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分子生物学/細胞週期

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(由於敝作者無電腦繪畫技能,只能先以文字描述,待後補上圖片)

目录

細胞週期概覽编辑

  • 真核細胞週期分為G1、S、G2、M四個階段
  • G1、S、G2期合稱為間期,時間佔整個細胞週期的95%
  • 其中的G期之G代表"gap",M期之M代表"Mitosis"
  • 另有G0期,細胞進入此時期不再分裂,但仍能行新陳代謝,除非受到生長因子,才會進入G1期,開始走細胞週期,人體有約90%的細胞在這時期,包括神經細胞、水晶體細胞和皮膚成纖維細胞
  • 不是所有真核細胞的細胞週期都需要經歷出這四個階段,像是胚胎細胞,只有S和M期
  • 典型快速增殖的人類細胞完成一個細胞週期需要24小時;早期胚胎細胞只有30分鐘或更短
細胞週期各階段概覽
階段名稱 執行動作 持續時間(以一個循環為24小時為例)
G1 新陳代謝旺盛、DNA還沒開始複製、合成RNA與DNA合成所需蛋白質 11(9)小時
M 合成DNA(DNA複製) 8(10~12)小時
G2 合成細胞分裂所需的蛋白質 4(4.5)小時
G2 細胞分裂 1小時(小於一小時或30分鐘)

 

細胞週期實驗编辑

利用一些實驗方法,得知現在細胞在哪一階段,在藥學領域,此技術用在判斷抗癌藥物對哪一階段具有特異性

  1. 傳統上,使用化學藥劑使細胞停留在某一週期,移除化學藥劑即可讓細胞週期繼續正常進行
    1. 抗生長因子使細胞停在G1
    2. Hydroxyurea使細胞停留在S期
    3. Nocodazole使細胞停留在M期
    4. 利用放射性胸腺嘧啶或人工thymidine analong bromodeoxyuridine(BrdU)判斷細胞是否在M期
  2. 現在,利用螢光染色DNA,觀察螢光強度來判斷,執行這動作的儀器稱為Flow cytometry(又稱為Fluorescence-activated cell sorter, FACScan),可以偵測「每一個」細胞的螢光強度

透過生長因子和細胞外訊息調控細胞週期编辑

當細胞在晚期G1期,需通過一個稱為"Restriction point"才能進入S期,這個點可以讓細胞去判斷是否要進行細胞週期,要通過這個點需要有細胞因子刺激,一但通過這個點,剩下的三個階段接可以不用生長因子刺激,但下一個循環經過 restriction point時還是需要有生長因子刺激;相反的,沒有生長因子的刺激下,細胞不能進入S期,細胞週期無法進行,而進入G0

Restriction pointy在酵母細胞中稱為START,但不是靠生長因子刺激,而是確定環境中的營養物質是否足夠,以及細胞大小是否適合,如都適合,才能進入S期

細胞週期檢查點编辑

為了確保每一時期的作業完成後才能進入下一期,因此有細胞週期檢查點(註:與免疫檢查點不同),以避免DNA還沒複製完就進入G2期、spindle還沒組裝完就進入M期,有了細胞週期檢查點,細胞至少要分裂104到105次才會有一個錯誤


細胞週期中有以下數個檢查點,分別在G1期間、G1與S期之間、S期中間、S期G2之間、G2和M期之間、晚期M期(不同教科書描述的檢查點數量稍不同,敝作者綜合三本教科書不同的寫法)。除了晚期M期,其他檢查點基本上是在檢查DNA是否損害,晚期M期的檢查點會確認紡錘體與染色體排列完全;另外,S期的檢查點亦會檢查DNA是否複製完全、G2和M期之間的檢查點亦會檢查致癌基因是否也被複製


這些檢查點能夠辨識DNA是否損失和是否有未複製完全的DNA,是由ATM和ATR這兩種蛋白質完成,一旦發現問題,便立刻停止細胞週期,啟動DNA修復,如無法修復便走向程序式細胞死亡(例如最常見的是細胞凋亡)

蛋白質激酶與細胞週期調控编辑

早期分子生物實驗發現,抽取從G2到M期之蛙類卵母細胞的細胞質液,將此抽取物微注射入停留在G2期的蛙卵細胞,可使此卵母細胞離開G2期,進入M期,且如果注射量越多,越多細胞進入M期。此實驗說明有一項因子,存在細胞質中,會觸發細胞進入M期,此因子在那時(約1971年)我們稱為 maturation promoting factor, MPF。進一步研究發現,MPF不侷限作用於卵母細胞,體細胞也會,因此MPF被稱為能使細胞從G2期進入M期的基本調節者

1983年,Tim Hunt與他的同事在海膽和蛤胚胎細胞,發現有兩種蛋白質會隨著時間做週期性含量變化,在間期時,此蛋白質積聚於細胞中,濃度漸漸變高,進入M期後,蛋白質被分解,含量下降,直到下一次間期,含量再生上升,如此反覆。因此推論這蛋白質與細胞週期的進行有關,Hunt分別將這兩種蛋白質稱為Cyclin A, Cyclin B。1986年,Joan Ruderman 與他的同事將Cyclin A注射入蛙卵母細胞,可使其從G2期進入M期

1988年,James Maller 在實驗室中從蛙卵細胞提純出MPF,然後MPF的分子分析便在各個實驗室中進行,發現它由兩個亞單位組成:CDK1和Cyclin B,至此我們知道細胞週期的進行是有不同的CDK和Cyclin所調節

CDK和Cyclin编辑

Restriction point编辑

S期编辑

細胞分裂编辑

胞質分離编辑

減數分裂编辑

調控細胞分裂與細胞生長编辑

參考資料编辑