第十二章细胞增殖与其调控翟中和

二 有丝分裂的过程
为了便于描述，人为的划分为六个时期： • 前期(prophase) • 前中期(premetaphase) • 中期(metaphase) • 后期(anaphase) • 末期(telophase) • 胞质分裂（cytokinesis）
1 前期 (prophase)
• 染色质凝缩 • 纺锤体开始形成—中心体彼此分开 • 核仁消失 • 核膜开始破裂—核纤层纤维磷酸化
3 中期(metaphase)
• 所有染色体排列到赤道板上； • 纺锤体呈现典型的纺锤样； • 位于染色体两侧的动粒微管长度相等，作用力均
衡。
4 后期(anaphase)
• 姊妹染色单体分开并移向两极； • 分为后期A、后期B两个过程：
后期A：动粒微管变短，两个染色单体向两极运动。 后期B：极间微管长度增加，纺锤体两极之间的距
同
都经过减数分裂才形成性细胞
点
主要内容
• 细胞周期与细胞分裂 • 细胞周期的调控
第二节 细胞周期的调控
• MPF的发现及其作用 • P34cdc2激酶的发现及其与MPF的关系 • CDK和细胞周期蛋白 • 细胞周期运转调控 • 肿瘤细胞周期
一 MPF的发现及其作用
• 卵细胞促成熟因子(maturation-promoting factor) 细胞促分裂因子(mitosis-promoting factor) M期促进因子(M phase-promoting factor）
第十二章 细胞增殖及其调控
主要内容
• 细胞周期与细胞分裂 • 细胞周期的调控
第一节 细胞周期与细胞分裂
• 细胞周期 • 有丝分裂 • 减少分裂
一 细胞周期概述
• 概念：是指细胞从上一次分裂结束开始，到下一 次细胞分裂结束所经历的过程。
• 细胞周期时相组成 M期、S期、G1期和G2期
• 细胞周期时间（TC）： 细胞周期经历的时间
(进p蛋细成质r一e胞熟合白存M步成卵成质在P实熟 细 ；合F，)验； 胞成。只表可的抑非是明以细制活处：转胞剂性于在化质存态非未为诱在的活成活导的前性熟性卵情体状卵态细况M态母的胞下P，F细M成，通称P胞熟孕过为F中，酮。翻前，不不译体M需能后MP要诱修PF蛋导F已饰白卵经， 在蛋白质合成抑制剂存在的情况下，也可诱导卵细
p34cdc2——p56cdc13
• J.Maller和P.Nurse实验室立即合作，很快证明爪 蟾卵中的p32与p34cdc2是同源物。
MPF： p32 —— p45
同源物
同源物
p34cdc2 —— p56cdc13 （周期蛋白B）
• J.Maller和T.Hunt实验室合作，证明与p45和 p56cdc13为同原物。
• 终变期I
染色体凝集紧密，RNA转录停止，核仁消失，四 分体均匀分布于核中。
终变期的完成标志着减数分裂前期I的结束
• 中期I：
核仁核膜已经消失； 出现纺锤体，纺锤丝与着丝粒相连； 每个二价体中两个着丝粒分别位于赤道面的两侧。
• 后期I：
同源染色体分离，分别被拉向两极； 染色体数目减半，染色体数由2n减为n。
• 末期I：
染色体到达细胞的两极； 核仁核膜又重新出现，逐渐形成两个新的细胞核。
对比：精子的发生和卵子的发生
精子
卵子
发生场所
睾丸
卵巢
成熟场所
睾丸
输卵管
不 生殖细胞数 1→4
同 排出时是否成熟 是
点
是否变形
是
1→1 否 否
开始时间
初情期
胎儿期
（初情期后才有排卵）
分裂连续性 连续
间断
相
有丝分裂产生性原细胞、初级性母细胞
• 减数分裂的第一次分裂主要标志是同源染色体的分 开，第二次分裂是姐妹染色单体分开；
• S期持续时间较长； • 少量DNA在减数分裂前期复制。
三 减数分裂的过程
1 减数分裂I：前期I、中期I、后期I、末期I。 • 前期I：细线期I、偶线期I、粗线期I、双线期I、
终变期I。 • 细线期I
染色体开始凝集，呈细丝状；
相关事件：纺锤体组装检测
三 细胞周期同步化
• 概念：细胞周期同步化是指自然发生或人工造成 的使细胞群体处于同一细胞周期时相的过程。
• 同步化方法：选择同步法 诱导同步化
• 诱导同步化
DDNNAA合合成成阻阻断断法法：选用DNA合成抑制剂可逆地
抑制DNA合成但不影响其它细胞的周期运转，最
终分将裂细中胞期阻阻抑断在法G1/S交界处，并经释放获得S期
• 根据细胞周期可将高等动物细胞分为3类：
连连续续分分裂裂细细胞胞：表皮细胞，骨髓造血细胞；
休休眠眠细细胞胞：肝细胞、体外培养的细胞、 肿瘤细胞；
不分裂细胞
不分裂细胞：神经细胞、肌肉细胞。
二 细胞周期的不同时期及其主要事件
• G1期：细胞分裂完成到DNA合成之前； • S期： DNA合成阶段； • G2期: DNA复制完成到分裂之前； • M期：细胞分裂开始到结束。
• S期：DNA合成阶段
DNA复制 蛋白质合成
DNA合成所需要的酶 组蛋白
• G2期: DNA复制完成到分裂之前
为细胞分裂做准备，合成细胞进入M期所必需的 RNA和蛋白质；
检测点 相关事件：是否完成DNA复制 是否有DNA错误复制 细胞体积
• M期：细胞分裂开始到结束
RNA和蛋白质的合成几乎全部停止 检测点
离逐渐拉长。
5 末期(telophase)
• 动粒微管消失，极性微管继续加长。 • 染色单体去浓缩 • 核膜、核仁重新装配。
6 胞质分裂（cytokinesis）
• 开始于细胞分裂后期，结束于细胞分裂末期。 • 步骤：
分裂沟位置确定 肌动蛋白、肌球蛋白聚集形成收缩环 收缩环收缩 收缩环处细胞膜融合形成两个子细胞
• CDC(cell division gene)：与细胞分裂和周期调 控有关的基因被称为cdc基因。
• cdc2基因—裂殖酵母分离出来的cdc基因，编码 34kDa的蛋白，称p34cdc2。
• Cdc28基因—芽殖酵母分离出来的cdc基因，编 码34kDa的蛋白，称p34cdc28。
• 但研究者很快发现，p34cdc28 或p34cdc2单独并不具 有激酶活性，需要同相关蛋白结合后才具有活性。
• CDK抑制因子可与CDK激酶和周期蛋白，组成 三元复合体，抑制CDK激酶的活性。
细胞。 DNA合成抑制剂有胸腺嘧啶核苷酸（TdR） TdR双阻断法
• TdR双阻断法过程
加入过量TdR，S期细胞被抑制，其它的细胞沿细胞周期运转， 最后停在G1/S交界处；
移去TdR，再加入新鲜培养液，进行释放，释放时间大于TS 时，使所有被积累在G1/S期和停留在S期的细胞都通过s期；
再次加入过量TdR，细胞群体通过G2，M和ຫໍສະໝຸດ Baidu1期的运转，最 终被阻滞在G1/S交界处；
星体：中心体具有微管组织中心的作用，其周围聚集大量
的放射状排列的微管，称为星体。 星体周围微管可分为三种：
①极间微管：是两个星体之间的微管，在赤道附近相互重
叠，形成重叠区，重叠区微管之间有动力蛋白。
②动粒微管：是从中心体发生并与染色体动粒相连的微管。
动粒微管与染色体动粒相连，微管可缩短，将染色单体拉向 两极。
第一节 细胞周期与细胞分裂
• 细胞周期 • 有丝分裂 • 减数分裂
一 细胞分裂的类型
• 无丝分裂(amitosis)：又称直接分裂，1841年发现 于鸡胚血细胞，不涉及纺锤体形成及染色体变化。
• 有丝分裂(mitosis) ：又称为间接分裂，1882年首 次发现于动物，1880发现于植物。
• 减数分裂(meiosis）：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。
• 偶线期I
同源染色体配对，形成二价体或四分体； 联会复合体—同源染色体配对和联会的结构
基础； 少量DNA的合成。
• 粗线期I
染色体变粗变短，结合紧密； 同源染色体间的非姐妹染色单体之间发生交
换 (crossing over)； 重组结—联会复合体中间的结构。
• 双线期I
同源染色体分开，联会复合体分解； 同源染色体间的非姐妹染色单体之间发生交叉； 双线期持续时间一般较长。
③星体微管，位于星体周围，其游离端伸向周围胞质。
纺锤体：由两端星体、星体微管、极间微管和动粒微管组
合形成的纺锤形结构称为纺锤体。
2 前中期(premetaphase)：从核膜解体到染色体排列
到赤道面上 • 核被膜崩解； • 纺锤体进一步装配—动粒微管结合染色体不同侧
面的动粒； • 染色体进一步浓缩，变短变粗，向赤道方向运动。
2 CDK抑制因子（CDK inhibitor, CDKI）
• 主要有p16，p21，p24，p27，p15，p18， p19， p57等。
• 其中p16， p21与CDK4紧密结合，对CDK4的激 酶活性具有抑制作用。
• P24可与CDK1和CDK2紧密结合 • P27可与cyclin-cdk形成复合体，抑制各种
• 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，称为早熟凝集染色体。
• 染色体超前凝集（PCC）：与M期细胞融合的间 期细胞发生了形态各异的染色体凝集现象。
染色体超前凝集
（ prematurely condensed chromosome，PCC ）
G1
S
G2
不仅同类M期细胞可以诱导PCC，不同类 的M期细胞也可以诱导PCC产生:
由此MPF的生化成分得到确定：
MPF=p34cdc2+cyclinB
（催化亚单位）（调节亚单位）
三 CDK和细胞周期蛋白
1 CDK（cyclin-dependent protein kinase）：细胞 周期蛋白依赖性蛋白激酶。
• 目前发现的CDK： cdc2（ cdk1 ）、 cdk2、 cdk3、 cdk4、 cdk5、 cdk6、 cdk7、 cdk8、 cdk9。
将阻断的细胞全部释放，就得到较高同步化的S期细胞。 适用范围：仅适用于TG1+TG2+TM大于TS的细胞
• 分裂中期阻断法
用细胞分裂抑制剂将细胞阻断在中期 常用药物：秋水仙素，秋水酰胺 可抑制微管的聚合，因而能有效抑制有丝分裂装
置的形成； 优点：操作简单，同步效率高。
缺点：药物的毒性较大，可逆性差。
cyclin-cdk复合体蛋白激酶的活性 • P15只与CDK4和CDK6紧密结合
细胞阻遏细胞周期运转机制：
• Cdk抑制蛋白(CKI)阻止Cyclin-Cdk复合物的装 配或活性,而将细胞阻止在不同的检验点。
• 周期调控系统组分停止合成，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。
人M期细胞与袋鼠G1、S、G2期细胞融合诱导PCC 这就意味着M期细胞具有某种促进间期细胞进行分裂的因 子，称为细胞促分裂因子。
• 1971年,Masui和Markert用非洲爪蟾做实验，将卵 细胞发育过程分为六个阶段：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ 和Ⅵ期。前四个时期为卵母细胞生成和生长阶段。 其中第Ⅳ期时细胞核较大，称为生发泡(germinal vesicle,GV),此时细胞就停留在该时期，等待成熟。
胞成熟；
分离纯化出MPF
• 直到1988年，Maller实验室的Lohka等人才以 非洲爪蟾为材料，分离得到了微克级的纯化的 MPF。
• 证明其含有p32和p45两种蛋白，是一种蛋白激 酶，可以使多种蛋白质底物磷酸化。
二 P34cdc2激酶的发现及其与MPF的关系
• 另一批生物学家以酵母为材料, 对细胞周期调控 进行着深入研究。L.Hartwell以芽殖酵母为实验 材料, P.Nurse以裂殖酵母为实验材料。
胞质分裂沟
第一节 细胞周期与细胞分裂
• 细胞周期 • 有丝分裂 • 减数分裂
一 减数分裂的意义
• 保证物种染色体数目稳定 • 物种适应环境变化不断进化
二 减数分裂的特征
• 遗传物质复制一次，细胞连续分裂两次，产生四个 子细胞；
• 来自双亲的遗传信息是混合的，每一个单倍体细胞 具有独特的基因组合；
细胞分裂周期图
• G1期：细胞分裂完成到DNA合成之前
G1期分为G1早期和G1晚期，两期之间有一个检 测 点，是细胞在G1期的重要调控点。
G1早期：细胞生长、生物合成、形成细胞器。 G1晚期：为DNA合成准备。 检测点（check point）：酵母中称start点，哺
乳动物中称R点。
相关事件：DNA是否损伤 细胞外环境是否适宜