细胞分化文档资料

1、12受精卵受精卵卵裂卵裂分化分化外胚层外胚层神经管神经管表皮表皮腺腺脑脑脊髓脊髓毛、齿毛、齿甲、爪甲、爪疏松结缔组织疏松结缔组织致密结缔组织致密结缔组织中胚层中胚层软骨软骨骨骨肌肉肌肉形成血的组织形成血的组织髓样组织髓样组织淋巴组织淋巴组织泌尿生殖系统泌尿生殖系统内胚层内胚层呼吸系统上皮呼吸系统上皮消化道上皮消化道上皮胰胰肝肝腺腺甲状腺甲状腺甲状旁腺甲状旁腺外胚层外胚层中胚层中胚层内胚层内胚层3human cell： 1015cells, 265 cell types4一、细胞分化的概念一、细胞分化的概念 细胞分化细胞分化cell differentiationcell differentia

2、tion：是指同一来源的细：是指同一来源的细胞经过分裂逐渐产生形态结构、生理功能和蛋白质合成等胞经过分裂逐渐产生形态结构、生理功能和蛋白质合成等方面都有稳定差异的过程。常将细胞的方面都有稳定差异的过程。常将细胞的形态结构、生理功形态结构、生理功能和生化特征能和生化特征作为识别细胞分化的作为识别细胞分化的3 3项指标。项指标。第一节第一节 细胞分化的一般概念细胞分化的一般概念 细胞分化的细胞分化的关键关键在于特异蛋白质的合成。在于特异蛋白质的合成。5二、细胞分化的一般规律二、细胞分化的一般规律细胞分化的稳定性；细胞分化的可逆性；细胞分化基因调节的保守性；细胞分化有时间上的分化和空间上的分化。6细

3、胞决定：细胞在发生可识别的形态变化之前，就受到细胞决定：细胞在发生可识别的形态变化之前，就受到一定的限制而确定了细胞的发展方向，这时细胞内已经一定的限制而确定了细胞的发展方向，这时细胞内已经发生了改变，确定了未来的发育命运，这种现象称为发生了改变，确定了未来的发育命运，这种现象称为细细胞决定（胞决定（cell determination) )。在胚胎发育早期分化方向就决定了，这是生物长期进化在胚胎发育早期分化方向就决定了，这是生物长期进化的结果。的结果。 第二节第二节 细胞决定与细胞分化潜能细胞决定与细胞分化潜能7细胞的全能性：一个细胞在一定条件下具有发育成细胞的全能性：一个细胞在一定条件下具

4、有发育成完整个体的潜能，称为细胞的全能性。具有这种潜能完整个体的潜能，称为细胞的全能性。具有这种潜能的细胞称为全能性细胞。的细胞称为全能性细胞。受精卵受精卵表现最高的全能性。表现最高的全能性。81958年美国科学家斯图尔德利用胡萝卜韧皮部的年美国科学家斯图尔德利用胡萝卜韧皮部的细胞进行细胞培养细胞进行细胞培养从根的韧皮部分离细胞从根的韧皮部分离细胞植物细胞全能性的应用植物细胞全能性的应用组织培养组织培养9单个细胞分裂后形单个细胞分裂后形成的细胞团成的细胞团细胞团发育成胚状体细胞团发育成胚状体101112dolly ian wilmut伊恩伊恩维尔穆特爵士维尔穆特爵士 多多 莉莉从一只六岁雌性的

5、芬兰多塞特(finn dorset)白面绵羊（称之为a）的乳腺中取出乳腺细胞，将其放入低浓度的培养液中，细胞逐渐停止分裂，此细胞称之为供体细胞。 从一头苏格兰黑面母绵羊（称之为b）的卵巢中取出未受精的卵细胞，并立即将细胞核除去，留下一个无核的卵细胞，此细胞称之为受体细胞。 利用电脉冲方法，使供体细胞和受体细胞融合，最后形成融合细胞。电脉冲可以产生类似于自然受精过程中的一系列反应，使融合细胞也能像受精卵一样进行细胞分裂、分化，从而形成胚胎细胞。 将胚胎细胞转移到另一只苏格兰黑面母绵羊（称之为c）的子宫内，胚胎细胞进一步分化和发育，最后形成小绵羊多莉。 13外胚层外胚层神经管神经管表皮表皮腺腺脑脑

6、脊髓脊髓毛、齿毛、齿甲、爪甲、爪疏松结缔组织疏松结缔组织致密结缔组织致密结缔组织中胚层中胚层软骨软骨骨骨肌肉肌肉形成血的组织形成血的组织髓样组织髓样组织淋巴组织淋巴组织泌尿生殖系统泌尿生殖系统内胚层内胚层呼吸系统上皮呼吸系统上皮消化道上皮消化道上皮胰胰肝肝腺腺甲状腺甲状腺甲状旁腺甲状旁腺外胚层外胚层中胚层中胚层内胚层内胚层全能全能多能多能单能单能这是细胞分化的普遍规律。这是细胞分化的普遍规律。全能细胞全能细胞多能细胞多能细胞终末分化终末分化 细胞细胞14造血干细胞（多向性）造血干细胞（多向性）原红细胞（定向性）原红细胞（定向性）网织红细胞网织红细胞红细胞红细胞粒系巨噬定向干细胞粒系巨噬定向干细

7、胞原单核细胞原单核细胞单核细胞单核细胞巨核细胞巨核细胞血小板血小板淋巴母细胞淋巴母细胞淋巴细胞淋巴细胞（6型）型）原粒细胞原粒细胞（中性、嗜碱、嗜酸性）（中性、嗜碱、嗜酸性）造血干细胞分化示意图造血干细胞分化示意图原巨核细胞（定向性）原巨核细胞（定向性）巨噬细胞巨噬细胞15.细胞决定的特征16.细胞决定的机制及调节卵细胞质对早期胚胎细胞决定的作用；卵细胞质对早期胚胎细胞决定的作用；细胞位置对早期胚胎细胞决定的影响；细胞位置对早期胚胎细胞决定的影响；发育阶段特异基因表达与细胞决定的关系。发育阶段特异基因表达与细胞决定的关系。171.卵细胞质对早期胚胎细胞决定的作用动物卵细胞中贮存有大量mrna,

8、呈非均匀分布;母系基因产物控制卵的不对称分裂，在细胞分裂时一些重要的分子被不均等地分配到两个子细胞中。182.细胞位置对早期胚胎细胞决定的影响受精后，受精卵一边进行卵裂，一边沿输卵管受精后，受精卵一边进行卵裂，一边沿输卵管向子宫方向下行，向子宫方向下行，2 23 3天可到达子宫。此时的天可到达子宫。此时的胚胎是由许多细胞构成的中空的小球体，称为胚胎是由许多细胞构成的中空的小球体，称为胚泡。胚泡。胚泡不断通过细胞分裂和细胞的分化而长大，胚泡不断通过细胞分裂和细胞的分化而长大，分成了两部分。滋养层细胞发育成胚胎的附属分成了两部分。滋养层细胞发育成胚胎的附属结构，内细胞团发育成胎儿。结构，内细胞团发

9、育成胎儿。193. 发育阶段特异基因表达与细胞决定somites are epithelial spheres ofembryonic mesoderm cells, some of which (the myotome) become determined as myoblasts after receiving signals from other tissues (1 ). after the myoblasts proliferate and migrate to the limb buds and elsewhere (2 ), they undergo terminal diffe

10、rentiation into multinucleate skeletal muscle cells, called myotubes (3 ).20细胞分化的关键是特异性蛋白质的合成，而特异性蛋白质细胞分化的关键是特异性蛋白质的合成，而特异性蛋白质的合成的实质在于基因的选择性表达。从分子层次上看，的合成的实质在于基因的选择性表达。从分子层次上看，是特定基因在一定的时间、空间表达的结果，细胞分化的是特定基因在一定的时间、空间表达的结果，细胞分化的本质是本质是基因调控基因调控的问题。的问题。管家基因管家基因（house keeping gene) )维持细胞最基本生命活动维持细胞最基本生命活动

11、所不可缺少的基因。如：核糖体蛋白基因、氧化磷酸化所需全所不可缺少的基因。如：核糖体蛋白基因、氧化磷酸化所需全部酶蛋白基因、糖酵解酶蛋白基因等。部酶蛋白基因、糖酵解酶蛋白基因等。 奢侈基因奢侈基因 ( (luxury gene) )与各种分化细胞的特殊性状有直与各种分化细胞的特殊性状有直接关系的基因。如：胶原蛋白基因、角蛋白基因、血红蛋白接关系的基因。如：胶原蛋白基因、角蛋白基因、血红蛋白基因、肌动蛋白基因、肌球蛋白基因。基因、肌动蛋白基因、肌球蛋白基因。 第三节第三节 细胞分化与基因表达细胞分化与基因表达21 在胚胎发育和分化过程中相继出现各种不同的细胞类型在胚胎发育和分化过程中相继出现各种不

12、同的细胞类型是由于有关的奢侈基因按一定的顺序相继活化的结果，这种是由于有关的奢侈基因按一定的顺序相继活化的结果，这种现象称基因的差次表达（基因的顺序表达）。现象称基因的差次表达（基因的顺序表达）。出生出生 10 504030206 12 18 24 30 36 6 12 18 24 30 36 42 48 妊娠周数妊娠周数出生周数出生周数人类的珠蛋白肽链的发育演变人类的珠蛋白肽链的发育演变22人类珠蛋白基因的顺序表达23基因表达的调控基因表达的调控（一）（一）dnadna水平上的调控水平上的调控 染色体上染色体上dnadna顺序的重排，是改变基因组中有关基因顺序的重排，是改变基因组中有关基因顺

13、序结构的基因调控方式。顺序结构的基因调控方式。（二）转录水平的调控二）转录水平的调控 dnadna甲基化、各种顺式调控元件和反式调控因子的综甲基化、各种顺式调控元件和反式调控因子的综合作用。合作用。（三）转录后水平的调控三）转录后水平的调控（四）翻译水平的调控（四）翻译水平的调控24单链单链dnadna形成：基因被激活后，双链形成：基因被激活后，双链dnadna解开成单链解开成单链以利于转录，从而形成一些对以利于转录，从而形成一些对dnaasednaase的超敏位点的超敏位点。 dnadna拓朴结构改变：天然双链拓朴结构改变：天然双链dnadna均以负性超螺旋构均以负性超螺旋构象存在，当基因激

14、活后，则转录区前方的象存在，当基因激活后，则转录区前方的dnadna拓朴拓朴结构变为正性超螺旋。正性超螺旋可阻碍核小体形结构变为正性超螺旋。正性超螺旋可阻碍核小体形成，并促进组蛋白解聚。成，并促进组蛋白解聚。 核小体不稳定性增加：由于组蛋白修饰状态改变，核小体不稳定性增加：由于组蛋白修饰状态改变，巯基暴露等原因而引起核小体结构改变。巯基暴露等原因而引起核小体结构改变。 1. 染色质结构改变参与基因表达的调控染色质结构改变参与基因表达的调控25dna甲基化是指在dna甲基化转移酶（dnmts）的作用下，将一个甲基添加在dna分子的碱基上；最常见的是加在胞嘧啶上，形成5-甲基胞嘧啶（5mc)。2.

15、dna2.dna甲基化甲基化dnadna甲基化可引起基因组中相应区域的染色质结构变化甲基化可引起基因组中相应区域的染色质结构变化, , 使使dnadna失去失去dnadna酶的敏感位点和限制性内切酶的切割位点；酶的敏感位点和限制性内切酶的切割位点； dna dna 甲基化可使染色质高度螺旋化甲基化可使染色质高度螺旋化, , 凝缩成团凝缩成团, , 失去转录失去转录活性。在发育过程中活性。在发育过程中, ,当某些基因表达完成后当某些基因表达完成后,dna,dna的甲基的甲基化可能参与了基因的关闭过程化可能参与了基因的关闭过程. . 263. 各种调控元件调节转录 27 转录后水平的调控hnrna

16、hnrna的选择加工；的选择加工；如用海胆囊胚的mrna制成的cdna探针,分别与原肠胚,肠和体腔细胞hnrna杂交,结合率高达80%,而与囊胚和肠细胞mrna结合率则不同,前者为28%,后者仅为10%,说明不同组织中转录的hnrna可以一致,但mrna却不相同. 转录后初级产物转录后初级产物rnarna的加工；的加工；如从大鼠甲状腺和脑下垂体细胞分离得到的同一初级转录物,通过不同的剪切与加工,可产生2种不同的成熟mrna.在甲状腺c细胞中编码降钙素,而在脑下垂体和多种神经细胞中,则编码降钙素基因相关蛋白.专一专一mrnamrna的降解的降解如哺乳动物成红细胞(erythroblast)的分化

17、过程中,早期细胞合成若干种mrna,其中少量的珠蛋白mrna被保留,但到后期最后几次细胞分裂时,只有珠蛋白mrna保留下来,其他种类的mrna均被降解. 在黏菌发育过程中,如果黏菌在某一阶段停止发育,则会把准备用于下阶段的新mrna降解.28翻译水平的调控基因表达过程中,一条合成的多肽链经翻译后加工产生多种不同活性的蛋白质或多肽. 如鸦片促黑皮质素(pomc): 结构上为acth,促黑素细胞激素(msh),内啡肽, 脂酸动员激素(lph)的前体. 29细胞分化与肿瘤细胞分化与肿瘤 分化指原始干细胞在发育中渐趋成熟的过程。通过分分化指原始干细胞在发育中渐趋成熟的过程。通过分化、细胞在形态、功能、代谢、行为等方面各具特色，各化、细胞在形态、功能、代谢、行为等方面各具特色，各显其能，从而形成不同的组织和器官。显其能，从而形成不同的组织和器官。 肿瘤的基本特征之一是细胞的异常分化。分化在肿瘤肿瘤的基本特征之一是细胞的异常分化。分化在肿瘤病理学中常指肿瘤细胞与其起源程序的成熟细胞（相应的病理学中常指肿瘤细胞与其起源程序的成熟细胞（相应的正常细胞）的相似程度。在形态、功能、代谢、行为等方正常细胞）的相似程度。在形态、功能、代谢、行为等方面，