細(xì)胞分化與胚胎發(fā)育詳解

細(xì)胞分化與胚胎發(fā)育詳解演示文稿當(dāng)前1頁，總共39頁。優(yōu)選細(xì)胞分化與胚胎發(fā)育當(dāng)前2頁，總共39頁。細(xì)胞分化細(xì)胞類型1細(xì)胞類型2細(xì)胞類型3……細(xì)胞衰老細(xì)胞凋亡永生細(xì)胞（癌癥）去分化增殖

細(xì)胞分化與機(jī)體的正常功能：細(xì)胞分化是個(gè)體行使正常功能的保證。本質(zhì)：細(xì)胞的基因組相同，但表達(dá)譜不同；使細(xì)胞能行使不同的功能（分工）；核心：基因是如何有序表達(dá)的？（調(diào)控）。當(dāng)前3頁，總共39頁。細(xì)胞分化失常的三腿女嬰當(dāng)前4頁，總共39頁。三腿女嬰的X光透視圖當(dāng)前5頁，總共39頁。第一節(jié)細(xì)胞分化一、基本概念

（一）細(xì)胞分化是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果實(shí)驗(yàn)證據(jù)（分子雜交）：不同的細(xì)胞類型（celltypes)中，DNA相同，mRNA種類不同，蛋白質(zhì)種類不同。結(jié)論：相同的基因組在不同細(xì)胞中的選擇性表達(dá)；細(xì)胞分化是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果。當(dāng)前6頁，總共39頁。（二）管家基因和奢侈基因

管家基因（housekeepinggenes)：維持細(xì)胞基本功能所必需的基因，在所有細(xì)胞類型中均表達(dá)。e.g.,肌動蛋白、微管蛋白、組蛋白、核糖體蛋白、TAC循環(huán)的關(guān)鍵酶，etc.

組織特異性基因（tissue-specificgenes):在不同的細(xì)胞類型中特異性地表達(dá)，使細(xì)胞形成特定的形態(tài)結(jié)構(gòu)，行使特定的功能。e.g.,卵清蛋白、胰島素、血紅蛋白，etc.

調(diào)節(jié)基因（regulatorygenes):調(diào)節(jié)基因的表達(dá)。當(dāng)前7頁，總共39頁。（三）組織調(diào)控引發(fā)組織特異性基因的表達(dá)人體200多種不同類型細(xì)胞組合調(diào)控：多種調(diào)控蛋白共同調(diào)控完成，2n單一調(diào)控蛋白：啟動整個(gè)細(xì)胞分化過程骨骼肌細(xì)胞，MyoD使成纖維細(xì)胞表現(xiàn)骨骼肌細(xì)胞特征眼發(fā)育基因Ey，導(dǎo)入果蠅早期腿細(xì)胞，在腿中部形成眼靠一種關(guān)鍵性調(diào)控蛋白，啟動級聯(lián)調(diào)控蛋白，是令人驚奇的高效、經(jīng)濟(jì)的細(xì)胞分化啟動機(jī)制當(dāng)前8頁，總共39頁。例子：眼形成的關(guān)鍵調(diào)控蛋白Ey（果蠅）ey基因早期細(xì)胞（發(fā)育成腿）腿中眼細(xì)胞分化眼形成當(dāng)前9頁，總共39頁。細(xì)胞分化過程是由一系列基因產(chǎn)物調(diào)控的。每個(gè)基因的表達(dá)都必須：在正確的細(xì)胞中；在正確的時(shí)間；對正確的信號產(chǎn)生正確的反應(yīng)；產(chǎn)生正確的表達(dá)水平。問題：細(xì)胞是如何協(xié)調(diào)這一過程的？答案：一個(gè)關(guān)鍵的調(diào)控蛋白，可以調(diào)控一系列下游基因，完成細(xì)胞分化。當(dāng)前10頁，總共39頁。（四）單細(xì)胞有機(jī)體的細(xì)胞分化（進(jìn)化的中間類型）與多細(xì)胞有機(jī)體細(xì)胞分化的不同之處：前者多為適應(yīng)不同的生活環(huán)境，而后者則通過細(xì)胞分化構(gòu)建執(zhí)行不同功能的組織與器官?！穸嗉?xì)胞有機(jī)體在其分化程序與調(diào)節(jié)機(jī)制方面顯得更為復(fù)雜。當(dāng)前11頁，總共39頁。（五）轉(zhuǎn)分化和再生轉(zhuǎn)分化（trans-differentiation）：由一種分化的細(xì)胞類型轉(zhuǎn)化為另一種細(xì)胞類型。轉(zhuǎn)分化：去分化再分化再生：轉(zhuǎn)分化重新啟動細(xì)胞周期（G0－M)多能干細(xì)胞例子：植物細(xì)胞愈傷組織根芽形成植株再生動物：傷口愈合；肝再生；Wolftion晶體再生；低等生物的肢體再生；增殖去分化再分化當(dāng)前12頁，總共39頁。當(dāng)前13頁，總共39頁。當(dāng)前14頁，總共39頁。二、細(xì)胞的全能性(totipotency)與多功能干細(xì)胞

（一）細(xì)胞的全能性對全能性的認(rèn)識,首先是在植物方面取得突破。1958年Steward等利用胡蘿卜根的韌皮部組織培養(yǎng)出了完整的新植株后（圖13-17）。當(dāng)前15頁，總共39頁。圖13-17由單個(gè)分化細(xì)胞再生成完整的植株當(dāng)前16頁，總共39頁。在動物方面,最早是通過對兩棲類蛙的核移植證明完全分化的細(xì)胞核具有全能性。當(dāng)前17頁，總共39頁。圖13-18蛙的核移植實(shí)驗(yàn)當(dāng)前18頁，總共39頁。干細(xì)胞來源胚胎干細(xì)胞（embryonicstemcells,ESC）成體干細(xì)胞：造血（骨髓）干細(xì)胞神經(jīng)干細(xì)胞肝臟干細(xì)胞……功能多潛能干細(xì)胞（pluripotentstemcells）定向干細(xì)胞（directionalstemcells）干細(xì)胞（stemcells）具有部分的全能性（多潛能性，pluripotency）當(dāng)前19頁，總共39頁。（二）干細(xì)胞干細(xì)胞(stemcells,SC)是一類具有自我復(fù)制能力的多潛能細(xì)胞，在一定條件下，可以分化成多種功能細(xì)胞（圖13-40）。干細(xì)胞是一種未充分分化，尚不成熟的細(xì)胞，具有再生各種組織器官和人體的潛在功能，醫(yī)學(xué)界稱之為“萬用細(xì)胞”。人體干細(xì)胞分兩種類型，一種是全功能干細(xì)胞，可直接克隆人體；另一種是多功能干細(xì)胞，可直接復(fù)制各種臟器和修復(fù)組織。P322當(dāng)前20頁，總共39頁。圖13-40干細(xì)胞及其作用

圖中所示干細(xì)胞先經(jīng)分裂產(chǎn)生兩個(gè)干細(xì)胞后，保留一個(gè)干細(xì)胞，另一個(gè)干細(xì)胞可分化產(chǎn)生一群有限分裂能力的分化細(xì)胞。當(dāng)前21頁，總共39頁。干細(xì)胞具有幾個(gè)顯著的特點(diǎn)①干細(xì)胞本身不是終末分化細(xì)胞(即干細(xì)胞不是處于分化途徑的終端);②干細(xì)胞能無限地分裂;③干細(xì)胞分裂產(chǎn)生的子細(xì)胞: 或保持親代特征,仍作為干細(xì)胞, 或不可逆地向終末分化。 從功能上來講,干細(xì)胞不是執(zhí)行已分化細(xì)胞的功能,而是產(chǎn)生具有分化功能的細(xì)胞。當(dāng)前22頁，總共39頁。（三）胚胎干細(xì)胞圖15-5當(dāng)前23頁，總共39頁。圖15-6當(dāng)前24頁，總共39頁。三、影響細(xì)胞分化的因素

（一）細(xì)胞的全能性（totipotency）：單個(gè)細(xì)胞形成完整個(gè)體的能力。實(shí)驗(yàn)證據(jù)：植物體細(xì)胞胚胎發(fā)生;動物克?。?997，多莉羊；……）高度分化的動植物體細(xì)胞，在遺傳背景（基因組DNA)和功能上均是全能的。當(dāng)前25頁，總共39頁。多莉羊的克隆當(dāng)前26頁，總共39頁。（二）影響細(xì)胞分化的因素（外因）眾多的內(nèi)外因素，形成“網(wǎng)絡(luò)”。1，胞外信號

近端因子：細(xì)胞接觸；旁分泌；自分泌；縫隙連接環(huán)境胞外信號遠(yuǎn)端因子：內(nèi)分泌（激素）當(dāng)前27頁，總共39頁。2，細(xì)胞記憶和決定

定義：細(xì)胞將信號分子的作用儲藏起來，以決定分化的能力。（memoryfate）

本質(zhì)：特定的基因表達(dá)譜式（profile）在細(xì)胞增殖過程中的傳遞。

方式：a.正反饋途徑（positivefeedbackloop）b.染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的信息傳到子代細(xì)胞

當(dāng)前28頁，總共39頁。正反饋途徑當(dāng)前29頁，總共39頁。染色質(zhì)的不均一性當(dāng)前30頁，總共39頁。3，細(xì)胞質(zhì)的影響受精卵的細(xì)胞質(zhì)不均一性和不均等卵裂細(xì)胞增殖過程中產(chǎn)生不均等細(xì)胞的方式當(dāng)前31頁，總共39頁。細(xì)胞質(zhì)不均一性的分子基礎(chǔ)“決定子”(determinant)：影響卵裂細(xì)胞向不同方向分化的細(xì)胞質(zhì)成分細(xì)胞質(zhì)成分：mRNA；隱藏mRNA；生殖質(zhì)(germplasm)當(dāng)前32頁，總共39頁。4，細(xì)胞間的相互作用和位置效應(yīng)細(xì)胞相互作用：信號分子的作用（見前）細(xì)胞位置效應(yīng)（positioneffect）：細(xì)胞所處的位置對細(xì)胞分化的影響，“位置信息”是主要原因。

當(dāng)前33頁，總共39頁。5，環(huán)境因素對性別的影響環(huán)境基因表達(dá)細(xì)胞分化性狀bzs

6，染色質(zhì)和基因重排例子：a.馬蛔蟲：染色體消減現(xiàn)象b.纖毛蟲（生殖核和營養(yǎng)核）：營養(yǎng)核DNA丟失DNA重排和多倍化（?；ヽ.B淋巴細(xì)胞：DNA斷裂和重排抗體的多樣化當(dāng)前34頁，總共39頁。第三節(jié)胚胎發(fā)育中的細(xì)胞分化（自學(xué)）

細(xì)胞分化是發(fā)育的基礎(chǔ)；發(fā)育（個(gè)體形成）是細(xì)胞分化的結(jié)果?，F(xiàn)代發(fā)育生物學(xué)（developmentalbiology）的核心問題：發(fā)育過程中基因組表達(dá)的時(shí)空性及其調(diào)控機(jī)制；……受精卵細(xì)胞分化組織形成器官形成個(gè)體如何調(diào)控？？當(dāng)前35頁，總共39頁。目前的主要成果：同源異型基因群（homeoticselectorgenes,Hoxgenes）的發(fā)現(xiàn)（果蠅）；Hox：高度保守，180bp同源框（homeobox）;60a.a.同源異形結(jié)構(gòu)域（homeodomain）;“helix-turn-helix”當(dāng)前36頁，總共39頁。同源異型結(jié)構(gòu)域與特異DNA序列的結(jié)合參與了基因調(diào)控當(dāng)前