第十一章  细胞增殖及其调控制

 

     细胞增殖(cell proliferation)的意义

1、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。
2、单细胞生物细胞增殖导致生物个体数量的增加。
3、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。
4、成体生物仍然需要细胞增殖，以弥补代谢过程中的细胞损失。
5、机体创伤愈合、组织再生、病理组织修复等，都要依赖细胞增殖。

第一节 细胞周期与细胞分裂

一、细胞周期
（一）细胞周期概述
1、概念：指从一次细胞分裂结束开始，经过物质积累过程，直到下一次细胞分裂 结束所为止，称为一个细胞周期。
2、细胞周期时相组成
  1）间期(interphase): G1 phase，S phase，G2 phase
 2）M phase: 有丝分裂期(Mitosis)    
 3）胞质分裂期(Cytokinesis)
     细胞沿着G1→S→G2→M→G1周期性运转，在间期细胞体积增大(生长)，在 M 期细胞  先是核分裂，接着胞质分裂，完成一个细胞周期。

   The cell cycle is an ordered set of events, culminating in cell growth and division into two daughter cells. Non-dividing cells not considered to be in the cell cycle. The stages are G1-S-G2-M. The G1 stage stands for "GAP 1". The S stage stands for "Synthesis". This is the stage when DNA replication occurs. The G2 stage stands for "GAP 2". The M stage stands for "mitosis", and is when nuclear (chromosomes separate) and cytoplasmic (cytokinesis) division occur.

3、根据增殖状况，细胞的类型：
&S226;      ① 周期中细胞（cycling cell）：是指在细胞周期中连续运转 的细胞，又称为连续分裂细胞或可育细胞，如表皮生发层细胞、部分骨髓细胞。
&S226;      ② 静止期细胞（quiescent cell）：指的是暂时离开细胞周期，停止细胞分裂，去执行一定的生物学功能，但在适当的刺激下可重新进入细胞周期的细胞，又称为G0期细胞或休眠细胞，如淋巴细胞、肝、肾细胞等。
&S226;      ③ 终末分化细胞：指不可逆地脱离细胞周期，丧失分裂能力，保持生理机能活动的细胞，又称终端细胞，如神经、肌肉、 多形核细胞等。
 

 

4、细胞周期时间
 1）不同细胞的细胞周期时间差异很大
 2）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
 3）有些分裂增殖的细胞缺乏G1、G2期

（二）、细胞周期中不同时相及其主要事件
1、G1期：与DNA合成启动相关，开始合成细胞生长所需要的多种蛋白质、RNA、碳水化合物、脂等，同时染色质去凝集。
2、S期：DNA复制与组蛋白合成同步，组成核小体串珠结构。
3、G2期：DNA复制完成，完成了染色体数目的加倍，即由G1的2n变成了4n，同时，在G2期合成一定数量的蛋白质和RNA分子。
4、M期：M期即细胞分裂期，真核细胞的细胞分裂主要包括两种方式，即有丝分裂(mitosis)和减数分裂(meiosis)。遗传物质和细胞内其物质分配给子细胞。

（三）细胞周期长短测定
  1、脉冲标记DNA复制和细胞分裂指数观察测定法
  2、流式细胞仪测定法(Flow  Cytometry)：是一种快速测定和分析流体中细胞或颗粒物各种参数的大型实验仪器。
   3、缩时摄像技术：可以得到准确的细胞周期时间及分裂间期和分裂期的准确时间。
（四）细胞周期同步化
1、概念：细胞同步化是指在自然过程中发生的，或经人为处理造成的细胞周期的同步化。
2、类型：
  1）自然同步化：自然界存在的细胞周期同步过程，如：动物产下的处于细胞同一时期的卵细胞；
   2）人工选择同步化：指人为地将处于不同时期的细胞分离开来，从而获得不同时期的细胞群体
   
&O1569; 有丝分裂选择法：用于单层贴壁生长细胞，M期细胞与培养皿的附着性低，振荡脱离器壁收集。
       — 优点：细胞未经任何药物处理，细胞同步化效率高 。
&S226;        — 缺点：获得的细胞数量少。
&O1570;细胞沉降分离法：根据不同时期的细胞在体积和重量上存在差别进行分离。
&S226;      — 优点：方法 简单省时，效率高，成本低。
&S226;      — 缺点：对大多数种类的细胞并不适用。
&O1571;  DNA合成阻断法：采用低毒或无毒的DNA合成抑制剂，特异地抑制DNA的合成，而不影响处于其他时期的细胞进行细胞周期运转，从而将被抑制的细胞抑制在DNA合成期的实验方法。
     — 优点：是同步化效率高，几乎适合于所有体外培养的细胞系。
   — 缺点：是诱导过程可造成细胞非均衡生长
④ 分裂中期阻断法：通过抑制微管聚合来抑制细胞分裂器的形成，将细胞阻断在细胞分裂中期。
     — 优点：操作简便，效率高；
     — 缺点：药物的毒性相对较大
（五）特异的细胞周期
1、定义：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。
2、早期胚胎细胞的细胞周期
  1）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；
  2）无需临时合成其它物质
  3）子细胞在G1、G2期并不生长，越分裂体积越小
  4）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。

2、酵母细胞的细胞周期
 1）酵母细胞周期持续时间较短；
 2）封闭式细胞分裂 ，即细胞分裂时核膜不解聚；
 3）纺锤体位于细胞核内；
 4）在一定环境下，也进行有性繁殖
3、植物细胞的细胞周期
  1）植物细胞没有中心体，但细胞分裂时可以正常组装纺锤体；
  2） 植物细胞的形态不发生变化，以形成中间板的形式进行  胞质分裂。
4、细菌的细胞周期
 1）慢生长细菌细胞周期过程与真核细胞周期过程有一定相似之处。其DNA复制之前的准备时间与G1期类似。分裂之前的准备时间与G2期类似。再加上S期和M期，细菌的细胞周期也基本具备四个时期。
 2）细菌在快速生长情况下，细胞周期过程有着较大变化，最主要的变化在于细胞如何协调快速分裂和最基本的DNA复制速度之间的矛盾。
  3）细菌在一定的环境条件下，其慢速生长和快速生长可以相互转化。
二、 细胞分裂（cell division）
1、前期(prophase)
 1）标志前期开始的第一个特征是染色质开始浓缩(condensation)形成有丝分裂染色体(mitotic chromosome）
 2）第二个特征细胞骨架解聚，有丝分裂纺锤体(mitotic spindle)开始装配
 3）Golgi体、ER等细胞器解体，形成小的膜泡
 4)染色体由两条染色单体(chromatid)构成
 5)在前期末，染色体主缢痕部位形成一种蛋白复合物称为动粒(kinetochore)

2、前中期(prometaphase)
  1）核膜破裂成小的膜泡
  2）纺锤体微管与染色体的动粒结合，捕捉住染色体
  3）不断运动的染色体开始移向赤道板。细胞周期也由前中期逐渐向中期运转。
3、中期(metaphase)
  1）所有染色体排列到赤道板(Metaphase Plate)上，标志着细胞分裂已进入中期
  2） 染色体排列在赤道板上的机制：着丝粒微管动态平衡形成的张力 

4、后期(anaphase)
   1）排列在赤道面上的染色体的姐妹染色单体分离，并向两极运动
   2）后期(anaphase)大致可以划分为连续的两个阶段：
  &O1569; 后期A，动粒微管去装配变短，染色体产生两极运动
    &O1570;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

5、末期(telophase)
  1）染色单体到达两极，即进入了末期（telophase）,到达两极的染色单体开始去浓缩
  2）核膜开始重新组装
  3）Golgi体和ER重新形成并生长
  4）核仁也开始重新组装，RNA合成功能逐渐恢复,有丝分裂结束

三、胞质分裂
1、动物细胞胞质分裂
 1）胞质分裂(cytokinesis)开始于细胞分裂后期，在赤道板周围细胞表面下陷，形成环形缢缩，称为分裂沟(furrow)。分裂沟的位置与纺锤体极性微管和钙离子浓度升高的变化有关，随着细胞由后期向末期转化，分裂沟逐渐加深，直至两个子代细胞完全分开。
 2）中间体：在分裂沟下方，除肌动蛋白之外，还有微管、小膜泡等物质凝聚，共同构成的一个环形致密层。
3）收缩环：胞质分裂开始时，大量肌动蛋白和肌球蛋白在中体处组装成微丝并相互组成微丝束，环绕细胞，称为收缩环（contractile ring)。
4）胞质分裂过程：
   &O1569;分裂沟位置的确定
   &O1570;肌动蛋白聚集和收缩环的形成
   &O1571;收缩环收缩
   ④收缩环处细胞膜融合并形成两个子细胞
2、植物细胞胞质分裂
   1）形成细胞板
    2）形成新的细胞膜和细胞壁而将细胞分开
四、与有丝分裂直接相关的亚细胞结构

1、中心体：与微管装配密切相关的细胞器。
2、动粒与着丝粒
3、纺锤体
  1）动粒微管：一端与中心体相连，另一端与动粒相连
  2）极性微管：一端与中心体相连，另一端游离。
五、减数分裂
1、概念：减数分裂是细胞仅进行一次DNA复制，随后进行两次分裂，染色体数目减半的一种特殊的有丝分裂。
2、减数分裂前间期：与有丝分裂相似，可以人为的划分为G1期，S期和G2三个时期，其最大特点是S期持续时间较长。
3、减数分裂过程：
 1）减数分裂期I
  &O1569; 前期I:持续时间较长
   
  a、细线期（leptotene）：为前期I的开始阶段，首先发生染色质凝聚，形成细纤维样的染色体结构。
  b、偶线期（zygotenen）：主要发生同源染色体配对，其过程称为联会。
  c、粗线期（pachytene）：开始于同源染色体配对完成之后，在此过程中，染色体进一步浓缩，变粗变短，并与核膜保持接触，同源染色体紧密结合，等位基因之间部分DNA片断发生交换和重组，产生新的等位基因的组合。
         粗线期另一个重要的生化特征是合成减数分裂期专用的组蛋白，并把体细胞类型的组蛋白部分或全部置换下来。

  d、双线期（diplotene）：重组阶段结束，同源染色体相互分离，仅留几处相互联系，同源染色体的四分体变得清晰可见。
  e、终变期（diakinesis）：染色体重新开始凝聚，形成短棒状构。
&O1570; 中期I: 同源染色体配对，排列在赤道板的两侧。
&O1571; 后期I: 配对同源染色体相互分离并向两极运动，移向两极的染色体均是含有两条染色单体的二倍体，为细胞内染色体总数量的一半。另外，各四分体之间的同源染色体向两极移动是一个随机的过程，因而其组合方式数量也很大，要想得到遗传上完全相同的个体几乎是不可能的。
 ④末期I: 胞质分裂I和减数分裂间期
     经过后期I后，细胞进一步的变化有两种类型：
   a、第一种类型：染色体到达两极，去凝聚，在染色体周围核被膜重新装配，形成两个子核，同时胞质分裂，形成两个子细胞，这些子细胞在间期不再进行DNA复制，也没有G1期，S期和G2期之分，仅作短暂的停留后即进入第二次减数分裂。
   b、第二种类型：细胞进入末期后，不是完全回复到间期阶段，而是立即准备进行第二次减数分裂。
 
2）减数分裂II
      第二次减数分裂过程与有丝分裂过程非常相似，包括：前期II,前中期II,中期II，后期II，末期II和胞质分裂过程。
      一个细胞经过第二次减数分裂，共形成四个子细胞：
    &O1569;雄性：形成四个精子细胞
    &O1570;雌性：形成一个卵子细胞

六、减数分裂的意义
 1、确保世代间遗传的稳定性；
 2、增加变异机会，确保生物的多
   样性，增强生物适应环境变化的能力。
 3、减数分裂是生物有性生殖的基础，是生物遗传、生物进化和生物多样性的重要基础保证。

七、减数分裂特点
 1、遗传物质只复制一次，细胞连续分裂两次，导致染色体数目减半
 2、S期持续时间较长
 3、同源染色体在减数分裂期I(MeiosisI)配对联会、基因重组
 4、减数分裂同源染色体配对排列在中期板上,第一次分列时,同源染色体分开

第二节  细胞周期的调控

一、细胞周期调控系统的主要作用
 1、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)
 2、确保每一时相事件的全部完成(负调控)
 3、对外界环境因子起反应(如多细胞生物对增殖信号的反应)
二、细胞周期检验点(checkpoint)
 1、G1期检验点
 2、G2期检验点
  3、纺锤体装配期检验点

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。
三、MPF
(Maturation-promoting factor，Mitosis-promoting factor)
 1、MPF的发现及作用
      MPF是一种使多种底物蛋白磷酸化的蛋白激酶；由M期Cyclin-Cdk(Cyclin-dependent protein kinase)形成的复合物。MPF=CDK1=p34cdc2+cyclinB
2、作用：诱导细胞成熟
 
四、Mitotic Cyclin-Cdk复合物的活化与功能
1、活化：活化的MPF可使更多的MPF活化

2、功能：启动细胞从G2期进入M期的相关事件

五、细胞周期运转调控
（一） G2/M期转化与CDK1激酶的关键性调控作用
（二） M期周期蛋白与分裂中期向分裂后期转化
细胞周期运转到中期后，M期周期蛋白A和B降解，CDK1
激酶活性丧失，蛋白去磷酸化，细胞周期由中期向后期转
化。

（三） G1/S期转化与G1期周期蛋白依赖性CDK激酶
&S226;      G1期周期蛋白主要包括周期蛋白D、E和A。

第十二章 细胞分化与基因表达调控

 

第一节  细胞分化（cell differentiation ）

一、细胞分化的基本概念
 1、定义：在个体发育中，由一   种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在形态、结构和功能上形成稳定性差异，产生各不相同的细胞类群的过程。
 2、细胞分化是基因选择性表达的结果：不同类型的细胞在发育过程中表达一套特异的基因，并且表达产物决定细胞的形态结构和功能。
3、组织特异性基因与当家基因
 1）组织特异性基因 或称奢侈基因(luxury genes)：是指不同的细胞类型进行特异性表达的基因，其产物赋予各种类型细胞特异的形态结构特征与特异的功能；
 2）当家基因(house-keeping genes)： 是指所有细胞中均要表达的一类基因，其产物是对维持细胞基本生命活动所必需的；
4、组合调控引发组织的特异性基因的表达
 1）组合调控（combinational control）概念：
         有限的少量调控蛋白启动为数众多的特异细胞类型的分化 的调控机制。即每种类型的细胞分化是由多种调控蛋白共同调节完成的。     
 2）生物学作用：
         借助于组合调控，一旦某种关键性基因调控蛋白与其它调控蛋白形成适当的调控蛋白组合，不仅可以将一种类型的细胞转化成另一种类型的细胞，而且遵循类似的机制，甚至可以诱发整个器官的形成（如眼的发育）。
3）分化启动机制： 靠一种关键性调节蛋白通过对其他调节蛋白的级联启动。

5、单细胞有机体的细胞分化
    与多细胞有机体细胞分化的不同之处：
    前者多为适应不同的生活环境，而后者则通过细胞分化构建执行不同功能的组织与器官。
6、转分化与再生
 1）转分化（Transdifferentiation）：一种类型的分化细胞转化为另一种分化类型的细胞的现象。
2）去分化（Dedifferentiation）：分化细胞失去所特有的结构和功能变成具有未分化细胞特征的过程。
3）再生（Regeneration）：是指生物体缺失部分后重建过程，广义的再生可包括分子水平、细胞水平、组织与器官水平及整体水平的再生。

二、影响细胞分化的因素
1、细胞的全能性(totipotency)
1）概念：是指细胞经分裂和分化后仍具有产生完整有机体的潜能或特性。
 2）植物细胞具有全能性
 3）动物细胞核移植(Nuclear transfer)实验证明细胞核具有发育全能性
 4）多潜能性：高等动物细胞，随着胚胎的发育，细胞逐渐丧失了发育成个体的能力，仅具有分化成有限细胞类型及构建组织的潜能
5）干细胞：具有多潜能性的细胞称为干细胞。
   &O1569;胚胎干细胞(embryo stem cell)：具有分化成多种细胞类型及构建组织的潜能
 &O1570;造血干细胞

 &O1571;单能干细胞

2、影响细胞分化的因素
 1）胞外信号分子对细胞分化的影响
 2）细胞记忆与决定
   &O1569; 记忆：信号分子的有效作用时间短暂，细胞可将这种短暂的作用储存起来并形成长时间的记忆
   &O1570; 决定：是指一个细胞接受了某种指令，在发育中，这一细胞及其子代细胞将区别于其他细胞而分化成某种特异的细胞类型。
 3）受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响
 4）细胞间的相互作用与位置效应
 5）环境对性别决定的影响，但环境因素只是条件。
 6）染色质变化与基因重排对细胞分化的影响

第二节 癌细胞（cancer cell）

一、癌细胞的基本特征
  1、 肿瘤细胞（tumor cell）：在致瘤因素作用下，基因发生了改变，细胞分裂调节失控而无限增殖的细胞。
 2、良性肿瘤：生长速度缓慢，和周围的组织边界清晰。
 3、恶性肿瘤（癌症）：生长速度快，具有转移能力。
 4、肿瘤组织：由实质和间质两部分组成，实质是肿瘤细胞，间质由结缔组织和血管组成。
5、基本生物学特征
 1）细胞生长与分裂失去控制：具有无限增殖能力，成为“永生”细胞。
 2）具有侵润性和扩散性：癌细胞的细胞间粘着性下降，具有侵润性和扩散性，这是癌细胞的基本特征。在分化程度上癌细胞低于良性肿瘤细胞，且失去了许多原组
     织细胞的结构和功能
3）细胞间相互作用改变：识别改变；表达水解酶类；产生新的表面抗原
 4）蛋白表达谱系或蛋白活性改变：如端粒酶活性升高
 5）mRNA转录谱系的改变：少数基因表达不同；突变位点不同，表型多变　　　　　　　　　　　　
６、体外培养的恶性转化细胞的特征
　１）恶性转化细胞同癌细胞一样具有无限增殖的潜能
 　２）在体外培养时贴壁性下降
　３）失去接触抑制
　４）培养时对血清依赖性降低
　５）当将恶性转化细胞注入易感动物体内，往往会形成肿瘤

二、致癌因素
 1、多种理化因子致癌
   1）化学因素：
        A．亚硝胺类:    在变质的蔬菜及食品中含量较高，能引起消化系统、肾脏等多器官的病变。   
        B．芳香烃类:    广泛应用于橡胶、制药、染料、塑料等行业，能诱发泌尿系统癌症。   
        C．多环芳香烃类:  存在于汽车废气、香烟、煤烟及熏制食品中，如苯并芘、乙苯蒽等，能致肺癌。   
        D．烷化剂类:  如芥子气、环磷酰胺等，可导致白血病、肺癌、乳腺癌等。   
       E. 氨基偶氮类:  主要存在于纺织、食品中染料，如猩红、奶油黄等，可诱发肝癌。   
       F．某些金属 如铬、镍、砷等也可致癌。
  
 
  2） 物理致癌因素
    A．放射线: 如γ、β射线，中子射线，X线等，即使少量也有致癌作用。放射性引起的癌瘤有白血病、皮肤癌、骨肉瘤、淋巴系统恶性肿瘤、甲状腺肿瘤，其中主要是白血病。   
    B．紫外线: 长期接受紫外线照射可引起皮肤癌。  
    C. 某些纤维: 如石棉、玻璃丝等，长期与这些致癌物接触的人，易患肺或胸膜的恶性肿瘤。   
    D．慢性机械性刺激和创伤:  可导致组织的慢性炎症和非典型增生，在有致癌因素作用的条件下，可诱发组织癌变。
  3）生物致癌因素    
   A．病毒  与肿瘤发生有密切关系，DNA肿瘤病毒与RNA肿瘤病毒致癌 
   B．霉菌 如广泛存在于霉变的花生、玉米、大米、豆类食品中的黄曲霉素，可诱发肝癌及肾、肺、胃、皮下组织的肿瘤。   
   C．寄生虫 临床证明，血吸虫病与大肠癌、中华支睾吸虫与肝胆管癌的发生有关。

三、癌基因和抑癌基因
 1、 癌基因：控制细胞生长和分裂的正常基因的一种突变形式，能引起正常细胞的癌变。其可以分为两类：
   1）细胞癌基因：是存在于正常细胞基因组中，控制细胞生长和分裂的基因(c-onc)，又称为原癌基因（proto-oncogene),它不具有致癌能力,只在一定的条件改变而有过度表达时，才可能与肿瘤形成机制有联系。
   2）病毒癌基因（viral oncogene ,v-onc）：存在于肿瘤病毒基因组的癌基因，是病毒复制所必需的。
2、原癌基因表达产物：①生长因子，如sis，②生长因子受体，如fms、erbB，③蛋白激酶及其它信号转导组分，如src、ras、raf，④细胞周期蛋白，如bcl-1，⑤细胞凋亡调控因子，如bcl-2，⑥转录因子，如myc、fos、jun。
3、抑癌基因：是正常细胞增殖过程中的负调控因子，它编码的蛋白往往在细胞周期的检验点上起阻止周期进程的作用；如果抑癌基因突变， 丧失其细胞增殖的负调控作用，则导致细胞周期失控而过度增殖。

4、抑癌基因的产物：
  ① 转录调节因子，如Rb、p53；
  ② 负调控转录因子，如WT；
  ③ 周期蛋白依赖性激酶抑制因子（CKI），如p15、p16、p21；
  ④ 信号通路的抑制因子，如ras GTP酶活化蛋白（NF-1），磷脂酶（PTEN）；
 ⑤  DNA修复因子，如BRCA1、BRCA2。

四、肿瘤的发生是基因突变逐渐积累的结果
1、促进细胞增殖相关基因突变：原癌基因 (proto-oncogene)突变形成癌基因(oncogene)
2、抑制细胞增殖相关基因突变：肿瘤抑制基因(tumor-suppressor gene)
3、细胞癌变是基因突变累积和自然选择的结果，所以患者多为年长者。
4、原癌基因与肿瘤抑制基因产物协调作用，避免细胞癌变

第三节  真核细胞基因表达的调控

真核细胞基因表达的调控是
多级调控系统，主要发生在
三个彼此相对独立的水上：
1、转录水平的调控，决定某个基因是否会被转录，并决定转录的频率；
2、加工水平的调控，决定初始mRNA(hnRNA)被加工为能翻译成多肽mRNA的途径；
3、翻译水平的调控，决定某种mRNA是否会真正得到翻译，以及决定翻译的频率和时间的长短。
一．转录水平的调控
 1、真核生物的转录激活
  1）转录因子按其功能分类：
   &O1569; 通用转录因子:与结合RNA聚合酶的核心启动子位点结合；
   &O1570; 特异转录因子：与特异基因的各种调节位点结合，促进或阻抑这些基因的转录。
  2）TATA框：决定转录起始的位点；
     CAAT框和GC框：决定RNA聚合酶转录基因的效率。
  3）转录因子的结构（至少有两个结构域）：
   &O1569; DNA结合结构域：与DNA的特异碱基序列结合；
   &O1570; 激活结构域：通过与其他蛋白相互作用激活转录。
 2、基因表达阻遏
   DNA甲基化（DNA methylation）与基因表达阻遏有关
二．加工水平的调控
 1、选择性拼接是一种广泛存在的RNA加工机制，通过这种方式，一个基因能编码两个或多个相关的蛋白质
 2、组成型拼接(constitutive splicing)：编码蛋白质的不连续基因通过RNA剪接将内含子从mRNA的前体中去除，然后规范地将外显子剪接成成熟的mRNA，这种剪接方式是一个基因只产生一种成熟的mRNA，一般也只产生一种蛋白质产物
 3、可调控的选择性拼接：产生不同的成熟mRNA，翻译产生不同的蛋白质                 
 4、某一特定的外显子是否被包括在成熟mRNA内，主要取决于它的3’和5’端拼接位点是否被拼接机器选择为切割位点

三．翻译水平的调控
 1、mRNA的细胞质定位
    1）控制mRNA在细胞质定位的信息位于3'端非翻译区（3'UTR），其定位机制是通过能识别mRNA中定位序列的蛋白质所介导的；
    2）微管和微丝对细胞中特定部位的mRNA的聚集有一定关系，微管主要涉及转运mRNA到细胞质特定部位，而微丝的作用被认为是用来锚定已到达目的地的mRNA
2、mRNA翻译的调控
  1）“隐蔽”mRNA（masked mRNA）的激活
    &O1569;“隐蔽”mRNA是指贮存在卵细胞中没有翻译活性的mRNA
    &O1570; 预存的mRNA的激活机制：
      a. 结合的抑制蛋白被释放；
      b. 通过卵细胞质中一种酶的作用使mRNA多聚（A）尾巴长度增加。
2）调节编码铁蛋白（ferritin）的mRNA翻译速率的机制
3、mRNA稳定性的调控
  1）mRNA的寿命与它的多聚(A)尾巴长度有关
 2）哺乳动物细胞内mRNA的降解途径说明一旦多聚(A)尾巴减少到一定长度，mRNA会迅速降解
 3）3’UTR的核苷酸顺序的不同似乎在多聚(A)尾巴变短时扮演一个与降解速率有关的角色

第十三章  细胞衰老与凋亡

 

第一节  细胞衰老(cellular aging或cell senescence)

一、Hayflick界限(Hayflick Limitation）
 1、概念：细胞，至少是培养的二倍体细胞，不是不死的，而是有一定的寿命；它们的增殖能力不是无限的，而是有一定的界限
2、二倍体细胞的衰老是由细胞本身决定的
  1）决定细胞衰老的因素在细胞内部，而不是外部的环境
   2）是细胞核而不是细胞质决定了细胞衰老
二、衰老细胞的结构变化
 1、细胞核的变化
   1） 体外培养的二倍体细胞，细胞核随着细胞分裂次数的增加不断增大
   2）细胞核的核膜内折（invagination）、染色质固缩化
2、内质网的变化:  内质网成分弥散性地分散于核周胞质中，粗面内质网的总量似乎是减少了
3、线粒体的变化:  细胞中线粒体的数量随年龄增大而减少，而其体积则随龄增大
4、致密体的生成
5、膜系统的变化
  1） 膜流动性降低、韧性减小
  2）细胞间间隙连接减少;组成间隙连接的膜内颗粒聚集体变小。
三、细胞衰老的分子机理
1、氧化性损伤学说：代谢过程中产生的活性氧基团或分子（ROS--- O2-， OH- ， H2O2 ），引发的氧化性损伤的积累，最终导致衰老。  
2、端粒与衰老：发现端粒长度确实与衰老有着密切的关系，提出细胞衰老的 “有丝分裂钟”学说（Harley,1990）
3、 rDNA与衰老: 酵母染色体外rDNA 环（ERC）的积累，导致细胞衰老。
4、 沉默信息调节蛋白复合物（Sir complex）与衰老：Sir complex 存在于异染色质区，其作用在于阻断所在位点DNA转录。
5、SGS1基因和WRN基因与衰老： SGS1基因和WRN基因同源,编码解旋酶;
   酵母sgs1突变体寿命明显短于野生型（平均9.5代:24.5代）; wrn突变
   引发早老症.
6、 发育程序与衰老
7、线粒体DNA与衰老: Sen-DNA(80年代);mtDNA突变积累与细胞衰老有关.

第二节  细胞凋亡(Apoptosis)

一、细胞凋亡的概念及其生物学意义
 1、概念：细胞凋亡（apoptosis） 是指细胞在一定的生理或病理条件下，遵循自身的遗传基因所决定的调控程序，自己结束其生命的过程；它是一个主动的，高度有序的，基因调控的，并需要一系列酶参与的正常细胞生理学过程。
 2、细胞凋亡（apoptosis）与细胞坏死(necrosis)
3、细胞凋亡的生物学意义
  1）维持内环境稳定，保证新陈代谢正常进行；
 2）清除有害因子，保证机体健康发育；
 3）消除多余或无用组织细胞，维护机体正常发育。
 4）凋亡的可诱导性为肿瘤的治疗提供了新的思路。
二、细胞凋亡的形态学特征
  1、凋亡的起始：细胞表面的特化结构如微绒毛消失，细胞间接触的消失，但细胞膜依然完整；线粒体大体完整，但核糖体逐渐从内质网上脱离，内质网囊腔膨胀，并逐渐与质膜融合；染色质固缩，形成新月形帽状结构等形态，沿着核膜分布
 2、凋亡小体的形成：在这一阶段，首先是细胞核内染色质浓缩，继而断裂为大小不等的DNA片断，与某些细胞器如线粒体等一起聚集，为内陷的细胞膜所包被。从外观上来看，细胞表面产生了很多泡状或芽状突起，随后，逐渐分隔，形成单个的凋亡小体。
 3、凋亡小体逐渐为邻近的细胞或吞噬细胞所吞噬：从细胞凋亡开始，到凋亡小体的出现才数分钟，而整个细胞凋亡过程可延续4～9h。
三、细胞凋亡的生化特征
  1、细胞凋亡的主要特征是形成大小为180～200bp特征性的DNA ladders
  2、凋亡细胞组织转谷氨酰胺tTG（tissue Transglutaminase）积累并达到较高水平
     tTG催化某些蛋白质的翻译后修饰，主要是通过建立谷氨酰胺和赖氨酸之间的交联以及多胺掺入蛋白质而实现的，其结果是导致蛋白质聚合。这类蛋白聚合物不溶于水，不会被溶酶体所含有的酶类降解，它们进入凋亡小体，有助于保持凋亡小体暂时的膜的完整性，防止有害物质的溢出。
四、诱导细胞凋亡的因子
1、物理性因子，包括射线（紫外线，&O1543; 射线等），较温和的温度刺激（如热激，冷激）等
2、化学及生物因子：包括活性氧基团和分子，DNA和蛋白质合成的抑制剂，激素，细胞生长因子，肿瘤坏死因子&O1537;（TNF&O1537;），抗Fas/Apo-1/CD95抗体等
五、细胞凋亡的检测
 1、形态学观测：染色法、透射和扫描电镜观察
 2、DNA电泳：DNA片段就呈现出梯状条带
 3、TUNEL测定法，即DNA断裂的原位末端标记法
 4、彗星电泳法（comet assay）
 5、流式细胞分析
六、细胞凋亡的分子机制
1、Caspase家族与凋亡
   1） caspase家族：Caspase家族是近年来发现的一组存在于胞质溶胶中的结构上相似的半胱氨酸蛋白酶类，它们的一个重要的共同特点是可以特异性地断开天冬氨酸（Asp）残基后的肽键。它们的降解导致核纤层和核细胞骨架的崩解。
   2） Caspase活化
    Caspase自身以非活化的Procaspase存在，其激活依赖于其他的Caspase在它的天冬氨酸位点裂解活化或自身活化
2、Bcl-2家族与细胞凋亡
    Bcl-2是一种原癌基因，是ced-9在哺乳类中的同源物，能抑制细胞凋亡；与线粒体及内质网膜相结合；Bcl-2蛋白的羧基末端有一穿膜的结构域；Bcl-2家族成员的基因中，常常含有三个保守的Bcl-2同源区，即BH1，BH2和BH3，这三个区域是调节凋亡以及蛋白质相互作用所必需结构
3、P53基因与细胞凋亡
      P53是肿瘤抑制基因，其产物主要存在于细胞核内。P53基因是与人肿瘤有关基因中突变频率最高的基因，人类所有肿瘤中，有50%以上是由于P53基因的突变造成的。
 七、细胞凋亡的信号转导
     1、Caspase活化细胞凋亡途径
     2、Ras---PI3-- K--- Akt(PKB)抗细胞凋亡途径
     3、NF-KB与细胞凋亡
     4、ASK1-SAPK/JNK及 ASK1-p38信号途径

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