第十二章_细胞分化与基因表达调控

1、Your company sloganLOGOLOGO 第一节第一节 细胞分化细胞分化 第二节第二节 癌细胞癌细胞 第三节第三节 真核细胞基因表达的调控真核细胞基因表达的调控第十四章第十四章 细胞分化与基因细胞分化与基因表达调控表达调控Your company sloganLOGOLOGO一、细胞分化的基本概念一、细胞分化的基本概念二、影响细胞分化的因素二、影响细胞分化的因素Your company sloganLOGOLOGO几种生物的细胞数目与类型几种生物的细胞数目与类型Your company sloganLOGOLOGOYour company sloganLOGOLOGO 1.细胞的

2、重大生命活动：细胞的重大生命活动：Your company sloganLOGOLOGO细胞分化与机体的正常功能细胞分化与机体的正常功能细胞分化是个体行使正常功能的保证。细胞分化是个体行使正常功能的保证。 1)1)本质：细胞的基因组相同，但表达谱不同；本质：细胞的基因组相同，但表达谱不同； 使细胞能行使不同的功能（分工）；使细胞能行使不同的功能（分工）； 2) 2)核心：基因是如何有序表达的？（调控）。核心：基因是如何有序表达的？（调控）。细胞分化细胞分化细胞类型细胞类型1细胞类型细胞类型2细胞类型细胞类型3细胞衰老细胞衰老细胞凋亡细胞凋亡永生细胞永生细胞（癌症）（癌症）去分化去分化增殖增殖Y

3、our company sloganLOGOLOGO 一、基本概念一、基本概念（一）基因选择性表达的结果（一）基因选择性表达的结果1.早期推测：细胞遗传物质的选择性丢失；早期推测：细胞遗传物质的选择性丢失；2.现代分子生物学证据：基因的选择性表达。现代分子生物学证据：基因的选择性表达。 分子生物学的实验？分子生物学的实验？ Your company sloganLOGOLOGO分子杂交技术检测基因及其表达分子杂交技术检测基因及其表达注：注：+阳性结果；阳性结果；-阴性结果阴性结果结论：相同的基因组在不同细胞中的选择性表达；结论：相同的基因组在不同细胞中的选择性表达； 细胞分化是基因选择性表达的

4、结果细胞分化是基因选择性表达的结果。What kind of result was obtained from this experiment?Your company sloganLOGOLOGO（二）组织特异性基因与管家基因（二）组织特异性基因与管家基因1.管家基因管家基因(house-keeping genes)：是指所有细：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，基本生命活动所必需的。如， 肌动蛋白基因肌动蛋白基因 微管蛋白基因微管蛋白基因 核糖体蛋白基因核糖体蛋白基因Your company slogan

5、LOGOLOGO2.组织特异性基因组织特异性基因(tissue-specific genes)，或称，或称奢侈基因奢侈基因(luxury genes)：是指不同的细胞类型：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，胞特异的形态结构特征与特异的功能。如， 卵清蛋白基因卵清蛋白基因 胰岛素蛋白基因胰岛素蛋白基因 上皮细胞表达的角蛋白基因上皮细胞表达的角蛋白基因Your company sloganLOGOLOGO3.调节基因（调节基因（Regulatory gene):基因产物用于调节组基因产物用于调

6、节组织特异性基因的表达，起激活或者起阻遏作用。织特异性基因的表达，起激活或者起阻遏作用。 基因转录水平基因转录水平 转录后加工水平转录后加工水平 染色质和染色质和DNA水平水平 翻译和翻译后加工和修饰翻译和翻译后加工和修饰 生物芯片技术生物芯片技术:分析手段分析手段 (BIOchip)4.细胞分化的实质细胞分化的实质：组织特异性基因在时间和空间上：组织特异性基因在时间和空间上的差异表达（的差异表达（differential gene express）。Your company sloganLOGOLOGO（三）组合调控引发组织特异性基因的表达（三）组合调控引发组织特异性基因的表达1.细胞分化过

7、程是由一系列基因产物（细胞分化过程是由一系列基因产物（regulatory proteins）调控的。）调控的。 如，每个基因的表达都必须：如，每个基因的表达都必须：在正确的细胞中；在正确的细胞中；问题：细胞是如何协调（问题：细胞是如何协调（coordinate）这一过程的？）这一过程的？在正确的时间；在正确的时间；对正确的信号产生正确的反应；对正确的信号产生正确的反应；产生正确的表达水平。产生正确的表达水平。How many regulatory genes are needed during cell differentiation?Your company sloganLOGOLOGO3

8、.主导基因（主导基因（Master gene）：在启动细胞分化的）：在启动细胞分化的各类调节蛋白中，往往存在一两种起决定作用的各类调节蛋白中，往往存在一两种起决定作用的调控蛋白，编码这种蛋白的基因称为主导基因。调控蛋白，编码这种蛋白的基因称为主导基因。2.组合调控（组合调控（combinational control）：）： 有限的少量调控蛋白启动为数众多的特异细胞类型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。种调控蛋白共同调节完成的。 答案：一个关键的答案：一个关键的调控蛋白调

9、控蛋白，可以调控一系列下游，可以调控一系列下游基因，完成细胞分化。基因，完成细胞分化。 Your company sloganLOGOLOGO组合调控：少数组合调控：少数调控蛋白完成众调控蛋白完成众多细胞类型的分多细胞类型的分化化,细胞类型为细胞类型为2n组合调控的作用机制示意图组合调控的作用机制示意图2n (n=3, A,B,C)Your company sloganLOGOLOGOMyoD蛋白蛋白骨骼细胞的特征，骨骼细胞的特征，也可相融合形成也可相融合形成肌细胞样的多核肌细胞样的多核细胞细胞Your company sloganLOGOLOGO某种关键性基因调控蛋白与其他调控形成适当的调控

10、某种关键性基因调控蛋白与其他调控形成适当的调控蛋白组合，不仅可以将不同类型的细胞转化成另一种蛋白组合，不仅可以将不同类型的细胞转化成另一种类型的细胞，甚至可以诱导整个器官的形成。类型的细胞，甚至可以诱导整个器官的形成。Your company sloganLOGOLOGO1. 与多细胞有机体细胞分化的不同之处：与多细胞有机体细胞分化的不同之处： 单细胞生物：多为适应不同的生活环境，单细胞生物：多为适应不同的生活环境， 多细胞生物：构建执行不同功能的组织与器官。多细胞生物：构建执行不同功能的组织与器官。2. 多细胞有机体在其分化程序与调节机制方面显多细胞有机体在其分化程序与调节机制方面显得更为复

11、杂。得更为复杂。 （四）单细胞生物中的细胞分化（四）单细胞生物中的细胞分化(进化的中间类型进化的中间类型)Your company sloganLOGOLOGO（五）转分化和再生（五）转分化和再生1. 一种类型分化的细胞转变成另一种类型的分化细一种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胞现象称转分化(transdifferentiation)。 如：水母横肌细胞如：水母横肌细胞 神经细胞、平滑细胞、上神经细胞、平滑细胞、上皮细胞神经干细胞皮细胞神经干细胞 骨髓细胞和淋巴细胞骨髓细胞和淋巴细胞2. 转分化经历去分化（转分化经历去分化（dedifferentiation）和再分）和再

12、分化的过程。化的过程。 如：植物动物，细胞核必须在卵母细胞质中。如：植物动物，细胞核必须在卵母细胞质中。Your company sloganLOGOLOGO3. 再生再生(regeneration)，是指生物体缺失部分后重，是指生物体缺失部分后重建过程。建过程。4. 广义的再生可包括分子水平、细胞水平、组织与广义的再生可包括分子水平、细胞水平、组织与器官水平及整体水平的再生。器官水平及整体水平的再生。 如：蟾蜍，沃尔夫晶体的再生如：蟾蜍，沃尔夫晶体的再生 植物的再生能力植物的再生能力 人和其他高等植物的再生能力人和其他高等植物的再生能力4. 不同的细胞有机体，其再生能力有明显的差异。不同的细

13、胞有机体，其再生能力有明显的差异。Your company sloganLOGOLOGO科学研究动向：科学研究动向：1. 日本再生眼角膜取得成功日本再生眼角膜取得成功2. 韩国科学家开发成功脑神经细胞再生技术韩国科学家开发成功脑神经细胞再生技术3. 脊髓受伤再生的新发现脊髓受伤再生的新发现 4. 英科学家发现使受损脊髓神经再生的酶英科学家发现使受损脊髓神经再生的酶5. 脑细胞可再生形成神经细胞脑细胞可再生形成神经细胞 6. 再生能力超强的再生能力超强的“奇迹老鼠奇迹老鼠”-再生基因再生基因7. 科学家首次实现鸡胚胎断翅再生科学家首次实现鸡胚胎断翅再生-信号系统信号系统Your company

14、sloganLOGOLOGO（六）细胞的全能性（六）细胞的全能性（totipotency实验证据：实验证据：1)植物体细胞胚胎发生（植物体细胞胚胎发生（plant somatic embryogenesis2)动物克隆（动物克隆（1997，多莉羊；，多莉羊；）3)高度分化的动植物体细胞，在遗传背景高度分化的动植物体细胞，在遗传背景(基因组基因组DNA) 和功能上均是全能的。和功能上均是全能的。单个细胞形成完整个体的能力。如，受精卵、早期胚单个细胞形成完整个体的能力。如，受精卵、早期胚胎细胞；现已证实高度分化的细胞也具有全能性。胎细胞；现已证实高度分化的细胞也具有全能性。Your company

15、 sloganLOGOLOGO植物细胞具有全能性，在适宜条件下植物细胞具有全能性，在适宜条件下可培育成完整植株，已广泛应用可培育成完整植株，已广泛应用Your company sloganLOGOLOGO2)动物克隆动物克隆如蛙红细胞核移植后发如蛙红细胞核移植后发育成蝌蚪育成蝌蚪(全能性全能性)A new organism created by the process of nuclear transplantationYour company sloganLOGOLOGODolly: A lamb with no father The sheep star: Dolly说明高度分化的哺乳动物

16、体说明高度分化的哺乳动物体细胞核也具有发育全能性细胞核也具有发育全能性Your company sloganLOGOLOGO克隆能给人类带来什么？克隆能给人类带来什么？克隆动物是未来的制药厂克隆动物是未来的制药厂克隆的爱因斯坦会懂克隆的爱因斯坦会懂“相对相对论论”吗吗Your company sloganLOGOLOGO3）干细胞与分化潜能）干细胞与分化潜能干细胞（干细胞（stem cells）：）：分化程度相对较低、分化程度相对较低、具有不断增殖和分化具有不断增殖和分化能力的细胞能力的细胞Has two abilities:(1)Self-renewing(2)Differentiating

17、Your company sloganLOGOLOGOa) Embryonic stem cells Your company sloganLOGOLOGOb) 成体肝细胞成体肝细胞Your company sloganLOGOLOGO干细胞干细胞来源来源胚胎干细胞（胚胎干细胞（embryonic stem cells,ESC）成体干细胞：造血（骨髓）干细胞成体干细胞：造血（骨髓）干细胞 神经干细胞神经干细胞 肝脏干细胞肝脏干细胞 功能功能多潜能干细胞多潜能干细胞 (pluripotent stem cells)单能干细胞（单能干细胞（directional stem cells）Your c

18、ompany sloganLOGOLOGOa) 单能干细胞（单能干细胞（Monopotential stem cell）Your company sloganLOGOLOGOb)多潜能干细胞多潜能干细胞 (pluripotent stem cells)Your company sloganLOGOLOGO Why do researchers study stem cells ?For repairing tissue damage caused by disease or injury, including: a) Diseases that impair brain function, s

19、uch as Alzheimers disease and Parkinsons disease b) Spinal cord injuries c) Blood diseases, including leukemias d) Burns Your company sloganLOGOLOGO（二）影响细胞分化的因素（二）影响细胞分化的因素1）胞外信号分子对细胞分化的影响）胞外信号分子对细胞分化的影响, 2）细胞记忆与决定）细胞记忆与决定 果蝇成虫盘果蝇成虫盘(imaginal disc)3）受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响）受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响4）细胞间的相互作用与

20、位置效应）细胞间的相互作用与位置效应5）环境对性别决定的影响）环境对性别决定的影响6）染色质变化与基因重排对细胞分化的影响）染色质变化与基因重排对细胞分化的影响Your company sloganLOGOLOGO1）胞外信号分子对细胞分化的影响）胞外信号分子对细胞分化的影响近端组织的相互作用：一部近端组织的相互作用：一部分细胞会影响周围细胞使其分细胞会影响周围细胞使其向一定的方向分化，这种作向一定的方向分化，这种作用称用称。 旁分泌产生的信号分子旁分泌产生的信号分子旁泌素来实现；旁泌素来实现；例证：视泡例证：视泡远端因子：内分泌（激素）远端因子：内分泌（激素）Your company slo

21、ganLOGOLOGO2) 细胞记忆和决定细胞记忆和决定 (1) 细胞记忆：细胞将信号分子的作用储藏细胞记忆：细胞将信号分子的作用储藏起来，以决定分化的能力。（起来，以决定分化的能力。（memory fate）（2）细胞记忆方式：）细胞记忆方式： 正反馈途径（正反馈途径（positive feedback loop） 染色质结构变化（染色质结构变化（e.g., 常染色质和异染常染色质和异染色质）色质）Your company sloganLOGOLOGOYour company sloganLOGOLOGO3）受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响）受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响4）细

22、胞间的相互作用与位置效应）细胞间的相互作用与位置效应5）环境对性别决定的影响）环境对性别决定的影响6）染色质变化与基因重排对细胞分化的影响）染色质变化与基因重排对细胞分化的影响Your company sloganLOGOLOGO第二节第二节 癌细胞癌细胞(Cancer cell)Your company sloganLOGOLOGOYour company sloganLOGOLOGOYour company sloganLOGOLOGOv癌症是细胞正常分化机制失控而而成为不癌症是细胞正常分化机制失控而而成为不衰老的永生的细胞。衰老的永生的细胞。v体细胞基因组的改变（突变的积累）；癌体细胞基

23、因组的改变（突变的积累）；癌症是由众多因素引发的症是由众多因素引发的“基因病基因病”（gene disorder）（体细胞）；有别于通过性细）（体细胞）；有别于通过性细胞传递的胞传递的“遗传病遗传病”（genetic disorder）v复杂性：美国复杂性：美国“攻克癌症攻克癌症”的十年计划的的十年计划的失败失败Your company sloganLOGOLOGOYour company sloganLOGOLOGOYour company sloganLOGOLOGOYour company sloganLOGOLOGO2.具有侵润性和扩散性具有侵润性和扩散性v 癌细胞的细胞间粘着性下降，

24、具有侵润性和扩癌细胞的细胞间粘着性下降，具有侵润性和扩 散性，这是癌细胞的基本特征。散性，这是癌细胞的基本特征。 v 在分化程度上癌细胞低于良性肿瘤细胞，且失在分化程度上癌细胞低于良性肿瘤细胞，且失 去了许多原组织细胞的结构和功能去了许多原组织细胞的结构和功能。Your company sloganLOGOLOGOYour company sloganLOGOLOGOYour company sloganLOGOLOGOYour company sloganLOGOLOGOHave highly aberrant chromosome complementsAneuploidyPancreas

25、 cancerYour company sloganLOGOLOGO二、癌基因与抑癌基因二、癌基因与抑癌基因1.原癌基因（原癌基因（proto-oncogenes）和癌基因）和癌基因（oncogenes）原癌基因：可促进细胞增殖的正常基因原癌基因：可促进细胞增殖的正常基因,其其功能获得性突变形式为癌基因功能获得性突变形式为癌基因,具有促使细具有促使细胞发生癌变的能力胞发生癌变的能力。癌基因：通常表示为原癌基因的突变体癌基因：通常表示为原癌基因的突变体,这这些基因编码的蛋白使细胞的生长失去控制些基因编码的蛋白使细胞的生长失去控制,并转变成癌细胞并转变成癌细胞,故称癌细胞故称癌细胞。Your company sloganLOGOLOGO 癌基因癌基因的发现的发现a) Rous sarcoma virus (携带携带Src 基因），能引基因），能引起鸡癌变；鸡的细胞中发现也有起鸡癌变；鸡的细胞中发现也有Src 的同源基的同源基因，编