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受精卵 卵裂 分化 細胞分化 受精卵 囊胚 原腸胚 第十四章細胞分化 細胞分化 celldifferentiation 指從受精卵開始的個體發(fā)育過程中 細胞之間逐漸產(chǎn)生穩(wěn)定性差異的過程 受精卵發(fā)育成多細胞動物是通過細胞增殖和分化而實現(xiàn)的 第一節(jié)細胞分化的基本概念 運輸O2和CO2 肌肉收縮 血紅蛋白Hb 細胞分化的標(biāo)志 合成新的特異性蛋白質(zhì)出現(xiàn)新組裝的亞細胞結(jié)構(gòu)特定功能 肌動蛋白和肌球蛋白 一 細胞分化特點1 穩(wěn)定性2 轉(zhuǎn)分化與去分化3 分化的時空性4 普遍性 在整個個體發(fā)育過程中均有細胞分化活動 但胚胎期是最重要的細胞分化時期 細胞決定 celldetermination 個體發(fā)育中 細胞在發(fā)生可識別的分化特征之前 就已確定未來的發(fā)育命運 并向特定方向分化 細胞預(yù)先作出的分化選擇 1 細胞決定制約分化方向細胞決定是細胞預(yù)先做出的分化選擇 而細胞分化則是細胞在形態(tài) 結(jié)構(gòu) 功能方面的穩(wěn)定差異 2 細胞決定具有遺傳穩(wěn)定性 二 細胞決定 原腸胚早期 原腸胚晚期 供體 受體 預(yù)定發(fā)育成表皮 預(yù)定發(fā)育成腦 腦 三 具備全能性的細胞與細胞核 一 全能性的細胞細胞全能性 totipotency細胞的多能性 pluripotency單能性 unipotency細胞分化的規(guī)律 全能多能單能 二 細胞核保持分化全能性在發(fā)育過程中 細胞的全能性 降低全能性細胞核 totipotentnucleus 含全套的遺傳信息證明 20世紀(jì)60年代 蛙的核移植實驗1997年 Dolly羊 顯微注射 蛙的核移植實驗 腸上皮細胞皮膚上皮細胞 A B C 體細胞克隆技術(shù)示意圖 四 分化與分裂的關(guān)系細胞在分化前多次分裂同源群的細胞分裂前可處在不同的分化程度分化在G1期進行增殖快則分化慢分裂能力隨分化程度提高而下降高度分化的細胞不再分裂兩者伴隨發(fā)生但不完全平行 基本概念持家基因 housekeepinggene 維持細胞生命活動所必需的 各類細胞普遍共有的 與細胞分化關(guān)系不大 對細胞分化只起協(xié)助作用 奢侈基因 luxurygene 編碼決定細胞性狀的特異蛋白 決定細胞分化的物質(zhì)基礎(chǔ) 第二節(jié)細胞分化的分子基礎(chǔ) 一 細胞分化是基因選擇性表達基因差異表達 differentialgeneexpression 細胞分化并不是基因組DNA全部表達 而是奢侈基因按一定的程序 有選擇地相繼活化 某些基因開 關(guān)組織特異性 Southern雜交實驗檢測DNA的存在Northern雜交實驗從mRNA水平檢測檢測基因是否表達 分子雜交技術(shù)檢測基因及其表達 二 細胞分化相關(guān)基因表達的調(diào)節(jié)基因差異表達的調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平順式調(diào)控元件 啟動子 增強子 沉默子 反式調(diào)控因子 通用轉(zhuǎn)錄因子特異轉(zhuǎn)錄因子 活性染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的特異調(diào)控區(qū)DNA甲基化 甲基化位點可阻礙轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合 甲基化程度越高 DNA轉(zhuǎn)錄活性越低 同源盒基因 同源盒基因表達的同源蛋白是一類非常重要的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子 一 細胞質(zhì)在分化中的作用 第三節(jié)細胞分化的調(diào)節(jié)因素 感覺性神經(jīng)母細胞 Numb蛋白 早期胚胎細胞不對稱分裂示意圖 二 誘導(dǎo)和抑制對分化的影響誘導(dǎo) induction 胚胎發(fā)育過程中胚層之間相互促進分化的正向作用 抑制 inhibition 分化的細胞抑制鄰近細胞進行相同分化 是一種負反饋調(diào)節(jié) Induction inhibition協(xié)調(diào)作用 維持分化和發(fā)育 誘導(dǎo)是有層次的 先生成的結(jié)構(gòu)可以作為導(dǎo)物來誘導(dǎo)下一個結(jié)構(gòu)產(chǎn)生分化誘導(dǎo)的三個層次 初級誘導(dǎo) 中胚層的脊索 外胚層神經(jīng)板次級誘導(dǎo) 外胚層的神經(jīng)板視泡外胚層眼晶狀體三級誘導(dǎo) 外胚層晶狀體 外胚層角膜 三個胚層中 以中胚層首先分化 誘導(dǎo)出現(xiàn)早 作用強 抑素 chalone是一種化學(xué)介質(zhì) 由分化完成的細胞產(chǎn)生 抑制附近的細胞進行同樣的分化 旁側(cè)抑制和細胞的多樣性 三 激素對分化的影響 激素 細胞分泌的多種信息分子的總稱遠距離進行分化調(diào)節(jié) 特點 特異性 相同激素對不同靶細胞產(chǎn)生不同作用高效性 痕量可促發(fā)級聯(lián)放大效應(yīng)適應(yīng)性 可協(xié)調(diào)復(fù)雜的發(fā)育過程 甾體激素肽類激素脂溶性水溶性分子小 可穿過胞膜分子大 不可穿過胞膜與胞內(nèi)受體結(jié)合入核 結(jié)合到染色質(zhì)上與膜上特異性受體結(jié)合 激活一系列酶 活化 抑制DNA轉(zhuǎn)錄影響DNA轉(zhuǎn)錄生成新的mRNA生成新的mRNA 翻譯出新的蛋白質(zhì) 激素類型 四 位置信息對細胞分化的影響 位置信息在胚胎發(fā)育過程中一直在起作用嗎 五 環(huán)境因素對細胞分化的影響 癌細胞 細胞分化失控或分化異常導(dǎo)致細胞惡性變 分化受阻回復(fù)到未分化狀態(tài)增殖失控永生性 immortality 在體外培養(yǎng)條件下無限次的傳代生長不死亡的特性 侵襲和轉(zhuǎn)移 合成和分泌蛋白水解酶腫瘤細胞可被誘導(dǎo)向正常細胞分化 第四節(jié)細胞分化與腫瘤細胞 凋亡異常代謝異常形態(tài)學(xué)改變接觸抑制消失 Invasionandmetastasis M M N N M N 細胞分化 細胞決定 轉(zhuǎn)分化 去分化等概念細胞分化的標(biāo)志 解釋細胞分化的全能性 如何證明已分化的細胞核仍具有全能性 持家基因 奢侈基因 分化誘導(dǎo) 抑制 細胞分化的實質(zhì) 為什么說細胞分化是基因選擇性表達的結(jié)果 何謂基因的差異表達 有何意義 影響細胞分化的因素有哪些 請予說明 思考題 去分化 dedifferentiation 一定條件下 已分化的細胞仍有可能重新獲得分化潛能 回到未分化狀態(tài) 轉(zhuǎn)分化 transdifferentiation 從一種分化狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N分化狀態(tài)的現(xiàn)象 單細胞生物 時間上的分化多細胞生物 時間上的分化空間上的分化時間上的分化 一個細胞在不同發(fā)育階段可有不同的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能 空間上的分化 不同空間