第十二章 细胞周期调控
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12第十二讲 细胞周期调控
2、 S期的调控
Cyclin D发生降解，CyclinA-CDK复合物形成，是S期最 主要的cyclin-CDK复合物，启动DNA复制，并阻止DNA复 制再次发生。 DNA复制起始点的识别是DNA复制调控中的重要事件之 一。复制起始点识别复合体(Orc）识别DNA复制起始位点 并与之结合，是DNA复制起始所必需的。
细胞周期调控的重要问题
细胞如何从一个时相进入下一个时相？ 为什么不同种类细胞在不同环境下细胞周期不同？ 为什么有些细胞长期休止在G0期？ 为什么细胞周期内DNA的复制和细胞分裂不能重复进 行？
二、细胞周期的检验点 check point
细胞பைடு நூலகம்期的程序具有高度的精确性和可调控性，主要 是由于存在多种细胞周期的检验机制。
在中期，当MPF活性达到最高时，激活后期促进因 子APC，泛素被连接到cyclinB上， cyclinB随之 被蛋白酶水解，完成一个细胞周期
细胞周期调控总结
与细胞周期调控有关的分子很多，其中最主要的有细胞 周期蛋白(cyclin) 、细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK) 、 细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂(CKI)。 其中CDK 是调控网络的核心，cyclin 对CDK具有正性调 控作用，CKI具有负性调控作用，共同构成了细胞周期调 控的分子基础。
一、细胞周期主要事件
G1期 (DNA 合成前期):
中心粒开始复制; RNA聚合酶活性快速升高; cAMP、 cGMP的合成，氨基酸及糖的转运迅速进行，三种 RNA（rRNA、tRNA、mRNA）大量合成;相关的蛋 白质(DNA聚合酶、胸苷激酶等 )合成也会显著增加。 钙调蛋白、细胞周期蛋白、抑素等 ，
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。
细胞的细胞周期调控
细胞的细胞周期调控细胞是生命的基本单位，它们通过一系列复杂的过程来不断生长和分裂。
细胞周期是指细胞从诞生到再生的一系列连续事件，包括细胞生长、DNA复制和细胞分裂等过程。
这个细胞周期的调控十分重要，因为它确保了细胞在适当的时机进行分裂和生长，从而维持生物体的正常发育和功能。
1. 细胞周期的阶段细胞周期一般分为四个主要阶段，即G1期、S期、G2期和M期。
在G1期，细胞增长并进行准备工作，为DNA复制做准备。
S期，即合成期，细胞中的DNA开始复制，每条染色体复制成为两条完全相同的染色体。
G2期是DNA合成结束后，进一步准备进行细胞分裂，一些重要的蛋白质和酶会被合成。
最后，细胞进入M期，即有丝分裂期，细胞核和细胞质分裂成两个细胞。
2. 细胞周期调控的关键蛋白质细胞周期的调控主要由一系列关键蛋白质来完成，其中最为重要的是细胞周期素依赖性激酶（CDK）和蛋白质激酶Cdk激活物（Cyclin）。
CDK是一类酶，它能够磷酸化其他蛋白质，进而调控细胞周期的各个阶段。
而Cyclin则是CDK的调节因子，它与CDK结合后能够激活其酶活性。
细胞周期的不同阶段，对应着不同的Cyclin和CDK的活性水平，从而实现细胞周期的有序进行。
3. 细胞周期调控的信号通路细胞周期的调控受到多个信号通路的调控，包括细胞外信号通路和细胞内信号通路。
其中，细胞周期检查点是重要的调控机制之一。
细胞周期检查点通过检测细胞DNA损伤、DNA复制错误等异常情况，来阻止细胞进行进一步的分裂。
如果检测到异常信号，会激活针对性的信号转导，通过抑制CDK的活性来阻止细胞周期的进展。
这样的机制能够保护细胞免受DNA损伤等异常情况的影响。
4. 细胞周期调控与疾病细胞周期调控的紊乱常常会导致疾病的发生。
比如，癌症的发展，就与细胞周期的紊乱密切相关。
癌细胞往往失去了正常细胞周期的调控机制，导致细胞无限增殖和分裂，丧失了正常细胞的生长控制能力。
因此，研究细胞周期调控的异常与疾病发展的关系，有助于寻找治疗癌症等疾病的新途径。
《细胞周期与调控》课件
的复制。
p53蛋白
p53蛋白是一个重要的肿瘤抑制因子，它可以影响S期的进程，当 DNA损伤时，p53蛋白可以诱导细胞停滞在G1期或G2期，以修复
损伤或避免复制异常的DNA。
S期的问题与进展
DNA损伤与修复
在S期，如果DNA受到损伤，复制会停止，细胞会尝试修复损伤。 然而，如果损伤过于严重或无法修复，细胞可能会进入凋亡程序。
生长因子
生长因子通过与细胞表面受体结合，影响细胞生 长和分裂。
细胞内信号转导
细胞内信号转导途径如MAPK、PI3K等参与G1期 的调控。
转录因子
转录因子如E2F、p53等在G1期发挥关键作用，调 控基因表达。
G1期的进展与问题
进展
随着对细胞周期调控机制的深入研究 ，人们发现了许多参与G1期调控的 分子和信号途径。
随着DNA的复制，细胞体积略有增大，以满足DNA合成和细胞
生长的需求。
S期的调控因子
生长因子
一些生长因子如EGF、TGF等可以影响S期的起始和持续时 间，调控DNA的复制过程。
细胞周期蛋白
细胞周期蛋白如Cyclin A、Cyclin E等在S期起到重要的调控作用 ，它们可以与CDK（细胞周期蛋白依赖性激酶）结合，促进DNA
细胞周期蛋白的调节因子
一些调节因子可以与细胞周期蛋白结合，影响其稳定性或 磷酸化状态，从而调控细胞周期的进程。
激酶的调节作用
CDK激酶的活性调
节
CDK激酶的活性受到多种因素的 调节，包括其自身的磷酸化和去 磷酸化，以及与细胞周期蛋白的 结合。
激酶之间的相互作
用
不同的激酶之间存在相互作用， 可以相互调节对方的活性，从而 影响细胞周期的进程。
01
p53蛋白
p53蛋白是一个重要的肿瘤抑制因子，它可以影响S期的进程，当 DNA损伤时，p53蛋白可以诱导细胞停滞在G1期或G2期，以修复
损伤或避免复制异常的DNA。
S期的问题与进展
DNA损伤与修复
在S期，如果DNA受到损伤，复制会停止，细胞会尝试修复损伤。 然而，如果损伤过于严重或无法修复，细胞可能会进入凋亡程序。
生长因子
生长因子通过与细胞表面受体结合，影响细胞生 长和分裂。
细胞内信号转导
细胞内信号转导途径如MAPK、PI3K等参与G1期 的调控。
转录因子
转录因子如E2F、p53等在G1期发挥关键作用，调 控基因表达。
G1期的进展与问题
进展
随着对细胞周期调控机制的深入研究 ，人们发现了许多参与G1期调控的 分子和信号途径。
随着DNA的复制，细胞体积略有增大，以满足DNA合成和细胞
生长的需求。
S期的调控因子
生长因子
一些生长因子如EGF、TGF等可以影响S期的起始和持续时 间，调控DNA的复制过程。
细胞周期蛋白
细胞周期蛋白如Cyclin A、Cyclin E等在S期起到重要的调控作用 ，它们可以与CDK（细胞周期蛋白依赖性激酶）结合，促进DNA
细胞周期蛋白的调节因子
一些调节因子可以与细胞周期蛋白结合，影响其稳定性或 磷酸化状态，从而调控细胞周期的进程。
激酶的调节作用
CDK激酶的活性调
节
CDK激酶的活性受到多种因素的 调节，包括其自身的磷酸化和去 磷酸化，以及与细胞周期蛋白的 结合。
激酶之间的相互作
用
不同的激酶之间存在相互作用， 可以相互调节对方的活性，从而 影响细胞周期的进程。
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第十二章细胞周期调控ppt课件
Experimental demonstration of the importance of mecha- nical tension in metaphase checkpoint control.
后期(anaphase)
◆排列在赤道面上的染色体的姐妹染色单体分离 产生向极运动 ◆后期(anaphase)大致可以划分为连续的两个阶段，即后期A和后期B ·后期A，动粒微管去装配变短，染色体产生两极运动 ·后期B，极间微管长度增加，两极之间的距离逐渐拉 长，介导染色体向极运动
3.条件依赖性突变株在细胞周期同步化中的应用
将与细胞周期调控有关的条件依赖性突变株转移到限定条件下培养，所有细胞便被同步化在细胞周期中某一特定时期。
四、特异的细胞周期
特异的细胞周期是指那些特殊的细胞所具有的与标准的细胞周期相比有着鲜明特点的细胞周期。
⑴ 爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期
细胞分裂快,无G1 期, G2 期非常短,S 期也短(所有复制子都激活), 以至认为仅含有S 期和M 期 无需临时合成其它物质 子细胞在G1、G2 期并不生长，越分裂体积越小 细胞周期调控因子和调节机制与一般体细胞标准的细胞周期基本是一致的
细胞周期可划分为四个阶段
细胞周期时间
·不同细胞的细胞周期时间差异很大 ·S+G2+M 的时间变化较小，细胞周 期时间长短主要差别在G1期 ·有些分裂增殖的细胞缺乏G1、G2期
从增殖的角度来看，可将高等动物的细胞分为三类： ①连续分裂细胞，在细胞周期中连续运转因而又称为周期细胞，如表皮生发层细胞、部分骨髓细胞。 ②休眠细胞暂不分裂，这类细胞可长期停留在G 1 早期而不越过R 点，处于增殖静止状态。它们合成具有特殊功能的RNA 和蛋白质，使细胞的结构和功能发生分化，但这类细胞并未丧失增殖能力，在一定条件下可以恢复其增殖状态，但需要经过较长的恢复时间，称G0期细胞，如淋巴细胞、肝、肾细胞等。 ③不分裂细胞，指不可逆地脱离细胞周期，不再分裂的细胞，又称终端细胞，如神经、肌肉、多形核细胞等等。
细胞周期调控
G2/M期：cyclinA、cyclinB与CDK1结合，CDK1使
底物蛋白磷酸化,如将组蛋白H1磷酸化导致染色体 凝缩，核纤层蛋白磷酸化使核膜解体等下游细胞
周期事件。
M期：在分裂中期当MPF活性达到最高时，通过一 种未知的途径，激活后期促进因子APC (anaphase promoting complex) ，负责将泛素 连接在cyclinB上，导致cyclinB被蛋白酶体 （proteasome）降解，完成一个细胞周期。
逆转录病毒
fms
逆转录病毒
trk
肿瘤
类型3：细胞内信号蛋白
Src
逆转录病毒
Raf
逆转录病毒
Ras
逆转录病毒、肿瘤
类型4：核转录因子
Jun 、Fos
逆转录病毒
Myc
逆转录病毒、肿瘤
erbA
逆转录病毒
存在
分泌
膜 膜 膜
细胞质 细胞质 细胞质
核 核 核
癌蛋白 功能
生长因子（PDGF)
表皮生长因子（EGF)受体 集落刺激因子－1（CSF-1)受体 神经生长因子（NGF)受体
哺乳动物细胞周期中各时相不同cyclin的作用
四、CDK及其调控
CDK即细胞周期蛋白依赖性激酶 (cyclin– dependent kinase,CDK)，控制着细胞周期各期 之间的顺序转换。CDK是一组相关联的Ser/Thr 蛋白激酶， 酵母中细胞周期的进程主要由单一 的CDK（P34cdc2/ cdc28）所控制。多细胞生物中， 细胞周期各期之间的转换需要不同的CDK。
2.cdc基因
Leland Hartwell、 Paul Nurse分别以不同的酵母为 实验材料，发现了许多与细胞分裂有关的基因(cell division cycle gene，CDC)。如芽殖酵母的cdc28、裂殖 酵母cdc2基因。
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。
第十二章 细胞增殖及其调控
3）其他方法：通过显微缩时摄像技术可以求出分裂间期和分裂期的准确时间；通过在不同的时间对细胞群体进行计数，可以推算出细胞群体的倍增时间，即细胞周期的总时间。
1、脉冲标记DNA复制的细胞分裂指数观察测定法
2、流式细胞分选仪测定法
（四）细胞周期同步法
⑤终变期（再凝集期）
染色体更加变粗。交叉明显，数量减少。交叉向染色体的端部移行，称为端化。核膜、核仁消失。纺锤体形成。
（2）中期Ⅰ
同源染色体的每一对姊妹染色单体在着丝粒处并连在一起，1对动粒朝向同一极，同源染色体的两个染色体通过动粒微管分别连向不同的极。四分体逐渐向赤道方向移动，最终排列在赤道面上。
（一）减数分裂前间期
最大特点在于S期持续时间较长。
另一个重要特点是，在植物百合中发现，其减数分裂前间期的S期仅复制其DNA总量的99.7%~99.9%，而剩下的（DNA小片段）0.1~0.3%要等到减数分裂前期才进入复制。
另外还发现，在一种L蛋白，在前间期与上述DNA小片段结合，阻止其复制。
细胞周期同步化是利用人工诱导或药物诱导的方法，使细胞同步化在细胞周期的某个特定时期，从而获得处于相同细胞周期的细胞作为实验材料。常用的方法有：人工选择同步化和药物诱导同步化。还可分为自然同步化和人工同步化。
自然同步化的例子有：
1）海胆受精卵最初几次分裂是同步的；
2）细菌的休眠孢子进入营养环境后能发生同步萌发；
中心体与其周围的微管一起被称为星体（在动物细胞中） 。中心体在间期也进行了复制。细胞分裂开始，两个星体即逐渐向细胞的两极运动。
2、前中期
① 核膜破裂，标志着前中期的开始。
② 纺锤体的装配。
3、中期
所有染色体排列到赤道板上，纺锤体呈典型的纺锤样。
细胞周期调控
1.APC （Anaphase Promoting Complex ）（后期促进因子）的功能
APCБайду номын сангаасM期调控的核心成员
1.调控蛋白质的降解
M期周期蛋白的泛素化降解 非周期蛋白质的降解
2.调控纺锤体装配检验点
1.调控蛋白质的降解
M期周期蛋白的泛素化降解 非周期蛋白质的降解
APC主要介导两类蛋白降解: Anaphase Inhibitors和Mitotic Cyclin。前者维持姐 妹染色单体粘连, 抑制后期启动；后者的降 解意味着有丝分裂即将结束，即染色体开 始去凝集，核膜重建。
这些基因有一定的分工，各自发挥作用时期
不同。在不同的细胞周期阶段不同的CDK与 不同的细胞周期蛋白结合，推动细胞周期的 运转。
（三）细胞周期蛋白依赖激酶
1. 细胞周期蛋白依赖激 酶 CDKs家族的基础 成员是一些同源的 34KD基因编码的蛋白
2.CDK的抑制蛋白
芽殖酵母：far1、Sic1 裂殖酵母：Rum1 哺乳动物细胞
2.MPF导致一系列磷酸化活动
（1）
促进微管组织中心的一些蛋白质及 其微管结合蛋白磷酸化，促使细胞骨架重 排，形成纺锤体。 （2） 促进核纤层蛋白磷酸化，促使核膜 崩解。 （3） 促进核仁组织者的结合蛋白如核仁 素等蛋白磷酸化，从而使核仁解体。 （4） 促使H1组蛋白两臂上的一些位点磷 酸化，引发染色质凝集。
（3）APC活性受到纺锤体装配检验点
(spindle assembly checkpoint)的检控
（六）DNA复制检验点 参与调控S/G2/M期的转化
细胞中存在着一系列检验DNA复制进程的
检验机制，DNA复制没有完成，细胞就不 能向下一个阶段转化 DNA复制尚未完成时，CDK激酶的活性不 能表达
细胞周期及其调控 ppt课件
M期末尾，M-cyclin的泛素化和细胞蛋白酶的降解 终止了M-Cdk/M-cyclin的活性。
调节M-cyclin的泛素化作用系统为分裂后期促进 复合物（anaphase-promoting complex， APC）
Page 11
泛素（ubiquitin ）一个高度保守的蛋白质，由76 个氨基酸残基组成
笨，没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
一、概述
调节细胞分裂与死亡的生化通路与生物化
学和细胞生物学密切相关。
这些通路通常涉及多种信号转导蛋白，它 们一般具有酶活性（多为激酶、磷酸酶、蛋白 酶），或者通过与其他蛋白质结合并诱导相关蛋 白质的构象改变而传递信号。
Page 15
细胞凋亡或死亡
P53
P21
Rb-p
E2F
G1/S-Cdk G1/S-cyclin
E2F
Rb
Page 16
陶俊宇
对细胞分裂和死亡的信号通路调节是非常 复杂的，并非简单地将信号自一个分子传递到下 一个分子的线性过程，部分通路甚至是多个平行 的通路通过节点连接、作用而形成的网络，相互 间可以串话。
Page 5
二、细胞周期及其调节
细胞周期 （cell cycle ）:连续分裂的细胞从上一次有丝分 裂结束到下一次有丝分裂完成所经历的整个过程。包含G1 期、S期、G2期期、M期四个阶段。
Page 7
在G0期，细胞休眠或早衰。 休眠细胞不参与细胞周期，但可以通过生长刺激
（如提高环境中的生长因子浓度）使其重新进入 分裂周期。早衰细胞则不能。 不同的细胞G0期休眠期不同。成纤维细胞与上皮 细胞的G0期休眠很短或没有，成人的肝细胞每年 约分裂一次，而成人脑细胞几乎从不分裂。 与G1相比，G0期细胞的代谢率，蛋白质转化与合 成率都比较低，并且缺乏细胞周期相关的关键蛋 白，包括周期蛋白依赖性激酶和相关的调节蛋白。
调节M-cyclin的泛素化作用系统为分裂后期促进 复合物（anaphase-promoting complex， APC）
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泛素（ubiquitin ）一个高度保守的蛋白质，由76 个氨基酸残基组成
笨，没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
一、概述
调节细胞分裂与死亡的生化通路与生物化
学和细胞生物学密切相关。
这些通路通常涉及多种信号转导蛋白，它 们一般具有酶活性（多为激酶、磷酸酶、蛋白 酶），或者通过与其他蛋白质结合并诱导相关蛋 白质的构象改变而传递信号。
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细胞凋亡或死亡
P53
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Rb-p
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G1/S-Cdk G1/S-cyclin
E2F
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陶俊宇
对细胞分裂和死亡的信号通路调节是非常 复杂的，并非简单地将信号自一个分子传递到下 一个分子的线性过程，部分通路甚至是多个平行 的通路通过节点连接、作用而形成的网络，相互 间可以串话。
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二、细胞周期及其调节
细胞周期 （cell cycle ）:连续分裂的细胞从上一次有丝分 裂结束到下一次有丝分裂完成所经历的整个过程。包含G1 期、S期、G2期期、M期四个阶段。
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在G0期，细胞休眠或早衰。 休眠细胞不参与细胞周期，但可以通过生长刺激
（如提高环境中的生长因子浓度）使其重新进入 分裂周期。早衰细胞则不能。 不同的细胞G0期休眠期不同。成纤维细胞与上皮 细胞的G0期休眠很短或没有，成人的肝细胞每年 约分裂一次，而成人脑细胞几乎从不分裂。 与G1相比，G0期细胞的代谢率，蛋白质转化与合 成率都比较低，并且缺乏细胞周期相关的关键蛋 白，包括周期蛋白依赖性激酶和相关的调节蛋白。
细胞生物学第十二章.细胞分裂和细胞周期1
五、特殊的细胞周期
1.早期胚胎细胞的细胞周期 （从第2次卵裂到第12次卵裂）G1期和G2 期非常短，以至认为早期胚胎细胞仅含S 期和M期。
30min / 细胞周期 非洲爪蟾
卵裂
2.酵母细胞的细胞周期
芽殖酵母和裂殖酵母-4个时相 核膜不分裂，纺锤体位于细胞核内
3.植物细胞的细胞周期
4个时相 不含中心体，纺锤体装配微区启动，细胞板胞质分裂
细胞周期长短
细胞类型 早期蛙胚胎细胞 酵母细胞 细胞周期时间 30min 1.5-3h
小肠上皮细胞
人肝细胞
12h
1 year
细胞周期时间长短主要差别在G1期。
小鼠食管上皮细胞T=115h G1=103h
十二指肠上皮细胞T=15h G1=6h
细胞在体内的增殖特性
根据增殖特点，细胞分三类： （1）周期中细胞（cycling cell） 连续增殖的周期中细胞，主要包括造血干细胞、皮肤 的表皮细胞、消化道细胞等。 （2）Go期细胞 (静止期细胞，quiescent cell) 一般情况下不增殖，当受到损伤后，又重新进入细胞 周期，如肝细胞、血管内皮细胞等。 （3）终末分化细胞 完全失去了增殖能力，如成人心肌细胞、神经细胞等。
第三节 细胞周期的调控
MPF的发现及其作用
Maturation-promoting factor 卵细胞促成熟因子/成熟促进因子 M phase-promoting factor M期促进因子
G2期
M期
1970、1972、1974 Rao和Johnson
Hela细胞
M期细胞
灭活的仙台病毒 细胞融合
3H-TdR（胸腺嘧啶核苷）标记的有丝分裂标
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⑵ 酵母细胞的细胞周期
酵母细胞的细胞周期与标准的细胞周期在时相和调控方面相似，酵母细胞 周期明显特点:酵母细胞周期持续时间较短；封闭式细胞分裂 ，即细胞分裂 时核膜不解聚；纺锤体位于细胞核内；在一定环境下，也进行有性繁殖
⑶ 植物细胞的细胞周期
植物细胞的细胞周期与动物细胞的标准细胞周期非常相似，含有G1 期、 S 期、G2期和M 期四个时期。 植物细胞不含中心体，但在细胞分裂时可以正常组装纺锤体。 植物细胞以形成中板的形式进行胞质分裂
1960s Hartwell以芽殖酵母（图13-16）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。
是可用于任何悬浮培养的细胞, 省时，效率高，成本低，缺点是同步化程度较
低。
2．诱导同步化
1）DNA合成阻断法：选用DNA合成的抑制剂，可逆地抑制DNA合成，而
不影响其他时期细胞的运转，最终可将细胞群阻断在S期或G/S交界处。5氟脱氧尿嘧啶、羟基脲、阿糖胞苷、氨甲蝶呤、高浓度ADR、GDR和TDR，
四、特异的细胞周期
特异的细胞周期是指那些特殊的细胞所具有的与标准的细胞周期相比 有着鲜明特点的细胞周期。
⑴ 爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期
细胞分裂快,无G1 期, G2 期非常短,S 期也短(所有复制子都激活), 以至认为仅含有S 期和M 期 无需临时合成其它物质 子细胞在G1、G2 期并不生长，越分裂体积越小 细胞周期调控因子和调节机制与一般体细胞标准的细胞周期基本是一致的
于增殖静止状态。它们合成具有特殊功能的RNA 和蛋白质，使细胞的结构
和功能发生分化，但这类细胞并未丧失增殖能力，在一定条件下可以恢复 其增殖状态，但需要经过较长的恢复时间，称G0期细胞，如淋巴细胞、肝、
肾细胞等。
③不分裂细胞，指不可逆地脱离细胞周期，不再分裂的细胞，又称终端细 胞，如神经、肌肉、多形核细胞等等。
缺点是产生非均衡生长，个别细胞体积增大。
2）中期阻断法：利用破坏微管的药物将细胞阻断在中期，常用的药物有 秋水仙素和秋水仙酰胺，后者毒性较少。优点是无非均衡生长现象，缺点是 可逆性较差。
3.条件依赖性突变株在细胞周期同步化中的应用
将与细胞周期调控有关的条件依赖性突变株转移到限定条件下培养，所有 细胞便被同步化在细胞周期中某一特定时期。
可分为四个阶段（图13-1）：
①G1期(gap1)，指从有丝分裂完成到期DNA复制之前的间隙时间； ②S期(synthesis phase)，指DNA复制的时期，只有在这一时期H3-TDR才 能掺入新合成的DNA中； ③G2期(gap2)，指DNA复制完成到有丝分裂开始之前的一段时间； ④M期又称D期(mitosis or division)，细胞分裂开始到结束。
芽殖酵母细胞周期
1970s Paul Nurse等人以裂殖酵母（图13-17）为实验材料， 同样发现了许多细胞周期调控基因，如：裂殖酵母cdc2、 cdc25的突变型在限制的温度下无法分裂；wee1突变型则提早 分裂，而cdc25和wee1都发生突变的个体却会正常地分裂（图 13-18）。进一步的研究发现cdc2和cdc28都编码一个34KD的 蛋白激酶，促进细胞周期的进行。而weel和cdc25分别表现为 抑制和促进CDC2的活性。这也解释了为何cdc25和wee1双重 突变的个体可以恢复野生型的表型。
测定原理（图13-2）：
① 待测细胞经3H-TDR标记后，所有S期细胞均被标记。
② S期细胞经G2期才进入M期，所以一段时间内PLM=0。 ③ 开始出现标记M期细胞时，表示处于S期最后阶段的细 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最后阶段的细胞，已完成M，进入 G1期。所以从开始出现M 到PLM达到最高点（≈100%）的时间间隔就是TM。 ⑤ 当PLM开始下降时，表明处于S期最初阶段的细胞也已进入M期，
一、研究背景
Rao和Johnson(1970、1972、1974)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)，这种现象 叫做早熟染色体凝集(premature chromosome condensation)。
均可抑制DNA合成使细胞同步化。其中高浓度TDR对S期细胞的毒性较小，
因此常用TDR双阻断法诱导细胞同步化： 在细胞处于对数生长期的培养基中加入过量TDR。S期细胞被抑制，其它 细胞继续运转，最后停在G1/S交界处。移去TDR。洗涤细胞并加入新鲜培 养液、细胞又开始分裂。当释放时间大于TS时，所有细胞均脱离S期，再次 加入过量TDR，细胞继续运转至G1/S交界处，被过量TDR抑制而停止。 优点是同步化程度高，适用于任何培养体系。可将几乎所有的细胞同步化。
细胞周期可划分为四个阶段
细胞周期时间
· 不同细胞的细胞周期时间差异很大
· S+G2+M 的时间变化较小，细胞周 期时间长短主要差别在G1期 · 有些分裂增殖的细胞缺乏G1、G2期
从增殖的角度来看，可将高等动物的细胞分为三类：
①连续分裂细胞，在细胞周期中连续运转因而又称为周期细胞，如表皮生
发层细胞、部分骨髓细胞。 ②休眠细胞暂不分裂，这类细胞可长期停留在G 1 早期而不越过R 点，处
所以出现PLM到PLM又开始下降的一段时间等于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。
细胞周期各阶段的时间与PLM的关系
◆流式细胞仪测定法(Flow Cytometry)
DNA的含量随细胞周期(G1，S，G2 ，M)的各个时期呈现出 周期性的变化：G1期，是细胞RNA和蛋白质的合成期， 即DNA合成前期,此时细胞核内DNA含量保持二倍体； 进入S期后，DNA开始合成，即DNA合成期,细胞核内 DNA的含量介于二倍体至四倍体之间；细胞进入G2期， 即细胞分裂前期， DNA含量为四倍体,直到进入M期， 即细胞分裂期,细胞分成两个子细胞, M期结束进入下一 个细胞周期。
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。
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蛙卵母细胞中， 发现G1和S期的抽取物不能诱导GVBD，而G2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。
二、细胞周期时间的测定
标记有丝分裂百分率法（percentage labeled mitoses， PLM）是一种常用的测定细胞周期时间的方法。其原理是对 测定细胞进行脉冲标记、定时取材、利用放射自显影技术显 示标记细胞，通过统计标记有丝分裂细胞百分数的办法来测
定细胞周期。
有关名词：
TG1：G1期的持续时间 TG2：G2期的持续时间 TS： S期的持续时间 TM： M期的持续时间 TC： 一个细胞周期的持续时间 PLM： 标记的有丝分裂细胞所占的比例 TDR： 胸腺嘧啶核苷，是DNA的特异前体，能被S期细胞摄入，而掺进 DNA中。通常使用的是3H或者14C标记的TDR。
第十二章 细胞增殖及其调控
细胞增殖(cell proliferation)的意义
◆细胞增殖(cell proliferation)是细胞生命活动的 重要特征之一,是生物繁育的基础。 ◆单细胞生物细胞增殖导致生物个体数量的增加。 ◆多细胞生物由一个单细胞(受精卵)分裂发育而来，
细胞增殖是多细胞生物繁殖基础。
Experimental demonstration of the importance of mechanical tension in metaphase checkpoint control.
后期(anaphase)
◆排列在赤道面上的染色体的姐妹染色单体分离 产生向极运动 ◆后期(anaphase)大致可以划分为连续的两个阶段，即
处于第六期的爪蟾卵母细胞（RD前期I），具GV。
Masui和Markert用孕酮诱导卵母细胞成熟，并用成熟卵 母细胞的细胞质注射到卵母细胞，发现可以促进卵母细 胞成熟，继续用该卵母细胞细胞质诱导新的卵母细胞， 仍然可以促进卵母细胞成熟。因而他们推测成熟卵母细 胞中必然有一种物质可以诱导卵母细胞成熟，即MPF。
后期A和后期B
· 后期A，动粒微管去装配变短，染色体产生两极运动
· 后期B，极间微管长度增加，两极之间的距离逐渐拉
长，介导染色体向极运动
第二节 细胞周期调控
细胞周期调控系统的主要作用
◆在适当时候激活细胞周期各个时相的相关酶 和蛋白,然后自身失活(正调控) ◆确保每一时相事件的全部完成(负调控) ◆对外界环境因子起反应(如多细胞生物对增殖信 号的反应)