细胞增殖与调控
第十二章细胞增殖及其调控ppt课件
不同的CyclinCdk在不同的 时相表现活性， 影响不同的下 游事件。
G1 底物 G1 /S的过渡
S 底物 DNA Replication
CyclinB-CDK1
(MPF)
G2/M底物
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 。
人肺成纤维T细S胞 + 16T.8G2
+
6
TM
值比较稳定,约12-24小时；
6
4
0.8
10.8
TM 较短,约1小时左右。
早
中
晚
注意：在实际工作中，由于各种因素的影响，PLM的 PLM 最大值达不到1。为减少误差，常采用半高度法读数。
100
50
0
TG2 TM
T
Ts
Tc
流式细胞仪分析细胞周期
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
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。
G1期PCC为单线状
DNA未复制
S期PCC为粉末状 正在复制的DNA容易受损伤，是DNA断裂的结果
Cyclin-Cdk复合物的多样性
G1 Cyclin-Cdk
S Cyclin-Cdk
G2/M Cyclin-Cdk
芽殖酵母 Cln1,2,3-Cdc28 Clb5, (3,4)-Cdc28 Clb1,2(3,4)-Cdc28
细胞增殖的调控和细胞周期的调节
细胞增殖的调控和细胞周期的调节细胞的增殖是维持生命的基本过程之一，对于生物体的正常发育和组织修复至关重要。
细胞增殖的调控和细胞周期的调节是维持细胞增殖的平衡和稳定的关键机制。
本文将就细胞增殖的调控和细胞周期的调节进行探讨。
一、细胞增殖的调控细胞增殖的调控主要涉及到三个方面：细胞周期的控制、内环境的调节和外界信号的影响。
1. 细胞周期的控制细胞周期是一种有序的细胞生命周期，包括四个阶段：G1期（前期）、S期（DNA合成期）、G2期（后期）和M期（有丝分裂期）。
其中，G1期主要是准备细胞DNA的复制；S期是细胞进行DNA复制的阶段；G2期是细胞准备进入有丝分裂的阶段；M期是细胞有丝分裂的过程。
细胞周期的控制主要通过细胞周期蛋白（Cyclin）和Cyclin依赖性激酶（CDK）的调节来实现。
Cyclin和CDK在不同的细胞周期阶段表达量和活性不同，从而控制细胞周期的进展。
2. 内环境的调节细胞增殖的调控还受到细胞内环境的影响。
内环境主要包括细胞内的营养物质、DNA损伤的修复和细胞器的功能状态等。
当细胞内的环境发生异常时，细胞增殖的过程也会受到影响。
例如，当细胞内的DNA损伤累积到一定程度时，会激活细胞的DNA损伤应答机制，导致细胞周期的阻滞，并启动DNA修复机制。
这样可以避免损伤的DNA复制和传递给后代细胞。
3. 外界信号的影响细胞增殖还受到外界信号的影响，包括生长因子、细胞因子和细胞外基质等。
生长因子是一类可促进细胞增殖的分子信号物质，它们通过与细胞膜上的受体结合，激活下游信号通路，刺激细胞进入增殖状态。
细胞因子是一类具有调控细胞增殖的蛋白质分子，它们能够通过绑定到特定的细胞表面受体来激活细胞增殖信号通路，从而影响细胞的周期。
细胞外基质是细胞周围的一种复杂的三维网络结构。
细胞通过与细胞外基质相互作用来感知外界环境，并调节细胞增殖。
当细胞外基质发生变化时，会调控细胞的增殖状态。
二、细胞周期的调节细胞周期的调节是细胞增殖的一个重要过程，它主要通过细胞周期检查点和相关蛋白激活、抑制来实现。
细胞生物学 第十二章 细胞增殖及其调控
第十二章细胞增殖及其调控一、细胞增殖的意义细胞增殖cell proliferation,是细胞生命活动中的一个重要部分，对于多细胞生物体的生长发育以及生物种群的延续都具有十分重要的意义。
例如一个成年人约由1014个细胞构成，而如此多的细胞均来源于同一个受精卵，是通过大量的、连续不断地细胞分裂增殖以及细胞分化才形成人体的。
此外，每个人体平均每秒钟还要增补产生几十万个新细胞，来补偿体内各种衰亡细胞的损失，维持机体细胞数量的相对平衡。
二、细胞周期 cell cycle（一）细胞周期的概念细胞增殖包括：细胞生长、DNA复制和细胞分裂三个主要事件，构成细胞周期。
可分为四个期：G1期、S期、G2期和M期。
其中的S期是DNA合成期，M期是分裂期，而G1和G2期分别是合成前期和合成后期。
因为分裂期染色体出现了明显形态特征，∴通常从一次分裂中期到下一次分裂中期的历程称为一个周期。
M期中又可分为前期、中期、后期和末期四个阶段。
从细胞增殖行为来看，细胞在晚G1期开始分歧为三类：①周期性细胞，即持续在周期中运转的细胞；②G O期细胞（休眠细胞），即暂时脱离周期不增殖，但在适当刺激下仍可恢复进入周期的细胞；③终端分化细胞（特化细胞），即不可逆地脱离周期，丧失分裂能力，但仍然保持正常生理机能的细胞。
（二）细胞周期的速率细胞周期时间（TC）是随细胞类型不同而异的，周期内四个期的时间亦各不相同。
一般规律是：①S期长,M期短；②G1期时间（TG1）易变，但TG2、TS和TM都变动不大；③ TG1长短是细胞周期速率变化的基础。
（三）细胞周期各时相的时间测定●仅M期可依据染色体形态变化来判断，而其它的三个期皆无形态判断依据。
●3H—TdR脉冲标记和放射自显影观测▲标记物仅在S期能渗入细胞▲最先在M期显现标记的是被标记时的S期最晚期细胞▲细胞周期中各期时间的推算：TG2 = 换液洗脱→被标记M细胞出现TM = 被标记M细胞出现→占M细胞总数最大值TS= 被标记M细胞达总数的50%→降回50%TC= 被标记M细胞始出现→再次又开始出现TG1 = TC-TG2-TM-TS●流式细胞仪测定法能快速测定和分析流体中的细胞或颗粒物的各种参数，如DNA、RNA和蛋白质等含量变化，目前被广为应用于细胞周期研究。
细胞的细胞周期调控与细胞增殖
细胞的细胞周期调控与细胞增殖细胞是生物体的基本结构和功能单位，细胞周期调控是维持细胞正常生长和增殖的重要机制。
本文将探讨细胞周期调控的相关概念、重要分子及其功能，并介绍细胞增殖的调控机制。
一、细胞周期调控概述细胞周期是指细胞从一个分裂事件（包括有丝分裂和无丝分裂）到下一个分裂事件之间的时间段。
细胞周期可以分为四个不同的阶段，包括G1期、S期、G2期和M期。
而细胞周期调控机制则是通过一系列分子信号网络，准确控制细胞在不同阶段的进程和周期。
二、关键调控分子与其功能1. 细胞周期蛋白依赖激酶（Cyclin-dependent kinases，CDKs）：CDKs是一个复合酶家族，激活与细胞周期不同阶段相对应的Cyclin蛋白，从而促进细胞进程到下一个阶段。
CDKs的活性受到细胞周期蛋白抑制剂（Cyclin-dependent kinase inhibitors，CKIs）的负调控。
2. 细胞周期蛋白（Cyclins）：Cyclins是CDKs的调节亚基，在特定的细胞周期阶段表达，并与CDKs形成复合物。
这些复合物对于细胞周期过程的推进和控制至关重要。
3. 退火蛋白（Retinoblastoma protein，Rb）：Rb蛋白是一个重要的细胞周期抑制蛋白，通过与转录因子E2F结合，抑制E2F的转录活性，从而阻止G1期到S期的进程。
4. DNA损伤检测蛋白：当DNA发生损伤时，细胞可以通过DNA损伤检测蛋白来暂停细胞周期的进行，以便修复损伤。
常见的DNA损伤检测蛋白包括p53和ATM。
三、细胞增殖的调控机制细胞增殖是细胞周期过程中的一个重要环节，其调控机制十分复杂。
以下将介绍细胞增殖的调控机制。
1. 内源性信号调控：细胞周期的进行受内源性信号调控，包括细胞生长、代谢状态和DNA损伤等。
细胞外环境的改变，例如细胞因子和生长因子的供应，也可以通过细胞膜受体信号转导通路参与细胞周期调控。
2. 外源性信号调控：外源性信号的存在也会对细胞周期的进行产生影响。
细胞周期的调控与细胞增殖
细胞周期的调控与细胞增殖细胞是生命的基本单位，细胞的增殖对于生物体的发育和生长至关重要。
细胞增殖是一个复杂的过程，需要细胞周期的精确调控。
细胞周期是指细胞从一个完整的生命周期开始，经过一系列有序的事件，最终分裂成两个新细胞的过程。
细胞周期的调控涉及到多个分子、信号通路和调控机制的协同作用。
细胞周期可以分为四个连续的阶段：G1期（第一阶段）、S期（DNA复制阶段）、G2期（第二阶段）和M期（有丝分裂期）。
在G1期，细胞准备进入DNA复制阶段，进行细胞生长和准备复制所需的物质。
在S期，细胞进行DNA复制，使得每个染色体都得到了复制。
在G2期，细胞检查和修复DNA损伤，并准备进入有丝分裂阶段。
最后，在M期，细胞进行有丝分裂，将复制的染色体均匀地分配到两个新细胞中。
细胞周期的调控主要通过细胞周期蛋白激酶（Cyclin-dependent kinase，CDK）和细胞周期蛋白（Cyclin）的调节来实现。
CDK是一类酶，其活性受到细胞周期蛋白的结合和磷酸化状态的调控。
细胞周期蛋白的表达水平和降解速率在整个细胞周期中不断变化，从而调节CDK的活性。
CDK与细胞周期蛋白结合后，形成活性复合物，进而催化细胞周期的不同阶段所需的反应。
细胞周期的调控还涉及到一系列的信号通路和调控机制。
例如，细胞周期蛋白的降解主要通过泛素-蛋白酶体途径实现。
泛素是一种小分子蛋白，可以与目标蛋白结合，标记其降解。
另外，细胞周期的进程还受到细胞外信号的调控。
细胞外信号可以通过细胞膜上的受体激活下游信号通路，影响细胞周期的进程。
例如，细胞周期蛋白D的表达受到细胞外生长因子的刺激，从而促进细胞进入S期。
细胞周期的调控在正常细胞生长和发育中起着关键作用。
然而，当细胞周期的调控失去平衡时，可能导致细胞增殖异常和疾病的发生。
例如，细胞周期过度激活可能导致肿瘤的形成。
肿瘤细胞常常失去对细胞周期的严格调控，导致细胞无限增殖和分裂。
因此，研究细胞周期的调控机制对于理解肿瘤发生和治疗具有重要意义。
细胞增殖与分化调控
细胞增殖与分化调控细胞增殖与分化是生物体发展和生长的重要过程。
细胞增殖是指细胞数量的增加，而细胞分化则是指细胞从原始状态转变为特定类型和功能的细胞。
这两个过程在人体的发育、组织修复、癌症的发展等方面起着关键的作用。
本文将探讨细胞增殖和分化的调控机制，以及其在生物学和医学领域的重要意义。
一、细胞增殖调控细胞增殖调控在维持生物体组织结构和功能的平衡中起着关键作用。
细胞增殖受到一系列内外环境因素的调控，包括细胞周期调控、生长因子信号通路、细胞凋亡等。
1. 细胞周期调控细胞周期调控是细胞增殖的核心机制之一。
细胞周期由四个主要阶段组成：G1期、S期、G2期和M期。
在细胞周期过程中，细胞的DNA复制、有丝分裂和细胞分裂等关键事件依次发生。
这些事件受到一系列细胞周期蛋白激酶的调控。
细胞周期调控的紊乱与癌症等疾病的发生密切相关。
2. 生长因子信号通路生长因子信号通路在细胞增殖调控中也起着至关重要的作用。
生长因子是一类能够刺激细胞增殖和分化的分子信号物质。
它们结合到细胞表面的受体上，触发一系列信号传导级联反应，最终导致细胞增殖和分化。
一些常见的生长因子包括表皮生长因子（EGF）、纤维连接蛋白生长因子（FGF）等。
3. 细胞凋亡细胞凋亡是一种重要的细胞增殖调控机制。
它是一种有限的程序性细胞死亡方式，通过清除老化、异常和受损细胞，维持组织的正常状态。
细胞凋亡的紊乱可能导致癌症、炎症和自身免疫性疾病等病理状态。
二、细胞分化调控细胞分化是细胞从未分化状态向特定类型和功能细胞的转变过程。
这是一个高度调控的过程，受到基因表达调节、细胞因子影响等多种因素的调控。
1. 转录因子调控转录因子是一类能够结合到DNA序列上的蛋白质，能够启动或抑制特定基因的转录。
它们在细胞分化过程中起着关键的调控作用，可以通过激活或抑制特定基因的表达，决定细胞分化的方向和命运。
2. 信号转导通路细胞外的信号分子（如生长因子、细胞外基质等）可以通过细胞膜上的受体，激活细胞内的信号转导通路。
细胞周期调控与细胞增殖的关联
细胞周期调控与细胞增殖的关联细胞周期调控是细胞内一系列复杂的生化过程，它决定了细胞在分裂和增殖过程中的节奏和顺序。
细胞增殖是生物体细胞数量的关键因素，它对生长、发育和组织修复起着至关重要的作用。
细胞周期调控与细胞增殖之间存在着紧密的关联与相互作用。
细胞周期调控主要涉及到细胞周期的四个主要阶段，即G1期、S 期、G2期和M期。
在G1期，细胞进行基因表达和蛋白质合成准备；在S期，细胞进行DNA复制；在G2期，细胞进一步增加蛋白质含量和准备进入有丝分裂；最后，在M期，细胞进行染色体分离和细胞分裂。
细胞周期调控通过多个关键调控点来控制细胞进程，如G1/S相转换点、G2/M相转换点和M期的纤维连桥分解。
这些调控点的紧密调控保证了细胞周期各阶段的有序进行。
细胞增殖的关键步骤之一是DNA复制，这发生在细胞周期的S期。
细胞在进入S期之前，需要通过G1/S检查点来决定是否能够进入DNA复制阶段。
在该检查点，细胞会检查细胞内的环境信号和DNA损伤程度，如果存在问题，细胞会停留在G1期进行修复或凋亡。
只有当所有条件具备时，细胞才能继续向S期推进。
另一个与细胞增殖密切相关的是有丝分裂过程，也称为M期。
有丝分裂是指细胞分裂的过程，它包括有核期和细胞分裂期。
有核期分为前期、中期和后期，分别对应染色体凝聚、纺锤体形成和染色体分离。
这期间，细胞会严格调控染色体结构和纺锤体的装配，以确保有序的染色体分离。
在细胞分裂期，细胞进行细胞膜分裂，形成两个新的细胞。
细胞周期调控与细胞增殖之间的关联体现在细胞周期的调控机制上。
细胞周期调控通过激活或抑制多个关键调控因子、蛋白质激酶和细胞增殖因子来控制细胞增殖。
例如，细胞周期素依赖性激酶（CDK）与其配体细胞周期蛋白（Cyclin）的结合，促进细胞进入下一个周期阶段。
此外，多个信号通路和调控因子，如p53和Rb等，也会参与细胞周期的调控。
这些调控因子的异常表达或活性变化可以导致细胞周期的紊乱和无序的细胞增殖，进而导致疾病的发生，如癌症。
细胞增殖与生长调控
细胞增殖与生长调控细胞增殖与生长调控是细胞生物学中的重要研究领域。
细胞增殖是指细胞数量的增加，而生长调控是指细胞体积和质量的增加。
细胞增殖和生长调控的协调与平衡对于维持生物体的正常发育和功能至关重要。
一、细胞增殖的方式细胞增殖主要通过两种方式进行：有丝分裂和无丝分裂。
有丝分裂是细胞生命周期中最常见的一种细胞增殖方式，包括有丝分裂前期、有丝分裂中期、有丝分裂后期和有丝分裂末期四个阶段。
在有丝分裂中，细胞的染色体复制和分离过程十分精确，确保新形成的细胞具有与母细胞相同的染色体组成。
这种细胞增殖方式广泛存在于有细胞核的真核生物中。
无丝分裂是一种较为简单的细胞增殖方式，细菌、古细菌和酵母等原核生物中常见。
无丝分裂过程中，细胞的DNA复制和细胞质分裂几乎同时进行，没有明显的染色体结构形成。
二、生长调控的机制细胞的生长调控是由一系列信号通路和调控因子参与的复杂过程。
1. 细胞周期调控细胞周期调控是细胞生长调控的核心机制之一。
细胞周期包括G1期、S期、G2期和M期四个阶段，每个阶段的过程受到一系列细胞周期蛋白激酶的调控。
这些蛋白激酶包括Cdk（cyclin-dependent kinases）和cyclin（周期蛋白），它们的活性和浓度的变化决定了细胞周期的进行。
2. 增殖信号通路增殖信号通路是细胞生长调控中的重要调节机制。
许多细胞因子、激素和生长因子等可以通过细胞膜上的受体激活增殖信号通路。
常见的增殖信号通路有MAPK（mitogen-activated protein kinase）通路、PI3K（phosphatidylinositol 3-kinase）通路等。
这些信号通路的活化可以促进细胞增殖和生长，从而调控细胞生长状态。
3. 转录调控细胞增殖和生长过程中的基因表达水平变化对于细胞调控至关重要。
转录因子是调控基因转录的重要因子。
它们能够结合DNA的特定序列，进而影响特定基因的转录活性。
通过控制转录因子的活性和表达水平，细胞可以调控特定基因的转录水平，从而影响细胞的增殖和生长。
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不同的CDK结合， 调节不同CDK激 酶的活性。 部分哺乳动物和 酵母细胞周期蛋白 在细胞周期中的积 累及其与CDK激 酶活性的关系。
四、CDK激酶和CDK激酶抑制物
在酵母cdc2和cdc28基因被分离后，几个实验室同们有两个共同的特点，一是含有一 段类似的氨基酸序列，二是都可以同周期蛋白结合。统称 为周期蛋白依赖性蛋白激酶，CDK激酶。 已经命名的CDK激酶包括：CDK1-8。cdc2最早被发现， 被命名为CDK1。各种CDK分子都含有一段类似的CDK激 酶结构域，其中一段PSTAIRE的序列相当保守，与周期蛋 白的结合有关。另外，一些位点的磷酸化与激酶的活性有 关。 CDK激酶的效应是多方面的，如将核纤层蛋白磷酸化导 致核纤层解体、核膜消失，将H1磷酸化导致染色体的凝缩 等等。
二、P34cdc2激酶的发现及其与MPF的关系
1960s L. Hartwell以芽殖酵母为实验材料，利用阻断在 不同细胞周期阶段的温度敏感突变株（在适宜的温度下和野 生型一样），分离出了几十个与细胞分裂有关的基因(cell division cycle gene，CDC)，如芽殖酵母的cdc28基因， 在G2/M转换点发挥重要的功能。Hartwell还通过研究酵母 菌细胞对放射线的感受性，提出了checkpoint（细胞周期 检验点）的概念，意指当DNA受到损伤时，细胞周期会停 下来。 以P.Nurse为代表的另一批酵母生物学家研究不同温度 下培养的裂殖酵母细胞，也分离出数十种温度敏感的突变体。 这些不同的突变体在限定温度下，会滞留在细胞周期的某个 阶段。这些与细胞分裂和周期调控有关的基因被称为 cdc(cell division cycle)基因，根据被发现的先后顺序被命名。
2001年10月8日,
L. Hartwell、P. Nurse、T. Hunt
因对细胞周期调控机理的研究而荣 获诺贝尔生理医学奖。
三、周期蛋白
自发现周期蛋白后，在不长的时间里有数十种周期蛋白被 克隆和分离。如酵母的Cln1,Cln2,Clin3,Clb1-Clb6，在脊 椎动物的A1-2、B1-3 、C、 D1-3、E1-2、F、G、H等。各类周 期蛋白均含有一段约100个氨基酸的保守序列，称为周期蛋 白框，介导周期蛋白与CDK结合，不同的周期蛋白框识别不
cdc2是第一个被分离出来的cdc基因，表达34kDa的蛋白， 称p34cdc2。进一步研究发现其具有激酶活性，可以使许多蛋 白磷酸化，在裂殖酵母的周期调控中起重要作用。芽殖酵母 中的一个关键cdc基因是cdc28，是第二个被分离出来的cdc基 因，编码34kDa的蛋白，具有激酶活性。 p34cdc28是 p34cdc2的 同原物，调控细胞周期，特别是G2/M期转变。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（如p34cdc2和蛋白p56cdc13结合）。 之后，J.Maller和P.Nurse实验室立即合作，很快证明爪蟾 卵中的p32与p34cdc2是同原物。与此同时，T.Hunt实验室等以 海胆卵为材料研究细胞周期调控，发现一类与细胞分裂有关 的蛋白，称为周期蛋白(cyclin)。然后J.Maller和T.Hunt实验 室合作，发现周期蛋白B，证明与p45和p56cdc13为同原物。
同的CDK,组成不同的周期蛋白复合体，表现不同的CDK激酶 活性。
M期周期蛋白分子的近N端含有一段9个氨基酸组成的破坏
框，参与泛素介导的周期蛋白A和B的降解。G1期周期蛋白分 子的C端含有一段特殊的PEST序列，可能与G1期周期蛋白的 更新有关。
周期蛋白分子结构特征
不同周期蛋白的 表达时期不同，与
注射实验表明：孕酮诱导 卵母细胞成熟；成熟卵细 胞质中，含有卵母细胞成 熟的因子，称做MPF
人M期细胞与袋鼠（Ptk） G1、S、G2期细胞融合诱 导PCC：提示M期细胞存 在诱导PCC的因子；
不同形态的PCC
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，如人和蟾蜍的细胞融合时同样有这种效果， 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， 即成熟促进因子(maturation promoting factor，MPF)。 早在1960s，Yoshio Masui发现成熟蛙卵的提取物能促 进未成熟卵的胚胞破裂(Germinal Vesicle Breakdown， GVBD)，后来Sunkara将不同时期Hela细胞的提取液注射到 2和M期的则具有促进胚胞破裂的功能，它将这种诱导物质 称为有丝分裂因子(MF)。后来在CHO细胞，酵母和粘菌中也 提取出相同性质的MF。这类物质被统称为MPF。 1988年Maller实验室从非洲爪蟾卵中纯化出MPF，证明 主要含p32和p45两种蛋白，表现出激酶活性。
与cdc2类似的CDK蛋白分子图解
细胞中还具有细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子 （CDK inhibitor，CDKI）对细胞周期起负调控作用，目前 发现的CDKI分为两大家族： ①Ink4(Inhibitor of cdk 4)，如:P16ink4a、P15ink4b、 P18ink4c、P19ink4d，特异性抑制cdk4· cyclin D1、 cdk6· cyclin D1复合物。
第二节 细胞周期调控
一、MPF的发现及其作用
MPF（卵细胞促成熟因子，matuation-promoting factor； 细胞促分裂因子，mitosis-promoting factor；M期促进因子， M-phase-promoting factor）。 Johnson和 Rao(1970)将Hela细胞同步于不同阶段，然后 与M期细胞混合，在灭活仙台病毒介导下，诱导细胞融合， 发现与M期细胞融合的间期细胞产生了形态各异的早熟凝集 染色体(prematurely condensed chromosome，PCC)。 G1期PCC为单线状，因DNA未复制；S期PCC为粉末状， 因DNA由多个部位开始复制；G2期PCC为双线染色体，说明 DNA复制已完成。