细胞周期同步化的13种方法能使细胞阻滞在哪一期？优缺点分别是什么？

niwanmao

13种方法及其使细胞阻滞的周期见图：



13种方法的优缺点见下

有丝分裂脱落
参考文献：Zwanenburg T.S.B. Standardized Shake-Off to Synchronize Cultured Cho Cells. Mutat. Res. 1983;120:151–159. doi: 10.1016/0165-7992(83)90157-4作用机理
通过摇动或介质流动使有丝分裂细胞从培养表面分离
优点

• 对细胞代谢影响小
• 无需特殊处理
  缺点
• 细胞产量低
• 仅适合贴壁细胞

离心淘析
参考文献：Liu Y., Nan B., Niu J., Kapler G.M., Gao S. An Optimized and Versatile Counter-Flow Centrifugal Elutriation Workflow to Obtain Synchronized Eukaryotic Cells. Front. Cell Dev. Biol. 2021;9:664418. doi: 10.3389/fcell.2021.664418作用机理
沉降速度的差异（取决于细胞大小）
优点

• 对细胞代谢影响低
• 从一个样本中就能分出 G1、S 和 M三部分
• 无需特殊处理

缺点

• 仪器昂贵
• 需要调整参数
• 贴壁细胞必须先解离

DNA染色后进行流式细胞术分选
参考文献：Juan G., Hernando E., Cordon-Cardo C. Separation of Live Cells in Different Phases of the Cell Cycle for Gene Expression Analysis. Cytometry. 2002;49:170–175. doi: 10.1002/cyto.10173作用机理
DNA含量不同
优点
从一个样本中就能分出 G1、S 和 M三部分
缺点

• DNA染料染色步骤对细胞代谢的影响
• 细胞产量低
• 贴壁细胞必须先解离
• 需要流式细胞分选仪

不染色进行流式细胞术分选
参考文献：Vecsler M., Lazar I., Tzur A. Using Standard Optical Flow Cytometry for Synchronizing Proliferating Cells in the G1 Phase. PLoS ONE. 2013;8:e83935. doi: 10.1371/journal.pone.0083935作用机理
细胞大小差异
优点
无需特殊处理
缺点

• 细胞周期阶段的分辨率低
• 细胞产量低
• 需要流式细胞分选仪
• 贴壁细胞必须先解离

诺考达唑/秋水仙碱/秋水仙胺
参考文献：

• Zieve G.W., Turnbull D., Mullins J.M., Mcintosh J.R. Production of Large Numbers of Mitotic Mammalian-Cells by Use of the Reversible Microtubule Inhibitor Nocodazole-Nocodazole Accumulated Mitotic Cells. Exp. Cell Res. 1980;126:397–405. doi: 10.1016/0014-4827(80)90279-7
• Yao Y.Z., Zhang Y.Y., Liu W.S., Deng X.M. Highly Efficient Synchronization of Sheep Skin Fibroblasts at G2/M Phase and Isolation of Sheep Y Chromosomes by Flow Cytometric Sorting. Sci. Rep. 2020;10:9933. doi: 10.1038/s41598-020-66905-x
• Romsdahl M.M. Synchronization of Human Cell Lines with Colcemid. Exp. Cell Res. 1968;50:463–467. doi: 10.1016/0014-4827(68)90465-5作用机理
  抑制有丝分裂纺锤体形成
  优点
  简单
  缺点
  长期处理可能导致非整倍体产生、细胞死亡或有丝分裂滑移

RO-3306
参考文献：Vassilev L.T. Cell Cycle Synchronization at the G2/M Phase Border by Reversible Inhibition of CDK1. Cell Cycle. 2006;5:2555–2556. doi: 10.4161/cc.5.22.3463作用机理
抑制细胞周期蛋白依赖性激酶 1，从而抑制 G2/M 转变
优点

• 简单
• 贴壁细胞系和悬浮细胞系均可使用
  缺点
  长期处理可能会导致基因组重复

洛伐他汀
参考文献：JavanMoghadam-Kamrani S., Keyomarsi K. Synchronization of the Cell Cycle Using Lovastatin. Cell Cycle. 2008;7:2434–2440. doi: 10.4161/cc.6364作用机理

• 机制尚未完全了解
• 洛伐他汀抑制 3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶 A 还原酶
• 细胞周期蛋白依赖性激酶1活性的降低优点
• 简单
• 贴壁细胞系和悬浮细胞系均可使用
  缺点
• 可诱导细胞凋亡
• 洛伐他汀对G1期阶段的作用机制尚不清楚

血清饥饿
参考文献：Khammanit R., Chantakru S., Kitiyanant Y., Saikhun J. Effect of Serum Starvation and Chemical Inhibitors on Cell Cycle Synchronization of Canine Dermal Fibroblasts. Theriogenology. 2008;70:27–34. doi: 10.1016/j.theriogenology.2008.02.015作用机理
营养缺乏导致 G0/G1 停滞
优点

• 简单
• 便宜
• 贴壁细胞系和悬浮细胞系均可使用
  缺点
• 不适合转化细胞系
• 长期血清饥饿会导致DNA片段化

接触抑制
参考文献：Holley R.W., Kiernan J.A. Contact Inhibition of Cell Division in 3t3 Cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1968;60:300–304. doi: 10.1073/pnas.60.1.300作用机理
高细胞密度下接触抑制细胞增殖，导致 G1 期停滞
优点

• 简单
• 便宜
  缺点
  不适用于非贴壁细胞和转化细胞

胸苷
参考文献：Ma H.T., Poon R.Y. Synchronization of HeLa Cells. Methods Mol. Biol. 2011;761:151–161. doi: 10.1007/978-1-61779-182-6_10作用机理
抑制dCTP合成
优点

• 简单
• 便宜
• 贴壁细胞系和悬浮细胞系均可使用
  缺点
• 复制压力的诱导
• 核苷酸池不平衡

羟基脲
参考文献：Tobey R.A., Crissman H.A. Preparation of Large Quantities of Synchronized Mammalian Cells in Late G1 in the Pre-DNA Replicative Phase of the Cell Cycle. Exp. Cell Res. 1972;75:460–464. doi: 10.1016/0014-4827(72)90453-3作用机理
抑制dNTP合成
优点

• 简单
• 便宜
• 贴壁细胞系和悬浮细胞系均可使用
  缺点
  诱导复制应激（即单链DNA形成或双链DNA断裂等）

阿菲迪霉素
参考文献：Kim J.K., Esteve P.O., Jacobsen S.E., Pradhan S. UHRF1 Binds G9a and Participates in p21 Transcriptional Regulation in Mammalian Cells. Nucleic Acids Res. 2009;37:493–505. doi: 10.1093/nar/gkn961作用机理
抑制 DNA 聚合酶 α 活性
优点

• 简单
• 便宜
• 贴壁细胞系和悬浮细胞系均可使用
  缺点
  诱导复制应激

含羞草碱
参考文献：Park S.Y., Im J.S., Park S.R., Kim S.E., Wang H.J., Lee J.K. Mimosine Arrests the Cell Cycle Prior to the Onset of DNA Replication by Preventing the Binding of Human Ctf4/and-1 to Chromatin via Hif-1 Alpha Activation in HeLa Cells. Cell Cycle. 2012;11:761–766. doi: 10.4161/cc.11.4.19209作用机理
-抑制RNR
-抑制HMT
-在复制起点启动DNA合成
优点

• 简单
• 贴壁细胞系和悬浮细胞系均可使用
  缺点
• 诱导复制应激
• 核苷酸池不平衡