细胞生物学第十四章-2

第十四章细胞分化,细胞分化的概念及其相关术语细胞分化的分子基础影响细胞分化的因素,内容：,第十四章细胞分化,脂肪细胞,肠上皮细胞,横纹肌,具有骨细胞的骨组织,具有成纤维细胞的疏松结缔组织,14.1细胞分化的概念细胞分化是个体发育中，由一种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在形态、结构和功能形成稳定性差异，产生不同的细胞类群的过程(celldifferentiation)。,细胞分化是多细胞有机体发育的基础和核心。,对细胞分化的认识：,细胞分化表现为细胞间产生稳定的差异分化方向的确定往往早于形态差异的出现细胞决定（determination）指细胞从分化方向确定开始到出现特异形态特征之前的时期。即：一个细胞接受了某种指令，在发育中这一细胞及其后代细胞将区别于其他细胞而分化成某种特定的细胞类型。细胞决定先于分化，是稳定和可遗传的。细胞生理状态随分化水平提高而变化,果蝇幼虫成虫盘的定位及分化成的成虫器官,19世纪的胚胎学家们主张：细胞分化是由于遗传物质丢失引起的。A.Weismann（1892）提出的“种质学说”认为：基因的逐渐丢失而导致细胞分化，丢失的基因不同而决定了细胞走上不同的发育道路。,14.2细胞分化的分子基础：,现在公认的理论：细胞分化的分子实质是组织特异性基因(奢侈基因)在时间与空间上的差异表达的结果。基因选择性地表达专一性蛋白质而导致细胞形态、结构与功能的差异。,表14-2分子杂交技术检测基因及其表达,卵清蛋白基因-珠蛋白基因胰岛素基因实验方法,细胞总DNA,细胞总RNA,输卵管细胞成红细胞胰岛细胞,输卵管细胞成红细胞胰岛细胞,+,+,+,-+,-+-,+-,Southern杂交,Northern杂交,基因表达的组合调控：每种类型的细胞分化是由多种调控蛋白共同调控完成的。,组合调控引发组织特异性基因的表达：,基因的组合调控作用,2n,25=32,23=8,果蝇眼器官发育的组合调控：,果蝇ey基因转入到早期发育中将发育成腿的细胞中，结果在腿上形成眼睛。,细胞的全能性是指细胞经分裂和分化后，仍具有产生完整个体的潜能或特性。,14.3细胞的全能性（totipotency）,高度分化的植物细胞仍具全能性.植物的枝、叶、根都有可能长成一株完整的植株。,1958年胡罗卜根韧皮部细胞组织培养出完整的植株。,受精卵能够分化出各种细胞、组织，形成一个完整的个体，所以受精卵是具有分化潜能全能性的细胞。,成熟动物细胞不具备全能性，但细胞核保持分化的全能性。大量的核移殖实验证实，分化细胞的核仍保留完整的基因组DNA。童第周1978年成功地将黑斑蛙成熟的细胞核移入去核的受精卵细胞内，培育出了蝌蚪；60年代的爪蟾和80年代小鼠的核移殖；1997年多利羊(乳腺细胞)的诞生。,分化细胞的细胞核保持全能性,随着胚胎的发育，高等动物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和构建组织的潜能。,多（潜）能性（pluripotency）,干细胞(stemcell)是一类具有自我更新和多向分化潜能的细胞。,胚胎干细胞(embryonicstemcell，ES)：是从胚胎发育到囊胚期中分离的内细胞团细胞。胚胎干细胞的发育等级较高，具有分化出各种细胞类型，形成组织器官或发育个体的潜能，可在体外分化抑制培养克隆。成体干细胞(somaticstemcell)：一类存在于各种组织中，能自我维持增殖的未分化的细胞，在一定条件下，这些细胞便可按发育途径,经过分化产生多种功能的细胞群。成体干细胞的发育等级较低，是多能或单能干细胞。,干细胞的类型：,根据干细胞的来源不同，分为：,干细胞的类型：,全能干细胞(totipotentstemcell,TSC)：具有分化机体内任何一种类型的细胞，并能形成一个复杂有机体的潜能。如全能胚胎干细胞。多能干细胞（pluripotentstemcell）：具有分化出多种细胞类型和构建组织的潜能。发育潜能受到一定的限制。单能干细胞（unipotentstemcell）：只能分化产生一种类型或密切相关的几种类型的细胞，如上皮组织基底层的干细胞、肌肉中的成肌细胞。,根据干细胞的发育潜能分为：,多能干细胞来源于全能干细胞；单能干细胞来源于多能干细胞。,干细胞能分化为多种类型的细胞,musclecell,决定细胞分化方向的细胞质成分称为细胞质决定子(cytoplasmicdeterminants)。（如：mRNA与蛋白质复合物）,细胞质决定子,14.4细胞质在细胞分化中的决定作用,决定子支配着细胞分化的途径。受精卵在数次卵裂中,决定子一次次地被重组、分配到不同的细胞中,产生分化方向的差异。,卵母细胞质分布的不对称性,植物极,动物极,卵黄小体,受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响,14.5细胞间的相互作用对细胞分化的影响,1、胚胎诱导（embryonicinduction).在胚胎发育过程中，一部分细胞影响相邻细胞向一定方向分化的作用称为胚胎诱导。通过细胞旁分泌产生信号分子的作用是胚胎诱导的重要原因之一。,（眼的发生）,分化抑制,分化抑制-分化完成的细胞可以产生某种化学物质，而抑制附近的细胞进行同样方向的分化。,例如,把一个正在发育的蛙胚放到含有一片成体蛙心组织的培养液中培养,胚胎不能发育出正常的心脏。若没有这片蛙心,胚胎就可以正常发育。,2、细胞数量效应,例如：小鼠胚胎胰腺原基体外组织培养可发育成有功能的胰腺组织，如将原基切成8块分别培养，则不能形成胰腺组织。,细胞分化不是单个细胞或少数几个细胞的孤立变化，而必需有一定的细胞数量做基础。,3、激素的作用激素对细胞分化的影响可看作是远距离细胞间的相互作用。,昆虫的蛹化过程蜕皮素和保幼素蛙的变态甲状腺素等（T4，T3）T3三碘甲状腺氨酸T4甲状腺素,尾部相对长度%,14.5染色体组和基因水平对细胞分化的影响,染色体丢失：某些原生动物、昆虫及甲壳动物细胞分化过程中出现部分染色体丢失现象，如马蛔虫的一个变种，染色体破裂丢失的细胞将分化为体细胞，正常染色体的细胞将形成生殖细胞。,基因扩增：基因扩增是指细胞内某些特定基因的拷贝数专一性地大量增加的现象，如爪蟾的卵母细胞中，rDNA基因大量扩增以形成大量核糖体；果蝇的卵巢滋养细胞和唾腺细胞中，DNA复制而核不分裂，形成多线染色体。,基因重排：基因重排是基因差别表达的一种调控方式。,DNA的甲基化和异染色质化：甲基化和异染色质化使基因失活，相应地非甲基化或低甲基化能活化基因的表达。,14.6转分化与再生,脱（去）分化(dedifferentiation):已分化细胞失去其特有的结构和功能变成未分化细胞特征的过程。,转分化(transdifferentiation):由一种类型的分化细胞转变成另一种类型的分化细胞的现象。,小麦成熟胚脱分化与再分化：,再生(regeneration),生物体的整体或器官受外力作用发生创伤而部分丢失，在剩余部分的基础上又生长出与丢失部分在形态和功能相同的结构，这一修复过程称为再生。,再生与去分化,再生是细胞去分化与再分化，细胞迁移和细胞增殖的组合，不是单纯的细胞增殖过程。,蝾螈前肢切除，伤口处表皮细胞变形运动，形成单细胞层封闭伤口,顶帽下方细胞迅速去分化，形成一团无差异的去分化细胞,溶酶体活性增强，清除受伤组织,胚芽细胞加快分裂生长,胚芽细胞分裂和生长减慢,再生完成,形成顶帽,与顶帽构成胚芽,再生开始,细胞再分化,长成新前肢,有尾脊椎动物蝾螈肢体再生过程,蝾螈亚目蝾螈科Salamandridae有14属60余种蝾螈是有尾两栖动物，我国常见的是东方蝾螈，人们简称它为蝾螈。,终生保持未分化或低分化特征;具有多向