第12章細(xì)胞增殖及其調(diào)控

1Chapter12

細(xì)胞增殖及其調(diào)控（Cellproliferationanditsregulation）2細(xì)胞分裂的意義:

1.多細(xì)胞生物體的生長(zhǎng)發(fā)育和物種的延續(xù)2.單細(xì)胞生物產(chǎn)生新個(gè)體3.更新衰老、死亡的細(xì)胞和損傷的組織細(xì)胞增殖是生命最重要特征之一Xenopuslaevis（非洲爪蟾）胚胎卵裂3細(xì)胞增殖是生命的基本特征。一個(gè)受精卵發(fā)育為初生嬰兒，細(xì)胞數(shù)目增至1012個(gè)，長(zhǎng)至成年有1014個(gè)，而成人體內(nèi)每秒鐘仍有數(shù)百萬新細(xì)胞產(chǎn)生，以補(bǔ)償血細(xì)胞、小腸粘膜細(xì)胞和上皮細(xì)胞的衰老和死亡。4細(xì)胞增殖是通過細(xì)胞周期（cellcycle）來實(shí)現(xiàn)的而細(xì)胞周期的有序運(yùn)行是通過相關(guān)基因的嚴(yán)格監(jiān)視和調(diào)控來保證的。一個(gè)大腸桿菌若按20分鐘分裂一次，并保持這一速度，則兩天即可超過地球的重量。512.1細(xì)胞周期概述從一次細(xì)胞分裂結(jié)束開始，經(jīng)過物質(zhì)積累過程，直到下一次細(xì)胞分裂結(jié)束為止，稱為細(xì)胞周期。在這一過程中,細(xì)胞的遺傳物質(zhì)復(fù)制并均等地分配給兩個(gè)子細(xì)胞。12.1.1細(xì)胞周期

（cellcycle）6細(xì)胞周期的時(shí)間長(zhǎng)短與物種的細(xì)胞類型有關(guān)如：酵母90-120分即分裂一次，而人的肝細(xì)胞平均至少一年。小鼠十二指腸上皮細(xì)胞的周期為10小時(shí)，人類胃上皮細(xì)胞24小時(shí)，HeLa細(xì)胞21小時(shí)。7不同類型細(xì)胞的G1長(zhǎng)短不同，是造成細(xì)胞周期差異的主要原因。小鼠食管上皮細(xì)胞115h，G1=103h小鼠十二指腸上皮細(xì)胞15h,G1=6h812.1.2細(xì)胞周期的同步化細(xì)胞同步化(synchronization)：為了研究細(xì)胞周期的不同階段的生化特性必須獲得細(xì)胞周期一致性的細(xì)胞,這就是細(xì)胞的同步化。自然同步化人工同步化

91自然同步化1）多核體如粘菌只進(jìn)行核分裂，而不發(fā)生胞質(zhì)分裂，形成多核體。數(shù)量眾多的核處于同一細(xì)胞質(zhì)中，進(jìn)行同步化分裂。瘧原蟲也具有類似的情況。10多頭絨泡菌S期112）某些水生動(dòng)物的受精卵如海膽卵可以同時(shí)受精，最初的3次細(xì)胞分裂是同步的。如海參卵受精后，前9次細(xì)胞分裂都是同步化進(jìn)行的。12受精卵在合胞體內(nèi)核同步分裂，無胞質(zhì)分裂核移向皮層角質(zhì)膜細(xì)胞邊緣開始形成果蠅早期胚胎同步核分裂處于中期，微管-綠色。中心體-紅色133）增殖抑制解除后的同步分裂如真菌的休眠孢子移入適宜環(huán)境后，它們一起發(fā)芽，同步分裂。142人工同步化1）選擇同步化2）誘導(dǎo)同步化151）選擇同步化

16有絲分裂選擇法：使單層培養(yǎng)的細(xì)胞處于對(duì)數(shù)增殖期，此時(shí)分裂活躍。有絲分裂細(xì)胞變圓隆起，與培養(yǎng)皿的附著性低，此時(shí)輕輕振蕩，M期（有絲分裂）細(xì)胞脫離器壁，懸浮于培養(yǎng)液中，收集培養(yǎng)液。再加入新鮮培養(yǎng)液，依法繼續(xù)收集，則可獲得一定數(shù)量的分裂細(xì)胞。優(yōu)點(diǎn):操作簡(jiǎn)單，細(xì)胞不受藥物傷害。缺點(diǎn):獲得的細(xì)胞數(shù)量較少（分裂細(xì)胞約占1%～2%）。17細(xì)胞沉降分離法：不同時(shí)期的細(xì)胞體積不同，而細(xì)胞在給定離心場(chǎng)中沉降的速度與細(xì)胞半徑的平方成正比，因此可用離心的方法分離。優(yōu)點(diǎn)：可用于任何懸浮培養(yǎng)的細(xì)胞。缺點(diǎn)：同步化程度較低。182）誘導(dǎo)同步化胸腺嘧啶阻斷技術(shù)：高濃度的胸腺嘧啶能夠阻斷DNA合成所需的核苷酸的合成,因此將細(xì)胞群體培養(yǎng)在具有高濃度的胸腺嘧啶的培養(yǎng)液，可獲得同步化的細(xì)胞。最終可將細(xì)胞群阻斷在S期或G1/S交界處。19優(yōu)點(diǎn)：同步化程度高，適用于任何培養(yǎng)體系?？蓪缀跛械募?xì)胞同步化。缺點(diǎn)：產(chǎn)生非均衡生長(zhǎng)，個(gè)別細(xì)胞體積增大。20中期阻斷法：利用破壞微管的藥物將細(xì)胞阻斷在中期，常用的藥物有秋水仙素和秋水酰胺和諾考達(dá)唑(Nocodazole)

，后者毒性較少。優(yōu)點(diǎn)：無非均衡生長(zhǎng)現(xiàn)象。缺點(diǎn)：可逆性較差。213細(xì)胞類群根據(jù)細(xì)胞分裂行為持續(xù)分裂細(xì)胞：在細(xì)胞周期中連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)因而又稱為周期中細(xì)胞，如表皮基底層細(xì)胞、造血干細(xì)胞等。G0細(xì)胞：又稱休眠細(xì)胞，暫時(shí)脫離細(xì)胞周期,但在某些條件的誘導(dǎo)下重新進(jìn)入細(xì)胞周期。如淋巴細(xì)胞、肝、腎細(xì)胞等。終末分化細(xì)胞：即永久性失去了分裂能力的細(xì)胞，這些細(xì)胞都是高度特化的細(xì)胞,如哺乳動(dòng)物的紅細(xì)胞、肌細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、多形核細(xì)胞等。2212.2細(xì)胞分裂無絲分裂(amitosis)有絲分裂(mitosis)減數(shù)分裂(meiosis)231、無絲分裂(amitosis)：核拉長(zhǎng)、斷裂，分裂為大致相等的兩部分。例：纖毛蟲2、有絲分裂(mitosis)：形成有絲分裂器，確保遺傳物質(zhì)均等地分配到兩個(gè)子細(xì)胞中。是高等生物體細(xì)胞的分裂方式。3、減數(shù)分裂（meiosis）：DNA復(fù)制一次，細(xì)胞分裂兩次，遺傳物質(zhì)減半，是生殖細(xì)胞成熟過程的分裂方式。24(1)無絲分裂主要見于低等動(dòng)物細(xì)胞生長(zhǎng)——DNA復(fù)制——細(xì)胞核拉長(zhǎng)——核中部縊陷呈啞鈴形，核頸部有環(huán)狀微絲環(huán)繞——兩子核形成——胞質(zhì)分裂——兩個(gè)子細(xì)胞特點(diǎn)：直接快速，核保持完整，染色質(zhì)不凝集，無有絲分裂器裝配2526無絲分裂不僅發(fā)現(xiàn)于原核生物，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)于高等動(dòng)植物，如植物的胚乳細(xì)胞、動(dòng)物的胎膜，及肌肉細(xì)胞等。27(2)有絲分裂(mitosis)真核生物體細(xì)胞的一種分裂方式，通過紡錘體及染色體的形成，把復(fù)制的DNA均分到兩個(gè)子細(xì)胞，以保證遺傳的連續(xù)性和穩(wěn)定性。由于這一時(shí)期的主要特征出現(xiàn)紡錘體，故稱為有絲分裂。有絲分裂包括核分裂和胞質(zhì)分裂。28有絲分裂（間接分裂）特點(diǎn)：有紡錘體、染色體的變化，子染色體被平均分配到子細(xì)胞，這種分裂方式普遍見于高等動(dòng)植物。29減數(shù)分裂是指染色體復(fù)制一次而細(xì)胞連續(xù)分裂兩次的分裂方式是高等動(dòng)植物配子體形成的分裂方式。30紡錘體(spindle)：有絲分裂前期由中心體形成的星體微管、極微管、動(dòng)粒微管排列組成的紡錘樣結(jié)構(gòu)，與染色體的移動(dòng)、排列和分離有關(guān)。3132三、中期染色體結(jié)構(gòu)3334中部亞中部近端端部次縊痕(secondaryconstriction)371著絲粒（centromere)著絲粒是染色體中連接兩個(gè)染色單體,并將染色單體分為兩臂:短臂(p)和長(zhǎng)臂(q)的部位。中期染色體上一個(gè)染色較淺而縊縮的部位，所以亦稱主縊痕（primaryconstriction）。兩個(gè)功能：結(jié)合姐妹染色單體動(dòng)粒裝配的結(jié)合點(diǎn)38著絲粒的結(jié)構(gòu)著絲粒（centromere）和著絲點(diǎn)（kinetochore）是兩個(gè)不同的概念。著絲粒，染色體主縊痕中比較寬闊的區(qū)域，是由富含重復(fù)序列的DNA的異染色質(zhì)所組成。著絲點(diǎn)指主縊痕處兩個(gè)染色單體外側(cè)表層部位的特殊結(jié)構(gòu)，它與紡錘體微管相接觸。又稱動(dòng)粒。主要成分是蛋白質(zhì)。39b40著絲粒（結(jié)構(gòu)域）著絲點(diǎn)結(jié)構(gòu)域（kinetochoredomain）又稱動(dòng)粒區(qū)成分：蛋白（主）含少量DNA/RNA中心結(jié)構(gòu)域（centraldomain）又稱著絲粒中部區(qū)成分：含有高度重復(fù)的α衛(wèi)星DNA構(gòu)成的異染色質(zhì)。

配對(duì)結(jié)構(gòu)域（paringdomain）位于著絲粒結(jié)構(gòu)的內(nèi)層，成分：異染色質(zhì)

。41著絲粒的3個(gè)結(jié)構(gòu)域配對(duì)結(jié)構(gòu)域中心結(jié)構(gòu)域著絲點(diǎn)結(jié)構(gòu)域動(dòng)粒區(qū)42動(dòng)粒結(jié)構(gòu)域動(dòng)粒微管動(dòng)粒染色質(zhì)纖絲內(nèi)板外板中間區(qū)43外板（outerplate，OP）：電子密度高，與動(dòng)粒微管結(jié)合。中間區(qū)（interzone）：電子密度低.。內(nèi)板（innerplate,IP）：電子密度高，與中心結(jié)構(gòu)域的著絲粒異染色質(zhì)結(jié)合。外板上有動(dòng)粒微管。44二、端粒（telomere）熒光原位雜交顯示的端粒（上）和端粒序列（下）四膜蟲擬南芥45是染色體兩個(gè)端部的特化結(jié)構(gòu)，由富含G的短的串聯(lián)重復(fù)序列DNA組成，伸展到染色體的3，端。生物學(xué)作用：

a.維持染色體的穩(wěn)定性如果用X射線將染色體打斷，不具端粒的染色體末端有粘性，會(huì)與其它片段相連或兩端相連而成環(huán)狀。形成雙著絲粒染色體或環(huán)狀染色體。

b.與染色體在核內(nèi)的空間排布及減數(shù)分裂時(shí)，同源染色體配對(duì)有關(guān)。當(dāng)同源染色體配對(duì)時(shí)，端粒可粘到核被膜內(nèi)的核纖層上。問題：DNA復(fù)制過程中，出現(xiàn)5，端缺口殘留（無端粒酶）。端粒的復(fù)制（有端粒酶）2個(gè)舊鏈2個(gè)舊鏈舊鏈舊鏈新鏈端粒酶具有逆轉(zhuǎn)錄酶的性質(zhì)，由RNA和蛋白質(zhì)組成，其中物種專一的內(nèi)在的RNA是端粒的模板，把合成的端粒重復(fù)序列再加到染色體的3，端。因此它可以彎過來作為引物，并以延伸的端粒DNA序列為模板，在DNA聚合酶的作用下合成5，末端，合成端粒末端的互補(bǔ)序列。52舊鏈新鏈54端粒起到細(xì)胞分裂計(jì)時(shí)器的作用。在缺乏端粒酶的情況下，則端粒DNA的復(fù)制和基因DNA不同，每復(fù)制一次減少50-100bp，表明端粒重復(fù)序列的長(zhǎng)度與細(xì)胞分裂次數(shù)和細(xì)胞的衰老有關(guān)。正常體細(xì)胞缺乏此酶，故隨細(xì)胞分裂而變短，細(xì)胞隨之衰老。迄今為止，只在生殖細(xì)胞和部分干細(xì)胞及腫瘤細(xì)胞有端粒酶的活性，保持染色體的長(zhǎng)度從而維持細(xì)胞不死性。5512.3減數(shù)分裂(Meiosis)特點(diǎn)：DNA復(fù)制一次，細(xì)胞分裂2次，子細(xì)胞中的染色體數(shù)目為1n，將減數(shù)分裂又分為減數(shù)分裂Ⅰ和減數(shù)分裂Ⅱ。56減數(shù)分裂模式圖

57間期也可分為G1期、S期和G2期，

和有絲分裂不同的是，DNA不僅在S期合成，而且也在前期合成一小部分。稱為偶線期DNA（zyg-DNA）或粗線期DNA(P-DNA)。P-DNA的合成與交換過程中DNA鏈的修復(fù)、連接有關(guān)。

58第一次減數(shù)分裂的過程母59分裂期1前期I601）細(xì)線期（leptotene）染色體呈細(xì)線狀，具有念珠狀的染色粒。細(xì)線期雖然染色體已經(jīng)復(fù)制，但光鏡下分辨不出兩條染色單體。同源染色體在核中隨機(jī)分布。由于染色體細(xì)線交織在一起，偏向核的一方，所以又稱為凝線期(synizesis)。在有些物種中表現(xiàn)為染色體細(xì)線一端在核膜的一側(cè)集中，另一端放射狀伸出，形似花束，稱為花束期(bouquetstage)。

61622）偶線期（zygotene）亦稱配對(duì)期，是同源染色體配對(duì)的時(shí)期，這種配對(duì)稱為聯(lián)會(huì)(synapsis)。聯(lián)會(huì)：到偶線期時(shí)，同源染色體與核被膜相連的端部移位到一起，兩條同源染色體側(cè)面緊密相貼進(jìn)行配對(duì)，此現(xiàn)象為聯(lián)會(huì)。這一時(shí)期同源染色體間形成聯(lián)會(huì)復(fù)合體(synaptonemalcomplex，SC)。開始聯(lián)會(huì)，偶線期有殘余的0.3%DNA的合成稱為Z-DNA63一段等到減數(shù)分裂I前期才進(jìn)行復(fù)制的DNA片斷（Z－DNA），可能是由于此中未復(fù)制的DNA片段的存在，導(dǎo)致兩條染色單體緊密聯(lián)系在一起。6465聯(lián)會(huì)是在減數(shù)分裂的偶線期兩條同源染色體側(cè)面緊密相貼并進(jìn)行配對(duì)的現(xiàn)象。聯(lián)會(huì)染色體間的配對(duì)是專一性的,可以同時(shí)發(fā)生在分散的幾個(gè)點(diǎn)上。電子顯微照片揭示，染色體聯(lián)會(huì)伴隨一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的形成：聯(lián)會(huì)復(fù)合體（synaptonemalcomplex,SC)。66SC是同源染色體間形成的梯子樣的結(jié)構(gòu)。在電鏡下觀察，兩側(cè)是約40nm的側(cè)生組分(lateralelement)，電子密度很高。兩側(cè)之間為寬約100nm的中間區(qū)(intermediatespace)，在電鏡下是明亮區(qū)。在中間區(qū)的中央為中央組分(centralelement)，寬約30nm。側(cè)生組分與中央組分之間有橫向排列的粗約7~10nm的LC纖維，使SC外觀呈梯子狀。67聯(lián)會(huì)復(fù)合體結(jié)構(gòu)683)粗線期（pachytene）持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)天。此時(shí)染色體變短，結(jié)合緊密。在光鏡下只在局部可以區(qū)分同源染色體，這一時(shí)期同源染色體的非姊妹染色單體之間發(fā)生交換的時(shí)期。聯(lián)會(huì)完成，發(fā)生交換。在果蠅粗線期SC上具有與SC寬度相近的電子致密球狀小體，稱為重組節(jié)，與DNA的重組有關(guān)。P-DNA：粗線期合成的DNA,主要用于DNA鏈的修補(bǔ)和連接。697071在電子顯微鏡下觀察,發(fā)現(xiàn)在SC結(jié)構(gòu)的中央有很多間隔不規(guī)則、電子密集的的小體。由于這些小體是交叉發(fā)生的部位，所以稱作重組節(jié)。重組節(jié)是同源染色體配對(duì)聯(lián)會(huì)復(fù)合體中的球形、橢圓型或棒狀的結(jié)節(jié),直徑約為90nm,內(nèi)含蛋白質(zhì),結(jié)構(gòu)不清楚。重組節(jié)中含有