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肌动蛋白网架体系在粘附培养哺乳动物细胞胞质分裂变形中的作用

作　者: 王立
导　师: 吴文周；安美文
学　校: 太原理工大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 胞质分裂细胞变形正常大鼠肾上皮细胞肌动蛋白网架体系细胞力学特性间桥动力学
分类号: Q952
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

胞质分裂中的细胞变形是一个由多种因素共同调节,复杂而又井然有序的力学变形过程。细胞的形态改变需要在时间和空间上调节多种生物大分子。细胞肌动蛋白网架体系做为细胞的主要支架,是驱动细胞变形的主要因素,研究胞质分裂过程中肌动蛋白网架体系在细胞变形中的作用,不仅可以在细胞形态变化-骨架装配变化-细胞力学特性变化之间建立起力学-生物学联系,进一步了解胞质分裂的主动变形及调控方式,还能够为与胞质分裂相关的疾病提供理论支持,为组织、器官再生提供细胞力学依据。本文以贴壁生长的正常大鼠肾上皮细胞(NRK)为研究对象,采用微管吸吮、局部生化试剂刺激、显微图像动态采集、分析和荧光染色等生物力学和生物学实验技术,研究了肌动蛋白网架体系在胞质分裂赤道板内陷发生前后的不同时期,细胞整体皮层和子细胞极区皮层的不同区域内对胞质分裂变形的作用。以细胞骨架对细胞力学特性的贡献为依据,对细胞骨架蛋白异常和相应细胞力学特性改变引起的胞质分裂变形进程缺陷、细胞形态改变、子细胞变形能力改变和分裂沟细胞间桥动态变形做出了相关研究和分析,探索哺乳动物细胞骨架在胞质分裂变形的作用机理。主要工作内容和结论如下：1.对正常和细胞骨架抑制剂作用下的NRK细胞的力学特性进行了测量和比较。实验中采用抑制肌动蛋白聚合的细胞松弛素D、抑制微管蛋白聚合的秋水仙素和肌球蛋白Ⅱ的ATP酶活性抑制剂blebbistatin分别处理细胞,应用微管吸吮技术和相关力学模型测定了不同处理组细胞的弹性模量和表面张力,并且分析了NRK细胞在准静态吸入负压作用下的变形。发现肌动蛋白对细胞的力学特性贡献最为明显,肌球蛋白Ⅱ的马达活性对细胞力学特性的贡献具有独立性,并且肌球蛋白Ⅱ与肌动蛋白的作用强弱是细胞力学特性的重要调节因素；2.通过生化抑制剂在胞质分裂变形的不同时期和区域作用,分析了胞质分裂过程中不同骨架蛋白对变形进程的影响。在分裂沟内陷发生前后两个不同时期,向细胞整体或单侧极区皮层施加细胞骨架蛋白抑制剂,分析肌动蛋白和与之作用的微管蛋白、肌球蛋白Ⅱ在细胞变形中的作用。实验表明不同区域的细胞骨架蛋白在不同变形阶段对胞质分裂变形进程影响有显著差异,并且肌动蛋白和肌球蛋白Ⅱ的相互作用可以调节肌动蛋白抑制剂对胞质分裂变形进程的抑制作用。另一方面,发现子细胞的高变形能力是肌动蛋白纤维与肌球蛋白Ⅱ的马达活性共同调节的,并且低水平的肌球蛋白Ⅱ马达活性有利于细胞变形；3.对单侧极区皮层骨架蛋白抑制剂作用下的细胞进行胞质分裂间桥变形和子细胞变形的分析。结合细胞间桥变细形态学参数及细胞表面张力的变化,对比分析了细胞间桥变形曲线,结果显示极区皮层肌动蛋白网络决定着细胞间桥变形的趋势,单侧子细胞的表面张力控制着细胞间桥变细的速度。在高变形能力子细胞的形态分析中发现,细胞间桥变形中D0.5的点可以描述子细胞变形的趋势,并且依据实验结果对间桥变细动力学进行改良。改良后的结果显示了在D05位置,细胞完成了对整体表面张力的调节。由此得出在细胞胞质分裂变形过程中,肌动蛋白网架体系中的肌动蛋白是细胞力学特性最主要决定因素,肌动蛋白和肌球蛋白Ⅱ的相互作用是细胞力学特性和变形的主要调节因素。在不同变形时期,肌动蛋白和肌球蛋白Ⅱ通过调节自身装配和相互之间的作用,控制着细胞不同区域的力学特性,协调整体皮层表面张力的改变,控制着胞质分裂中的变形步骤。

全文目录

摘要  3-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-41
  1.1 胞质分裂中的肌动蛋白网架体系  11-21
    1.1.1 细胞周期与细胞分裂  11-13
    1.1.2 细胞的肌动蛋白骨架蛋白网架体系  13-21
  1.2 胞质分裂中的细胞变形  21-31
    1.2.1 胞质分裂变形过程  21-24
    1.2.2 贴壁培养对胞质分裂变形的影响  24-27
    1.2.3 与胞质分裂变形相关的力学特性  27-31
  1.3 胞质分裂变形研究现状  31-38
    1.3.1 胞质分裂皮层力学特性的测量手段  32-34
    1.3.2 骨架蛋白对胞质分裂变形作用机制的研究  34-38
    1.3.3 胞质分裂力学模型的建立  38
  1.4 本文研究的主要内容  38-41
第二章实验方法  41-49
  2.1 主要试剂及仪器  41-43
  2.2 细胞体外培养  43-44
  2.3 微管吸吮操作方法  44-45
  2.4 双微管局部施加抑制剂操作方法  45-46
  2.5 细胞骨架荧光染色  46-47
  2.6 图像采集、处理与细胞形态学测量  47
  2.7 数据处理  47
  2.8 本章小结  47-49
第三章 NRK细胞的力学特性与细胞骨架关系  49-61
  3.1 NRK细胞的弹性模量  49-51
  3.2 NRK细胞在微管吸吮时阶跃式负压作用下的粘弹性行为  51-54
  3.3 NRK细胞的表面张力  54-56
  3.4 不同骨架蛋白对细胞力学特性的贡献  56-59
  3.5 本章小结  59-61
第四章骨架蛋白对NRK细胞胞质分裂进程和细胞形态的影响  61-77
  4.1 贴壁培养NRK细胞的胞质分裂变形  61-64
  4.2 单一骨架蛋白对胞质分裂进程的作用  64-68
  4.3 骨架蛋白的共同作用对NRK细胞胞质分裂的影响  68-70
  4.4 单侧子细胞极区皮层肌动蛋白纤维和微管蛋白对胞质分裂的影响  70-74
    4.4.1 分裂沟内陷前单侧极区骨架蛋白的作用  70-73
    4.4.2 分裂沟内陷后单侧极区骨架蛋白的作用  73-74
  4.5 骨架蛋白在胞质分裂变形的不同时期的作用  74-76
  4.6 本章小结  76-77
第五章肌动蛋白网架体系对细胞胞质分裂变形的影响  77-95
  5.1 细胞间桥动力学模型  77-79
  5.2 整体骨架蛋白抑制剂作用下的NRK细胞间桥变形  79-81
  5.3 极区肌动蛋白和子细胞表面张力对细胞间桥变形的作用  81-87
  5.4 子细胞变形分析  87-94
    5.4.1 引发子细胞高水平变形的因素  87-91
    5.4.2 子细胞变形与细胞间桥变形的联系  91-94
  5.5 本章小结  94-95
第六章全文工作总结及展望  95-99
  6.1 全文工作总结  95-96
  6.2 本文的创新点  96-97
  6.3 展望  97-99
参考文献  99-109
致谢  109-111
攻读学位期间参与的国家基金项目及发表的学术论文目录  111-113

肌动蛋白网架体系在粘附培养哺乳动物细胞胞质分裂变形中的作用

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