医学细胞生物学细胞分化.ppt

第十四章细胞分化 一 细胞分化的基本概念 一 细胞分化 celldifferentiation 是指从受精卵开始的个体发育过程中 细胞之间逐渐产生稳定性差异的过程 细胞分化是渐进的 长期变化的过程 在有机体整个生命过程中都有细胞分化活动 但在胚胎期表现的最典型 最显著 二 细胞分化的特征1 细胞分化具有高度的稳定性在一般情况下 经过分化形成的某种稳定类型细胞 形态结构和功能上保持稳定的细胞 不能逆转到未分化状态 如 神经元细胞 2 细胞决定先于细胞分化并制约着分化的方向 细胞决定 celldetermination 在个体发育过程中 在细胞发生可识别的分化特征之前就已经确定了未来的命运 即只能向特定的方向分化 这种预先做出的选择称细胞决定 细胞决定发生以后 分化方向一般不会改变 细胞决定实验示意图 明显分化之后 明显分化之前 3 细胞生理状态随着细胞分化水平的提高而变化 1 细胞分化水平越高 细胞的分裂能力越低 2 细胞分化水平越高 细胞对环境因素的反应能力越低 4 细胞分化具有时间性和空间性 1 时间性 一个细胞 在发育的不同时间阶段 其形态结构和功能不同 2 空间性 同一细胞的后代 由于所处空间位置不同 其环境也不同 其形态结构也不同 二 细胞的分化潜能 全能性 totipotency 细胞在一定条件下具有发育成完整个体的潜能 称为细胞的全能性 totipotencyblastocyst 全能性细胞 受精卵细胞 8细胞期之前的卵裂球 二 细胞的分化潜能 多能性 pluripotency 随着胚胎发育进行 细胞逐渐丧失了发育成个体的能力 仅具有分化成有限细胞类型的潜能 这种潜能称为细胞的多能性 这种细胞称为多能性细胞 如 三胚层细胞 全能性 totipotency 受精卵 卵裂 分化 外胚层 中胚层 内胚层 二 细胞的分化潜能 单能性 unipotency 细胞只具有向特定细胞系分化的能力 这种细胞分化的潜能是单能性 全能性 totipotency 多能性 pluripotency 1 在发育过程中细胞分化潜能逐渐变窄 体细胞与受精卵细胞核相比 1 分化细胞的DNA含量没有发生变化 2 分化细胞中染色体的数量没有发生变化 3 分化细胞的基因数目没有变化 2 分化细胞的细胞核具有全能性 1952年 R Briggs等人的核移植实验 1 去除爪蟾卵的细胞核 2 将爪蟾蝌蚪小肠上皮细胞核移植到去除细胞核的卵细胞中 接受小肠上皮细胞核和去核卵可以发育为具有生殖能力的爪蟾 蛙红细胞移植后发育成蝌蚪 1978年 童第周成功的将黑斑蛙成体红细胞核移植到卵细胞中 并发育成正常的蝌蚪 在1951年 1959年 朱洗用涂血针刺破万计的蟾蜍卵细胞 得到25只小蟾蜍 其中两支 雌性 长到成体 1960年死去一支 1961年 另一只与正常的雄体配对 产生800多只小蟾蜍登陆 1996年 在苏格兰 由罗斯林研究所的伊恩 威尔穆特教授等人通过体细胞克隆法培育的克隆羊 多利 问世 是世界上首只成年体细胞克隆动物 体细胞核全能性 体细胞核全能性 三 细胞分化与基因表达 细胞分化是基因选择性表达的结果 管家基因 housekeepinggene 是维持细胞生存所必需的 在各种细胞中处于活性表达状态 这类基因称为管家基因 如 细胞骨架蛋白 膜蛋白 染色质组蛋白 核糖体蛋白以及参与能量代谢的糖酵解酶 这类基因与细胞分化的关系不大 奢侈基因 luxurygene 在不同组织中进行选择性的表达 用来维持组织的特异性功能 又称组织特异基因 这类基因是细胞分化的基础 如 红细胞中的血红蛋白 皮肤表皮细胞的角蛋白 肌细胞中的肌动蛋白和肌球蛋白等 细胞分化的实质 基因选择性表达细胞分化的标志 细胞内合成新的特异性蛋白质在真核细胞 基因表达的调控可以发生在不同的水平上 主要发生在三个彼此相对独立的水平上 一 转录水平的调控 二 转录后的加工调节 三 翻译水平的调控 四 蛋白质形成后活性调节水平等 四 影响细胞分化的因素 细胞核对细胞分化的影响细胞质对细胞分化的影响细胞间的相互作用激素和细胞粘合分子对分化的作用 激素 1 甾类激素 脂溶性 分子小 能够通过细胞膜扩散到靶细胞内 与靶蛋白结合后进入细胞核 激活特定基因的表达 2 多肽类激素 水溶性的 分子大 与细胞膜表面受体结合 通过胞内信号通路激活靶蛋白 靶蛋白与基因调控点结合 激活特定基因的转录 细胞粘合 celladhension 是指在细胞发育分化过程中 细胞间的特异亲和性 包括细胞识别 细胞迁移 细胞聚集 细胞粘合依赖于细胞粘附因子 celladhensionmolecule CAM 当鸡的红细胞与培养的人Hela细胞 去分化的癌细胞 融合后 核的体积增大20倍 染色质松散 出现RNA和DNA合成 结果说明 Hela细胞质重新激活鸡红细胞核 将培养的爪蟾肾细胞核注入蝾螈的卵母细胞内 分析蛋白质合成情况发现 原来在肾细胞中表达的基因 这时不表达 而原来不表达的基因 这时却被激活 卵细胞质的母体效应 母体效应 maternal effect 卵母细胞中贮存的mRNA和蛋白质的分布是不均匀的 各种mRNA在细胞中都有定位分布 并随卵裂进入不同的子细胞中 卵细胞中的母体信息 细胞诱导 induction 胚胎发育过程中 一部分细胞对相邻细胞产生影响并决定其分化方向的现象 称为胚胎诱导 细胞抑制 inhibition 已分化的细胞抑制邻近细胞进行相同分化而产生的负反馈调节作用 作用 避免相同器官重复发生 与细胞诱导共同协调 维持细胞的正常分化 初级诱导 脊索诱导