《分子 细胞与组织教学》2015 细胞分化凋亡（zy）

细胞分化和死亡CelldifferentiationandCelldeath编辑ppt细胞分化和死亡细胞结构和功能细胞生命活动组织、个体的生命活动组织的基本结构和功能编辑ppt1、理解细胞分化、去分化、转分化的概念2、理解基因差异表达的概念和与细胞分化的关系3、理解细胞的分化潜能4、理解胚胎干细胞和成体干细胞的概念5、理解诱导性多能干细胞的概念6、理解细胞凋亡的过程、生物学意义学习目标（LearningObjectives)编辑ppt细胞分化Celldifferentiation编辑ppt组织更新皮肤伤口修复什么是细胞分化(CellDifferentiation)由同一细胞（起源）逐渐变为在形态结构、生理功能和生化特征等方面具有稳定差异的另一类型细胞的过程。胚胎发育特化细胞（specialization)同源细胞编辑ppt何时：“需要新细胞时”为什么产生新的细胞不能依靠原有的细胞通过增殖和分裂（cellproliferation，celldivision)？*很多细胞没有增殖的能力；*很多细胞的命运只能是衰老和死亡（信号转导已启动）何地：各种组织中出现在个体发育、组织更新、创伤修复编辑ppt

细胞分化最早出现在胚胎发育(development)中Development：theprocessbywhichanimalsandplantsgrowanddevelop.DevelopmentalBiology

发育生物学编辑ppt

Q3.为什么细胞会分化？1.哪些细胞会分化？2.为什么有的细胞会分化？编辑ppt全能细胞(totipotency)：分化为其他所有细胞类型多能细胞(pluripotency)：分化为多种细胞类型单能细胞(unipotency)：仅具有分化形成某一种类型细胞终末分化细胞无分化能力Q3.1哪些细胞会分化？每种细胞的分化能力有强弱：分化潜能（potential）起源细胞特化细胞未成熟细胞(immaturecell）未分化细胞成熟细胞(maturecell）强编辑ppt囊胚原肠胚内胚层中胚层外胚层消化道、呼吸道等肌肉、骨等表皮和神经系统等卵裂球桑葚胚受精卵胚胎8-9周胚胎发育过程出现很多有分化潜能的细胞胚胎发育过程编辑ppta.受精卵、b.8细胞期前的胚胎细胞胚胎发育最早期，会有分化发育为个体的细胞全能细胞多能细胞、单能细胞胚胎开始发育出组织后，各种组织中都保存很多有分化能力的细胞。编辑ppt干细胞(stemcells)

是一类存在于人和动物发育各阶段及发育成熟的组织中的原始状态的未分化细胞。干细胞具有自我更新和多向分化潜能两个重要特征，通过增殖保持一定的数量（自我更新），通过分化产生一种、多种机体细胞类型。干细胞可分为胚胎干细胞和成体（组织）干细胞。胚胎干细胞的增殖和分化是个体发育的基础，组织干细胞是组织器官更新、修复和再生的有效来源。编辑ppt

从受精卵发育为成熟胚胎的过程中，囊胚期的内细胞团具有分化发育为所有三个胚层的能力，形成内胚层细胞、中胚层细胞、外胚层细胞，进一步分化为器官的原基，并最终分化出多种不同类型的细胞。胚胎干细胞（Embryonicstemcell，ESC)存在于已分化组织中的未分化细胞，能够分化为所在组织的一种或多种细胞，可以是多能细胞，也可以是单能细胞，如造血干细胞、骨髓基质干细胞、神经干细胞、脂肪干细胞等。可以存在于胚胎发育的后期以及成体后。成体干细胞（Adultstemcell，Tissuestemcell)编辑ppt例：骨髓中的组织干细胞造血干细胞终末分化的各种细胞骨髓基质干细胞编辑ppt例：皮肤的组织干细胞位于表皮基底层编辑ppt规律:细胞经历一个分化能力逐渐受限制的过程“细胞越来越特化、越来越稳定、越来越不能改变”哪些细胞会分化？Q(3.2).为什么这些细胞有分化能力？受精卵和干细胞（胚胎干细胞和组织干细胞）b.干细胞为什么分化？a.干细胞有什么特征？编辑ppt为什么干细胞会分化，有什么特征？干细胞的特性：“干性”（stemness)干细胞分化潜能降低分化潜能进一步降低分化自我更新自我复制，产生一个与亲代相同的子代细胞产生一个分化的子代细胞不对称分裂编辑ppt遗传物质、外环境不同？

Q3.2.干细胞为什么分化？A.干细胞的自我更新和分化潜能很多未解之谜b.干细胞分化潜能从哪里来的？细胞内外什么不同？a.干细胞有什么特征？编辑ppt核移植细胞*遗传物质没有不同终末分化细胞终末分化细胞诱导性多能干细胞诱导小鼠胚胎成纤维细胞*细胞核在分化上的全能性SirJohnB.GurdonShinyaYamanaka编辑ppt"forthediscoverythatmaturecellscanbereprogrammedtobecomepluripotent"TheNobelPrizeofPhysiologyorMedicine2012SirJohnB.GurdonShinyaYamanaka“maturecelltobecomepluripotentcell规律:细胞分化的状态能够逆转方法:reprogramming重编程*去分化（dedifferentiation）：已分化的细胞可失去已获得的特有的结构和功能，重新获得未分化细胞的特征的过程.编辑ppttranslation外显子内含子调控序列基因调控蛋白-转录因子蛋白质基因mRNA“编程”:编辑基因的表达ThesedatademonstratethatiPScellscanbeinducedfromMEFculturebytheintroductionoffourtranscriptionfactors,

Oct3/4,Sox2,c-Myc,andKlf4.诱导性多能干细胞（iPS，inducedpluripotentstemcells）“reprogramming”重编程转录后调控分子表观遗传调控转录调控诱导方法:转录因子的导入编辑pptiPS在体外培养细胞的水平，经过诱导因子的作用，将成熟细胞重编程转为具有多向分化潜能的干细胞，对细胞分化、组织再生等生命科学和医学具有重要的意义。编辑ppt不同类型细胞，基因表达的模式不同基因的差异表达与细胞分化

奢侈基因(luxurygenes)有些蛋白和分化细胞的特殊性状密切相关，但不是细胞基本生命活动必不可少的，编码此类蛋白的基因称为奢侈基因，与各种分化细胞的特殊性状有直接关系。细胞分化是奢侈基因按一定时空顺序表达的结果。

管家基因（huosekeepinggenes）编码维持细胞最低限度的功能所不可缺少的蛋白质的基因，不参与细胞分化的定向，对细胞分化只有协助作用。编辑ppt*细胞分化是基因按一定的时间和空间顺序表达的结果，称为“基因的差异表达(differentialexpression)”,在发育过程中具有重要的生物学意义。细胞分化的本质是基因的差异性表达(Geneprogramming)编辑ppt奢侈基因的差异性表达如何调控？特定的基因表达调控分子与基因的相互作用改变或激活特定的基因调控分子细胞的内部特征细胞的外部环境*信号分子，*细胞通讯（周围细胞，远处细胞）细胞质信号转导编辑ppt细胞分化的普遍问题1.细胞分化到底是什么？

(从同源到差异）2.细胞分化出现在何时何地？（胚胎发育、组织更新和创伤修复）3.细胞为什么分化？（干细胞能够分化，奢侈基因差异性表达）编辑ppt细胞分化与医学个体发育、组织更新不足或异常、创伤修复“需要新细胞的时候”新细胞产生不足、或分化状态的异常个体发育、肿瘤、再生医学编辑pptiPS为基础的疾病治疗研究构想诱导性多能干细胞（iPS）编辑ppt细胞死亡Celldeath编辑ppt1、理解细胞分化、去分化、转分化的概念2、理解基因差异表达的概念和与细胞分化的关系3、理解细胞的分化潜能4、理解胚胎干细胞和成体干细胞的概念5、理解诱导性多能干细胞的概念6、理解细胞凋亡的过程、特征、生物学意义学习目标（LearningObjectives)编辑ppt细胞凋亡apoptosis细胞生命活动自行地、主动地终止，伴随有典型形态学和生物化学变化的细胞死亡形式，在生理、病理状态下都可以发生。

细胞死亡的两种主要类型

细胞坏死necrosis细胞生命活动被外力强行终止，细胞经历一系列破坏性变化，最终细胞崩解消亡的过程。过去主要是根据形态学改变进行分辨编辑ppt程序性细胞死亡按形态学分类I类（细胞凋亡），II类（自噬性细胞死亡），III类（坏死）1990年ClarkePGH分类细胞死亡的其他分类方式（进展）依据分子机制和形态学分类程序性细胞死亡(programmedcelldeath，PCD)：

“主动”---有细胞内主动的应答机制：信号转导和调控分子包括细胞凋亡、程序性坏死（necroptosis)、自噬性细胞死亡…非程序性细胞死亡：“被动”

细胞坏死：病理过程；继发局部炎症编辑ppt炎症CurrOpinCellBiol.Apr2010;22(2):263–268.NecroptosisasanalternativeformofprogrammedcelldeathDanaE.Christofferson

and

JunyingYuan*程序性细胞死亡的“主动”的信号转导（分子机制）例：细胞凋亡、程序性坏死（necroptosis)凋亡程序性坏死信号转导（分子机制）编辑ppt一.细胞凋亡是主动的和可控的（基本概念）二.细胞凋亡是进化上的普遍现象

（进化上的生物学意义）三.细胞凋亡普遍存在个体发育、组织更新等

（生物学意义）四.细胞凋亡有独特的形态学和生物化学特征

（特征）细胞凋亡编辑ppt细胞凋亡（apoptosis）希腊语，原指秋天时树叶自然凋零。在一定的生理和病理条件下，细胞遵循自身的程序，自己结束生命的过程。“自杀”

细胞凋亡是进化上的保守现象和普遍现象1.贯穿整个生物体的全部生命活动中；2.高度保守，从线虫等低等动物到两栖类动物、鸟类、哺乳类等高等动植物都普遍存在细胞凋亡现象。Danceofdeath编辑ppt何时：“细胞需要死的时候”，老的、旧的、损伤的、不好的细胞“甚至在机体需要新细胞的时候”何地：胚胎发育时：各种组织成体：快速更新的组织中，损伤修复

细胞凋亡是生物体的普遍现象，贯穿机体的整个生命过程。编辑ppt细胞凋亡与胚胎和个体发育编辑ppt细胞凋亡与细胞坏死细胞坏死细胞凋亡染色质凝集、细胞器肿胀、线粒体肿胀破裂质膜崩解

炎症

细胞皱缩、染色质固缩和边集、细胞质凝聚核碎裂、出芽、凋亡小体形成吞噬作用吞噬细胞凋亡小体细胞内含物释放编辑ppt细胞凋亡的形态学特征（超微结构）1.质膜发泡2.细胞核染色质凝聚3.凋亡小体形成：膜包围的细胞质和细胞核残余物质宫颈癌HeLa细胞化疗药物处理后正常胸腺细胞凋亡胸腺细胞编辑ppt2.细胞核内DNA的片段化降解3.ATP的消耗1.细胞膜磷脂酰丝氨酸（PS）外翻，由双分子层内层翻转到外层其他生化特征编辑ppt2.DNA的片段化降解凋亡的显著特征*一种核酸内切酶（DFF45)被效应Caspase活化。1.磷脂酰丝氨酸（PS）外翻，由双分子层内层翻转到外层。绿色荧光染色细胞膜外表面的PS凋亡细胞（约50%）编辑ppt3.ATP的消耗细胞凋亡的一个重要特征是需要消耗ATP，如Caspases的活化，细胞坏死时则不需要ATP；在某些促凋亡信号作用下，当细胞内ATP储备不足以发动细胞凋亡时，常转化为细胞坏死。编辑ppt细胞内外环境异常和刺激信号均可诱导细胞凋亡某些细胞因子化学剂药物DNA损伤辐射生长因子撤除细胞凋亡的诱导因素(inducer)内质网应激细胞为什么发生凋亡？细胞黏附编辑ppt1.死亡受体介导的凋亡途径受细胞外信号激活2.线粒体介导的细胞内凋亡信号途径，可受内、外多种因素激活3.内质网通路介导的细胞内凋亡信号途径4.溶酶体通路介导的细胞内凋亡信号途径（略）细胞凋亡的信号转导途径细胞内、外信号分别启动的信号途径编辑ppt死亡受体途径（Caspase的活化从细胞膜开始）编辑ppt线粒体途径（Caspase的活化从细胞内开始）编辑ppt胱冬肽酶（Caspases)级联反应细胞怎样发生凋亡？重要的执行分子：胱冬肽酶家族编辑ppt胱冬肽酶（Cysteineasparticacidspecificprotease，Caspase）剪切蛋白质的酶，活性位点是半胱氨酸，水解天冬氨酸后的肽键活性