第十二章_细胞增殖及其调控

泛素活化酶 泛素转移酶 泛素连接酶 促后期复合物( APC)
二、Cdk与周期蛋白-Cdk复合物(CdkC)
Cdk活性随周期蛋白（Cyclic）浓度变化而变化 哺乳动物细胞内至少存从Cdk1（Cdc2）至Cdk12共12种Cdk 周期蛋白-Cdk复合物的多样性
Cyclin-Cdk复合物的多样性
G1 Cyclin-Cdk Cdk 芽殖酵母 Cdc28 裂殖酵母 Cln1,2,3-Cdc28 Clb5, (3,4)-Cdc28 Clb1,2(3,4)S Cyclin-Cdk G2/M
运行
抑制
释放
抑制
第二节
细胞分裂
一、有丝分裂(mitosis)
二、减数分裂(Meiosis)
一、有丝分裂(mitosis)
1.前期(prophase) 2.前中期 (premetaphase)
3.中期(metaphase)
4.后期(anaphase)
5.末期(telophase)
6.胞质分裂(Cytokinesis)
G1 间期 S 合成大部分DNA，而不是全部 G2 细线期(leptotene) 偶线期(zygotene) 前期 减数分裂的 粗线期(pachytene) 中期 第一次分裂 双线期(diplotene) 后期 终变期(diakinesis) 末期 （间期） 减数分裂的 第二次分裂 与有丝分裂相似
偶线期同源染色体配对，称为联会(synapsis)；
管
子染色体到达两极
(2)后期B:极微管 在正端聚合而延 长，两极间距离 逐渐增长；
中期动粒微管的动态稳定
后期A动粒微管的缩短
动力蛋白
后期B纺锤体变长的动力来源 1. 驱动蛋白在重叠区 从负极走向正极使极 微管向 相反方向滑动
2. 动力蛋白与星体和 两端的细胞膜结合， 从正极走向微管负极， 朝细胞两极牵拉星体 微管。
脉冲标记有丝分裂百分率 PLM(percentage mitoses)法
用3H-TDR对测定细胞脉冲标记、定时取材，利用放射自显影技术显示 标记细胞，通过统计标记的有丝分裂期（M期）细胞百分数（PLM），来测 定细胞周期。 ①待测细胞经3H-TDR标记后，所有S期细胞的DNA均被标记。
② 置换无标记培养液。S期细胞经G2期才进入M期，所以一段时间内PLM=0。
周期蛋白调节Cdk的激酶活性
细胞周期蛋白的种类及其特点
种类
S或 M 期 cyclin
开始表达期 早 G1期 晚 G1期 早G1期
高峰期 G1/S G2/M
消失期 M中期 M中/后期 G1/S期
cyclinA cyclinB
M期cyclin
G1期cyclin CyclinC、D、E
中、晚G1
E1 E2 E3
化学方法
分裂中期阻断法
Fruit fly embryo
有丝分裂抖落法：
M期细胞与培养皿的附 着性低，振荡脱离器 壁收集。 – 优点：操作简单， 同步化程度高，细胞 不受药物伤害。 – 缺点：获得的细 胞数量较少。
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双阻断法。 T阻≧ TG1＋TG2＋ TM TS﹤T释﹤ TG1＋TG2＋ TM – 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。 思考：对TS ＞ TG1＋TG2＋ TM细胞能否适用此法？
正在复制的DNA容易受损伤，是DNA断裂的结果 说明DNA复制已完成。
2.前中期(premetaphase)
核膜消失（起始）→纺锤体形成→染色体往赤道面排列（结束）
纺锤体形成（动粒微管+极微管）
星体微管 中心粒 极微管（连 续丝） 横桥 （分子马达蛋白） 动粒 动粒微管
有丝分裂器
Leabharlann Baidu(临时性细胞器)
CyclinB-CDK1
G2/M底物
(MPF)
G2/M期过渡 中期/后期过渡
G1-CdkC复合物调控G1 /S的转化
生长因子的刺激下，G1 期cyclinD和cyclinE表达， 形成G1-CdkC 。 pRb被G1-CdkC磷酸化， pRb释放出转录因子E2F。 E2F促使相关基因的转 录。（DNA前复制复 合体装配） 促进细胞通过R点进入 S期。（G1→S）
联会复合体（SC）
SC 由两条同源染色 体沿纵轴形成，外 观呈梯子状。 SC 主要由碱性蛋白 质和 RNA 组成，并 含有少量DNA。 SC 上有重组节是交 换发生的部位。
SC 在细线期开始装 配，形成于偶线期， 成熟于粗线期，消 失于双线期。
同源染色体联会时的交换和交叉
双线期二价体
第三节 细胞周期调控
一、细胞周期
连续分裂的细胞从上次细胞分裂(cell division)结束开 始，经过物质积累过程，直到本次细胞分裂结束为止所经历的 过程 。 ★细胞周期时相
①准确地复制DNA； ②合成细胞结构和功能性物质； ③建立有关细胞分裂的结构和信息 传递机制； ④细胞核和细胞质分裂。
G1-S-G2-M
★细胞周期长短测定
细胞增殖是通过细胞周期（cell cycle）来实现 细胞周期的有序运行是通过相关基因的严格监视和调控来保证
细胞生物学教程 (cell biology )
第十二章
细胞增殖及其调控
基本概念 细胞分裂 细胞周期调控
第一节 第二节 第三节
第一节
基本概念
一、细胞周期 二、细胞周期检验点 三、细胞同步化
一、周期蛋白（cyclin） 二、Cdk与Cyclin-Cdk复合物 三、Cdk抑制物(CDKI)
一、周期蛋白
特点： 参与细胞周期调控的蛋白，其浓度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。
作用： 激活不同时期周期蛋白依赖性蛋白激酶（Cdk），引导 Cdk作用于不同底物 。 类型： 周期蛋白的降解 泛素介导的cylinA、B的降解，调控细胞分裂的进程。
5.末期(telophase)
子染色体到达两极 核膜重建 形成两个新细胞
核膜的解体与重建
磷酸化
早末期
动物细胞胞质分裂
形成分裂沟
收缩环
植物细胞胞质分裂
形成细胞板
二、减数分裂(Meiosis)
1.减数分裂主要是发生在生 殖细胞产生的某个阶段；
DNA复制 同源染色 体配对 复制的同源染 色体对排列在 赤道面上
1.前期(prophase)
染色质凝缩（起始） →细胞骨架解聚 分裂极确立与纺锤体开始装配 核膜消失（结束） 核仁解体
PCC (提早集缩染色体) 将处于分裂期(M期)的细胞与处于细胞周期其
G1期PCC为单线状 S期PCC为粉末状
G2期PCC为双线染色体 他阶段的细胞融合, 使其他期细胞的染色质提 早包装成染色体。 DNA未复制
S关卡 G1关卡 G2关卡 中期关卡
通过Ｇ1期限制点的调节，Ｇ1期细胞可有三种去向：
•
周期性细胞(cycling cell)
终末分化细胞（特化细胞）
死亡
G0 休眠细胞
G0期细胞：有些 细胞会暂时离开 细胞周期，停止 细胞分裂，进入 G0期，去执行某 种生物功能或进 行细胞分化。 一旦得到信号指 示，会快速返回 细胞周期，分裂 增殖。多发生在 G1期。
50
0
TG2 TM Ts Tc
T
流式细胞仪分析细胞周期
标本→流动系统→激光系统→信号处理系统→放大系统→计算机系统 利用流式细胞仪 （ FCM ）对处 于快速流动的单 列细胞或生物颗 粒进行多参数、 快速（每秒可达 1000-10000个） 的定量分析和分 选（纯度可达 99%以上）。
流式细胞仪PI（碘化丙锭）染色法分析细胞周期
三、细胞同步化
在自然过程中发生或经人为处理造成的使整个 细胞群体共同进入细胞周期同一时相的现象。 ◆自然同步化 某些受精卵早期卵裂 物理方法
◆选择同步法(selection synchrony) 有丝分裂抖落法 密度梯度离心法 ◆诱导同步法(induction synchrony) DNA合成阻断法
第十二章 细胞增殖及其调控
•细胞增殖是细胞生命活动的基本特征之一
division
embryo → baby
细胞增殖(cell
proliferation):亲代细胞
(mother cell)经物质准备，细胞分裂（cell division）产生子代细胞(daughter cell)的过程。
无丝分裂（直接分裂） 细胞增殖的方式 有丝分裂（间接分裂） 减数分裂
③开始出现标记M期细胞时，表示处于S期最晚阶段的细胞，已渡过G2期，所以 从PLM=0到出现PLM的时间间隔为TG2。
④ S期细胞逐渐进入M期，PLM上升，到达到最高点的时候说明来自处于S最晚
阶段的细胞，已完成M，将进入G1期。所以从开始出现PLM到PLM达到最高点 （≈100%）及所持续的时间时间就是TM。
不同细胞的周期时相
TC
小鼠食道上皮 小鼠腹壁上皮 人大肠粘膜 人宫颈癌 人羊膜 大鼠肝 人肺成纤维细胞 87 151 24 20 19.4 47.5 16.8
TG1
75 139 10 8 9.8 28 6
TS
7.2 6.2 11.5 6.8 6.8 16 6
TG2
4.1 5.3 2 4.5 2.2 1.8 4
⑤ 当PLM开始下降时，表明处于S期最早阶段的细胞也已进入M期，所以出现
（ TG2）PLM到PLM又开始下降（ TG2 + TS ）的一段时间等于TS。 ⑥ 从PLM出现到下一次PLM出现的时间间隔就等于TC。
根据TC=TG1+TS+TG2+TM即可求出的TG1长度。
早
中
晚
PLM
100
注意：在实际工作中，由于各种因素的影响，PLM的 最大值达不到1。为减少误差，常采用半高度法读数。
Cyclin-
Cig1-Cdc2
Cig2-Cdc2
Cig13-Cdc2
高等真核生物 CyclinD1,2,3-CDK4/6 CyclinA-CDK2 不同的Cyclin- CyclinE1,2-CDK2 Cdk在不同的 G1 底物 S 底物 时相表现活性， 影响不同的下 游事件。 DNA Replication G1 /S的过渡
DNA在一个细胞周期 仅复制一次！
G1期完成前复制复合体（pre-RC） 的装配（“DNA复制执照因 子”） 。 S期S-CdkC（ cyclinA－Cdk2 ） 将Cdc6磷酸化 ，触发pre-RC的启 动，同时阻止了DNA再次进行复 制（S期检测点）
PI与细胞内DNA结合（RNA已被消化）后，细胞的荧光强度直接反映了 细胞内DNA含量的多少，通过流式细胞仪对细胞内DNA的含量及在不同时间 内的变化进行检测时，可以分析不同细胞周期时相各细胞亚群比例和细胞周期 时间长短。
G2
M
G0
DNA含量分析
G1 细胞周期
s
G0 G1
细 胞 数 量
0 200
s
2N
2001 年诺 贝尔 生理 学/ 医学 奖 ◆Leland H. Hartwell发现了控制细胞周期的基因，其中
被称为“START” 的基因对控制各个细胞周期的最初阶 段具有决定性的作用。 ◆ Paul M. Nurse发现了CDK. ◆ R. Tim Hunt发现了调节CDK的功能物质周期蛋白.
2. 遗传物质只复制一次， 细胞连续分裂两次，导致 染色体数目减半；
3. 减数分裂前间期的 S期持 续时间较长，少量 DNA 没有 复制； 4. 前期Ⅰ变化复杂，同源 染色体配对、联会、重组， 产生遗传多样性； 5.减数分裂时间较长。
复制的染 色体各自 排列在赤 道面上
细胞分裂Ⅰ
细胞分裂Ⅱ
细胞分裂
减数分裂(meiosis)
400 600
G2M
4N
800 1000
PI标记的细胞周期时相分析
G1
S
G2
二、细胞周期检验点
真核生物细胞周期中决 定细胞能否进入下一个时相 的监控点,是细胞周期中存 在的一种反馈调节机制。 G1期检测点(限制点 restriction ,R点）：DNA 损伤检验点。 S 期检测点： DNA 复制检验 点。 G2/M检测点：DNA损伤检验 点。 中-后期检测点：纺锤体组 装检验点。
3.中期(metaphase)
纺锤体检查点(Mad2、Bub1等染色 体动粒蛋白构成)
所有染色体排列到赤道板(equatorial plate)；
染色体排列机制
牵拉平衡假说 动粒微管的延伸所产 生的牵拉作用.
外推平衡假说 星体产生的排斥作用
4.后期(anaphase)
姊妹染色单体分开 (1)后期A:动粒微管 在动粒端（正端） 解聚而缩短，拉动 染色单体移向两极；
TM
0.7 0.5 0.5 1.5 0.6 1.7 0.8
TC-TG1
12 12 14 12 9.6 15.5 10.8

不同细胞的TC差别很大； TC与 TG1的变化一致, TC长短差异决定于TG1; TS + TG2 + TM 值比较稳定,约12-24小时； TM 较短,约1小时左右。