细胞分化概念

1、第十四章细胞分化与基因表达调控个体发育_从受精卵形成胚胎，而后胚胎生长发育成个体的过程称为个体发育，从形态上看，个体发育过程经历生长，分化和形态发生.受精受精是成熟的精子与成熟的卵子相遇,两者互相作用后，经历顶体反应，皮层反应，原核融合等过程，受精作用结受精图（海胆）胚胎发生口受精后，受精卵经过多次有丝分裂，叫卵裂,它与体细胞有丝分裂不同：1、细胞增殖，无细胞生长2、细胞的核质比例越来越大3、分裂快，无明显间期，迅速形成囊胚经过囊胚后，进入原肠胚，这是分化发展的过程。0.5 mmfertilized egg divides without growing (hours)oocyte grows

2、 without FERTILI- dividing (months) ZATIONtadpole feeds, grows, and becomes an adult frogTheoocyteis1-mmindiameterThecytoplasmis100,000timesmorethanaregularhumancellsAfterfertilization,rapidcelldivision(cleavage) Firstdivision:90min 2nd-12thdivisions:30min/division Forms4096cellsin7hours(noG1andG2)胎

3、儿的发育细胞分化：结构与功能的适应性Human:1014 cells,>200 cell types、细胞分化口在个体发育中，由一种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在形态、结构和功能上形成稳定性差异，产生不同的细胞类群的过程称为细胞分化(celldifferentiation).实质在于基因选择性表达1.1细胞分化是基因选择性表达的结果在个体发育过程中基因按照一定程序相继活化的现象，称为基因的差次表达或顺序表达。细胞分化并不是由于在发育过程中遗传物质选择性丢失所致；而是由于基因选择性的表达各自特有的专一性蛋白质而导致细胞形态、结构和功能的差异。分子杂交技术检测基因及其表达刑胞反DNA训胞忠

4、KINA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卵清蛋白基因+一P-坏声口壬+十胰岛素基因+十+实验方法No+1.2组织特异性基因与管家基因 管家基因(house-keepinggenes):是指所有细胞中均要表达的一类基因，其产物是对维持细胞基本生命活动所必需的；如微管蛋白基因、糖酵解酶系基因、核糖体蛋白基因等； 组织特异性基因(tissue-specificgenes),或称奢侈基因(luxurygenes):是指不同的细胞类型进行特异性表达的基因，其产物赋予各种类型细胞特异的形态结构特征与特异的功能；如卵清蛋白基因、胰岛素基因等调节基因(regulatorygenes)产物用

5、于调节组织特异性基因的表达，起激活或者起阻遏作用。 细胞分化的实质是组织特异性基因在时间和空间上的差异装达(differentialexpress)所致。1.3组合调控引发组织特异性基因的表达pp.471图141：2n（n=3zA,B,C）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（如眼的发育）。 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。1.4 单细胞有机体的细胞分化单细胞

6、生物体（甚至原核细胞）也存在细胞分化的现象。与多细胞有机体细胞分化的不同之处：前者多为适应不同的生活环境，而后者则通过细胞分化构建执行不同功能的组织与器官。1.5 转分化和再生转分化(transdifferentiation)：一类型分化的细胞转变成另一种类型的分化细胞现象称转分化。去分化(dedifferentiation)：指分化细胞失去其特有的结构和功能变成具有未分化细胞特征的过程。口再生(Regeneration):指生物体缺失部分后重建的过程：生物体的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上相同的结构。口不同的细胞有机体，其再生能力

7、有明显的差异：一般情况下，植物强于动物，低等动物强于高等动物，幼体强于成体。再生往往涉及去分化和再分化的过程，但有些细胞只是从GO期细胞进入细胞周期(如肝细胞)。再生的形式: 生理性再生：即细胞更新，如人体内每秒中约有600万个新生的左面胞骞代相同薮量死亡的红细胞。 修复性再生：许多无脊椎动物用这种方式来形成失去的器官，如上述提到的壁虎的尾和螃蟹的肢。 重建：是人工实验条件下的特殊现象。如人为将水聪的一片组织分散成单个细胞。在悬液中，这些细胞重新聚集，在几天至几周以后，形成一条新翱水博。现在普遍认为再生是细胞去分化，细胞迁移和细胞增殖的组合，而不是单纯的补充或增殖。如蝶螃的前肢被切除后，再生包

8、括以下的过程：伤口处细胞的粘着性减弱，通过变形运动移向伤口。形成单层细胞外闭伤口。这层细胞称为顶帽(apicalc叩)或顶外胚层帽(apicalectodermalcap)。顶帽下方碣细胞，如骨细胞，软骨细胞，成纤维细胞，肌细胞，神经胶质细胞迅速去分化。形成胚芽。胚芽内部缺氧，PH下降，提高了溶酶体的活性，促进受伤组织的清除。胚芽细施加快分裂和生长，最后细胞又开始分花病成一个新的肢体。二、影响细胞分化的因素2.1 Cell totipotency（细胞全舶性）指细胞经分裂和分化后仍具有形成完整有机体的潜能或特性，称为全能性。受精卵、早期胚胎细胞、植物细胞都具有全能性。植物细胞具有全能性， 在适

9、宜条件下可培育成 完整植株，已广泛应用60年代的爪蟾核移殖AneworganismcreatedbytheprocessofnucleartransplantationTransplantationoffrogredcellnucleusindicatedthenucleusofanimalistotipotency（全能性）Dolly:Alambwithnofather“sire*RenuxeggChromosome,Mejrrouod阳加8AAPirparec6lcutio*wntissuectmammarygtoMC«Hatfturettwnvty:mrwMicMIReduce

10、$<nxrtevdIincuretoarrestcroMhonddw：Fuseegcwith、oittrodcel.andactivate2.2干细胞(Stemcell)干细胞(Stemcell)：具有多潜能性的细胞称为干细胞,在一定条件下，可以分化为多种功能细胞。Hastwoabilities:(l)Self-renewing(2)DifferentiatingWheretogetthestemcells?(1)EmbryonicstemcellsCREATIONOFSTEMCELLLINEFROMANEMBRYOrSPERMANDEGGX)IN一<SINGLECELLINNER

11、CELLISOLATEDMASSISOLATEDEMBRYOFORMEDINTRODUCEDINTOGROWTHMEDIUMCELLOVIDES,FORMIMGSTEMCTLLLINE©2001GentKScSerx.Ont”,UnIe历9f(2) AdultstemcellsESC的主要用途: 克隆动物，由体细胞作为核供体进行克隆动物生产，虽然易于取材，但克隆动物个体中表现出严重的生理或免疫块陷，而且多为致命性的； 转基因动物，以ESC细胞作为载体，可大大加快转基因动物生产的速度，提高成功率； 组织工程（tissueengineering,人工诱导ESC定向分化，培育出特定的组织和

12、器官，用于医学治疗的目的； 工育生物学研究的理想体外模型。Diseasesthatimpairbrainfunction,suchasAlzheimer'sdiseaseandParkinson'sdisease>SpinalcordinjuriesBlooddiseases,includingleukemiasBurnsafs of inner cell mass2 .细胞记忆与决定细胞决定（celldetermination）：在发育过程中,细胞在出现可识别的形态、结构和功能差异之前，其分化方向已由内外因素确定的现象。“决定”早于分化细胞能将短暂的“决定”储存下来，形

13、成长时间的“记忆”O3 .受精卵细胞质的不均一性卵细胞具有极性，可分为动物极（核靠近的一极）和植物极。其次，卵细胞中的蛋白质、mRNA并非均匀分布的，而是定位于特定的空间。在卵裂过程中，不同的细胞质被分配到不同的子细胞中（分得的家底不同）,从而对子细胞的分化命运产生影响。4 .细胞的相互作用(胚胎诱导)与位置效应 胚胎发育过程中，一部分细胞诱导其它细胞向特定方向分化的现象，也称“近端组织的相互作 当改变细胞在胚胎上所处位置可导致细胞分化方向的改变，这种现象称为位置效应(positioneffect)o口5.环境对性别决定的影响环境因素只是条件，基础建立在细胞的内部 6.染色质变化与基因重排基因

14、重排适细胞分化的特殊方式14.2癌细胞比喻:动物体（人）一一个特殊的"社会”（society）;细胞一“社会”中的个体（individuals）;原则一“个体”的自我牺牲（self-sacrifice）;癌细胞一“社会”中的“不轨分子”（违反上述原则，“疯狂增殖”）癌细胞是一种突变的体细胞，脱离了细胞社会关于增殖和存活的控制，可以无限制的增殖产生肿瘤。，癌的类群 癌（carcinoma）从组织的外表面和内表面（上皮组织）星友百癌； 瘤（sarcoma）源于中胚层形成的支持组织（骨、软骨、脂肪、结缔组织和肌组织等）中形成的癌。 淋巴瘤（lymphoma）和白血病（leukemia）是由

15、淋已和血液产生的癌，自血病主要是指癌细胞已经大量进入血液中。一、癌细胞的特征良性肿瘤（benign）：不转移（分裂失控）口恶性肿瘤（m疝gnant）:转移、侵润特征:1 .生长和分裂失控"永生"细胞（immortal）;细胞核增大; 分裂快;低分化，宫颈癌细胞特征A: normal;B: precancerous;C： invasive carcinoma2 .侵润性和扩散性任润性(invasive);扩散性(difftisible);转移性(metastasis)normal gland neoplastic fibrous conncctivotubulesgland

16、tissue capsulo ofADENOMA (BENIGN)normal glandinvasive,tubulescdncrousADENOCARCINOMA (MALIGNANT)良性肿瘤(benign)和恶性肿瘤(malignant)恶性肿瘤的转移(metastasis)invade capilteryaapillaryPW, ben电c tumorn" VAvai thruuuh tH<x>d%ucni Cl(nv than 1 inwill grvieto form mwttx”)to bio0d w«aei wall in livorudcxi

17、po fcocn blood vesss 的U-V9 3 5)p<olif*n*!«k ro l<xm mdMiuisis m i»vei3 .蛋白表达谱系或蛋白活性改变往往有胚胎细胞蛋白表达，端粒酶活性升高；而纤连蛋白减少。去分化现象，已知肿瘤细胞中表达的胎儿同功酶达20余种。胎儿甲种球蛋白（甲胎蛋白）是胎儿所特有的。但在肝癌细胞中表达，因此可做肝癌早期检定的标志特征。4遗传的不稳定性(ggnejic instability)DNA损伤修复能力降低一DNA复制中纠错能力降低一一异常高的突变率染色体畸变发生机率增加5.癌细胞接触抑制性的丧失二、致癌因素(Carc

18、inogenicfactors)原癌基因当细胞癌变抑癌基因致癌因子i±：致癌因子(carcinogens)：环境的,遗传的，内源的相关基因(cancer-criticalgenes)的突变基因突变的积累基因表达谱式的改变细胞活动的异常(周期，粘附性，凋亡，移动性，)癌细胞的产生本质:体细胞基因组的改变(突变的积累);癌症是由众多因素引发的“基因病”(genedisorder)(体细胞)；有别于通过性细胞传递的“遗传病”(geneticdisorder)。复杂性：美国“攻克痣症”的十年计划的失败二、癌基因和抑癌基因(cancer-criticalgenes)1.原癌基因(proto-oncogenes)和癌基因(oncogenes)原癌基因：为细胞的正常基因，多编码控制细胞周期、细胞凋亡、细胞增殖的各种调控因子和活性蛋白，是细胞正常功能所必需；病基因：为原癌基因的突变形式