛋白指环复合物（gTuRC）：大的蛋白复合物，含 有称为g-微管蛋白的特化形式的 微管蛋白，它能将微管在其负极 核化，允许正极向外生长。
三、马达蛋白
1. 沿着微管移动，运输分子货物 2. 将微管连接成产生拉力的阵列如纺锤体。
两类微管马达蛋白家族： • 驱动蛋白（Kinesin）或驱动蛋白相关蛋白的大家族，在
真核生物中含有很多成员，大部分驱动蛋白相关马达蛋 白分子沿着微管朝正极移动，尽管有些也朝反方向运动。 • 动力蛋白（dynein）：都朝着负极移动。
第三节 中心体和纺锤体极体及其复制
一、中心体和纺锤体极体 中心体
The G1–G2 tether The S–M Linker Appendage PCM
中心体周期
wenku.baidu.com
一、中心体和纺锤体极体
• 芽殖酵母纺锤体极体与动物细胞中心 体几乎没什么相同之处。它由一垛蛋 白片层结构组成，称为板层，插入核 被膜内。 – 内板 – 外板 – 中板
第五节 纺锤体组装的早期步骤
一、中心体的分离起始了纺锤体组装
• 纺锤体组装的一个关键早期步骤是复制的中心体的分离，这 一过程可以分成两个独立的步骤。 – 第一步是中心体分割(disjuction)：两个复制的中心体之间 的黏连蛋白连接被尚未了解的机制解除。 – 第二步是中心体分离(separation):不相连的中心体移动分 开，负向马达蛋白来完成。
四种类型的主要马达蛋白在纺锤体组装中特别重要：
1. 驱动蛋白-5：两个马达蛋白结构域结合不同的微管，交联反向 平行的微管：分离两极
2. 驱动蛋白-14蛋白：负极指向，交联微管，将他们相互滑动或 集中于纺锤体极处
3. 驱动蛋白-4和驱动蛋白-10蛋白：负极指向，与染色体臂相结合： 拉动染色体
4. 细胞质动力蛋白：负极指向，能在细胞内不同位置将微管与其 他蛋白交联：如皮层
二、动粒为动态的微管正极 提供了稳定的附着
• 在体外，纯化的十亚基Dam1复合物相互 结合形成大的12-16个复合物的集合体。电 子显微镜提供强有力的证据表明，他们组 装能形成围绕微管的指环，因此在细胞内 它们能作为轴环围住微管正极。
• Dam1轴环能够被Ndc80复合物锚定于内侧 动粒上
• 很多与正极相连的蛋白能形成庞大的帽子， 可防止微管从环中滑出。当正极发生解聚 时，微管原纤维向外的弯曲也能起到同样 的作用。
二、动粒为动态的微管正极 提供了稳定的附着
• 微管附着在动粒上的一个有趣的特征是当牢固附着时，微 管正极仍然可以生长与收缩，使得染色体可以在纺锤体上 前后移动，并使微管蛋白亚单位能在微管流中添加到正极。
• 动粒与一滑动的轴或环相连，后者环绕于微管的近顶端 处——将微管正极暴露在外，因此微管蛋白二聚体可丢失 或添加。
• 核化新纺锤体极体的组装
二、中心体和纺锤体极体的复制
• ？控制？？ • 发生时间：在G1期末段 • 控制因素：G1/S-Cdks；S期周期蛋白 A-Cdk2复合物也可协助
启动复制过程。 • How? • 动物细胞：磷酸化称为nucleophosmin和CP110的两个中心体
蛋白发挥作用。 • 芽殖酵母中：磷酸化包括称为Spc42的核心成分是数个蛋白质
二、中心体和纺锤体极体的复制
其他调节因素： • Plk4的蛋白激酶，是Polo-like蛋白激酶家族的一个远缘成员 • Zyg-1的激酶，能启动线虫胚胎中心粒的合成。 • 泛素介导的蛋白酶解，包括泛素-蛋白连接酶SCF，也有助于
中心体复制的启动。
三、中心体复制在一个细胞周期中 一般只发生一次
• 机制了解很少。很大的一个可能性是中心体复制与染色体 复制的调控机制相同：
• 即，当S期发生中心体复制时，存在某种机制来阻断其再 次复制，并且这种阻断直到细胞完成周期进入下一个G1 期后才解除。
第四节 动粒
一、动粒是微管染色体附着的主要位点
• 动粒位于染色单体的着丝粒处，将着丝粒与纺锤体极体发射 出的微管的正极连接。 1. 附着位点， 2. 监控局部拉力与微管附着，并发出信息改变自身行为并 控制细胞周期进程：spindle checkpoint 3. 产生或控制纺锤体上拉动染色体的拉力：马达蛋白分子 和其他微管结合蛋白
第一节 有丝分裂纺锤体
一、有丝分裂纺锤体的结构与行为
• 微管： – 动粒微管 – 极间微管 – 星体微管
• 极体：有中心体or无 • 染色体：在动粒处与微管附着
间期细胞的微管长而稳定，而有丝分裂期的微 管特性发生很大变化，如微管越来越短，并能 快速生长收缩。这些行为对于微管对动粒以及 其他纺锤体成分的搜索与捕捉十分理想
一、有丝分裂纺锤体的结构与行为
• 微管必须双极阵列 • 纺锤体上染色单体对指向必须正确 • 每个姊妹染色单体必须连接到相反的纺锤体极
有丝分裂纺锤体必须是双极
纺锤体结构和染色体附着的两侧对称，对于纺锤体拉 开染色单体对，以及将一套完整的染色体转运到细胞 任一极的能力非常重要
二、纺锤体的组装
• 如何构建围绕姊妹染色单体的微管双 极阵列；
微管组织中心：中心体和纺锤体 极体， g-TuRC附着其上
二、稳定与去稳定蛋白
• 微管的动态特性：生长速率，微管解聚频率
二、稳定与去稳定蛋白
• 解聚因子：驱动蛋白-13家族，结合于微管末端，通过启动构型 变化破坏原纤丝之间的横向作用来诱导微管的解聚 。
• 稳定蛋白：蛙的XMAP215蛋白，对抗解聚因子的去稳定效应。 结合在微管的侧面或端部。其作用部分是通过结合到微管正极， 并因此阻断其与去稳定子的结合来实现
二、稳定与去稳定蛋白
• 数个重要的蛋白质结合到微管正极并控制正极的动态变化， 或将正极连接到其他细胞结构。
• 这一家族中的一个突出成员是EB1，它能结合到正在生长 而不是收缩的微管的正极，与动粒和细胞皮层处的一些其 他蛋白相互作用。
• 另一群重要的微管调节蛋白稳定并交联微管的负极以形成 集中的纺锤体极，这通常在一些马达蛋白的辅助下进行， 这些马达蛋白能沿着微管朝负极方向运动。
• 以及如何将姊妹染色单体以正确的双 指向性附着于双极阵列上。
• 所有的真核生物中，两极纺锤体的构 建很大程度上依赖于纺锤体成分的自 我组织能力。
• 马达蛋白分子和其他蛋白与微管相互 作用，将它们组织成每一列微管的正 极在中心重叠的反向平行阵列
第二节 微管的核化，稳定性和运动性
一、g-TuRC
g-微管蛋白指环复合物（gTuRC）：大的蛋白复合物，含 有称为g-微管蛋白的特化形式的 微管蛋白，它能将微管在其负极 核化，允许正极向外生长。
三、马达蛋白
1. 沿着微管移动，运输分子货物 2. 将微管连接成产生拉力的阵列如纺锤体。
两类微管马达蛋白家族： • 驱动蛋白（Kinesin）或驱动蛋白相关蛋白的大家族，在
真核生物中含有很多成员，大部分驱动蛋白相关马达蛋 白分子沿着微管朝正极移动，尽管有些也朝反方向运动。 • 动力蛋白（dynein）：都朝着负极移动。
第三节 中心体和纺锤体极体及其复制
一、中心体和纺锤体极体 中心体
The G1–G2 tether The S–M Linker Appendage PCM
中心体周期
wenku.baidu.com
一、中心体和纺锤体极体
• 芽殖酵母纺锤体极体与动物细胞中心 体几乎没什么相同之处。它由一垛蛋 白片层结构组成，称为板层，插入核 被膜内。 – 内板 – 外板 – 中板
第五节 纺锤体组装的早期步骤
一、中心体的分离起始了纺锤体组装
• 纺锤体组装的一个关键早期步骤是复制的中心体的分离，这 一过程可以分成两个独立的步骤。 – 第一步是中心体分割(disjuction)：两个复制的中心体之间 的黏连蛋白连接被尚未了解的机制解除。 – 第二步是中心体分离(separation):不相连的中心体移动分 开，负向马达蛋白来完成。
四种类型的主要马达蛋白在纺锤体组装中特别重要：
1. 驱动蛋白-5：两个马达蛋白结构域结合不同的微管，交联反向 平行的微管：分离两极
2. 驱动蛋白-14蛋白：负极指向，交联微管，将他们相互滑动或 集中于纺锤体极处
3. 驱动蛋白-4和驱动蛋白-10蛋白：负极指向，与染色体臂相结合： 拉动染色体
4. 细胞质动力蛋白：负极指向，能在细胞内不同位置将微管与其 他蛋白交联：如皮层
二、动粒为动态的微管正极 提供了稳定的附着
• 在体外，纯化的十亚基Dam1复合物相互 结合形成大的12-16个复合物的集合体。电 子显微镜提供强有力的证据表明，他们组 装能形成围绕微管的指环，因此在细胞内 它们能作为轴环围住微管正极。
• Dam1轴环能够被Ndc80复合物锚定于内侧 动粒上
• 很多与正极相连的蛋白能形成庞大的帽子， 可防止微管从环中滑出。当正极发生解聚 时，微管原纤维向外的弯曲也能起到同样 的作用。
二、动粒为动态的微管正极 提供了稳定的附着
• 微管附着在动粒上的一个有趣的特征是当牢固附着时，微 管正极仍然可以生长与收缩，使得染色体可以在纺锤体上 前后移动，并使微管蛋白亚单位能在微管流中添加到正极。
• 动粒与一滑动的轴或环相连，后者环绕于微管的近顶端 处——将微管正极暴露在外，因此微管蛋白二聚体可丢失 或添加。
• 核化新纺锤体极体的组装
二、中心体和纺锤体极体的复制
• ？控制？？ • 发生时间：在G1期末段 • 控制因素：G1/S-Cdks；S期周期蛋白 A-Cdk2复合物也可协助
启动复制过程。 • How? • 动物细胞：磷酸化称为nucleophosmin和CP110的两个中心体
蛋白发挥作用。 • 芽殖酵母中：磷酸化包括称为Spc42的核心成分是数个蛋白质
二、中心体和纺锤体极体的复制
其他调节因素： • Plk4的蛋白激酶，是Polo-like蛋白激酶家族的一个远缘成员 • Zyg-1的激酶，能启动线虫胚胎中心粒的合成。 • 泛素介导的蛋白酶解，包括泛素-蛋白连接酶SCF，也有助于
中心体复制的启动。
三、中心体复制在一个细胞周期中 一般只发生一次
• 机制了解很少。很大的一个可能性是中心体复制与染色体 复制的调控机制相同：
• 即，当S期发生中心体复制时，存在某种机制来阻断其再 次复制，并且这种阻断直到细胞完成周期进入下一个G1 期后才解除。
第四节 动粒
一、动粒是微管染色体附着的主要位点
• 动粒位于染色单体的着丝粒处，将着丝粒与纺锤体极体发射 出的微管的正极连接。 1. 附着位点， 2. 监控局部拉力与微管附着，并发出信息改变自身行为并 控制细胞周期进程：spindle checkpoint 3. 产生或控制纺锤体上拉动染色体的拉力：马达蛋白分子 和其他微管结合蛋白