细胞增殖分化异常与疾病课件.ppt

第八章细胞增殖分化异常与疾病 细胞增殖 cellproliferation 细胞通过分裂 使细胞数目增多 并将遗传信息传给子代细胞 保持物种的延续性 细胞分化 celldifferentiation 在细胞增殖时 子代细胞在形态 结构和生理功能上产生差异的过程 其本质是细胞发生基因差别表达 人体生长 发育 衰老等时期 体内不稳定细胞通过分裂增殖 补充衰老凋亡或坏死的细胞 以维持细胞数量的相对平衡及正常组织器官的结构和功能 若细胞增殖停止 机体就会趋于死亡 细胞分化不能正常进行 将导致机体内特定组织器官的结构形成 功能和代谢异常 细胞是在增殖过程中进行分化 分化过程离不开增殖 增值与分化在细胞生命活动中是紧密相连的 若细胞增殖低下 分化不良可致组织器官发育不全 细胞过度增殖 分化不全则导致恶性肿瘤 从基因水平看 细胞增殖分化异常 是细胞增殖分化基因的调控异常 第一节细胞增殖的调控异常与疾病 内容提要细胞周期与调控细胞周期调控异常与疾病 细胞增殖的调节过程 包括细胞生长 DNA复制和细胞分裂 细胞增殖是通过细胞周期来实现的 在细胞周期内 细胞出现一系列生化反应和结构 功能变化 一 细胞周期与调控 细胞周期的概念 分期和特点概念又称细胞增殖周期是指增殖细胞从一次分裂结束到下一次分裂结束所经历的时期和顺序变化 细胞周期的分期G1期 firstgapphase DNA合成前期 S期 syntheticphase DNA合成期 G2期 secondgapphase DNA合成后期 M期 mitoticphase 有丝分裂期 S期最关键 此期 细胞进行DNA倍增和染色体复制 连续分裂的细胞按G1 S G2 M四个阶段循环 又称为周期性细胞 不稳定细胞 有些细胞可暂时脱离细胞周期 不进行增殖 需要适当刺激才可以重新进入细胞周期 称为G0期细胞 如肝细胞 肾小管上皮细胞等等 稳定细胞 还有些细胞如神经细胞 心肌细胞等永远脱离细胞周期 丧失分裂能力 则成为终端分化细胞 固定细胞 单向性细胞只能沿G1 S G2 M方向推进 不能逆转 阶段性各期细胞形态和代谢特点有明显差异 细胞可因某种原因而在某时相停滞下来 待生长条件适合后 细胞又可重新活跃到下一时期 检查点控制各时相交叉处存在着检查点 checkpoint 决定细胞下一步的增殖分化趋向 细胞微循环影响细胞周期是否顺利推进与细胞外信号 条件等密切相关 细胞周期的特点 细胞周期的调控 细胞周期的自身调控 周期素 cyclin 随细胞周期不同时相 进行合成和降解调节细胞周期 目前已发现哺乳动物细胞中至少有8种cyclin 共14个成员 分为三大类 G1期细胞cyclinS期细胞cyclinG2 M期细胞cyclin 需与催化亚基CDK形成复合物 激活相应的CDK和加强CDK对特定底物的作用 驱动该期前行 表8 1 表8 1cyclin CDK复合物及其相关蛋白 cyclin在细胞周期中以恒定的速度产生 有丝分裂时因降解大于合成而消失 在间期时合成大于降解而积累 周期素依赖性激酶 cyclindependentkinase CDK CDK对细胞周期的调节方式 有序地磷酸化和去磷酸化来调节细胞周期 依赖于与cyclin的结合和其分子中某些氨基酸残基的磷酸化状态 含催化亚基的CDK需要cyclin提供调节亚基才能显示活性 只有cyclin浓度升高达到阈值时 才能与相应的CDK结合形成cyclin CDK复合体 CDK才能被激活 CDK分子中含有活化部位和抑制部位 其活化部位处于磷酸化和抑制部位处于去磷酸化状态 CDK才显示活性 CDK的活性还受其上游的CDK活化激酶 CDK activatingkinase CAK 的影响 CAK是通过使CDK分子中的活化部位的氨基酸残基磷酸化来参与调控CDK的活性 CDK的激活 CDK是一组丝氨酸 苏氨酸 serine threonine 蛋白激酶 已发现有9种成员 CDK1 9 CDK的组成及家族成员 CDK的灭活 CDK的灭活 泛酸 ubiquitin 介导的蛋白水解酶系外 CDI可特异性抑制CDK的活性 时相变化调节细胞周期 CDK在各类细胞中 表达的分子浓度在细胞周期各阶段是稳定的 由于cyclin的周期性波动 所以CDK出现周期性的变化 细胞周期素依赖性激酶抑制因子 CDI对细胞周期调节的方式 CDKinhibitor CDI CDI是CDK的抑制物 分子量较小 哺乳类细胞的CDI主要包括Ink4 Inhibitorofcdk4 和Kip kinaseinhibitionprotein Kip 等 当出现某种应激或损伤时 Kip和 或Ink4发挥作用 使带有某种类型损伤的细胞阻滞在G1期 Ink是一组CDK4的抑制蛋白 分子量15 20KD 含有一个重复的结构域ankyrin 可特异性地与CDK4 6结合 防止其与cyclin再结合或降低cyclin CDK复合物的稳定性 以抑制其激酶活性 间接抑制mRNA的合成而抑制细胞周期 Ink4的成员包括P16Ink4a P15Ink4b P18Ink4c P19Ink4d P16Ink4a 在S期达高峰 对G1 S限制点起负调控作用 Kip的N端有一个保守的80个氨基酸序列 经外共价键与cyclin CDK复合物结合 形成三元体或四元体抑制CDK Kip的成员包括P21waf1 P27Kip1 P57Kip2 它们在N 末端具有高度的结构和功能相似性 可特异性抑制几种cyclinD CDK的蛋白酶活性 但其C 末端还具有各不相同的功能区 P21waf1作用较强 作用谱较广 其合成的调节主要有P53依赖性和P53非依赖性两条途径 P21waf1还参与细胞应激状态的信号转导 P27Kip1在休止细胞内呈高表达 在增值细胞内呈低表达 能与G1后期所形成的cyclinE CDK2结合 来灭活cyclin CDK复合物活性 抑制细胞周期 通过C 末端抑制CDK2 T160 的磷酸化而抑制其激酶活性 增殖细胞核抗原 proliferatingcellnuclearantigen PCNA 也是一种细胞周期相关蛋白 它不与CDK结合 而作为DNA聚合酶的附属蛋白 促进DNA聚合酶延伸DNA 在S期浓度最高 故常可作为S期标志物之一 在细胞周期中 cyclin与CDK形成复合体 激活CDK 推动细胞周期行进 当CDI介入 形成cyclin CDK CDI复合体或cyclin减少时 CDK活性受到抑制 就终止细胞周期行进 这种调控 在细胞周期过程中 根据实际需要有序进行 使细胞周期运行与环境和发育相一致 CDK又受Rb和P53 myc等基因的控制 使之与细胞分化和细胞死亡相协调 完成细胞增殖 cyclin CDK CDI之间的关系 小结 泛素依赖的蛋白溶解系统 泛素 是由76个氨基酸组成的小分子蛋白 具有高度保守性 泛素介导的蛋白质水解是一个普通的生化过程 需多项酶促反应参与完成 泛素有两条不同的蛋白水解途径 CDC34途径主要是通过水解CDI来促进细胞从G1期转换到S期 P53和pRb蛋白均作用于G1期 阻止G1 S期转化 后期促进复合体途径 主要是通过水解后期抑制因子和水解有丝分裂cyclin而促进细胞由有丝分裂中期向后期转换 并由此结束分裂期 抑癌基因产物P53和pRb蛋白 P53蛋白可与其专一的DNA接合部位结合 通过活化含有此反应元件的CDK 抑制P21及gadd45基因的转录 使DNA受损伤的细胞生长停滞在G1关卡点 P53蛋白还可和TATA结合蛋白结合 抑制细胞增殖的迅速发生早期基因c jun PCNA等的转录 抑制细胞增殖 P53蛋白还可和复制因子A相互作用 抑制DNA复制 Rb蛋白在大部分的G1期 呈低磷酸化状态 而在晚G1期 经S G2及M期则高磷酸化 低磷酸化的pRb在G1期与E2F 细胞转录活化因子 首先发现它能激活腺病毒E2启动子而得名 结合 并且抑制E2F介导的反式激活作用 高磷酸化的pRb失去与E2F结合的能力 因此不能抑制E2F 另外 抑癌基因Rb失活 可释放转录因子 引起P16表达增强 后者竞争cyclinD与CDK4 CDK6结合 导致CDK4 CDK6激酶失活 细胞停滞于G1期 7 细胞周期检查点 checkpoint 细胞周期检查点是保证细胞周期中DNA复制和染色体分配质量的检查机制 是一类负反馈调节机制 细胞周期检点的种类 DNA损伤检查点 在G1 S交界处检查 如果DNA受损 则把细胞阻滞在G1期 先进行DNA修复 然后才能复制 DNA复制检查点 在S G2交界处检查 负责检查DNA复制进度 纺锤体组装检查点 通过检查有功能的纺锤体形成 管理染色体的正确分配 探测器 在细胞周期进展中 若前一期尚未彻底准确完成 就进入下一期 对细胞来说将是灾难性的 检查点工作方式 负责检测上一期进展的质量问题 传感器 将探测器所检获的 出了质量问题 信号下传 如磷酸激酶传递给效应器 效应器 负责中断细胞周期进程 并开动修复机制 细胞周期反应CDK既是细胞周期转折的主要调节因子 也是细胞周期检查点的效应器 因此 细胞周期中某一检查点失灵 检查点的组成部件受损或检查点控制回路的调节障碍与肿瘤的发生 衰老等密切相关 细胞外信号对细胞周期的调控 细胞外环境细胞因子 激素 基质 营养改变影响细胞周期 增殖信号 细胞外信号 大多数肽类生长因子可促进G0期细胞进入细胞周期 细胞因子与膜受体结合 启动细胞内信号转导 促进cyclinD合成 并下调CDI合成 cyclinD与相应的CDK结合 使pRb磷酸化而失去抑制E2F的作用 游离的E2F激活DNA合成基因 使细胞进入G1期 如丝裂原刺激持续存在 细胞继而进入S期 而MAPK若磷酸化 则抑制cyclin降解 使细胞停留在M期 抑制信号 如转化生长因子 transforminggrowthfactor TGF 在体内外能广泛抑制正常细胞和肿瘤细胞生长 并使细胞阻滞于G1期 TGF 对细胞周期的调节是下调cyclin和CDK等的表达 主要是在G1期抑制CDK4的表达 同时还诱导P21waf1 P27kip1 和P15Ink4b等CDI产生 细胞休止于G0期或进入细胞周期并有序进展的条件 外来信号的种类 强度和持续时间 细胞内级联反应的调控 各种cyclin和CDI的适时合成和降解 调节各种CDK的瞬间活性 并在细胞检查点对前期完成的事件进行检查 校正合作出反应以调节细胞周期进展 二 细胞周期调控异常与疾病 细胞增殖过度或不足即是细胞周期的调控异常 细胞周期的驱动力改变 cyclin CDK和CDI表达过高或过低 周期调控异常与细胞的恶性增殖的主要表现 检查机制障碍 相关疾病 增殖过度的疾病如肿瘤 肝肺肾纤维化 前列腺肥大等 增殖缺陷的疾病如再生性贫血 基因缺陷无汗腺症 胚胎发育障碍先天性畸形等 表8 2 表8 2细胞增殖分化异常与相关疾病 细胞周期调控异常与肿瘤 细胞周期蛋白的异常 基因扩增是主要机制 如乳腺癌 胃肠癌及食道癌中 扩增程度可达16倍以上 染色体倒位如人甲状旁腺肿瘤发生倒位inv p15 q13 染色体易位如B淋巴细胞瘤 由于Bcl 1断裂点发生 q13 q32 易位 cyclinD1对于正常及某些肿瘤的G1期有一个阈值 超过阈值 细胞不会进入S期 cyclinD1在许多肿瘤中发现有扩增 尤其在乳腺癌中 扩增可达15 而过表达可达45 基因的扩增与过表达 不成比例 提示除了扩增 还可能存在其他导致过表达的机制 尽管过量表达的cyclinD1使细胞易被转化 但是它不足以使原代细胞发生转化 需与其他癌基因协同作用 如与Ras协同作用能转化大鼠肾细胞或大鼠胚胎成纤维细胞 与myc协同作用能诱导转基因小鼠发生B淋巴瘤 CDK的增多 肿瘤细胞主要见于CDK4和CDK6的过度表达 CDK只有与cyclin结合形成cyclin CDK复合体时 才能被激活 CDK4可能是TGF 介导增殖抑制的靶蛋白 用TGF 处理人角化细胞时 可抑制CDK4的mRNA表达 处理水貂肺上皮 MVILU 细胞时 可引起CDK4减少 但不影响其mRNA的表达 高浓度的CDK4可对抗P15的作用 在诱导细胞分化过程中 常有CDK4表达的下调 而CDK4持续高表达则抑制细胞分化进行 CDI表达不足和突变 真核细胞的细胞周期由cyclin依次激活相应的CDK所推动 CDI的变化直接影响CDK活性 由此影响细胞周期进行 CDI基因是肿瘤抑制基因 在肿瘤中CDI基因有不同程度的异常 肿瘤细胞呈现CDI表达不足或突变 Ink4失活 InK4直接与cyclinD1竞争结合G1期激酶CDK4 CDK6 抑制其对pRb的磷酸化作用 使游离E2F 1与未磷酸化的p105Rb结合 导致依赖于E2F 1转录基因不能转录 InK4间接地抑制多种生化反应 包括DNA合成 从而抑制细胞周期进展 Ink4中p16Ink4a基因常见的失活原因 P16基因纯合性缺失 染色体异位 p16基因的CpG岛高度甲基化 可分别见于黑色素瘤 胶质瘤 胰腺癌 非小细胞肺癌 食管癌 急性白血病 乳腺癌 直肠癌细胞中 不同肿瘤细胞株与原发性肿瘤p16InK4基因突变及缺失率不同 InK4家族氨基酸序列同源性分析提示 处于活动中心的氨基酸残基高度保守 肿瘤发生时活动中心的氨基酸变异高 InK4与肿瘤发生的基因变异以缺失为主 错义突变也较常见 Kip含量减少 Kip中的P21是P53下游靶分子 P21是双重抑制因子 其N端与CDK结合抑制细胞进入S期 C端与PCNA结合 阻断DNA复制 P21cip1基因突变在临床上并不常见 而调节它的P53基因突变在人类肿瘤中则较常见 p53除了作为G1 S交界处DNA损伤检查点的分子外 还可诱导CIP基因表达 2019 12 20 41 可编辑 细胞受损时 P21作为以P53为主的调控机制中的一分子 参与细胞周期的调控 反式激活P21cip1 如在遗传性共济失调毛细血管扩张症患者 P21cip1和GADD45不能积累 G1 S期检查点出现障碍 患者对放射线极其敏感 癌症发生率极高 在一些原发性结肠癌和乳腺癌细胞中 游离的P27kip1的量显著低于正常细胞 且其下降水平与肿瘤不良预后有关 仅在极少数肿瘤中发现P27kip1突变 此现象认为其突变是致死性的 而不是造成细胞转化 检查点功能异常 P53丢失的作用 易于产生药物诱导的基因扩增 细胞分裂和染色体准确度降低 一个细胞周期中可产生多个中心粒 而导致有丝分裂时染色体分离异常 遗传的不稳定性又导致染色体数目和DNA倍数改变 细胞进一步逃避免疫监视而演变成恶性肿瘤细胞 并可增加肿瘤侵袭性 转移性及最后化疗抵抗作用等 DNA双链断裂还可以在G2 M转变期激活DNA损伤检查点 阻止细胞进入有丝分裂 以增加修复时间和诱导修复基因转录 完成DNA断裂损伤的修复 如果失去G2 M检查点的阻滞作用 引起染色体端粒附近DNA序列丢失以及染色体的重排和基因扩增 白癜风 细胞周期调控异常与其他疾病 白癜风皮肤中黑素细胞明显减少或消失 黑素由黑素细胞产生 通过树突输入周围的角质形成细胞 形成皮肤色素 人皮肤黑素细胞存在于表皮 基质和毛囊外根鞘 人皮肤黑素细胞又分为3个亚群 表皮内中度黑素化 多树突的黑素细胞 在培养中增殖良好 毛囊内小的双极 无黑素黑素细胞 在培养中增殖良好 分化程度较 低 成熟黑素体抗原少 毛囊内大的高度黑素化的黑素细胞 不增值 白癜风早期 2 6个月 进行性皮损处 黑素细胞异常 晚期 1 5年 皮损处 黑素细胞消失 表皮为内分泌器官 角质形成细胞通过分泌PGF2 IL 1 LT B4 干细胞因子等以旁分泌方式调节黑素细胞的位置 生长 树突形成和黑素生成 生长在低钙环境中的角质形成细胞可释放刺激黑素细胞增殖和黑素合成因子 高钙环境中角质形成细胞释放的因子只能刺激黑素形成 中波紫外线可使角质形成细胞分泌ET 1 IL 1 中波紫外线激活黑素细胞过程中的主要细胞因子 增加 长波紫外线照射后角质形成细胞介质中IL 6 IL 8 粒 巨噬细胞集落刺激因子 GM CSF 明显增加 该介质可引起培养中人黑素细胞DNA合成显著增加 成纤维细胞介质 如HGF和干细胞因子 可显著刺激黑素细胞DNA合成 人成纤维细胞产生的有丝分裂原可影响人黑素细胞生物学特性 成纤维细胞与角质形成细胞都存在的模型中 黑素细胞的黑素产量最高 皮肤中的成纤维细胞和角质形成细胞通过多种细胞因子来调节黑素细胞的增殖分化和功能 在白癜风皮损局部色素恢复过程中 皮肤黑素细胞储库内无活性黑素细胞在特定条件下可被激活 向表面迁移 形成色素恢复斑 皮损周围正常的黑素细胞也可向皮损区迁移 使皮损面积减少 但白癜风皮损区存在抗黑素细胞粘附的环境 周围的角质形成细胞和成纤维细胞分泌的一些细胞因子可促进黑素细胞的增殖 分化 黑素形成和迁移 第二节细胞分化的调控异常与疾病 一 细胞分化的调控 细胞分化的概念和特点 细胞分化的机制 决定 先于分化 细胞质在决定细胞差别中的作用 细胞间相互作用 细胞分化的调控 基因水平调控 转录和转录后水平调控 转录水平调控 转录后水平调控 翻译与翻译后水平调控 细胞外因素调控二 细胞分化调控异常与疾病 一 细胞分化的调控 细胞分化的概念和特点 同一来源的细胞通过细胞分裂增殖 产生结构和功能上有特定差异的子代细胞的过程称为细胞分化 细胞形态结构 生化特征和生理功能是判断细胞分化的三项指标 人类成人的机体有200多种细胞 它们都由同一个受精卵分裂而来 细胞分裂和细胞分化是多细胞生物个体发育的基础 个体发育是通过细胞增殖 分化和凋亡三种生命活动来实现的 细胞一方面分化 一方面增殖 但不断增值的细胞并不一定都能得到或具有分化的潜能 一种细胞在不同的发育阶段有不同形态和功能改变 这是时间上的分化 例如骨髓内血细胞的发生过程 细胞分化又分为时间上的分化和空间上的分化 来源于同一种细胞的子细胞因所处位置不同 其形态和功能也不同 这是空间上的分化 例如外胚层来源的细胞可发育成表皮细胞或神经细胞等 机体产生新的分化细胞的方式 通过已分化细胞的简单倍增 形成新的分化细胞 由未分化的干细胞产生 干细胞 stemcell 是一类增殖较慢 但能自我维持增殖的细胞 具有定向分化的潜能 存在于各种组织的特定部位上 人体干细胞分为 全能干细胞 多能干细胞和定向干细胞三类 干细胞分裂产生的子细胞 胚胎干细胞在适宜条件下因能分化机体内各种组织细胞而称为全能干细胞 向终末分化 仍做干细胞 体内凡需要不断产生新的分化细胞而分化细胞本身又不能分裂的组织均需要干细胞来维持细胞群体 分裂产生的子细胞可分化产生2种或以上类型细胞的称为多能干细胞 如骨髓造血干细胞 通过增殖 分化产生定向干细胞 它是各系的母细胞 干细胞分裂产生的子细胞只能分化为某一种类型细胞的称为定向干细胞 如精原细胞 红细胞系 白细胞系等 定向干细胞失去多方向分化的能力 只能向一系或相关的两系细胞分化 定向干细胞上具有对某种调节因子起反应的结构 定向干细胞增值能力不是无限的 只能分裂几次 如红细胞系经过原红细胞 早幼红细胞 中幼红细胞 晚幼红细胞几个阶段 最后分化成红细胞 细胞分化的基本特点 稳定性 是最显著的特点 细胞分化一旦确立 其分化状态稳定存在 且能遗传给子细胞 全能性 分化细胞来自共同的受精卵 仍能保留受精卵的全部信息 在一定条件下可表达出各种信息 选择性 分化的细胞内所含基因呈选择性开放和选择性抑制 因而不同类型细胞表现出不同性状 具有增殖能力的组织中已分化的细胞在一定条件下 如一定的体外培养条件 生长因子的刺激和癌基因的导入 可以逆转到胚胎状态 形成去分化现象 细胞分化条件的可逆性 细胞分化的机制 细胞分化是细胞内不同基因在不同发育阶段选择性激活的结果 细胞内不同时空上有序表达的结果 决定 先于分化 例如胚胎早期先有外 中 内3胚层 而细胞形态并无差别 但各个胚层却预定要分化出一定的组织 如中胚层将分化出肌细胞 骨细胞 软骨细胞和结缔组织的成纤维细胞 这种决定是稳定的和可以遗传的 细胞 决定 是某些基因永久地关闭 而另一些基因顺序地表达 具备向某一特定方向分化的能力 细胞质在决定细胞差别中的作用 干细胞分裂时 干细胞质各区的组分并不相同 分裂使不同胞质的组分分割进入子细胞 造成细胞质的不均质 这些干细胞所特有的细胞质组分称为细胞质决定子 细胞分化后 决定子一次次地重组 使子细胞产生差别 某些特殊发育途径的决定常首先由细胞质控制 实验表明 分化后的细胞遗传物质并没有丢失 细胞核的全能性也没有丧失 基因的差别表达是由细胞质提供的因子决定的 细胞分化还与细胞间相互作用有关 细胞所在位置与其他细胞群的联系 可产生位置效应 细胞与细胞直接接触可直接进行信息转导 细胞外物质 细胞外基质 细胞粘附分子和细胞因子 对细胞的分化起着启动诱导作用 如细胞粘附分子 celladhesionmolecule CAM 可影响神经细胞分化去向 细胞间相互作用 总之 细胞分化是在不同细胞质对细胞核作用下逐步进行 分化基因表达产物进入胞质又可改变原来的基因表达环境 使细胞核进入新的基因表达状态 在细胞发育分化过程中 细胞核与细胞质相互作用不断进行 使控制分化的基因在特定的时空中表达 细胞才不断分化 细胞分化的调控 基因水平调控 细胞分化调控本质上是基因调控 各种体细胞在任何时间内 其全套基因组3万多基因 只有5 10 的单一序列基因进行表达 以维持特定的结构代谢和功能 细胞分化就是要实现和维持这种态势 参与分化的基因按功能可分为2类 管家基因与组织专一基因 管家基因 它编码维持细胞各种基本活动所必需的结构功能蛋白 为维持细胞生存所必需 在各类细胞都处于活动状态 如核糖体蛋白 线粒体蛋白 糖酵解酶编码的基因 组织专一基因 编码细胞特异性蛋白 如专一选择性表达红细胞血红蛋白 皮肤角蛋白 这类基因表达对细胞生存无直接影响 对细胞分化 细胞表型确定 起重要作用 各种分化细胞表型的多样性 是由于每种类型细胞只表达其遗传信息一部分 即选择性表达 如红细胞表达血红蛋白 浆细胞表达免疫球蛋白 结缔组织细胞表达胶原蛋白 这些基因选择性表达导致细胞分化 不同种类细胞的基因选择活动的现象称为差别基因表达 deferentialgeneexpress 转录和转录后水平调控 在诱导分化因子作用下 细胞分化的关键是转录调控 其次是转录加工翻译及其修饰 转录水平调控 真核细胞的细胞专一基因表达依赖于基因调控区的启动子和增强子序列 不同的调节蛋白组合决定了基因是否活动 有的细胞因转录蛋白的正确组合而决定了细胞专一基因表达 也有的细胞因基因发生折叠使转录因子和RNA聚合酶无法同基因结合 基因调控区相互作用的转录调节物的分类 存在于多种细胞中 许多基因转录都需要的调节物 在特定组织中的一个或一组基因专一表达所需要的调节物 只存在于特定种类的细胞中 对组织专一性调控 还需另一些基因调节蛋白参加 这些蛋白与DNA的某些位点结合 共同控制基因的专一活动 已在人类的DNA调节部位分离出此种调节蛋白100种以上 它们与特定的DNA序列结合 细胞外信号在基因转录调节激活物中起着关键作用 影响细胞的基因表达模式 转录后水平调控 DNA最初转录的是前体mRNA 在细胞核质中 其数量和种类多于细胞质中的mRNA 同一种前体的mRNA在几种细胞内部都可以合成 但最终结局不同 有的被完全分解 有的被加工成mRNA 前体mRNA和mRNA在种类上的差异说明 转化细胞合成专一性蛋白质并不都是由于差别转录造成 转录后加工也起重要作用 许多前体mRNA在核内被迅速降解 不能加工成mRNA进入细胞质 同一种前体mRNA可由于加工不同而产生出不同的mRNA和蛋白质 通过外显子的不同拼接 一个基因可制造一个关系近缘的蛋白质家族 例如为神经细胞粘附分子 N CAM 编码的mRNA前体物即可被加工成100多种不同的形式 翻译与翻译后水平调控 翻译水平调控是指mRNA选择性翻译成蛋白质 不同细胞对翻译产物进行不同加工 细胞分化的物质基础是蛋白质分子的专一合成 DNA大分子荷载遗传信息 通过mRNA转录到核糖体 再合成蛋白质 翻译后水平调控如血红素对血红蛋白合成的调节 血红素过多可产生反馈抑制相关合成酶使血红素合成量下降 过多血红素刺激珠蛋白合成 为保持按特定比例匹配状态下血红蛋白亚基按比例合成 细胞外因素调控 包括细胞外信号物质 如蛋白质肽类激素 甾体激素 甲状腺激素 细胞因子 细胞外基质 含细胞粘附分子等的严格时相性表达 和营养因素 细胞生长环境中的营养物质及离子浓度特别是Ca2 的浓度 等 本质是影响核转录因子活性的细胞信号转导的进行 还可通过影响起始因子 延伸因子和核糖体蛋白的磷酸化而在翻译水平上调节基因表达 二 细胞分化调控异常与疾病 细胞分化的调控异常可发生在胚胎发育期和成人机体中 并引起相应疾病 其中研究最深入的是肿瘤 畸胎瘤 teratoma 畸胎瘤的胚胎发育分化调控异常的表现 动物的卵细胞未经排卵就被激活 在卵巢中进行异位发育 此时细胞的增殖和分化失控 形成分化的毛发 牙 骨 腺上皮等和未分化的干细胞杂乱聚集 可转化为畸胎癌 畸胎癌干细胞持续增殖但不分化 能用在宿主间连续移植肿瘤细胞 或体外培养 的方法无限期保持下去 能被诱导分化成正常细胞 畸胎瘤转化成的畸胎癌干细胞体外培养 用诱导剂 如维甲酸或二甲基亚砜等 可逆转分化为多种正常的细胞 这表明畸胎癌细胞的转化并非由于控制细胞正常增值的基因突变 很可能是基因调控失误而使表型异常 恶性肿瘤 恶性肿瘤细胞的异常分化 肿瘤细胞分化的特点 低分化 表现为形态的幼稚性 细胞异型性 失去正常排列极性 并伴有功能异常 去分化或反分化 发生肿瘤的组织细胞 由于细胞分化的条件可逆性 引起多种表型又返回到原始的胚胎细胞表型 趋异性分化 divergentdifferent