細胞分化細胞生物學課件

請帶著以下問題學習本章內容：1.什么是細胞分化？2.為什么需要細胞分化？

第十三章細胞分化

第一節(jié)細胞分化與個體發(fā)育

第二節(jié)細胞分化與組織更新

第三節(jié)細胞分化與基因表達的時空調節(jié)

第四節(jié)細胞分化與腫瘤

干細胞(stemcell)是存在于人和動物發(fā)育各階段（包括早期胚胎和成熟組織）的一類原始狀態(tài)的未分化細胞，它能夠自我更新并始終保持很強的分化潛能，可以產(chǎn)生一種、多種、甚至全部的機體細胞類型。胚胎：從受精卵發(fā)育為成熟胚胎，由一個細胞衍生出多種不同類型的細胞，這些細胞結構和生化組成有明顯差異，執(zhí)行不同的功能。如神經(jīng)細胞、紅細胞、肌細胞等。成體：存在于已分化組織中的未分化細胞，也能自我更新，分化為所在組織的各種細胞。表皮基底細胞角化的過程造血干細胞不斷分化成熟為各類血細胞胚胎發(fā)育干細胞的應用：細胞療法器官工廠組織工程學基因治療

細胞分化（CellDifferentiation)

由同源細胞逐漸變?yōu)樵谛螒B(tài)結構、生理功能和生化特征等方面具有穩(wěn)定差異的另一類型細胞的過程。

第一節(jié)細胞分化與個體發(fā)育一、發(fā)育過程中細胞分化經(jīng)歷一個分化能力逐漸受限制的過程細胞的全能性：生物體中的一個體細胞或一個性細胞在一定條件下，有能力重新形成完整的個體，或者分化形成該個體任何種類的細胞。此特性稱為“細胞全能性”。受精卵、8細胞期前的胚胎細胞是全能細胞。細胞的全能性多能細胞：只具有演變?yōu)槎喾N細胞類型的能力。單能細胞：僅具有分化形成某一種類型細胞的能力。分化過程：全能多能單能已分化細胞：全能性細胞核細胞核的全能性1997年2月24日：克隆羊培育成功。隨后幾年中，克隆牛、克隆鼠、克隆猴相繼面世。2001年11月25日，美國先進細胞技術公司宣布，利用克隆技術首次培育出人類早期胚胎。多名研究人員宣布克隆人計劃

克?。╟lone)的概念“西游記”中的美猴王擅長克隆：拔根汗毛變出小美猴王克隆就是無性生殖體細胞克隆治療性克隆與生殖性克隆治療性克隆人類進行克隆的歷史公元前5000年谷物選種1952年克隆蝌蚪1972年基因復制1978年第一例試管嬰兒出生1997年多利，你好！1998年克隆批量化2004年克隆人體胚胎去分化（dedifferentiation）已分化的細胞可失去已獲得的特有的結構和功能，重新獲得未分化細胞的特征的過程。轉分化（transdifferentiation）一種分化類型的細胞可以轉變成另一種類型的分化細胞的現(xiàn)象。成纖維細胞轉分化為其他類型的細胞細胞決定：

細胞在發(fā)生可識別的形態(tài)特征變化之前，分化方向就已得到?jīng)Q定。二、細胞分化之前的細胞決定移植實驗顯示細胞的決定狀態(tài)細胞決定雞胚：移植前，肢芽（長出大腿）和翼芽（長出翅膀）兩處細胞形態(tài)相同，均未分化。肢芽組織塊移植至翼芽部位，結果翼尖為腳趾。肢芽翼芽長出翅膀三、細胞有多種途徑產(chǎn)生差異1.不對稱的分裂

細胞分裂時母細胞中的某些分子不均等地分配到兩個子細胞中，造成子細胞向不同方向分化。不對稱分裂：生成不同的子細胞對稱分裂：子細胞形成后因受到不同的影響而成為不同的細胞2.細胞間的相互誘導來自外部的信號使一群細胞中的一個或更多的成員進入不同的發(fā)育途徑，此過程稱為誘導式的相互作用。誘導信號細胞被導入新的發(fā)育途徑細胞間誘導式的相互作用3.相鄰細胞的側向抑制已分化的細胞可以產(chǎn)生抑制臨近細胞朝相同方向分化的物質，阻止它們成為和自己一樣。細胞間的相互接觸和側向抑制抑制信號4.信號分子的梯度效應當信號分子從一個源頭向外擴散時，往往形成一個信號的濃度梯度，使得距源頭遠近不同的細胞根據(jù)自己周圍信號分子的濃度，表現(xiàn)出各種不同的行為。成形素蛋白在小雞四肢發(fā)育中的作用5.細胞的內在程序細胞內在的程序常常決定了其發(fā)育的時間進程。發(fā)育過程中細胞會隨時間和位置的不同而不同。依次誘導第二節(jié)細胞分化與組織更新

保持親代干細胞的特性增殖、分化成體干細胞終末分化細胞死亡

已存在的細胞通過增殖形成相同類型的子細胞，如肝細胞成體干細胞產(chǎn)生新的分化，如表皮細胞

成體產(chǎn)生新的分化細胞單能干細胞：表皮的基底細胞成體干細胞多能干細胞：造血干細胞過渡型增殖細胞處于從干細胞到分化細胞的過渡時期，通過這些細胞的分裂，一個干細胞所產(chǎn)生的子代分化細胞得到了大大的增加。表皮細胞的分化造血干細胞的分化過程第三節(jié)細胞分化與基因表達的時空調節(jié)一、不同類型的細胞合成不同的蛋白管家基因（huosekeepinggene）：編碼維持細胞最低限度的功能所不可缺少的蛋白質的基因，如組蛋白、細胞周期蛋白的基因，這些基因不參與細胞分化的定向，對細胞分化只有協(xié)助作用。奢侈基因(luxurygene)：有些蛋白和分化細胞的特殊性狀密切相關，但不是細胞基本生命活動必不可少的，編碼此類蛋白的基因稱為奢侈基因，與各種分化細胞的特殊性狀有直接關系。細胞分化是奢侈基因按一定時空順序表達的結果細胞分化是基因按一定時空順序表達的結果，這種在個體發(fā)育過程中不同的基因按照一定的時空順序被激活的現(xiàn)象稱為“基因的差異表達”。成纖維細胞被加入肌源蛋白后分化為肌細胞1.基因組合調控產(chǎn)生多種調節(jié)模式組合調控（combinationalcontrol）一些基因調節(jié)蛋白通過一定的組合形成一系列的調節(jié)模塊，依次結合到調節(jié)序列上，在正確的時間和空間，表達正確的基因模式。該機制可以使為數(shù)不多的基因調節(jié)蛋白產(chǎn)生眾多的細胞類型?；蚪M合調控對發(fā)育的重要作用2.DNA甲基化是一種可遺傳的基因調節(jié)模式基因轉錄的調節(jié)不僅可通過蛋白質與特定DNA序列的結合來進行，還可以通過DNA自身的共價修飾。DNA甲基化可以從一個細胞世代傳到下一代細胞，所以也稱“核記憶”。DNA甲基化可以忠實地得到遺傳二、基因調節(jié)模式的遺傳和細胞記憶與特化細胞的特征形成有關的基因調節(jié)模式及染色體結構變化是可以遺傳的。正反饋環(huán)的遺傳機制三、基因表達的調節(jié)是多水平的真核細胞基因表達調節(jié)的多重性四、細胞質的作用胞質記憶由細胞質中的成分直接或間接作用于基因組，使得特定的基因被選擇性表達的現(xiàn)象。第四節(jié)細胞分化與腫瘤

腫瘤發(fā)生是細胞去分化或分化阻斷的結果，其分子基礎是基因突變或表達異常。一、分化異常與腫瘤腫瘤起源于一些未分化或微分化的干細胞，主要表現(xiàn)出增殖過度、分化不全的特征。腫瘤細胞所處的分化狀態(tài)決定了腫瘤的惡性程度。例如白血病是多能造血干細胞在某一階段分化發(fā)育受阻的結果。二、誘導分化與腫瘤治療腫瘤細胞在一定條件和誘導分化劑的作用下可以向正常細胞轉化：維甲酸治療白血病。由同源細胞逐漸變?yōu)樵谛螒B(tài)結構、生理功能和生化特征等方面具有穩(wěn)定差異的另一類型細胞的過程稱為分化。細胞分化是胚胎發(fā)育和維持成體生存的重要因素。本章小節(jié)已分化的細胞能夠去分化、轉分化。細胞向哪個方向分化是由各方面因素共同決定的。從基因角度看細胞分化是基因按一定時空順序表達的結果，這種在個體發(fā)育過程中不同的基因按照一定的時空順序被激活的現(xiàn)象稱為“基因的差異表達”。思考題：解釋下列名詞：細胞分化去分化轉分化細胞全能性干細胞管家基因奢侈基因基因的差異表達

回答下列問題：1.為什么腸上皮細胞頻繁地更新，而大部分神經(jīng)細胞的壽命可與機體的壽命一樣長？分化、增殖狀態(tài)不同的三類細胞：持續(xù)增殖細胞：造血干細胞、表皮基底細胞、骨原細胞暫時不增殖細胞：肝細胞、初級卵母細胞不增殖細胞（終末細胞）：神經(jīng)元、紅細胞、表皮角質細胞、骨細胞更新速度不同的三類細胞：不更新、接近機體壽命：神經(jīng)元、骨細胞、脂肪細胞緩慢更新：肝細胞、胃壁細胞、腎皮質細胞快速更新：表皮細胞、紅細胞、白細胞

過渡型增殖細胞干細胞間質細胞定向分化或死亡干細胞維持干細胞分裂造血干細胞對間質細胞的接觸依賴細胞分化的基本特點分化狀態(tài)的穩(wěn)定性和可逆性(去分化、轉分化)細胞分化的時空性一次性和持續(xù)性分化細胞分化與細胞增殖的關系二、細胞分化與基因表達調節(jié)細胞分化是基因選擇性表達的結果:基因按一定時空順序,在特定環(huán)境信號作用下發(fā)生差異表達（differenti