細(xì)胞分化分子機(jī)制

細(xì)胞分化的分子(fēnzǐ)機(jī)制顯微手術(shù)和基因組學(xué)揭開了發(fā)育控制之迷…

…基因克隆(kèlónɡ)和測(cè)序展現(xiàn)出其分子機(jī)理…

…

分子生物學(xué)與臨床(línchuánɡ)第一頁，共一百零三頁。精選ppt

本章(běnzhānɡ)內(nèi)容：細(xì)胞分化潛能與干細(xì)胞細(xì)胞分化與基因組變化(biànhuà)

基因表達(dá)與組織形成特異性蛋白基因表達(dá)的發(fā)育階段性基因表達(dá)的調(diào)控機(jī)制影響細(xì)胞分化的因素第二頁，共一百零三頁。精選ppt

細(xì)胞(xìbāo)分化的潛能

第三頁，共一百零三頁。精選ppt第四頁，共一百零三頁。精選ppt

指多細(xì)胞生物成長發(fā)育中，在一些內(nèi)在機(jī)制作用下，細(xì)胞在結(jié)構(gòu)、形態(tài)、生理功能及生化特征等方面逐漸產(chǎn)生(chǎnshēng)穩(wěn)定性差異，成為多種不同的細(xì)胞類型，以形成個(gè)體不同的組織、器官和系統(tǒng)。細(xì)胞(xìbāo)分化第五頁，共一百零三頁。精選ppt

受精卵發(fā)育(fāyù)按嚴(yán)格的模式和時(shí)間次序發(fā)展，發(fā)育(fāyù)初級(jí)的細(xì)胞并非包含成形的形體，而是具備發(fā)育(fāyù)為完整個(gè)體的潛力。 這種潛力，來自一組稱為干細(xì)胞的分化能力。在個(gè)體發(fā)育整個(gè)過程中，由于干細(xì)胞的存在使細(xì)胞分化不斷進(jìn)行。

干細(xì)胞第六頁，共一百零三頁。精選ppt干細(xì)胞有兩方面區(qū)別于其它細(xì)胞的特征：1，可分化(fēnhuà)為與自身完全相同的細(xì)胞，

2，可生產(chǎn)出特異性分化的細(xì)胞。

根據(jù)個(gè)體發(fā)育過程中出現(xiàn)的先后次序不同，干細(xì)胞可分為兩類：胚胎干細(xì)胞及成體干細(xì)胞。

第七頁，共一百零三頁。精選ppt胚胎干細(xì)胞，又稱全能干細(xì)胞，存在于未發(fā)育成熟的胚胎，高水平表達(dá)端粒酶，可分化為除構(gòu)成臍胎盤(tāipán)，臍帶等之外的任何一種特定類型細(xì)胞。即能長成動(dòng)物的任何組織和器官。第八頁，共一百零三頁。精選ppt成體干細(xì)胞：特定組織中的非特異性細(xì)胞，能無限制地分裂和自我更新。所產(chǎn)生的子細(xì)胞有兩種結(jié)果，一是保持親代特性，仍作為干細(xì)胞；二是不可逆地向終末方向(fāngxiàng)發(fā)展，成為一至幾種類型的特定細(xì)胞。第九頁，共一百零三頁。精選ppt

干細(xì)胞命運(yùn)各不相同，但分化機(jī)制相似：調(diào)控基因指導(dǎo)特異性基因的轉(zhuǎn)錄及特定蛋白質(zhì)的合成，從而細(xì)胞逐步發(fā)展為具有專門功能的特定細(xì)胞類型。 同樣，干細(xì)胞也對(duì)鄰近細(xì)胞的生長信號(hào)發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致特定基因活化及相應(yīng)蛋白質(zhì)合成，參與(cānyù)細(xì)胞分化，運(yùn)動(dòng)，或與其它細(xì)胞作用以形成組織。第十頁，共一百零三頁。精選ppt1970年MartinEvans首次從小鼠胚囊中分離出小鼠胚胎干細(xì)胞。原被誤認(rèn)為功能單一的干細(xì)胞后被證實(shí)具有自我復(fù)制能力，可分化為人體206種組織器官的原始細(xì)胞；1998年在人胚囊內(nèi)層細(xì)胞分離出人的胚胎干細(xì)胞，目前通過核移植技術(shù)(jìshù)獲得人胚胎干細(xì)胞。第十一頁，共一百零三頁。精選ppt第十二頁，共一百零三頁。精選ppt第十三頁，共一百零三頁。精選ppt干細(xì)胞具有的能夠穩(wěn)定生存增殖并保持多向分化(fēnhuà)潛能的特性使其在遺傳性疾病和組織器官移植領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用前景。第十四頁，共一百零三頁。精選ppt卵細(xì)胞具有(jùyǒu)極性，細(xì)胞核靠近北極。北極或動(dòng)物極：極體釋放的部位；南極或植物極：相對(duì)北極而言，母體物質(zhì)主要儲(chǔ)存在于植物極。二、細(xì)胞(xìbāo)分化的機(jī)理（一）細(xì)胞分裂的不對(duì)稱性第十五頁，共一百零三頁。精選ppt動(dòng)物卵細(xì)胞中貯存有大量mRNA，呈非均勻分布；用轉(zhuǎn)錄抑制劑放線菌素D處理海膽受精卵，胚胎發(fā)育仍能進(jìn)行至囊胚期用蛋白質(zhì)翻譯抑制劑嘌呤霉素處理受精卵，受精卵停止發(fā)育。卵裂(luǎnliè)后的細(xì)胞質(zhì)的特性決定了子細(xì)胞核的分化命運(yùn)。昆蟲以表面卵裂的方式形成胚層細(xì)胞的。遷入卵的后端極質(zhì)部的細(xì)胞發(fā)育為原始生殖細(xì)胞，用紫外線照射這一區(qū)域，破壞極質(zhì)，卵將發(fā)育為無生殖細(xì)胞的不育個(gè)體。

母系基因產(chǎn)物控制(kòngzhì)卵的不對(duì)稱分裂細(xì)胞的不對(duì)稱分裂使姐妹(jiěmèi)細(xì)胞產(chǎn)生了差異在細(xì)胞分裂時(shí)一些重要的分子被不均等地分配到兩個(gè)子細(xì)胞中

第十六頁，共一百零三頁。精選ppt1、胚胎誘導(dǎo)(embryonicinduction)

：胚胎發(fā)育過程中，一部分細(xì)胞影響(yǐngxiǎng)相鄰細(xì)胞向一定方向分化的作用。誘導(dǎo)者(inductor)

：對(duì)其它細(xì)胞起誘導(dǎo)作用的細(xì)胞：脊索可誘導(dǎo)其頂部外胚層發(fā)育成神經(jīng)板，神經(jīng)溝和神經(jīng)管；視胞可誘導(dǎo)其外面的外胚層形成晶體，而晶體又可誘導(dǎo)外胚層形成角膜。（二）細(xì)胞(xìbāo)間的相互作用進(jìn)一步更復(fù)雜(fùzá)的模式由細(xì)胞間相互作用產(chǎn)生

誘導(dǎo)的相互作用可以在原本等同的細(xì)胞中建立起有序的差異

第十七頁，共一百零三頁。精選ppt2、分化抑制：分化成熟的細(xì)胞可以(kěyǐ)產(chǎn)生抑素，抑制相鄰細(xì)胞發(fā)生同樣的分化。如含有成蛙心組織的培養(yǎng)液培養(yǎng)蛙胚，則蛙胚不能發(fā)育出正常的心臟。3、細(xì)胞數(shù)量效應(yīng)小鼠胚胎胰腺原基在體外進(jìn)行組織培養(yǎng)時(shí)，可發(fā)育成具有功能的胰腺組織，但如果把胰原基切成8小塊分別培養(yǎng)，則都不能形成胰腺組織，如果再把分開的小塊合起來，又可形成胰腺組織。第十八頁，共一百零三頁。精選ppt4、細(xì)胞外基質(zhì)的影響干細(xì)胞在IV型膠原和層粘連蛋白(dànbái)上分化為上皮細(xì)胞；在I型膠原和纖粘連蛋白上形成纖維細(xì)胞；在II型膠原及軟骨粘連蛋白上發(fā)育為軟骨細(xì)胞。5、激素的作用如昆蟲的保幼激素和脫皮激素。第十九頁，共一百零三頁。精選ppt1、染色體結(jié)構(gòu)的變化1）基因刪除：原生動(dòng)物、昆蟲、甲殼動(dòng)物。2）基因擴(kuò)增：果蠅多線染色體。3）基因重排：免疫(miǎnyì)球蛋白基因（106~108種抗體）。4）DNA的甲基化與異染色質(zhì)化：胞嘧啶的甲基化使基因失活。（三）細(xì)胞(xìbāo)核與細(xì)胞(xìbāo)分化第二十頁，共一百零三頁。精選ppt2、基因與細(xì)胞分化無論是母體mRNA的作用還是細(xì)胞間的相互作用，其結(jié)果是啟動(dòng)特定基因的表達(dá)。根據(jù)對(duì)果蠅、家蠶等實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的研究表明：卵受精后，首先表達(dá)的是母體基因；母體基因的產(chǎn)物是轉(zhuǎn)錄因子，沿胚的前后軸形成一個(gè)濃度梯度，決定了胚的前后位置和頭尾區(qū)域；控制其它基因的表達(dá)：母體基因→間隙(jiànxì)基因→成對(duì)基因→體節(jié)極性基因→同源異形基因（homeoticgene，Hox）第二十一頁，共一百零三頁。精選pptGeneand

Development母體(mǔtǐ)基因間隙(jiànxì)基因成對(duì)基因(jīyīn)體節(jié)極性基因同源異形基因第二十二頁，共一百零三頁。精選ppt

生物體細(xì)胞中含有決定生長分裂和分化的全部基因信息(xìnxī)，按其與細(xì)胞分化的關(guān)系，可將這些基因分為兩大類：奢侈基因和管家基因

2．奢侈(shēchǐ)基因與管家基因

第二十三頁，共一百零三頁。精選ppt奢侈基因(luxurygene)，編碼細(xì)胞特異性蛋白，與各種分化(fēnhuà)細(xì)胞的特定性狀直接相關(guān)，這類基因?qū)?xì)胞自身生存無直接影響。 如編碼紅細(xì)胞血紅蛋白，肌細(xì)胞的肌球蛋白和肌動(dòng)蛋白等的基因?qū)俅祟?。第二十四頁，共一百零三頁。精選ppt管家基因(housekeepinggene)，這類基因的表達(dá)產(chǎn)物為細(xì)胞生命活動(dòng)持續(xù)需要和必不少(bùshǎo)，但與細(xì)胞分化的關(guān)系不大，在細(xì)胞分化中只起協(xié)助作用。

如tRNA，rRNA基因，催化能量代謝的各種酶系，三羧酸循環(huán)中各種酶系等

第二十五頁，共一百零三頁。精選ppt從分子(fēnzǐ)層次看，細(xì)胞分化主要是奢侈基因中某種（或某些）特定基因選擇性表達(dá)的結(jié)果。某些基因的選擇性表達(dá)合成了執(zhí)行特定功能的蛋白質(zhì)，從而產(chǎn)生特定的分化細(xì)胞類型。

第二十六頁，共一百零三頁。精選ppt

分化細(xì)胞的基因表達(dá)(biǎodá)特征一基因組

成熟分化的細(xì)胞保留著全部核基因組。

第二十七頁，共一百零三頁。精選ppt相關(guān)實(shí)驗(yàn)：

1964年Gurdon等進(jìn)行的非洲爪蟾實(shí)驗(yàn)

1970年Steward等用懸浮(xuánfú)培養(yǎng)的胡蘿卜單個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)成可育的胡蘿卜植株。

1997年英國學(xué)者克隆出“多莉”羊

第二十八頁，共一百零三頁。精選pptJ.Gurdon1964爪蟾蝌蚪的腸上皮細(xì)胞核移植去核卵細(xì)胞未受精卵UV腸上皮細(xì)胞核1-2%發(fā)育至蝌蚪或蛙無結(jié)果畸胎第二十九頁，共一百零三頁。精選ppt懸浮培養(yǎng)(péiyǎng)的胡蘿卜單細(xì)胞培養(yǎng)(péiyǎng)成了可育植株（Steward,1970年）第三十頁，共一百零三頁。精選pptDolly的標(biāo)本(biāoběn)和伊恩博士Dolly：1996.7.5.世界上第一(dìyī)只克隆羊Dolly由英國愛丁堡大學(xué)的伊恩博士研制成功，2003.2.14.由于肺結(jié)核而被安樂死，它的標(biāo)本于2003年4月9日陳列于蘇格蘭首都愛丁堡國家博物館。

第三十一頁，共一百零三頁。精選ppt多莉的出生與三只母羊有關(guān)，而多莉與提供(tígōng)細(xì)胞核的母羊最相似。遺傳信息來自(láizì)哪里？第三十二頁，共一百零三頁。精選ppt這些實(shí)驗(yàn)說明：

--即使是終末分化細(xì)胞，其細(xì)胞核同樣(tóngyàng)也包含全部的遺傳信息，即具有發(fā)育為完整個(gè)體的“全能性”。細(xì)胞的全能性:

指已分化的細(xì)胞仍具有發(fā)育成完整個(gè)體(gètǐ)的能力.第三十三頁，共一百零三頁。精選ppt當(dāng)精子及卵子結(jié)合，來自父代及母代的基因即發(fā)生組合，形成發(fā)育為一個(gè)完整個(gè)體所需的基因組。分化進(jìn)程中，細(xì)胞有選擇地啟動(dòng)某些基因并合成(héchéng)其它類型的細(xì)胞所不具備的蛋白質(zhì)，以構(gòu)成該種特定細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)物及功能的基礎(chǔ)。第三十四頁，共一百零三頁。精選ppt

如肌肉細(xì)胞發(fā)育的原腸胚形成階段，整個(gè)胚胎細(xì)胞都能合成肌球蛋白，但原腸期以后(yǐhòu)，合成肌球蛋白的細(xì)胞僅局限于心區(qū)，而其他部位的細(xì)胞則被抑制。

第三十五頁，共一百零三頁。精選ppt

分化中為何出現(xiàn)動(dòng)物細(xì)胞表型的差異?

這是細(xì)胞各自表達(dá)特異性基因(jīyīn)的結(jié)果。一些胚胎細(xì)胞按其遺傳潛能來說都是“全能”的，但其攜帶的遺傳信息在發(fā)育過程中并不都能表達(dá)，而是按嚴(yán)格的時(shí)空順序有選擇地表達(dá)其中一部分。第三十六頁，共一百零三頁。精選ppt基因表達(dá)的階段特異性（時(shí)）及組織特異性（空）指特定基因的表達(dá)按照嚴(yán)格的時(shí)間順序發(fā)生，同時(shí)(tóngshí)，同一基因產(chǎn)物在不同的組織器官表達(dá)數(shù)量不同，不同的產(chǎn)物蛋白又分布于不同的細(xì)胞或組織器官。第三十七頁，共一百零三頁。精選ppt

在胚胎發(fā)育過程中，細(xì)胞基因組嚴(yán)格按時(shí)空順序相繼活化這一現(xiàn)象稱為基因的差異(chāyì)表達(dá)（differentialexpression）或順序表達(dá)（sequentialexpression）。 從一個(gè)受精卵開始，在個(gè)體發(fā)育的過程中逐步分化產(chǎn)生各種細(xì)胞類型和組織，這種分化就是不同特異性基因相繼表達(dá)的結(jié)果。第三十八頁，共一百零三頁。精選ppt二、特異(tèyì)蛋白的選擇性基因表達(dá)主要在轉(zhuǎn)錄水平 進(jìn)行DNARNA多肽(duōtài)轉(zhuǎn)錄(zhuǎnlù)翻譯第三十九頁，共一百零三頁。精選ppt

如果蠅和其他雙翅目昆蟲唾腺染色體所看到的膨松區(qū)的形成。膨松區(qū)是基因的活化區(qū)，即正轉(zhuǎn)錄區(qū)域。膨松區(qū)的位置和數(shù)目在相同發(fā)育階段的同一類型細(xì)胞一致(yīzhì)，但在不同類型的細(xì)胞中有區(qū)別，在不同的發(fā)育階段也有明顯變化。第四十頁，共一百零三頁。精選ppt果蠅(ɡuǒyínɡ)多線染色體

第四十一頁，共一百零三頁。精選ppt第四十二頁，共一百零三頁。精選ppt

用32P磷酸鹽分別摻入前體細(xì)胞和原成紅細(xì)胞，若珠蛋白基因有表達(dá)，則DNA可轉(zhuǎn)錄(zhuǎnlù)有32P標(biāo)記的RNA。當(dāng)用克隆的胚胎型樣珠蛋白基因DNA探針與之雜交，發(fā)現(xiàn)在原成紅細(xì)胞中有DNA-RNA雜交反應(yīng)，而前體細(xì)胞中不發(fā)生雜交反應(yīng)。

說明前體細(xì)胞的胚胎型珠蛋白基因處于休止?fàn)顟B(tài)，直至發(fā)育到原成紅細(xì)胞時(shí)才被活化。表明樣珠蛋白基因具有嚴(yán)格的紅系組織特異性和發(fā)育階段專一性特點(diǎn)。特異基因(jīyīn)的階段性表達(dá)第四十三頁，共一百零三頁。精選ppt組織形成(xíngchéng)中的基因表達(dá)第四十四頁，共一百零三頁。精選ppt一、動(dòng)物及人體(réntǐ)的基本組織類型

包括四類

1．上皮組織:來源于外胚層，如皮膚表層

2．結(jié)締組織(jiédì-zǔzhī):由中胚層產(chǎn)生的，分布在表皮之內(nèi)各 器官組織之間，如韌帶、纖維、血漿

3．肌肉組織:來自中胚層，又有平滑肌、骨胳肌和 心肌，主要組分是肌原纖維

4．神經(jīng)組織:來自外胚層，由神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì) 胞組成第四十五頁，共一百零三頁。精選ppt二、哺乳動(dòng)物骨骼肌發(fā)育(fāyù)中的基因調(diào)節(jié)

1．骨骼肌細(xì)胞發(fā)育包括3個(gè)階段1）由胚胎的體節(jié)細(xì)胞出現(xiàn)細(xì)胞決定（分化方向），并分化為成肌細(xì)胞；2）成肌細(xì)胞向胚胎肢芽遷移并保持增殖能力；3）成肌細(xì)胞停止分裂，彼此融合(rónghé)成多核體細(xì)胞（或肌管），伴隨細(xì)胞融合的出現(xiàn)，對(duì)骨骼肌發(fā)育及其功能有關(guān)的各種肌細(xì)胞特異基因的表達(dá)使其分化為成熟的骨骼肌細(xì)胞。第四十六頁，共一百零三頁。精選ppt骨骼肌細(xì)胞發(fā)育程序(chéngxù)包括3個(gè)階段第四十七頁，共一百零三頁。精選ppt已鑒定出4種控制骨骼肌細(xì)胞發(fā)育的基因：myoD、myf5、myogenin及mrf4，分別表達(dá)相應(yīng)的myoD、myf5、myogenin及mrf4蛋白，統(tǒng)稱為myoD家族蛋白。這些蛋白均具有堿性螺旋-環(huán)螺旋（bHLH）結(jié)構(gòu)(jiégòu)，屬DNA結(jié)合蛋白并行使轉(zhuǎn)錄因子的功能。第四十八頁，共一百零三頁。精選pptmyoD家族(jiāzú)蛋白在形成同源及異源二聚體后可與基因調(diào)控區(qū)中的CANNTG序列（又稱Ebox）相結(jié)合，通過DNA-protein相互作用，myoD構(gòu)象改變從而誘導(dǎo)肌細(xì)胞特異性的基因轉(zhuǎn)錄。myoD誘導(dǎo)肌細(xì)胞特異性基因(jīyīn)轉(zhuǎn)錄第四十九頁，共一百零三頁。精選ppt

基因

表型

myoD家族敲除 存活成肌細(xì)胞肌細(xì)胞 蛋白功能——————————————————————————————————————————————————————————myoD能+ + 不詳 myf5能+ + 不詳 myoD、myf5

否-- 成肌細(xì)胞形成(xíngchéng)必須myogenin 否+-成肌細(xì)胞向肌細(xì)胞分化所必須

表1myoD家族基因(jīyīn)敲除對(duì)小鼠 骨骼肌細(xì)胞分化發(fā)育的影響第五十頁，共一百零三頁。精選ppt從體節(jié)細(xì)胞分化(fēnhuà)為成肌細(xì)胞時(shí)需myoD和myf5兩種蛋白，myogenin蛋白對(duì)成肌細(xì)胞融合并分化為成熟的骨骼肌細(xì)胞必不可少第五十一頁，共一百零三頁。精選ppt細(xì)胞融合前只有myoD及myf5基因表達(dá)，myogenin基因只有在細(xì)胞融合發(fā)生(fāshēng)后表達(dá)，且受myoD及myf5表達(dá)的誘導(dǎo)。myoD及myf5基因控制體節(jié)細(xì)胞分化為成肌細(xì)胞，而從成肌細(xì)胞發(fā)育為成熟的骨骼肌細(xì)胞則依賴于myogenin基因．第五十二頁，共一百零三頁。精選ppt成肌細(xì)胞中，肌動(dòng)蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白、肌鈣蛋白（與肌肉收縮有關(guān)）、磷酸肌酸激酶及乙酰膽堿受體（傳遞神經(jīng)刺激）等特異性蛋白的基因活性處于休止?fàn)顟B(tài)(zhuàngtài)。成肌細(xì)胞融合后，開始激活表達(dá)并使之最終分化為形態(tài)及功能成熟的骨骼肌細(xì)胞。成肌細(xì)胞融合激活特異性蛋白(dànbái)基因第五十三頁，共一百零三頁。精選pptmyoD家族(jiāzú)蛋白總結(jié)(zǒngjié)：Ebox構(gòu)象(ɡòuxiànɡ)改變二聚化myoD家族蛋白特異蛋白表達(dá)成肌細(xì)胞融合第五十四頁，共一百零三頁。精選ppt三、神經(jīng)發(fā)生(fāshēng)的調(diào)節(jié)

神經(jīng)系統(tǒng)：外胚層神經(jīng)管和神經(jīng)嵴，神經(jīng)管腦、脊髓及視網(wǎng)膜在內(nèi)的中樞神經(jīng)(zhōngshūshénjīng)系統(tǒng);神經(jīng)嵴周圍神經(jīng)系統(tǒng)。第五十五頁，共一百零三頁。精選ppt神經(jīng)管及神經(jīng)嵴細(xì)胞發(fā)育為神經(jīng)母細(xì)胞后，其子細(xì)胞停止分裂時(shí)產(chǎn)生神經(jīng)元細(xì)胞。神經(jīng)元細(xì)胞兩端生長(shēngzhǎng)出樹突及軸突，軸突定向生長(shēngzhǎng)延伸至靶細(xì)胞部位，末端與靶細(xì)胞形成突觸連接，最終從形態(tài)及功能上發(fā)育分化成熟。神經(jīng)元細(xì)胞(xìbāo)分化第五十六頁，共一百零三頁。精選ppt果蠅基因組中鑒定出一種約lOOkb的基因復(fù)合物AS-complex（AS-c）。AS—c對(duì)剛毛器官發(fā)育起調(diào)節(jié)作用。果蠅的剛毛器官是毛干細(xì)胞、神經(jīng)元、鞘細(xì)胞和牙槽細(xì)胞等4種細(xì)胞構(gòu)成的觸覺器官。剛毛器的發(fā)育始于第二(dìèr)胸部體節(jié)的翅成蟲盤細(xì)胞，經(jīng)神經(jīng)原細(xì)胞至神經(jīng)前體細(xì)胞的發(fā)育,前體細(xì)胞經(jīng)過兩次分裂后的4個(gè)子細(xì)胞發(fā)育成上述4種特化細(xì)胞。神經(jīng)元細(xì)胞(xìbāo)分化過程中的基因第五十七頁，共一百零三頁。精選pptAS—c含4種基因——achaete（ac）、scute（sc）、Lethalofscute（L－sc）及asense（a），產(chǎn)物均為HLH蛋白(dànbái)。ac及sc兩種基因在神經(jīng)原細(xì)胞中表達(dá)，使其向神經(jīng)前體細(xì)胞方向分化。發(fā)育至神經(jīng)前體細(xì)胞時(shí)，ac及sc停止表達(dá)，a及其他有關(guān)基因開始表達(dá)并導(dǎo)致神經(jīng)元分化。

神經(jīng)元細(xì)胞分化(fēnhuà)過程中的基因表達(dá)神經(jīng)原細(xì)胞(xìbāo)神經(jīng)前體細(xì)胞acaL-scsc第五十八頁，共一百零三頁。精選pptac及sc的表達(dá)受另兩種基因(jīyīn)—daughterless（da）及extramachrochaete（emc）的調(diào)節(jié)，da及emc產(chǎn)物亦為bHLH蛋白，均可與ac及sc蛋白結(jié)合成異二聚體，前者通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄促進(jìn)神經(jīng)原細(xì)胞向神經(jīng)前體細(xì)胞分化，而后者則起抑制作用。Notch

和Delta蛋白抑制ac及sc基因的表達(dá)，并阻止向神經(jīng)前體細(xì)胞方向分化。神經(jīng)元細(xì)胞分化過程(guòchéng)中的基因表達(dá)調(diào)節(jié)神經(jīng)原細(xì)胞(xìbāo)神經(jīng)前體細(xì)胞acaL-scscda(+)emc(-)Notch(-)Delta(-)第五十九頁，共一百零三頁。精選ppt特異性蛋白(dànbái)基因表達(dá)的發(fā)育階段特征第六十頁，共一百零三頁。精選ppt

紅細(xì)胞中的血紅蛋白，在發(fā)育中不同基因順序地“開”“閉”，使珠蛋白四聚體的構(gòu)成隨時(shí)間(shíjiān)發(fā)展相應(yīng)發(fā)生變化。 哺乳動(dòng)物早期胚胎中四聚體的組成為α2ε2，然后隨著胚胎發(fā)育改變?yōu)棣?γ2，出生后主要為α22。正常成人的血液中還含有少量珠蛋白α2δ2。第六十一頁，共一百零三頁。精選ppt

εγGγA

ψβ

δ

β5’——————————3’

11p15

2

15’————————3’

16p13β珠蛋白基因簇

珠蛋白基因簇第六十二頁，共一百零三頁。精選pptHbGowerII(α2ε2) HbF(α2γ2)HbPortland(ξ2γ2）HbF(α2γ2)HbA2(α2δ2)HbGowerI(ξ2ε2) HbA(α2β2)95％ 胚胎(pēitāi)期 胎兒 成人

小兒(xiǎoér)血象特點(diǎn)第六十三頁，共一百零三頁。精選ppt

一、類珠蛋白基因表達(dá)(biǎodá)的調(diào)節(jié)（一）、α類珠蛋白基因簇的結(jié)構(gòu)(jiégòu)特點(diǎn)

在人16號(hào)染色體上的位置依次是：

端粒-ψIL9-未命名-Dist1-MPG-Prox1-ξ- α珠蛋白基因特異的增強(qiáng)子序列HS-40位于

Prox1基因的第5內(nèi)含子中。第六十四頁，共一百零三頁。精選ppt

2

15’————————3’

16p13珠蛋白基因簇端粒-ψIL9-未命名-Dist1-MPG-Prox1-ξ-2-1-第六十五頁，共一百零三頁。精選ppt（二）、調(diào)控α類珠蛋白基因表達(dá)(biǎodá)的上游順式作用元件和反式作用因子1．順式作用(zuòyòng)元件：HS-40增強(qiáng)子上游40kb的一個(gè)DNaseI高敏位點(diǎn)（HS-40）

HS-40序列長約300bp，是多種組織特異及許多基本反式作用因子的結(jié)合位點(diǎn)：

第六十六頁，共一百零三頁。精選ppt HS-40對(duì)α類珠蛋白基因有增強(qiáng)子活性，它的缺失對(duì)甲基嘌呤DNA糖基化酶（MPG）基因的表達(dá)沒有(méiyǒu)影響，只引起α類珠蛋白表達(dá)的降低，造成嚴(yán)重的α-地中海貧血。4個(gè)紅系特異(tèyì)的GATA盒兩個(gè)調(diào)控蛋白NF-E2/AP1的結(jié)合位點(diǎn)

3個(gè)CACCC盒和一個(gè)AG盒

第六十七頁，共一百零三頁。精選ppt

2．反式作用(zuòyòng)因子及其作用(zuòyòng)特點(diǎn)

NF-E2蛋白：一種重要的紅系反式作用因子，是由分子量分別為45kD（p45）和18kD（p18）的兩類亞基構(gòu)成的異二聚體，都是屬于AP-1基因超家族的含堿性亮氨酸拉鏈（bZIP)的蛋白。

bZIP第六十八頁，共一百零三頁。精選pptGATA-1和EKLF也是重要的紅系反式作用因子，在紅系細(xì)胞的分化和基因表達(dá)過程中起關(guān)鍵作用，GATA位點(diǎn)突變(tūbiàn)會(huì)使紅系分化終止。(Erythroidkrupplelikefactor)GATA-1和EKLF都可以通過鋅指結(jié)構(gòu)與其它蛋白因子相互作用形成核酸-蛋白復(fù)合物。GATA-1尚須輔助蛋白FOG存在。第六十九頁，共一百零三頁。精選pptα-珠蛋白基因簇的3’-下游區(qū)域(qūyù)內(nèi)存在的GATA-1結(jié)合位點(diǎn)可能也影響α-珠蛋白基因表達(dá)，包含α1基因在內(nèi)的α2基因下游20kb的缺失可使α2基因不能表達(dá)。

第七十頁，共一百零三頁。精選ppt（三）、α-類珠蛋白基因的表達(dá) 機(jī)體發(fā)育的整個(gè)過程中，α-類珠蛋白基因表達(dá)出現(xiàn)一次轉(zhuǎn)換，即胚胎期ξ基因胎兒/成人期α基因?；虼?’-端的ξ基因在卵黃囊期首先開啟表達(dá)。第五、六周造血功能從卵黃囊轉(zhuǎn)移到胎肝后，ξ-基因表達(dá)基本(jīběn)關(guān)閉，α基因表達(dá)開始活躍。第七十一頁，共一百零三頁。精選pptHS-40和α-類基因啟動(dòng)子區(qū)與各種反式因子各自形成獨(dú)立的DNA-蛋白(dànbái)復(fù)合物，然后通過它們之間的相互作用促進(jìn)α-類珠蛋白基因表達(dá)。α-類珠蛋白基因表達(dá)需要紅系特異的上游增強(qiáng)子，且存在增強(qiáng)子和啟動(dòng)子區(qū)的相互作用。第七十二頁，共一百零三頁。精選ppt

ξmRNA的穩(wěn)定性對(duì)ξ-基因表達(dá)的有效關(guān)閉作用重要：

α-類珠蛋白mRNA3’-非翻譯區(qū)內(nèi)有一段16個(gè)堿基的嘧啶富含區(qū)，α和ξmRNA的差異只是一個(gè)與C→G的突變，使ξ-mRNA與結(jié)合蛋白的結(jié)合大大降低，組裝形成mRNA的能力較弱，且其poly（A）較短，所以ξmRNA容易降解。轉(zhuǎn)錄后加工在ξmRNA的清除和關(guān)閉過程中起著關(guān)鍵作用，被認(rèn)為是轉(zhuǎn)錄后調(diào)控(diàokònɡ)的一個(gè)模式。

第七十三頁，共一百零三頁。精選ppt二、β類珠蛋白基因(jīyīn)表達(dá)的調(diào)節(jié)

（一）、-類珠蛋白基因簇的結(jié)構(gòu)(jiégòu)

εγGγAψβδβ5’———————————3’

第七十四頁，共一百零三頁。精選ppt（二）、β類珠蛋白基因表達(dá)的調(diào)控

1．順式作用元件

（1）啟動(dòng)子：轉(zhuǎn)錄起始(qǐshǐ)點(diǎn)(+1)5’端上游100～200bp區(qū)含TATA盒、CCAAT盒和CACCC盒。 若-30bpTATA盒點(diǎn)突變，將導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄顯著降低，引起地中海貧血。若-90bp處CACCC盒發(fā)生突變，將破壞紅系特異調(diào)控因子的結(jié)合，也引起地中海貧血。

（2）增強(qiáng)子：2個(gè)增強(qiáng)子，分別位于人珠蛋白基因內(nèi)及3’端+2400bp處。

第七十五頁，共一百零三頁。精選ppt（3）沉默子：人珠蛋白基因5’旁側(cè)-610bp到-490bp及-338bp到-233bp處各有一個(gè)沉默子，與相應(yīng)的反式阻抑因子直接或間接作用。

（4）座位控制區(qū)域（LCR）：位于人ε珠蛋白基因5’上游遠(yuǎn)側(cè)端6～21kb間的一段DNA序列，含4個(gè)DNaseI超敏位點(diǎn)。LCR為紅系組織專一的、層次更高的順式作用元件。LCR的突變或缺失會(huì)導(dǎo)致(dǎozhì)各種貧血癥。第七十六頁，共一百零三頁。精選ppt2．反式作用(zuòyòng)因子

與人類珠蛋白基因轉(zhuǎn)錄有關(guān)的反式調(diào)控因子分為(fēnwéi)基本轉(zhuǎn)錄因子（如CPl，SPl）和紅系組織特異轉(zhuǎn)錄因子（如GATA-1，NF-E2等）兩類。CPl：CCAATSP1：CACCC第七十七頁，共一百零三頁。精選ppt3.活性染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與-類珠蛋白基因(jīyīn)的表達(dá)

染色質(zhì)解旋結(jié)構(gòu)變化依賴于5’上游遠(yuǎn)側(cè)端的LCR。一些地中海貧血癥病人珠蛋白基因所在(suǒzài)的染色質(zhì)部分或完全缺乏LCR，即使珠蛋白基因及其近側(cè)端調(diào)控區(qū)結(jié)構(gòu)完整，也不能表達(dá)珠蛋白。紅細(xì)胞在發(fā)育過程中失去染色質(zhì)解螺旋能力，仍保持對(duì)DNasel的抗性，因而珠蛋白結(jié)構(gòu)基因處于非活性狀態(tài)。第七十八頁，共一百零三頁。精選ppt4．LCR與-類珠蛋白基因發(fā)育(fāyù)中的順序表達(dá)

不同珠蛋白基因在染色體上的排列位置，對(duì)保持(bǎochí)發(fā)育階段的順序性表達(dá)至關(guān)重要； 珠蛋白基因的位置與LCR相對(duì)距離的差異，可能影響各珠蛋白基因同LCR相互作用的頻率，使近距離珠蛋白基因優(yōu)先表達(dá)，遠(yuǎn)距離的則在較后階段被激活。第七十九頁，共一百零三頁。精選ppt三、組合調(diào)控對(duì)特異性蛋白基因(jīyīn)表達(dá)的調(diào)節(jié)

組合調(diào)控(diàokònɡ)（combinatorialcontrol）是指一組基因調(diào)節(jié)蛋白共同協(xié)調(diào)地決定對(duì)某一基因表達(dá)的調(diào)節(jié)方式。組合調(diào)控可使細(xì)胞分化成特定的細(xì)胞類型：

第八十頁，共一百零三頁。精選ppt

若將MyoD基因引入，取自雞胚皮膚的體外培養(yǎng)的成纖維細(xì)胞出現(xiàn)成肌細(xì)胞的特征，并融合成多核肌肉樣細(xì)胞，表達(dá)肌動(dòng)蛋白、肌球蛋白并組成(zǔchénɡ)收縮裝置，質(zhì)膜產(chǎn)生受體蛋白及離子通道蛋白，接受來自神經(jīng)的刺激。 但若將MyoD基因引入非成纖維細(xì)胞，細(xì)胞不轉(zhuǎn)變?yōu)榧∪鈽蛹?xì)胞，說明成纖維細(xì)胞中已積累了其他必需的基因調(diào)節(jié)蛋白，在加入MyoD蛋白后，能完成特異的基因調(diào)節(jié)蛋白的組合，從而啟動(dòng)肌肉細(xì)胞的分化。第八十一頁，共一百零三頁。精選ppt組合調(diào)控在特定器官的發(fā)育中也起調(diào)節(jié)作用。

眼發(fā)育中，一種關(guān)鍵性基因調(diào)節(jié)(tiáojié)蛋白（果蠅稱為Ey）能決定眼的發(fā)育。 若將Ey基因人為引入將要發(fā)育成腿的果蠅細(xì)胞，在腿部表達(dá)Ey蛋白的細(xì)胞發(fā)育成果蠅眼。提示Ey蛋白與一些基因調(diào)控區(qū)的結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合后，通過組合調(diào)控直接調(diào)節(jié)這些基因的表達(dá)。

ey>UAS-eyg-2ey>UAS-eyg-2EPC02-022ey>UAS-eyg-2EPC02-022ey>UAS-eyg-2EPC02-02229OC第八十二頁，共一百零三頁。精選ppt因而，通過一組基因調(diào)節(jié)蛋白的組合調(diào)控(diàokònɡ)，共同協(xié)調(diào)地決定對(duì)某一基因表達(dá)。第八十三頁，共一百零三頁。精選ppt細(xì)胞分化中基因(jīyīn)表達(dá)的調(diào)控第八十四頁，共一百零三頁。精選ppt一、DNA水平(shuǐpíng)的調(diào)控1．基因擴(kuò)增

在生活史的某一段時(shí)間臨時(shí)出現(xiàn)。如非洲爪蟾在成熟過程中產(chǎn)生18S、28SrRNA的rDNA的選擇性復(fù)制，使成熟卵細(xì)胞具有(jùyǒu)2106個(gè)DNA拷貝，與二倍體細(xì)胞（含有900個(gè)拷貝）相比，擴(kuò)增1000倍。由于大量合成核糖體，在一個(gè)細(xì)胞核中甚至可出現(xiàn)1000個(gè)以上的核仁。第八十五頁，共一百零三頁。精選ppt2．DNA序列重排在人類基因組中，所有抗體的重鏈和輕鏈都不是由一個(gè)完整的抗體基因編碼的，而是由不同基因片段經(jīng)重組后形成的。

3．非組蛋白質(zhì)特異的非組蛋白質(zhì)可能(kěnéng)決定相應(yīng)的特定基因的轉(zhuǎn)錄，調(diào)節(jié)細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄過程的因素是非組蛋白質(zhì)。

恒定(héngdìng)區(qū)可變區(qū)重鏈輕鏈第八十六頁，共一百零三頁。精選ppt兔子(tùzi)胸腺和骨髓細(xì)胞的染色質(zhì)重組實(shí)驗(yàn)：①未分離的胸腺染色質(zhì)合成胸腺mRNA。②未分離的骨髓染色質(zhì)合成骨髓mRNA。③骨髓染色質(zhì)的DNA、組蛋白和非組蛋白在試管中重組后合成骨髓mRNA。④胸腺染色質(zhì)的DNA、組蛋白和非組蛋白重組后合成胸腺mRNA。⑤骨髓DNA和組蛋白與胸腺DNA和組蛋白混合在一起，加入胸腺非組蛋白時(shí)，重組后合成胸腺mRNA。若加入骨髓非組蛋白，則重組后合成骨髓mRNA。第八十七頁，共一百零三頁。精選ppt4．DNA甲基化 在DNA復(fù)制后，由甲基化酶將S-腺苷甲硫氨酸的甲基轉(zhuǎn)移到胞嘧啶的5-C上完成對(duì)堿基的修飾(xiūshì)，甲基化位置上可阻止轉(zhuǎn)錄因子與DNA結(jié)合。越是活躍的基因其甲基化程度越低，越不活躍的基因甲基化程度越高。在發(fā)育過程中，當(dāng)某些基因表達(dá)完成后，DNA的甲基化可能參與了基因的關(guān)閉過程。第八十八頁，共一百零三頁。精選ppt小鼠成纖維細(xì)胞（5-氮胞苷）培養(yǎng)，處于休止?fàn)顟B(tài)的基因被重新激活而進(jìn)行表達(dá)，甚至可觀察到一部分細(xì)胞中與肌肉細(xì)胞發(fā)育(fāyù)有關(guān)的激活而表達(dá)，細(xì)胞彼此發(fā)生融合而發(fā)育(fāyù)成肌肉細(xì)胞。5-氮胞苷進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)槿姿?-氮胞苷，這種5-氮胞苷化的DNA由于不能被甲基化，結(jié)果使相關(guān)基因被重新激活第八十九頁，共一百零三頁。精選pptRNA多肽(duōtài)轉(zhuǎn)錄(zhuǎnlù)翻譯DNA（去甲基化）（5-氮胞苷）甲基化第九十頁，共一百零三頁。精選ppt（三）、轉(zhuǎn)錄(zhuǎnlù)后水平的調(diào)控1．核內(nèi)RNA的選擇加工

如用海膽囊胚的mRNA制成的cDNA探針，分別與原腸胚、腸和體腔細(xì)胞nRNA雜交，結(jié)合率高達(dá)80％，而與囊胚和腸細(xì)胞mRNA結(jié)合率則不同，前者為28％，后者僅為10％，說明不同組織中轉(zhuǎn)錄的nRNA可以一致，但mRNA卻不相同。第九十一頁，共一百零三頁。精選ppt

2．轉(zhuǎn)錄后初級(jí)產(chǎn)物RNA的加工

如從大鼠甲狀腺和腦下垂體細(xì)胞分離得到的同一初級(jí)轉(zhuǎn)錄物，通過不同(bùtónɡ)的剪切與加工，可產(chǎn)生2種不同的成熟mRNA。在甲狀腺C細(xì)胞中編碼降鈣素，而在腦下垂體和多種神經(jīng)細(xì)胞中，則編碼降鈣素基因相關(guān)蛋白。

第九十二頁，共一百零三頁。精選ppt3．專一mRNA的降解 如哺乳動(dòng)物成紅細(xì)胞（erythroblast）的分化過程中，早期細(xì)胞合成若干種mRNA，其中少量的珠蛋白mRNA被保留(bǎoliú)，但到后期最后幾次細(xì)胞分裂時(shí)，只有珠蛋白mRNA保留下來，其他種類的mRNA均被降解。 在黏菌發(fā)育過程中，如果黏菌在某一階段停止發(fā)育，則會(huì)把準(zhǔn)備用于下階段的新mRNA降解。

第九十三頁，共一百零三頁。精選ppt（四）、翻譯水平的調(diào)控 基因表達(dá)過程中，一條合成的多肽(duōtài)鏈經(jīng)翻譯后加工產(chǎn)生多種不同活性的蛋白質(zhì)或多肽(duōtài)。如鴉片