第十二章 细胞增殖与周期调控

细胞周期不同时期的主要事件
G1期 子代细胞的生成标志着G1期的开始。 G1期的开始 G1期：子代细胞的生成标志着G1期的开始。此时合 成大量细胞生长所需要的各种蛋白质、糖类、 成大量细胞生长所需要的各种蛋白质、糖类、脂类等 物质，但不合成DNA DNA。 G1期的晚期有一个检验点， 期的晚期有一个检验点 物质，但不合成DNA。在G1期的晚期有一个检验点， 监控着细胞是否进入S 监控着细胞是否进入S期。在芽殖酵母中叫做起始点 (start)；在其他真核细胞中，限制点(restriction (start)；在其他真核细胞中，限制点(restriction point,R点 point,R点)；或检验点(checkpoint)。 或检验点(checkpoint)。 (checkpoint)
发育和增殖所需要的蛋白质、mRNA和其他营养物质已经在其 发育和增殖所需要的蛋白质、mRNA和其他营养物质已经在其 卵子发生过程中预先被储存，细胞分裂没有体积的增加， 卵子发生过程中预先被储存，细胞分裂没有体积的增加，只 需将事先储存有大量卵质分配到不断增多的小细胞中。 需将事先储存有大量卵质分配到不断增多的小细胞中
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四、细胞周期同步化(synchronization)
细胞周期同步化指在自然过程中发生或经人为处理 造成细胞群体处于周期中同一个时期的现象或技术。 造成细胞群体处于周期中同一个时期的现象或技术。 （一）自然同步化 • 如：粘菌的多核体等。 粘菌的多核体等。 • 某些水生动物的受精卵：如海胆、海参、两栖类。 某些水生动物的受精卵：如海胆、海参、两栖类。 • 增殖抑制解除后的同步分裂：如真菌的休眠孢子移入 增殖抑制解除后的同步分裂： 适宜环境后，它们一起发芽，同步分裂。 适宜环境后，它们一起发芽，同步分裂。
2、诱导同步化 DNA合成阻断法 选用DNA 合成的抑制剂，可逆地抑制DNA 合成阻断法： DNA合成的抑制剂 1 ） DNA 合成阻断法 ： 选用 DNA 合成的抑制剂 ， 可逆地抑制 DNA 合成。常用TdR(胸腺嘧啶脱氧核苷)双阻断法： 合成。常用TdR(胸腺嘧啶脱氧核苷)双阻断法： TdR(胸腺嘧啶脱氧核苷 在细胞处于对数生长期的培养基中加入过量TdR。 在细胞处于对数生长期的培养基中加入过量TdR。S期细 TdR 交界处。 TdR， 胞被抑制，停在G /S交界处 移去TdR 释放时间大于T 胞被抑制，停在G1/S交界处。移去TdR，释放时间大于TS 时，再次加入过量TdR。 再次加入过量TdR。 TdR 优点： 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。 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、 nocodazole等细胞分裂抑制剂将细胞阻断在 用秋水仙素 、 nocodazole 等细胞分裂抑制剂将细胞阻断在 中期。优点是无非均衡生长现象，缺点是可逆性较差。 中期。优点是无非均衡生长现象，缺点是可逆性较差。
分裂期， division)， 分裂期，又称M期(mitosis or division)， M
从开始到结束，可以分为前期、中期、后期和末期。 从开始到结束，可以分为前期、中期、后期和末期。 各个时期都有非常显著的特征。 各个时期都有非常显著的特征。
G2期 G2期
G1期 G1期
细胞的分类
周 期 中 细 胞 (cycling cell) ， 持 续 分裂的细胞，如干细胞， 分裂的细胞，如干细胞，表皮生发 层细胞、部分骨髓细胞。 层细胞、部分骨髓细胞。 期细胞(G cell)， G0 期细胞 (G0 cell) ， 又称静止期细 胞 (quiescent cell) ， 暂 时 退 出 细胞周期， 细胞周期，但在适当的刺激下可重 新进入细胞周期，如淋巴细胞、肝、 新进入细胞周期，如淋巴细胞、 肾细胞和结缔组织的成纤维细胞等。 肾细胞和结缔组织的成纤维细胞等。 终 末 分 化 细 胞 (terminally cells) differentiated cells) ， 指不可 逆地脱离细胞周期， 逆地脱离细胞周期，不再分裂的细 如神经、肌肉、多形核细胞等。 胞，如神经、肌肉、多形核细胞等。
• 正常培养细胞2-3d； 正常培养细胞2 3d； • 加入终浓度2mmol/L胸苷(TdR) ，继续培养15-18h， 15加入终浓度2mmol/L胸苷(TdR) 继续培养15 18h， 2mmol/L胸苷 诱导细胞停留在G1/S期边界； G1/S期边界 诱导细胞停留在G1/S期边界； • 吸去培养液，洗1-2次，用新鲜培养液培养10h； 吸去培养液， 用新鲜培养液培养10h； 10h • 加入终浓度2mmol/L TdR ，培养18h； 加入终浓度2mmol/L 培养18h 18h； • 吸去培养液，洗1-2次，收集G1期细胞； 吸去培养液， 收集G1期细胞； G1期细胞 • 在诱导的G1期细胞中，加入新鲜的培养液，培养3h， 在诱导的G1期细胞中，加入新鲜的培养液，培养3h G1期细胞中 3h， 收集S期细胞； 收集S期细胞； • 在诱导的G1期细胞中，加入新鲜的培养液，培养8h， 在诱导的G1期细胞中，加入新鲜的培养液，培养8h G1期细胞中 8h， 收集G2期细胞； G2期细胞 收集G2期细胞； • 在诱导的G1期细胞中，加入nocodazole(终浓度 在诱导的G1期细胞中，加入nocodazole( G1期细胞中 nocodazole(终浓度 600ng/ml)的培养液 培养12 14h，收集M期细胞； 的培养液， 12600ng/ml)的培养液，培养12-14h，收集M期细胞； • G0期细胞可在细胞正常培养到90%的覆盖率后，用仅 G0期细胞可在细胞正常培养到90%的覆盖率后 期细胞可在细胞正常培养到90%的覆盖率后， 0.5%小牛血清的培养基饥饿3d后获得 小牛血清的培养基饥饿3d后获得。 含0.5%小牛血清的培养基饥饿3d后获得。
（二）人工同步化
1、选择同步化 有丝分裂选择法： 期细胞与培养皿的附着性低， 1）有丝分裂选择法：M期细胞与培养皿的附着性低，振荡脱 离器壁收集。 离器壁收集。 –优点 ： 操作简单 ， 同步化程度高 ， 细胞不受药物伤害 。 优点： 操作简单， 同步化程度高， 细胞不受药物伤害。 优点 –缺点：获得的细胞数量较少（分裂细胞约占1%～2%） 。 缺点：获得的细胞数量较少（分裂细胞约占1 缺点 2）细胞沉降分离法： M期细胞体积大，可用离心分离。 细胞沉降分离法： 期细胞体积大，可用离心分离。 –优点：可用于任何悬浮培养的细胞。 优点：可用于任何悬浮培养的细胞。 优点 –缺点：同步化程度较低。 缺点：同步化程度较低。 缺点
三、细胞周期时间的测定
同种细胞之间，细胞周期时间长短相似或相同； 同种细胞之间，细胞周期时间长短相似或相同； 不同细胞种类之间，细胞周期时间长短差别很大。 不同细胞种类之间，细胞周期时间长短差别很大。 周期时间的主要差别在G1期，而S、G2和M期时间相对恒定。 周期时间的主要差别在G1期 G2和 期时间相对恒定。 G1
G1期(gap1)， G1期(gap1)，指从有丝分 裂完成到期DNA DNA复制之前 裂完成到期DNA复制之前 的间隙时间。 的间隙时间。 phase)， S期(synthesis phase)， DNA复制的时期 复制的时期。 指DNA复制的时期。 G2期(gap2)，指DNA复制 G2期(gap2)， DNA复制 完成到有丝分裂开始之前 的一段时间。 的一段时间。
第十二章 细胞增殖及其调控
第一节 细胞周期概述 第二节 细胞分裂 第三节 细胞周期的调控
第一节 细胞周期概述
细胞增殖是细胞生命活动的重要特征之一， 细胞增殖是细胞生命活动的重要特征之一， 是生物生长发育和繁殖的基础。 是生物生长发育和繁殖的基础。 细胞增殖受到严密的调控机制的监控， 细胞增殖受到严密的调控机制的监控，整个 过程表现出严格的顺序性和周期性。 过程表现出严格的顺序性和周期性。
一、细胞周期(cell cycle) 细胞周期(cell
从一次细胞分裂结束到下 一次细胞分裂结束所经 历的过程，叫细胞周期。 历的过程，叫细胞周期。 细胞周期最重要的功能是 准确的复制染色体上的 DNA并将两个拷贝精确的 DNA并将两个拷贝精确的 分配到两个子细胞中。 分配到两个子细胞中。
二、细胞周期中各个不同时相及其主要事件 间期(interphase) 间期(interphase)
五、特殊的细胞周期
1.早期胚胎细胞的细胞周期 1.早期胚胎细胞的细胞周期 细胞分裂快，主要由M期与S期两个时期组成。 细胞分裂快，主要由M期与S期两个时期组成。 果蝇的受精卵在前2h每发生一次卵裂仅10min，12h内 果蝇的受精卵在前2h每发生一次卵裂仅10min，12h内 2h每发生一次卵裂仅10min 就可形成50000个细胞；斑马鱼受精卵在前3h每发生 就可形成50000个细胞；斑马鱼受精卵在前3h每发生 50000个细胞 3h 一次卵裂仅15min，24h内就可形成具有眼、 一次卵裂仅15min，24h内就可形成具有眼、耳和中枢 15min 内就可形成具有眼 神经系统及能见到肌肉收缩和心跳的脊椎动物雏形； 神经系统及能见到肌肉收缩和心跳的脊椎动物雏形； 鲢鱼在24℃左右， 20h就可孵化出苗。 鲢鱼在24℃左右，仅20h就可孵化出苗。 24℃左右 就可孵化出苗
脉冲标记DNA复制和细胞分裂指数观察测定法： DNA复制和细胞分裂指数观察测定法 （一）脉冲标记DNA复制和细胞分裂指数观察测定法： • 这种方法主要适用于细胞构成相对简单，细胞周 这种方法主要适用于细胞构成相对简单， 期时间相对较短，周期运转均匀的细胞群体。 期时间相对较短，周期运转均匀的细胞群体。 • 优点：可同时测定细胞周期总时间和各时相时间 优点： • 缺点：要求有同位素室，细胞还须同步化。 缺点：要求有同位素室，细胞还须同步化。 • （二）流式细胞仪测定法： 流式细胞仪测定法： • 这种方法依据细胞各时期DNA含量的特征及其变化 这种方法依据细胞各时期DNA DNA含量的特征及其变化 来确定细胞周期时间。 来确定细胞周期时间。 • 优点：可测定各种细胞的周期时间，测定快速， 优点：可测定各种细胞的周期时间，测定快速， 结果可靠。 结果可靠。 • 缺点：要求有流式细胞仪。 缺点：要求有流式细胞仪。
The control of the cell cycle. The essential processes, such as DNA replication and mitosis and cytokinesis, are triggered by a central cellcycle control system. By analogy with a washing machine, the control system is drawn as an indicator that rotates clockwise, triggering essential processes when it reaches specific points on the outer dial.
• S期，主要进行DNA的复制与核小体组蛋白的合成， 主要进行DNA的复制与核小体组蛋白的合成， DNA的复制与核小体组蛋白的合成 并组装成染色质结构。微管蛋白也开始合成。 并组装成染色质结构。微管蛋白也开始合成。其 DNA复制的起始和复制过程受到多种细胞周期调节 DNA复制的起始和复制过程受到多种细胞周期调节 因素的严密调控。 因素的严密调控。 • G2期：此时DNA含量已增加1倍，细胞已做好了进 此时DNA含量已增加1 DNA含量已增加 期的准备。但也有一个检验点，监控着DNA DNA是 入M期的准备。但也有一个检验点，监控着DNA是 否完成了复制和损伤是否得到了修复。 否完成了复制和损伤是否得到了修复。 • M期，既要把一个细胞分成两个子细胞，又要将两 既要把一个细胞分成两个子细胞， 套染色体各分成一套分配到两个子细胞。 套染色体各分成一套分配到两个子细胞。