细胞生物学教学课件第10章 细胞分化

第十二章细胞分化,一、细胞分化的概念细胞分化（celldifferentiation）指同一来源的细胞通过分裂逐渐产生结构和功能上稳定差异的过程。,第一节分化概念及规律,识别细胞分化的3项指标：A.细胞的形态结构；B.生理功能；分裂指数与分化程度成反比，分化程度越高对环境因子敏感越低。C.蛋白质合成。细胞分化的主要标志是：细胞内新的特异性蛋白质的合成。细胞分化的实质是：基因的差别表达。,二、细胞分化的一般特点,（一）具有遗传稳定性高等生物中，分化一旦确立，则其分化状态十分稳定且能通过许多细胞世代。例:黑色素细胞在体外培养30多代后仍能合成黑色素；离体培养的上皮细胞，始终保持为上皮细胞，而不会变成其他类型的细胞。,（二）细胞分化的时空性和有序性1.时间特异性2.空间特异性同一细胞的后代由于所处空间位置的不同，结果表现出的形态和功能的差异。,造血干细胞,前体细胞,祖细胞,功能血细胞,在细胞出现可识别的形态和功能的差异以前，细胞已经确定分化方向，这种细胞的发育选择叫做细胞决定(celldetermination）,果蝇成虫盘移植试验,无任何分化特征,3.细胞决定先于形态差异的出现,细胞决定是细胞潜能逐渐受限的过程,分化潜能降低,4.分化的有序性血红蛋白肽链4聚体在个体发育中呈现规律变化。,构成血红蛋白的珠蛋白肽链有7种：、G、A、。绝大多数血红蛋白由一对链和一对非链组成。链(和)由141个氨基酸组成，非链(,和)由146个氨基酸组成。,Hb种类及分子组成,02468Birth2468Months,(三)可逆性转分化和去分化,在一定条件下，细胞分化是可逆的。植物细胞的去分化；表皮细胞在过量维生素A的作用下可以转分化为粘膜上皮细胞；低等动物的再生现象（转分化）。,成熟胡萝卜植株,（四）一次性和持续性,部分细胞分化表现为一次性：哺乳动物神经细胞的分化是在发育的早期一次发生的，婴儿期之后不再分化。部分细胞分化表现为持续性：如多能造血干细胞分化为不同血细胞的细胞分化过程。,三、细胞分化潜能,1.在发育过程中细胞发育潜能逐渐变窄全能性：单个细胞在一定条件下分化发育成为完整个体的能力称为细胞全能性（totipotency）。,植物细胞的全能性,小鼠早期胚胎发育过程发育潜能的变化,多能性,全能性,卵裂(cleavage),外、中、内三胚层的细胞只能向发育为本胚层组织器官的方向分化，称为多能性（pluripotency）细胞。动物的体细胞大多数已经“单能化”。细胞分化的共同规律：,(1)细胞的分裂能力随分化程度的提高而有所下降；(2)细胞对环境因子的反应性也随分化程度的提高而降低（如对电离辐射的敏感性等）。,随着分化程度提高，细胞的生理活动与状态发生变化：,肿瘤细胞,放疗,只分裂不分化的异常细胞,分化程度低的可分裂细胞,（对电离辐射敏感性高）,（对电离辐射敏感性高）,2.细胞生理状态随分化水平提高而变化,细胞生物学,爪蟾的核移植及克隆羊实验,3.分化细胞的细胞核的全能性,第二节细胞分化的分子机制,一、细胞分化与基因差别表达奢侈基因（luxurygene）即组织特异性基因，指导产生细胞分化时出现的各种特异蛋白的基因。奢侈蛋白（luxuryprotein）这类蛋白对细胞自身生存无直接影响，却是细胞向特殊类型分化的物质基础。如红细胞的血红蛋白、表皮细胞的角蛋白、肌细胞的收缩蛋白、腺细胞的分泌蛋白等。,管家基因(house-keepinggene)不参与细胞分化方向的确定，而仅指导生成维持细胞生存所必需的最基本的蛋白质的基因。管家蛋白（housekeepingprotein）维持细胞生命活动所必需的，各类细胞普遍共有的蛋白质。膜蛋白、核糖体蛋白、线粒体蛋白、糖酵解酶、核酸聚合酶等。细胞分化实质不同特异性基因（奢侈基因）被选择性表达的结果。,分子杂交技术检测基因及其表达,组合调控引发组织特异性基因的表达,组合调控（combinationalcontrol）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的调控机制。即每种类型的细胞分化是由多种调控蛋白共同调节完成的。生物学作用：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。分化启动机制：靠一种关键性调节蛋白通过对其他调节蛋白的级联启动。,组合调控:即每种类型的细胞分化是由多种调控蛋白协同调控完成的。,二、差别基因表达的转录水平调控,（四）DNA甲基化与细胞分化调控,DNA甲基化（methylation）导致某些区域DNA构象变化，从而影响蛋白质与DNA的相互作用，抑制转录因子与启动区DNA的结合效率。DNA的甲基化可引起基因的失活。,一、细胞内因素1.细胞质对细胞分化的影响机制：受精卵胞质中的物质在子细胞中分配不均等，这些尚不明确的细胞质成分可以调控核基因的选择性表达，使细胞向不同方向分化。蛙受精卵的灰新月区的划分实验,第三节影响细胞分化的因素,蛙受精卵灰新月区划分实验,一些发育途径的决定，往往是首先由细胞质控制，而不是由细胞核控制，细胞质在细胞决定中起控制作用。,二、细胞间的相互作用对分化影响,1.诱导在胚胎发育过程中，一部分细胞对邻近细胞产生影响，并决定其分化方向的作用称为胚胎诱导。Spemann因此获诺贝尔奖。最早提出“克隆”概念。,诱导有层次进行先产生的结构可以作为诱导物去诱导下一个结构产生。眼球发育中的多级诱导,脊索,视杯,晶状体,角膜,眼球发育过程中多级诱导,神经板,神经管,初级诱导,次级诱导,三级诱导,2.细胞抑制,在胚胎发育中，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称为细胞抑制（inhibition）。分化完成的细胞可以产生抑素（chalone），抑素可抑制附近的细胞进行同样的分化。蛙胚置于含成体蛙心脏组织的培养液中,其分化进程会受到阻碍而不能完成。,三、环境因素对细胞分化影响,反应停事件！,人类胚胎对致畸因素的敏感性,A.不敏感期（受孕后2周内）此期的胚胎受到致畸作用后容易发生损害，但较少发生畸形。此时的胚胎细胞的分化程度极低，如果致畸作用强，胚胎即死亡；如果致畸作用弱，少数细胞受损死亡，多数细胞可以代偿调整。B.敏感期（受孕后3-8周）所有主要的外表和内部结构都在此时开始发育。极易受到内外环境因素的影响与损害，而导致严重的形