细胞生物学

细胞生物学，细胞周期调控系统是确保细胞周期健康有序地进行，包括DNA的复制、染色体的分离。

细胞周期与细胞分裂

• 细胞周期时相及研究方法
  • 细胞周期的时相及细胞类型
    • 细胞周期的时相
      • 有丝分裂期（M）
      • 间期（G1、S、G2）
    • 细胞周期与细胞类群
      • （1）持续分裂细胞：细胞中连续运转的细胞。如：造血干细胞，上皮基底层细胞
      • （2）终端分化细胞：高度特化、无分裂能力。如：红细胞，哺乳细胞
      • （3)G0细胞/休眠细胞：在某些条件诱导下重新分裂。如：手术切除部分肝组织诱导肝细胞进行分裂
  • 细胞周期各时相的合成活动
    • G1期
      • 合成前期：有丝分裂完成到DNA复制前。合成RNA、蛋白质、脂类和糖类。G1后期，DNA合成酶活性大大增加。
    • S期
      • DNA合成期。合成组蛋白以及DNA复制所需要的酶。
    • G2期
      • DNA合成后期。合成ATP、RNA、蛋白质和一些微管蛋白和促成熟因子。
    • 分裂期
      • 有丝分裂和胞质分裂。染色体凝缩，姐妹染色单体均匀的分配到子细胞
        • 有丝分裂
          • 前期
          • 早中期
          • 中期
          • 后期
          • 末期
  • 细胞进程与同步化研究
    • 诱导同步
      • ⭐胸腺嘧啶阻断技术：高浓度胸腺嘧啶阻断核苷酸的合成，第一次被阻断在S期，改变胸腺嘧啶浓度，解除抑制，开始DNA合成，细胞同步生长
      • 中期阻断法：抑制微管聚合，阻断在有丝分裂中期，可逆性差。如：秋水仙素
    • 选择同步
      • 有丝分裂选择法：对M期细胞进行收集培养。不受药物影响，同步化程度高。但分离细胞少，操作繁琐
      • 细胞沉降分离法：用于悬浮培养。根据细胞周期不同阶段的细胞体积不同进行离心分离。因同阶段细胞体积大小不完全相同，故同步化程度有限
• 细胞周期调控
  • 细胞周期调控系统
    • 概念 ：确保细胞周期健康有序地进行，包括DNA的复制、染色体的分离
  • 有丝分裂促进因子的发现与鉴定
    • 细胞融合实验 目的：了解G1期的细胞中是否还有阻断S期细胞核中DNA复制的因子，还是在S期的细胞质中含有促进G1期细胞DNA复制的因子; 结果表明：S期细胞质中的DNA复制对已经进行DNA复制的G2期细胞核没有作用
    • 促成熟因子的发现 通过对非洲爪蟾卵母细胞的研究，证明哺乳动物体细胞的MPF控制有丝分裂，有丝分裂的细胞质中存在有丝分裂促进因子，可以促进细胞进入有丝分裂。
    • 有丝分裂周期蛋白的鉴定 从海胆中第一次鉴定到有丝分裂周期蛋白。利用基因工程技术从海胆中分离了细胞周期蛋白B的cDNA克隆，用其作为探针，在非洲爪蟾中分离出同源的细胞周期蛋白B的cDNA克隆，最后用周期蛋白B制备的抗体证明了非洲爪蟾中MPF的一个亚基是细胞周期蛋白B
  • 裂殖酵母细胞周期调控
    • 酵母的细胞周期基因突变 裂殖酵母受温度影响发生基因突变，一类是cdc突变：会形成特别长的细胞，不能进入有丝分裂，滞留在间期，能继续生长；一类是wee突变，这类突变不能使细胞分裂。
    • 裂殖酵母的MPF 由 Cdc13蛋白和Cdc2蛋白组成，Cdc2的蛋白激酶的活性随裂殖酵母的周期变化而变化，Cdc13蛋白的浓度也随Cdc2蛋白活性的波动而波动。
    • 裂殖酵母的MPF活性调控 （1）Weel激酶会使Cdc2亚基上的抑制位点Tyr15残基磷酸化，抑制MPF的活性；（2）Cdc2活化蛋白激酶（CAK），可以使Cdc2蛋白亚基中激活型的关键位点Thr161残基磷酸化，最大限度地激活了MPF的活性。总之，需要Cdc25对Tyr15去磷酸，才能够激活MPF，使细胞进入M期。
  • 芽殖酵母细胞周期调控
    • 芽殖酵母的Cdc28蛋白
      • Cdc 28蛋白是芽殖酵母基因组编码的唯一一种周期蛋白依赖性激酶，它的失活将使细胞停留在G1期，并且不能启动DNA复制
    • G1周期蛋白与S期促进因子
      • S促进因子：SPF
        • 它能够将DNA合成所需的蛋白质磷酸化进行调节
        • SPF是异质二聚体：一个是Cdc28蛋白，另一个是在G1期起作用的细胞周期蛋白
    • 芽殖酵母SPF的活性调节
      • 当S期的G1/S-SPF在G1期后期积累时，他们立即被Sicl1蛋白结合而失活，G1/S-CDK将Sicl磷酸化，磷酸化后的Sicl被蛋白酶降解，一旦Sicl被降解，S期周期蛋白-CDK复合体就会诱导DNA复制。
    • 芽殖酵母与裂殖酵母细胞周期调控的比较
      • CDK
        • 裂殖酵母是Cdc2
        • 芽殖酵母是Cdc28
      • 控制的主要时期
        • 芽殖酵母G2—M期，由MPF调控
        • 裂殖酵母G1-S期，有SPF调控
      • 周期蛋白
        • 裂殖酵母只有一种，即Cdc13
        • 芽殖酵母有9种
  • 哺乳动物细胞周期调控
    • 哺乳动物细胞周期中的限制点
      • 限制点是哺乳动物细胞控制G1期进入S期的调节点
    • 多种CDK和多种周期蛋白的协同
  • CDK与细胞周期调控
    • 周期蛋白-CDK复合物
      • G1周期蛋白
        • 帮助激活G1/S周期蛋白，促进细胞通过G1期的START
      • G1/S周期蛋白
        • 在G1后期离婚CDK，触发细胞通过START。
        • 该蛋白浓度水平在S期急剧下降
      • S期周期蛋白
        • 在细胞通过START后快速与CDK结合，帮助触发染色体复制
        • 该蛋白浓度水平持续上升至有丝分裂
      • M周期蛋
        • 激活那些在G2/M期转换中发挥作用的CDK
        • 该蛋白浓度在有丝分裂中期下降
    • CDK活性的抑制
      • CDK抑制蛋白（CKI)与周期蛋白-CDK复合物结合，可抑制CDK活性
      • 细胞使用CKI主要是协调调控细胞周期早期G1/S和S-CDK的活性
    • CDK蛋白酶解与细胞周期转换
      • 细胞周期调控
        • 泛素链接酶（E3)
        • 泛素链接酶（SCF)
    • 细胞周期是一个由蛋白质控制的调控网络
  • 细胞周期关卡
    • G1的关卡（靠近G1末期）
      • G1→S，SPF：G1周期蛋白和CDK 能决定细胞能否分裂
    • G2的关卡（在G2期结束点）
      • G2→M，MPF：周期蛋白B（cdc13）和CDK1（cdc2) 监测细胞的大小和营养状态及DNA复制是否完全
    • M期关卡（在M后期）监测染色体是否与纺锤体相连，并排列在赤道板上
    • 细胞周期中DNA损伤关卡 监控DNA质量