细胞生物学细胞分化备课讲稿.ppt

第十二章细胞分化 Human: 1014 cells, 200 cell types 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，产生不同的细胞类群的过程称为细胞分化细胞分化 Cell differentiation 上皮组织 肌肉组织神经组织 结缔组织细胞分化在胚胎时期达到最大限度 不同的细胞类型（不同的细胞类型（cell types)cell types)中，中，DNADNA相同，相同，mRNAmRNA种类不同，蛋白质种类不同种类不同，蛋白质种类不同 结论：相同的基因组在不同细胞中的选择性表达结论：相同的基因组在不同细胞中的选择性表达；细胞分化是基因选择性表达的结果细胞分化是基因选择性表达的结果二）（二）组织特异性基因与管家基因组织特异性基因与管家基因 管家基因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； e.g., e.g., 肌动蛋白、微肌动蛋白、微管蛋白、组蛋白、核糖体蛋白、管蛋白、组蛋白、核糖体蛋白、TAC TAC 循环的关键酶，循环的关键酶，etc.etc.管家基因(house-keeping genes)： 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。

e.g., e.g., 卵清蛋白、胰岛素卵清蛋白、胰岛素、血红蛋白，、血红蛋白，etc.etc.组织特异性基因(tissue-specific genes)产物用于调节组织特异性基因的表达，起激活或者起阻遏作用调节基因： 细胞分化过程是由一系列基因产物（细胞分化过程是由一系列基因产物（regulatory proteinsregulatory proteins）调控的 i.e., i.e., 每个基因的表达都必须：每个基因的表达都必须： 在正确的细胞中；在正确的细胞中； 在正确的时间；在正确的时间； 对正确的信号产生正确的反应；对正确的信号产生正确的反应； 产生正确的表达水平产生正确的表达水平 问题：细胞是如何协调（问题：细胞是如何协调（coordinatecoordinate）这一过程的？）这一过程的？ （三）组织特异性基因调控的基本模式（三）组织特异性基因调控的基本模式调控蛋白，如同单词和文章调控蛋白，如同单词和文章Limited words unlimited Limited words unlimited meaningmeaning组合调控概念：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组合调控组合调控引发组织特异性基因的表达分化启动机制： 在启动细胞分化的各类调节蛋白组合中，其中往往是只有一两种调控蛋白是起决定性的因子。

这样，单一调控蛋白就有可能启动整个的细胞分化过程体外培养的来自皮肤结缔组织的成纤维细胞转入关键性调控蛋白MyoD皮肤结缔组织的成纤维细胞表现出骨骼肌细胞的特征:如表达大量的肌动蛋白和肌球蛋白构成收缩器，并融合成肌细胞样的多核细胞等 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例子：果蝇眼形成的关键调控蛋白例子：果蝇眼形成的关键调控蛋白eyeyEy蛋白除了能启动细胞某些特异基因的表达，诱导某类分化外，其启动的某些基因本身可能又是另一些基因调节蛋白，它们进一步启动其他特异基因表达，诱导分化更多的细胞类型，形成由多种不同类型细胞组成的有序三维群体即导致器官形成果蝇ey基因转入第三节 影响细胞分化的因素 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 细胞的全能性(totipotency)：e.g.e.g.，受精卵、早期胚胎细胞；，受精卵、早期胚胎细胞；植物体细胞胚胎发生（植物体细胞胚胎发生（plant somatic embryogenesisplant somatic embryogenesis）（基础、内因）（基础、内因）动物细胞的全能性 如蛙skin细胞核移植后发育成蝌蚪 Dolly羊的诞生说明高度分化的哺乳动物体细胞核也具有发育全能性Dolly: A lamb with no father 高度分化的动植物体细胞，在遗传高度分化的动植物体细胞，在遗传背景（基因组背景（基因组DNA)DNA)和功能上均是全和功能上均是全能的。

能的多莉羊的克隆多莉羊的克隆细胞核始终保持其分化的全能 胚胎干细胞（embryonic stem cell,ES细胞） 指从原始生殖细胞或原始生殖细胞或着床前的内细胞团获得的一种具有多潜能性、可发育成为各种细胞、同时可保持不分化状态而持续生长的克隆细胞系 胚胎) 滋养层a.取自终止妊娠的胎儿的性器官组织 人胚胎干细胞的来源b.取自体外受精胚胎囊胚期内层细胞c.通过体细胞核转移技术获得胚泡用于制造转基因动物用于制造转基因动物受精后第 3.5 天的囊胚骨髓多能造血干细胞，它可分化出十二种血细胞，但不能分化出造血系统以外的其它细胞多能干细胞（stem cell） 动物细胞随着胚胎的发育，细胞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，这种潜能称为多潜能性具有多潜能性的细胞称为多能干细胞单能干细胞 Monopotential stem cell终末分化:由定向干细胞最终形成特化细胞类型的过程 只能向一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化如上皮组织基底层的干细胞 从全能性到多能性，再到单能性，最后失去分化潜能成为成熟定型的细胞干细胞干细胞来源来源胚胎干细胞（胚胎干细胞（embryonic stem cells, ESCembryonic stem cells, ESC）成体干细胞：造血（骨髓）干细胞成体干细胞：造血（骨髓）干细胞 神经干细胞神经干细胞 肝脏干细胞肝脏干细胞 功能功能多潜能干细胞（多潜能干细胞（pluripotent stem cellspluripotent stem cells）定向干细胞定向干细胞 （directional stem cellsdirectional stem cells）可以定义为一类具有分裂和分化能力的细胞。

干细胞1胞外信号分子对细胞分化的影响 （二）影响细胞分化的因素胚胎诱导:早期胚胎发育过程中，一部分细胞会影响周围细胞使其向一定方向分化，这种作用称近端组织的相互作用，也称为胚胎诱导近端组织的相互作用是通过细胞旁分泌产生的信号分子旁泌素（又称细胞生长分化因子）来实现的 眼的发生中本身的逐级诱导过程正常情况下，早期的视泡诱导与之接触的外胚层上皮细胞发育成晶状体，随后在视泡和晶状体的共同诱导下外面的表皮细胞形成角膜如果把早期的视泡移植在头部的其它部位，也可诱导与之接触的外胚层发育成晶状体例证 这种作用出现在发育的晚期,激素引起的反应是按预先决定的分化程序进行的,其作用主要是引起靶细胞进行分化 例如无尾两栖类的幼体发育要经过一变态阶段,在此阶段中发生的变化有蝌蚪的尾鳍和尾部被吸收,前后肢形成等这些变化与甲状腺分泌的甲状腺素有关系远距离细胞间相互作用对细胞分化的影响主要是通过激素来调节的 例如果蝇成虫盘的移植实验果蝇成虫盘是幼虫体内的未分化的细胞团，决定成虫的腿、翅、触角和躯体的其他结构将幼虫的成虫盘一部分进行移植实验 ： 移植到另一幼虫体内按决定方向发育分化成虫盘移植到成虫体内-果蝇腹腔不断增殖保持未分化状态，时间长达9年，繁殖1800代后，再取出移植到幼虫体内，当幼虫变态时，被移植的成虫盘细胞仍发育成相应结构2. 细胞决定的稳定性和遗传性定义定义：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它细胞而分化成某种特定的细胞类型，或者说在形态、结构与功能等分化特征尚未显现之前就已确定了细胞的分化命运。

a. a. 正反馈途径（正反馈途径（positive feedback looppositive feedback loop）即细胞接受信号刺激后，）即细胞接受信号刺激后，活化转录调节因子，该因子不仅诱导自身基因的表达，活化转录调节因子，该因子不仅诱导自身基因的表达，还诱导其它组织特异性基因的表达还诱导其它组织特异性基因的表达本质本质：特定的基因表达谱式在细胞增殖过程中的传递特定的基因表达谱式在细胞增殖过程中的传递b.b.染色体结构变化（染色体结构变化（DNA DNA 与蛋白相互作用）的信息传到子代细胞与蛋白相互作用）的信息传到子代细胞染色质构型（染色质构型（e.g., e.g., 常染色质和异染色质）常染色质和异染色质）3. 3.受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响 动物卵细胞中贮存有大量mRNA，呈非均匀分布；细胞分裂时胞质不均等分配，子细胞所得胞质成分不完全相同 细胞所处的位置不同对细胞分化的命运也有明显的影响实验证明，改变细胞所处的位置可导致细胞分化方向的改变，这种现象称位置效应位置信息”是产生效应主要原因 4. 4. 细胞位置效应细胞位置效应所谓位置信息，即各细胞群或组织，接受所处的空间位置的发育指令。

其中典型的例子是许多爬行动物，如蜥蜴类的A.agama，E.macularius，它们在较低温度条件下（24度）全部发育为雌性，而温度提高（32度）则全部发育为雄性龟类的T.graetta，C.caretta又出现相反的情况，即在较低温度条件下全部发育为雄性，而温度提高则全部发育为雌性 另外，有一种蜗牛类的软体动物Crepidula，它们的性别决定取决于个体间的相互位置关系，在它们形成的上下相互叠压的群体中，位于下方的个体发育为雌性，而位于上方的个体发育为雄性人们对于环境影响性别的机制还不清楚.5 5环境对性别决定的影响环境对性别决定的影响环境环境 基因表达基因表达 细胞分化细胞分化 性状性状癌细胞（cancer cell）肿瘤（tumor）在致瘤因素作用下，细胞在基因水平上失去对其生长的正常调控，导致异常增生良性肿瘤：生长缓慢，与周围组织边界明显恶性肿瘤：癌症(cancer)，生长快、具有迁移性肿瘤组织由实质和间质两部分构成，实质是肿瘤细胞，间质由结缔组织和血管组成第一节 癌细胞的主要特征HeLa cancer cells1.细胞生长与分裂失去控制，具有无限增殖能力2.具有浸润性和扩散性，癌细胞失去与细胞间和细胞外基质间的连接，易于从肿瘤上脱落。

许多癌细胞具有变形运动能力，并且能产生酶类，使血管基底层和结缔组织穿孔，使它向其它组织迁移3.细胞间相互作用改变-接触抑制丧失和锚定依赖性丧失5.染色体非整倍性4. mRNA的表达谱及蛋白活性改变 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常表达一些胚胎细胞表达的蛋白Pancreas cancer癌症产生是基因突变积累和自然选择的结果癌症主要是体细胞突变产生的遗传病，涉及到两大类与细胞增殖相关的基因的突变1. 原癌基因（proto-oncogene）： 是细细胞的正常基因，它们编码们编码 的蛋白质质是维持正常细细胞生命活动所必须的，通常参与细细胞的生长长与增殖的调节调节 原癌基因突变变后成为为促癌的癌基因，导导致细细胞癌变变，也称为细细胞癌基因(cellular oncogene，c-onc)第二节 癌基因与抑癌基因原癌基因产物：原癌基因产物：1.生长因子2.生长因子受体3.信号转导组分4.细胞凋亡调节蛋白5.转录因子 有些癌基因编码编码 活性过过度的受体或活性过过强的细细胞内信号转转导导蛋白，它们们可在没有外源信号的情况下促使细细胞过过度增殖而癌变变.原癌基因突变原癌基因突变: Gain-of-function mutationsBcl-2 oncogene: Prevent apoptosisRas oncogene: Retain bind GTP2.抑癌基因 是一类抑制细胞过度生长、增殖从。