第一篇发育生物学基本原理

第二章 细胞分化的分子机制,个体发育的中心问题是细胞分化。 从表型特征上，将可细胞分为3种类型：全能细胞：能够产生有机体所有细胞表型，或者一个完整的有机体。全套基因信息都可以表达。多潜能细胞：发育潜能受到一定的限定，仅能分化形成特定范围内的细胞。部分限制、部分表达。分化细胞：由多潜能细胞通过一系列分裂和分化发育成的特殊细胞表型。大部分限制、 5-10%的信息表达。,全能细胞 totipotent cell 多能细胞 pluripotent cell 专能细胞multipotent 双能细胞 bipotent单能细胞unipotent,细胞分化是基因差异性表达的结果, 由基因差异性表达，不同细胞具有了不同的蛋白质组。 引起差异基因表达来源于： 细胞内卵质差异 细胞外邻近细胞的相互作用 差异基因表达的调控机制： 差异基因转录 核RNA的选择性加工 (转录组） mRNA的选择性翻译 （蛋白质组） 差别蛋白质的加工（功能蛋白质组）,第一节 基因组相同和基因差异表达,一、有机体不同组织细胞基因组相同的证据（一）遗传学证据 染色体数目（二）胚胎学证据 不同细胞期的卵裂球 可单独发育个体（三）分子生物学证据 分子杂交 原位杂交 同一有机体的不同细胞，无论是已决定的细胞或是已分化的细胞，都与未分化细胞的核相同，具有全部发育的潜能，具有相等的基因组结构，即基因组相同。,二、核潜能的限定 核移植实验 随着个体发育的不断进行，细胞核指导发育的潜能被越来越限定，甚至丧失了指导全部发育的能力。,一般核移植过程,核克隆过程,核克隆过程,Dolly的诞生,三、基因组相同的例外1 染色体消减 马蛔虫: 体细胞中80%的DNA丢失 生殖细胞含完整的基因组结构2 基因重排图,剪切,免疫球蛋白基因重排,第二节 染色质水平基因活性的调控,第二节 转录水平调控,一 、基因表达的时间和空间的特异性 基因表达的精确时间范围、空间位置，否则会导致发育异常。,二、发育中基因转录水平的调节和变化珠蛋白基因的转录图图,妊娠第3个月：-珠蛋白基因表达逐渐停止，同时-和-基因开始表达，产量逐渐增加。出生后：血红蛋白分子的组成迅速转换，由胎儿型代之为成体型，即22。正常成体的血红蛋白分子中22占97%，22为2%-3%，22为1%。,人的-和-珠蛋白基因位于第16号染色体上，而 -、-、-和-珠蛋白基因相连，在第一号染色体上依次排列。-珠蛋白基因家族的表达显示了一种调控机制，即指导其从胚胎型胎儿型成体型转变的顺序开关。,(三)转录调控蛋白5S核糖体RNA基因的转录调控,三、基因差异转录的调控机制基因的结构及转录过程启动子、增强子转录因子（protein）,第三章 转录后调控,DNA转录RNARNA加工水平调控翻译及翻译后水平调控,第一节 RNA加工水平调控,一、mRNA前体和mRNA细胞核的最初转录产物，细胞核RNA，区别细胞质中mRNA与mRNA相比，细胞核RNA分子量大，寿命短仅有少部分能被加工形成mRNA,二、 前体RNA加工 不同发育期的核RNA一致性。在一定程度上，基因差异表达是在RNA加工水平上进行调控。在核RNA、细胞质mRNA、（翻译）水平分别检测。,三、 加工水平的调控DNA mRNA前体 不同加工mRNA,第二节 翻译及翻译后水平调控,mRNA的种类、数量，贮藏/翻译翻译的时间、数量 与其他基因产物的协调翻译产物的加工、转运、包装,第四章 发育中的信号传导,多细胞动物的胚胎发育是一个复杂又高度协调的过程。信号传导是细胞间通讯的主要形式，即由信号细胞产生信号分子，诱导靶细胞发生某种反应；靶细胞通常通过特异性受体识别细胞外信号分子，并把细胞外信号转变为细胞内信号，引起细胞反应的这一过程称为信号传导。,参与早期胚胎发育的信号调节途径,一、TGF 信号途径二、Wnt 信号途径三、Hedghog 信号途径四、Notch 信号途径,一、TGF 信号途径,转化生长因子（tranforming growth factor ，TGF），是一类分泌性的信号分子。超家族因子包含30个成员: TGF，BMP (bone morphogenetic protein), Activin等亚类。TGF参与细胞分裂的调节.BMP在脊椎动物及果蝇的胚胎背腹轴图式形成中具有重要作用。Nodal 在脊椎动物胚胎中胚层的图式形成、左右轴的建立中起着关键作用。,图4.1 TGF 信号传导途径,二、Wnt 信号途径,分泌性信号分子 人类 19，果蝇 7 活性差异：Wnt-1/wg, Wnt-5awnt-1 类在爪蟾异位表达可诱导次级胚轴的形成;wnt-5a 不具有次级体轴诱导的能力，但可以降低细胞的黏着性，改变细胞的运动状态。,图4.2 Wnt 信号途径,三、Hedghog 信号途径,分泌性信号分子果蝇：体节形成脊椎动物：神经系统的背腹轴