第七章細(xì)胞分化與腫瘤從受精卵發(fā)育成動物

1、第七章細(xì)胞分化與腫瘤從受精卵發(fā)育成動物 細(xì)胞分化（cell differentiation）是指同源細(xì)胞逐漸發(fā)育為具有穩(wěn)定狀態(tài)、生理功能和生化特征的另一類細(xì)胞過程。狹義講，這種功能和形態(tài)學(xué)上逐漸特化的過程就是分化。如受精卵通過細(xì)胞分裂，經(jīng)桑葚胚、中胚和原胚形成期等形成內(nèi)、中、外三個胚層的細(xì)胞，這時胚層的細(xì)胞合成潛力已經(jīng)受到限制。由于細(xì)胞空間關(guān)系和微環(huán)境的變化，它們只傾向發(fā)育為相應(yīng)的終分化細(xì)胞，并逐漸衍生出來組織器官的輪廓。 在高等生物體，細(xì)胞分化的一個顯著特點是分化狀態(tài)，一旦確立將十分穩(wěn)定。換句話說，細(xì)胞一旦分化為某一穩(wěn)定類型后，就不能逆轉(zhuǎn)到未分化狀態(tài)。例如已分化的成熟血細(xì)胞不能重新回復(fù)到相應(yīng)

2、前體細(xì)胞狀態(tài)。但是，在體外培養(yǎng)系統(tǒng)中，某些已經(jīng)分化甚至不再分裂的細(xì)胞不僅能重新分化，而且可以失去原來的結(jié)構(gòu)和功能特點。這種稱為“永生”細(xì)胞株的去分化（dedifferentiation），細(xì)胞很可能轉(zhuǎn)化為瘤細(xì)胞。 與細(xì)胞惡性增殖或凋亡受阻一樣，細(xì)胞分化異常在惡性腫瘤發(fā)病學(xué)上占有重要地位。深入研究細(xì)胞分化及其異常的發(fā)生機(jī)制可能為惡性腫瘤的治療提供新的手段。第一節(jié) 細(xì)胞分化的調(diào)控一、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 細(xì)胞分化過程中，基因表達(dá)的調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平，即細(xì)胞是否出現(xiàn)某種性狀取決于它是否存在相關(guān)的m RNA?；蜣D(zhuǎn)導(dǎo)的調(diào)控涉及到基因的活化和參與基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的順式作用元件（cis acting eleme

3、nts）和反式活化因子（anti-activating factor）即轉(zhuǎn)錄因子（transcription factor）(一)、基因的活化 真核生物DNA與組蛋白和非組蛋白組成具有緊密結(jié)合蛋白質(zhì)，使RNA聚合酶不能和DNA鏈接觸而啟動轉(zhuǎn)錄。因此，基因的活化首先要求待活化基因所處的染色體松解，以保證RNA聚合酶直接結(jié)合相應(yīng)的DNA鏈。細(xì)胞分化過程中，基因活化的高度特異性決定了相應(yīng)部位染色質(zhì)松解的特異性。這一特異的染色體松解過程涉及一系列相關(guān)事件。包括、松解染色體DNA的端和端，產(chǎn)生對DNA酶（DNase1）敏感或高敏感區(qū)域。其中，Dnase1高敏感區(qū)域大多位于待轉(zhuǎn)錄基因的旁區(qū) 。、高遷移組分

4、（HMC）等非組蛋白與染色體特定部位的結(jié)合、DNA的甲基化和螺旋結(jié)構(gòu)改變等。（二）、順式作用元件 順式作用元件是指那些與被轉(zhuǎn)錄基因在距離上比較接近，并對轉(zhuǎn)錄具有調(diào)控作用的特殊DNA序列。通常包括啟動子和增強(qiáng)子。、啟動子 是決定基因轉(zhuǎn)錄的起始，能被RNA聚合酶識別并結(jié)合的特異性DNA序列。它是基因準(zhǔn)確和有效的進(jìn)行轉(zhuǎn)錄所必需的結(jié)構(gòu)。在啟動子和啟動子上游近側(cè)序列中有三種高度保守的短序列，分別稱為TATA盒、CAAT盒和GC盒。其中CAAT盒和GC盒對轉(zhuǎn)錄的起始有較強(qiáng)的調(diào)節(jié)作用，能使RNA聚合酶趨近于轉(zhuǎn)錄起始點而有效地啟動轉(zhuǎn)錄。而TATA盒主要是調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄起始點的選擇過程。如果這些短序列發(fā)生突變，這可能

5、導(dǎo)致啟動子功能喪失。、增強(qiáng)子 從病毒到真核細(xì)胞均發(fā)現(xiàn)有增強(qiáng)子的存在，它是存在于生物體基因中的一個調(diào)節(jié)序列。實驗證明這一類特定的DNA序列通過結(jié)合特定的轉(zhuǎn)錄因子或影響DNA構(gòu)象，能大大地增強(qiáng)與之相連鎖的基因轉(zhuǎn)錄活性，從而明顯地提高RNA的轉(zhuǎn)錄速率。 真核細(xì)胞增強(qiáng)子是一種能增強(qiáng)某些啟動子功能的順式作用元件。它的作用不僅不受其序列方向的制約，而且即使處于和啟動子相對較遠(yuǎn)的上游和下游都能發(fā)揮作用。某些真核細(xì)胞增強(qiáng)子存在組織特異性，這種組織特異性是細(xì)胞分化過程中特異基因表達(dá)的重要調(diào)控機(jī)制決定的。另一方面，某些增強(qiáng)子在細(xì)胞的不同分化階段針對不同基因發(fā)揮作用。 增強(qiáng)子常由幾個亞基組成，其中每個亞單位都可與一

6、個或更多的轉(zhuǎn)錄因子特異地識別結(jié)合。增強(qiáng)子有下列特征：（）與啟動子的相對位置無關(guān)，且具遠(yuǎn)距離效應(yīng)。（）與啟動子取向無關(guān)，它可位于啟動子上游或下游區(qū)，或在內(nèi)含子中，都能表現(xiàn)出其增強(qiáng)功能。（）增強(qiáng)子的生物學(xué)效應(yīng)需要特定的轉(zhuǎn)錄因子參與。（）多數(shù)增強(qiáng)子具有組織和種族特異性少數(shù)增強(qiáng)子如SV40增強(qiáng)子能對異源的啟動子發(fā)揮作用。（三）轉(zhuǎn)錄因子基因調(diào)控的反式作用因子 基因調(diào)控的反式作用因子轉(zhuǎn)錄因子有兩大類。一類是通用錄因子，另一類是特定的轉(zhuǎn)錄因子（是與DNA調(diào)節(jié)序列結(jié)合的基因調(diào)節(jié)蛋白）?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有數(shù)百種以上。 轉(zhuǎn)錄因子是一類細(xì)胞內(nèi)蛋白因子。它通過識別和結(jié)合基因近端或遠(yuǎn)端的順式作用元件，實現(xiàn)對基因表達(dá)的正性或負(fù)性

7、調(diào)控。轉(zhuǎn)錄因子通常具有DNA結(jié)合位點、活化位點、細(xì)胞核固定位點、配體結(jié)合位點等多種結(jié)構(gòu)域。其中，DNA結(jié)合位點具有特殊的機(jī)構(gòu)以識別特異的DNA序列，而活化位點往往富含酸性氨基酸。 在一定條件下，DNA結(jié)合位點活化位點可以相互交換。細(xì)胞核固定位點能使轉(zhuǎn)錄因子在合成以后進(jìn)入細(xì)胞核中；而配體結(jié)合位點則使這些轉(zhuǎn)錄因子能被激素、生長因子、分化因子和其它外源性刺激因子所激活。根據(jù)DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域或蛋白蛋白相互作用結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)特點，轉(zhuǎn)錄因子可劃分為結(jié)構(gòu)和功能相似的幾類。結(jié)構(gòu)模式： 螺旋轉(zhuǎn)角螺旋，鋅指型。亮氨酸拉鏈，螺旋環(huán)螺旋種類1、AP-1/Fos/Jun2、細(xì)胞分化相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子3、肝細(xì)胞分化相關(guān)因子4、

8、POU結(jié)構(gòu)域蛋白5、紅細(xì)胞系分化相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子二、轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控 基因轉(zhuǎn)錄為mRNA后，mRNA的翻譯過程涉及一系列事件，如高分子量mRNA前體分子的剪接和加工、mRNA編輯，mRNA由細(xì)胞核轉(zhuǎn)運至胞漿、翻譯的起始和肽鏈的合成、mRNA的降解和翻譯后蛋白質(zhì)多肽鏈的折疊和加工等。 mRNA的轉(zhuǎn)運及其與核糖體的結(jié)合也受到RNA結(jié)合蛋白的調(diào)控。在高等真核細(xì)胞中，mRNA通過其自身結(jié)構(gòu)調(diào)控mRNA的翻譯和蛋白質(zhì)的生物合成過程。 mRNA的降解速率在調(diào)控mRNA翻譯中也起重要作用。某些激素和外源性因子就是通過穩(wěn)定mRNA，減緩其降解速率而增加某些基因的表達(dá)的。三、細(xì)胞微環(huán)境對分化的影響（一） 細(xì)胞外基質(zhì) E

9、CM包含有組織細(xì)胞分泌的多種成分。分兩類：、細(xì)胞基質(zhì)的粘附蛋白：膠原纖維、彈性纖維、LN（層粘素），F(xiàn)N(纖粘素)、調(diào)控細(xì)胞基質(zhì)相互作用的成分 血栓敏感素（TSP），肌腱蛋白（Tenascin）、骨粘連蛋白（osteondctin） ECM作用，ECM作為細(xì)胞之間的中介物，對細(xì)胞增殖和分化起著重要的調(diào)控作用。（二） 生長和分化因子 生長和分化因子通常是在一些低分子量多肽。它們可通過內(nèi)分泌、旁分泌和自分泌等方式作用于較遠(yuǎn)、鄰近和自身細(xì)胞，對細(xì)胞的分化和發(fā)育起著關(guān)鍵作用。如：造血生長因子（HGF）調(diào)節(jié)造血干細(xì)胞 促細(xì)胞生長素（EPO）紅細(xì)胞系 IL-3和粒細(xì)胞單核細(xì)胞集落刺激因子 （GM-CSF）作用廣泛（紅細(xì)胞系、白細(xì)胞系）（三 ）位置效應(yīng)和細(xì)胞細(xì)胞間的相互作用 在胚胎發(fā)育和器官形成過程中，細(xì)胞的發(fā)育分化取決于細(xì)胞所處的位置及相鄰細(xì)胞所能提供的物質(zhì)。 細(xì)胞粘附分子（CAM）可能具有重要意義。如鈣粘連蛋白(cadherin)在維持成人上皮組織的完整性，促進(jìn)細(xì)胞之間的結(jié)合方面起著關(guān)鍵作用。 CAM基因的表達(dá)隨著細(xì)胞分化程度而發(fā)生改變。CAM作為一個細(xì)胞的受體，同時又可作為另一個細(xì)胞的配體。（四） 細(xì)胞內(nèi)鈣離子和PH 某些刺激生長的藥物引起細(xì)胞分裂增殖的同時常伴有暫時性鈣離子內(nèi)流和