12.细胞周期与分裂

这是一个关于12.细胞周期与分裂的思维导图，细胞周期是指细胞从一次分裂完成开始到下一次分裂结束所经历的全过程。

细胞周期与分裂

• 细胞周期
  • 一次细胞分裂结束开始，经过物质准备，直到下一次细胞分裂结束为止所经历的过程
  • 根本问题
    • 细胞分裂前遗传物质DNA精确复制
    • 完整复制的DNA如何在细胞分裂过程中准确分配到两个子细胞
    • 物质准备与细胞分裂如何调控
  • 细胞群体分类
    • 周期中细胞（cycling cell）
      • 处于细胞周期中，可持续分裂
    • G0 期细胞（静止期细胞，quiescent cell）
      • 暂时脱离细胞周期，G0和G1转化
    • 终末分化细胞（terminally differentiated cell）
      • 分化程度高，不再分裂
  • 不同物种不同细胞周期特征
    • 参考书p136
• 过程
  • G1
    • 细胞周期长短取决于G1
    • 合成细胞生长所需的蛋白质、糖类、脂质等
      • 但不合成DNA
  • S
    • 合成DNA，组蛋白并组装为核小体串珠结构
  • G2
    • 调整时期，合成细胞进入M期所必需的ATP、RNA和蛋白质
  • M
    • 前期
      • 染色体凝缩
        • 染色体高级结构组装依赖于不同具有ATP酶活性SMC蛋白复合体
          • 黏连蛋白（Smc1/3）
            • 介导姐妹染色单体黏着
          • 凝缩蛋白（Smc2/4）
            • 介导染色体凝缩
      • 细胞分裂级确定与纺锤体装配
        • 中心体复制
          • G1末开始复制 S完成复制 G2分离，半保留复制的中性粒进入子代中心体 M期，两个子中心体作为微管组装中心（MTOC）开始放射状微管装配 中心体及周围微管形成两个星体
        • 确保对称性与双极性
    • 前中期
      • 核膜崩解
        • 与核纤层解体相互偶联
        • 核纤层蛋白磷酸化与去磷酸化是调控因素
          • 有丝分裂促进因子（MPF）具有蛋白激酶活性，以核纤层蛋白为作用底物
          • 核纤层蛋白因MPF磷酸化从四聚体解聚形成二聚体
            • 核纤层蛋白A
              • 可溶性单体形式弥散细胞内
            • 核纤层蛋白B
              • 与核膜解体的核膜小泡结合，在分裂末期可在细胞质周围聚集重新形成核膜与核纤层
      • 纺锤体组装
        • 动物细胞有丝分裂器
          • 由星体微管、 染色体动粒微管和极间微管及其结合蛋白构成有星纺锤体
        • 植物细胞不含中心体，但能形成无星纺锤体
        • 微管在中心体周围组装 中心体分离： 驱动蛋白相关蛋白（KRP）向微管正极移动 细胞质动力蛋白向微管负极移动 AB负向马达蛋白牵拉中心体分离，形成早期纺锤体 C正向马达蛋白与微管之间搭桥拉长纺锤体 D负向马达蛋白在细胞膜与星体微管之间搭桥， 中心体进一步拉向细胞膜，纺锤体进一步拉长
      • 染色体整列
        • 着丝粒-动粒复合体
          • 动粒外侧用于微管附着
          • 动粒内测与着丝粒交织
          • 每条中期染色体上两个动粒(S期复制)，分别位于两侧，在分裂后分配到两个子细胞
        • Mad、Bub蛋白可以使动粒敏化
          • 一侧动粒被微管捕捉，一侧Mad2和Bub1消失
          • 只有都被捕捉并排列在赤道板上，Mad2和Bub1从动粒消失
          • 都消失了，后期才启动，染色单体才分离（前中期，中期的检查系统）
    • 中期
      • 染色体整列完成，所有染色体排列到赤道面上，纺锤体结构呈现典型纺锤样
        • 牵拉假说
        • 外推假说
    • 后期
      • 中整排列的两条染色单体分离，分别向两极运动
      • 分类
        • 后期A
          • 动粒微管变短，牵动染色体向两极运动
        • 后期B
          • 极微管长度增加，两极之间的距离逐渐拉长
      • 马达模型（参考书p143）
        • 星体微管马达
          • 有丝分裂器与质膜连接
        • 极微管马达
          • 将两极间微管延长
        • 动粒微管马达
          • 缩短染色体微管长度（消耗ATP解聚）
      • 相关机制
        • 后期促进复合物（APC）介导securin（分离酶与此结合被抑制）降解
          • 分离酶（separase）降解黏连蛋白（是复合体）
        • APC介导cyclinB降解
          • Cdk1失活
            • 分离酶去磷酸化而活化
              • 剪切黏连蛋白复合体中Scc1亚基
        • 姐妹染色单体由黏连蛋白黏着一起
    • 末期
      • 动粒微管消失，极微管继续加长
      • 染色单体去凝集
      • 核纤层与核膜重新组装
    • 胞质分离
      • 分裂沟确立
        • 钙离子浓度影响分裂沟形成
        • 分裂沟的下方，微管和核膜小泡聚集构成环形致密层：中体
      • 肌动蛋白聚集、收缩环装配与形成
        • 大量肌动蛋白与肌球蛋白II在中体组装反向排列的微丝束环绕细胞，形成收缩环（contractile ring）
      • 收缩环收缩
      • 收缩环处细胞融合，完成分裂
      • 肌动蛋白与肌球蛋白II参与了整个过程 具有小分子GTP酶活性的蛋白参与了相关过程调节
  • 存在细胞周期调控的一种监控机制
    • 检查点（checkpoint）
      • G1/S检验点
        • 在酵母中称start点，在哺乳动物中称R (restriction point)点
      • S期检验点
        • DNA复制是否完成
      • G2/M检验点
        • 检查DNA 是否完成复制，细胞是否已生长到合适大小，环境因素是否利于细胞分裂等
      • 中-后期检验点
        • 纺锤体组装检验点
    • 作用于细胞周期转换时序的调控信号通路，保证基因与基因组稳定性，而非分裂基本条件
• 细胞周期同步化
  • 天然同步化
    • 多核原生质体：粘菌（Physarum polycephalum ）的变形体plasmodia只进行核分裂，而不发生胞质分裂
    • 大多数无脊椎动物和个别脊椎动物的早期胚胎细胞，可同步化卵裂数次甚至十多次，形成数量可观的同步化细胞群体
  • 人工同步化
    • 人工选择
      • 优点：细胞未受到药物处理与伤害 缺点：分离细胞少
    • 人工诱导
      • DNA合成阻断法
        • 采用低毒或无毒的DNA合成抑制剂（TdR 或羟基脲）特异地抑制DNA 合成，而不影响处于其他时相的细胞进行细胞周期运转，从而将细胞抑制在DNA 合成期的实验方法。
        • 采用两次DNA 合成抑制剂处理（S期较长，一次处理后时期分布与S期上不同时段，需要再用一次使得所有细胞都处于G1与S期交界处）
      • 分裂中期阻断法
        • 秋水仙素、诺考达唑等药物抑制微管聚合，从而抑制纺锤体形成
• 减数分裂
  • 分类
    • 配子减数分裂 孢子减数分裂 合子减数分裂
  • 过程
    • 前间期
      • 同样为G1,S（DNA尚未完全复制，只有99.7%）,G2（长短变化较大）
      • L蛋白与未复制的序列结合
    • 减数分裂I
      • 前期I(时间较长)
        • 细线期、凝缩期、花束期
          • 染色质凝缩
            • 染色质纤维螺旋化、折叠，在显微镜下看到细纤维样染色体结构
          • 染色粒
            • 细纤维样染色体出现一系列大小不同的颗粒状结构
          • 接触斑
            • 端粒通过接触斑与核膜相连
        • 偶线期，配对期
          • 具有专一性，只有同源染色体配对
            • 两条同源染色体紧密结合形成二价体，又称四分体（四个染色单体）
          • 同源染色体发生联会
            • 同源染色体端粒与核膜相连的接触斑相互靠近并结合，并从端粒处不断延伸其他部位。联会部位形成联会复合体
          • 合成S期未合成的0.3%的DNA(偶线期DNA,zygDNA)
            • 转录活跃，转录zygRNA与同源染色体配对有关
        • 粗线期
          • 染色体进一步凝缩，变粗变短，并于核膜保持接触
          • 出现重组节
            • 同源染色体配对联会复合体中球形，椭圆形或棒状结节（蛋白质装配）
            • 交叉与重组节数量相同
              • 染色质-侧生组分-中央组分-重组节-中央组分-侧生组分-染色质
          • 合成P-DNA(尚未合成的DNA)
            • 编码与DNA剪切和修复有关酶
          • 合成减数分裂专用组蛋白，并部分或全部置换体细胞类型组蛋白
          • rDNA扩增
            • 参与形成附加的核仁，进行rRNA转录
        • 双线期
          • 同源染色体分离，保留几处相互联系（交叉）
          • 开始去凝集，RNA转录活跃
            • 去凝集形成巨大的灯刷染色体
          • 持续时间一般最长，变化最大
        • 终变期
          • 染色体重新凝集，形成短棒状结构
          • 端化
            • 交叉向染色体臂的端部移动
      • 中期I
        • 核膜破裂
        • 纺锤体微管捕获四分体并排列到赤道面上
          • 一个同源染色体的两个动粒位于一侧 另一个同源染色体两个动粒位于另一侧
      • 后期I
        • 同源染色体对分离并向两极移动
        • 同源染色体的随机分配、自由组合
      • 末期I、胞质分离I
        • 核膜重建，形成两个子细胞
    • 减数分裂间期
      • 不再进行DNA复制，无G1,S,G2之分，仅仅短暂停留
    • 也有不完全回复间期并直接准备减数分裂II的
      • 快速进入中期II