细胞生物学/细胞周期

细胞增殖及其调控 - 细胞分裂 - 细胞周期 - 细胞周期的调控 - 细胞周期与医学的关系

细胞周期概览

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  • 真核细胞周期分为G1、S、G2、M四个阶段
  • G1、S、G2期合称为间期,时间占整个细胞周期的95%
  • 其中的G期之G代表"gap",M期之M代表"Mitosis"
  • 另有G0期,细胞进入此时期不再分裂,但仍能行新陈代谢,除非受到生长因子,才会进入G1期,开始走细胞周期,人体有约90%的细胞在这时期,包括神经细胞、水晶体细胞和皮肤成纤维细胞
  • 不是所有真核细胞的细胞周期都需要经历出这四个阶段,像是胚胎细胞,只有S和M期
  • 典型快速增殖的人类细胞完成一个细胞周期需要24小时;早期胚胎细胞只有30分钟或更短
细胞周期各阶段概览
阶段名称 执行动作 持续时间(以一个循环为24小时为例)
G1 新陈代谢旺盛、DNA还没开始复制、合成RNA与DNA合成所需蛋白质 11(9)小时
S 合成DNA(DNA复制) 8(10~12)小时
G2 合成细胞分裂所需的蛋白质 4(4.5)小时
M 细胞分裂 1小时(小于一小时或30分钟)

 

细胞周期实验

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利用一些实验方法,得知现在细胞在哪一阶段,在药学领域,此技术用在判断抗癌药物对哪一阶段具有特异性

  1. 传统上,使用化学药剂使细胞停留在某一周期,移除化学药剂即可让细胞周期继续正常进行
    1. 抗生长因子使细胞停在G1
    2. Hydroxyurea使细胞停留在S期
    3. Nocodazole使细胞停留在M期
    4. 利用放射性胸腺嘧啶或人工thymidine analong bromodeoxyuridine(BrdU)判断细胞是否在M期
  2. 现在,利用萤光染色DNA,观察萤光强度来判断,执行这动作的仪器称为Flow cytometry(又称为Fluorescence-activated cell sorter, FACScan),可以侦测“每一个”细胞的萤光强度

透过生长因子和细胞外讯息调控细胞周期

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当细胞在晚期G1期,需通过一个称为"Restriction point"才能进入S期,这个点可以让细胞去判断是否要进行细胞周期,要通过这个点需要有细胞因子刺激,一但通过这个点,剩下的三个阶段接可以不用生长因子刺激,但下一个循环经过 restriction point时还是需要有生长因子刺激;相反的,没有生长因子的刺激下,细胞不能进入S期,细胞周期无法进行,而进入G0

Restriction pointy在酵母细胞中称为START,但不是靠生长因子刺激,而是确定环境中的营养物质是否足够,以及细胞大小是否适合,如都适合,才能进入S期

细胞周期检查点

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为了确保每一时期的作业完成后才能进入下一期,因此有细胞周期检查点(注:与免疫检查点不同),以避免DNA还没复制完就进入G2期、spindle还没组装完就进入M期,有了细胞周期检查点,细胞至少要分裂104到105次才会有一个错误


细胞周期中有以下数个检查点,分别在G1期间、G1与S期之间、S期中间、S期G2之间、G2和M期之间、晚期M期(不同教科书描述的检查点数量稍不同,敝作者综合三本教科书不同的写法)。除了晚期M期,其他检查点基本上是在检查DNA是否损害,晚期M期的检查点会确认纺锤体与染色体排列完全;另外,S期的检查点亦会检查DNA是否复制完全、G2和M期之间的检查点亦会检查致癌基因是否也被复制


这些检查点能够辨识DNA是否损失和是否有未复制完全的DNA,是由ATM和ATR这两种蛋白质完成,一旦发现问题,便立刻停止细胞周期,启动DNA修复,如无法修复便走向程序式细胞死亡(例如最常见的是细胞凋亡)