第15章细胞分化与胚胎发育

1、第15章 细胞分化与胚胎发育,本章主要内容,第一节 细胞分化 第二节 胚胎发育中的细胞分化,细胞分化的基本概念 细胞的全能性与多能干细胞 影响细胞分化的因素,细胞分化,一、细胞分化的基本概念,细胞分化是指在个体发育中，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。,（一）细胞分化是基因选择性表达的结果,（二）管家基因/组织特异性基因,（三）组合调控引发组织特异性基因的表达,黏菌繁殖过程示意图,（四）单细胞有机体的细胞分化,（五）转分化与再生,（五）转分化与再生,二、细胞的全能性与多能干细胞,细胞的全能性是指细胞经分裂和分化后仍具有形成完整有机

2、体的潜能或特性。,分化潜能,全能干细胞 受精卵、卵裂早期细胞（16c）,干细胞,多能干细胞 胚胎干细胞、生殖嵴干细胞、造血干细胞,单能干细胞 神经干细胞,来源,胚胎干细胞,成体干细胞,造血干细胞逐级分化为各种类型的血细胞,多能干细胞,胚胎干细胞,人类治疗性克隆与再生医学的设想,人的胚胎干细胞诱导分化成胰岛细胞,人体胚胎干细胞(hES),优点：有潜力在体内发育成任何细胞类型。 缺点： (l)供体卵母细胞的来源困难, ES细胞建系效率低； (2)免疫排斥反应； (3)ES细胞具有成瘤性； (4)体外保持ES细胞全能性的条件非常复杂； (5)伦理学争论。,诱导多能干细胞（ iPS ）建系过程的示意图

3、,诱导多能干细胞iPS (induced pluripotent stem cells),诱导多能干细胞（iPS）,通过基因转染技术(gene transfection)将某些转录因子导入动物或人的体细胞, 使体细胞直接重构成为胚胎干细胞（embryonic stem cell, ESC）细胞样的多潜能细胞。 iPS细胞不仅在细胞形态、 生长特性、 干细胞标志物表达等方面与ES细胞非常相似, 而且在DNA甲基化方式、 基因表达谱、 染色质状态、 形成嵌合体动物等方面也与ES细胞几乎完全相同。,iPS优点,与经典的胚胎干细胞技术和体细胞核移植技术不同，iPS技术不使用胚胎细胞或卵细胞，因此没有伦

4、理学的问题。 利用iPS技术可以用病人自己的体细胞制备专用的干细胞，所以不会有免疫排斥的问题。,iPS缺点,比如，添加4个“重新编程”基因或取代疾病细胞中有缺陷基因的方法都可能有导致癌症的副作用。,iPS发展历程,2006年日本京都大学山中伸弥Shinya Yamanaka领导的实验室在世界著名学术杂志细胞上率先报道了iPS的研究。 他们把Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4这4种转录因子引入小鼠胚胎或皮肤纤维母细胞，发现可诱导其发生转化，产生的iPS细胞在形态、基因和蛋白表达、表观遗传修饰状态、细胞倍增能力、类胚体和畸形瘤生成能力、分化能力等都与胚胎干细胞极为相似。,2007年末，T

5、hompson实验室(美国Wisconsin大学)和山中伸弥实验室几乎同时报道，利用iPS技术同样可以诱导人皮肤纤维母细胞成为几乎与胚胎干细胞完全一样的多能干细胞。 所不同的是日本实验室依然采用了用逆转录病毒引入Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4 4种因子组合，而Thompson实验室则采用了以慢病毒载体引入OCT4、SOX2加NANOG和LIN28这种因子组合。 这些研究成果被美国科学杂志列为2007年十大科技突破中的第2位。,2008年，哈佛大学George Daley实验室利用诱导细胞重新编程技术把采自10种不同遗传病患者病人的皮肤细胞转变为iPS，这些细胞将会在建立疾病模型、

6、药物筛选等方面发挥重要作用。 美国科学家还发现，iPS可在适当诱导条件下定向分化，如变成血细胞，再用于治疗疾病。 哈佛大学. 这表明利用诱导重新编程技术可以直接获得某一特定组织细胞，而不必先经过诱导多能干细胞这一步。,2009年，中国科学家于2008年11月利用iPS细胞培育出小鼠“小小”。 中国科学院动物研究所周琪研究员和上海交通大学医学院曾凡一研究员领导的研究组合作完成的工作表明，利用iPS细胞能够得到成活的具有繁殖能力的小鼠，从而在世界上第一次证明了iPS细胞与胚胎干细胞具有相似的多能性。 科学家表示，这一研究成果表明iPS干细胞或许同胚胎干细胞一样可以作为治疗各种疾病的潜在来源。,时代周刊2009年十大医学突破,2012年诺贝尔生理学或医学奖,京都大学物质-细胞统合系统据点iPS细胞研究中心主任长山中伸弥和英国发育生物学家约翰-戈登因在细胞核重新编程研究领域的杰出贡献而获奖。,三、影响细胞分化的因素,受精卵细胞质的不均一性； 胞外信号分子； 胞间相互作用与位置效应； 细胞记忆与决定； 环境； 染色质变化与基因重组。,第二节 胚胎发育中的细胞分化,一、生殖细胞的分化 二、早期胚胎发育过程中的细胞分化 三、果蝇胚胎早期发育中的细胞分化,原生殖细胞（PGC）的迁移,性腺细胞分化中的信号途径,