第十二章細(xì)胞分化與基因表達(dá)調(diào)控

1、第十二章 細(xì)胞分化與基因表達(dá)調(diào)控復(fù)習(xí)題 本章的基本內(nèi)容概要： 1細(xì)胞分化在個(gè)體發(fā)育中，由一種相同的細(xì)胞類行徑細(xì)胞分裂后逐漸在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上形成穩(wěn)定性差異，產(chǎn)生不同的細(xì)胞類型過(guò)程稱之為細(xì)胞分化。細(xì)胞分化的本質(zhì)是基因選擇性表達(dá)，不是細(xì)胞遺傳物質(zhì)的丟失，分化細(xì)胞細(xì)胞核的全能性依然保持著。不同類型的細(xì)胞在分化過(guò)程中表達(dá)一套特異的基因，其產(chǎn)物不僅決定細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)，而且執(zhí)行各自的生理功能。分化細(xì)胞所表達(dá)的基因，一類是管家基因；另一類是組織特異性基因。每種類型的細(xì)胞分化是由多種調(diào)控蛋白共同控制完成的，通過(guò)組合調(diào)控的方式啟動(dòng)組織特異性基因的表達(dá)是細(xì)胞分化的基本機(jī)制?；虿町惐磉_(dá)主要是在轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后加工水

2、平上實(shí)現(xiàn)的。多細(xì)胞有機(jī)體在其分化程序與調(diào)節(jié)機(jī)制方面比單細(xì)胞生物顯得更為復(fù)雜，涉及諸多方面；胞外信號(hào)分子對(duì)細(xì)胞分化的影響；細(xì)胞記憶與決定；受精卵細(xì)胞質(zhì)的不均一性對(duì)細(xì)胞分化的影響；細(xì)胞間的相互作用于位置效應(yīng)；環(huán)境對(duì)性別決定的影響等。2癌細(xì)胞細(xì)胞癌變是細(xì)胞分化領(lǐng)域的一個(gè)特殊問(wèn)題，因?yàn)榘┘?xì)胞可以看作是正常細(xì)胞分化機(jī)制失控的細(xì)胞，成為不死的永生細(xì)胞。癌細(xì)胞與正常分化細(xì)胞不同的事，不同類型的分化細(xì)胞都具有相同的基因組；而癌細(xì)胞的基因組卻發(fā)生不同形式的突變。此外癌細(xì)胞還具有許多其它特征。癌基因是控制細(xì)胞生長(zhǎng)和分裂的正常基因（原癌基因）的一種突變形式，能引起正常細(xì)胞癌變。癌基因編碼的蛋白主要包括生長(zhǎng)因子、生長(zhǎng)

3、因子受體、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中分子、基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子和細(xì)胞周期調(diào)控蛋白等幾大類型。抑癌基因?qū)嶋H上是正常細(xì)胞增值過(guò)程中的負(fù)調(diào)控因子，它編碼的蛋白質(zhì)往往在細(xì)胞周期的檢驗(yàn)點(diǎn)上起阻止周期進(jìn)程的作用。如果以癌基因突變，喪失其細(xì)胞增值的負(fù)調(diào)控作用，則導(dǎo)致細(xì)胞失控而過(guò)渡增殖。癌癥是一種典型的老年性疾病，它涉及一系列的原癌基因與腫瘤抑制基因的致癌突變的積累。3真核細(xì)胞的表達(dá)調(diào)控真核細(xì)胞表達(dá)調(diào)控是多極調(diào)控系統(tǒng)，主要發(fā)生在三個(gè)彼此相對(duì)獨(dú)立的水平上，轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控，決定某個(gè)基因是否會(huì)被轉(zhuǎn)錄，并決定轉(zhuǎn)錄的頻率。真核細(xì)胞在特定時(shí)間通過(guò)差別基因轉(zhuǎn)錄選擇性地合成蛋白質(zhì)，轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控包括轉(zhuǎn)錄的激活和轉(zhuǎn)錄的阻抑，既與順式調(diào)控元件有

4、關(guān)，又與反是作用因子有關(guān)；加工水平的調(diào)控，決定初始mRNA轉(zhuǎn)錄物被加工為能翻譯成多肽的信使RNA的途徑，選擇性剪接是一種廣泛存在的RNA加工機(jī)制，通過(guò)這種方式，一個(gè)基因能編碼兩個(gè)或多個(gè)相關(guān)蛋白質(zhì)，產(chǎn)生蛋白質(zhì)多樣性，這是在RNA加工水平上調(diào)節(jié)基因表達(dá)的重要方式。翻譯水平的調(diào)控，決定某種mRNA是否真正得到翻譯，如果能得到翻譯，還決定翻譯的頻率和時(shí)間的長(zhǎng)短。翻譯水平的調(diào)控機(jī)制，一般都是通過(guò)細(xì)胞質(zhì)中特異的mRNA和多種蛋白質(zhì)之間的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。涉及到mRNA的細(xì)胞質(zhì)定位，mRNA翻譯的調(diào)控和mRNA穩(wěn)定性的調(diào)控等。學(xué)習(xí)要求：1 掌握分化、決定、轉(zhuǎn)分化與再生的概念和生理機(jī)制2 了解影響細(xì)胞分化的各

5、種因素和生物發(fā)育的初步知識(shí)。3 理解癌細(xì)胞的基本特征和癌癥發(fā)生的內(nèi)在和外在的原因與過(guò)程。4 了解真核細(xì)胞基因表達(dá)調(diào)控的復(fù)雜性概念:1.細(xì)胞分化 指在個(gè)體發(fā)育中，由一種相同的細(xì)胞類行徑細(xì)胞分裂后逐漸在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上形成穩(wěn)定性差異，產(chǎn)生不同的細(xì)胞類群的過(guò)程。2組合調(diào)控 是細(xì)胞分化的可能的基因調(diào)控方式，即每種類型的細(xì)胞分化都是由多種調(diào)控但白宮同調(diào)控完成的，這樣，如果調(diào)控蛋白的種類為n，則其調(diào)控的組合在理論上就可以啟動(dòng)分化的細(xì)胞類型為2，從而保證了少量調(diào)控蛋白啟動(dòng)為數(shù)眾多的特異細(xì)胞類型的分化。3差別基因表達(dá) 指各種細(xì)胞各有特定的一組基因進(jìn)行表達(dá)的現(xiàn)象，這是細(xì)胞分化的實(shí)質(zhì)?；虻牟町惐磉_(dá)不僅涉及到基

6、因轉(zhuǎn)錄水平和轉(zhuǎn)錄后加工水平上的精確調(diào)控，而且還涉及到染色體和DNA水平，翻譯和翻譯后加工與修飾水平上的復(fù)雜而嚴(yán)格的調(diào)控過(guò)程。4細(xì)胞全能性 指細(xì)胞經(jīng)分裂和分化后仍具有產(chǎn)生完整有機(jī)體的潛能或特性。5胚胎誘導(dǎo) 指在胚胎發(fā)育過(guò)程中細(xì)胞間的相互作用對(duì)細(xì)胞分化與器官構(gòu)建的影響。胚胎誘導(dǎo)作用可分為不同的層次。6細(xì)胞決定 在細(xì)胞分化過(guò)程中，細(xì)胞發(fā)生在形態(tài)差異之前的一定時(shí)間，細(xì)胞分化命運(yùn)即已確定，這種細(xì)胞從分化命運(yùn)確定到出現(xiàn)特定的形態(tài)的過(guò)程稱為細(xì)胞決定。7決定子 指影響卵裂細(xì)胞想不同方向分化的細(xì)胞質(zhì)成分?，F(xiàn)已確定，決定子是RNA性質(zhì)的物質(zhì)。8單能性 指多能干細(xì)胞在分化為終末功能細(xì)胞的中間類型，此時(shí)的細(xì)胞具有分化

7、出一種細(xì)胞的潛能。9多能性 細(xì)胞具有分化出多種細(xì)胞的潛能，但此時(shí)的細(xì)胞已失去了發(fā)育成完整個(gè)體的潛能。10成蟲(chóng)盤 果蠅胚胎表皮在一定部位內(nèi)陷形成一些未分化的細(xì)胞群，是成蟲(chóng)的器官原基。11基因敲除 造成內(nèi)源基因的敲除是利用DNA同源重組原理進(jìn)行基因打靶。最早也是最普遍的一種修飾內(nèi)源基因的方式，通過(guò)敲除內(nèi)源基因的功能片斷，造成內(nèi)源基因的結(jié)構(gòu)或組成的突變，基因功能喪失，表現(xiàn)出特定的表型效應(yīng)，可以反映該基因的功能。置換型載體和插入型載體都是基因敲出的常用方法，利用基因敲除研究基因的功能已經(jīng)成為基因組計(jì)劃中非常重要的一個(gè)方面。12胚胎干細(xì)胞 是指從受精卵開(kāi)始分裂成4個(gè)細(xì)胞階段的全功能未分化生殖細(xì)胞。由于胚

8、胎干細(xì)胞同源重組率較體細(xì)胞高，又能影響子代，因此是進(jìn)行定向整合或基因敲出的主要靶細(xì)胞。13基因家族 指真核生物基因組中一組來(lái)源相通、結(jié)構(gòu)相似、功能相關(guān)的基因，他們?cè)谌旧w上往往成串存在，但也有些基因家族成員分散存在于基因組的不同部位。14基因簇 由染色體上相鄰近的一組相同或相關(guān)的基因所組成的結(jié)構(gòu)，也成串連重復(fù)基因，如rRNA基因、組蛋白基因等。15管家基因 對(duì)所有類型組織細(xì)胞在任何時(shí)候都需要其表達(dá)的基因，成為管家基因或看家基因。管家基因的表達(dá)通常保持在一個(gè)比較固定的水平，但不同的管家基因其表達(dá)水平可能相差很大，管家基因是維持細(xì)胞基本生存的需要，如rRNA和tRNA基因，對(duì)基本代謝必需的酶基因，

9、DNA復(fù)制、修復(fù)、轉(zhuǎn)錄過(guò)程所必需的因子的基因，還有其他一些分子伴侶的基因等，他們的表達(dá)對(duì)任何細(xì)胞都是必要的。這類基因也稱為組成性表達(dá)的基因。16奢侈基因 又稱為組織特異性基因，指在不同的細(xì)胞類型中特異性表達(dá)的基因，其產(chǎn)物賦予各種類型細(xì)胞特異的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征與特異的生理功能。17Hox基因 是含有同源異型框的哺乳動(dòng)物細(xì)胞基因簇，它與個(gè)體早期胚胎發(fā)育和形態(tài)簡(jiǎn)稱等許多發(fā)育過(guò)程有密切關(guān)系，這組基因在所有脊椎動(dòng)物中與前后體軸的模式形成和確立位置特性中有重要作用。18同源異型突變 又與含有同源異型盒并負(fù)責(zé)生物體定向發(fā)育的基因發(fā)生變化，導(dǎo)致身體某部位細(xì)胞表現(xiàn)出身體其它部位特征，從而干擾機(jī)體個(gè)部分的正常發(fā)育。1

10、9原癌基因 指真核生物基因組中與反轉(zhuǎn)錄病毒所攜帶的癌基因相對(duì)應(yīng)的正常基因，他們?cè)诩?xì)胞生命周期中具有多種重要功能。20招募因子 卵細(xì)胞受精后，其中的隱蔽mRNA很快被激活，蛋白質(zhì)合成急劇增加。由于此時(shí)蛋白質(zhì)合成的增加實(shí)在沒(méi)有任何新的mRNA形成的情況下發(fā)生的，因此人們推測(cè)，在受精卵中肯定存在著激活隱蔽mRNA的機(jī)制，可能是一種或多種促進(jìn)mRNA與核糖體結(jié)合的因子，這類因子即被稱為招募因子。21嵌合體 指由兩個(gè)或多個(gè)具有不同基因型胚胎合并，并發(fā)育成的完整個(gè)體。嵌合體個(gè)體中的組織器官結(jié)構(gòu)是由不同基因型的細(xì)胞群組成。哺乳動(dòng)物嵌合體技術(shù)是研究哺乳動(dòng)物發(fā)育遺傳和細(xì)胞分化的有用手段。22反轉(zhuǎn)錄子 指通過(guò)RN

11、A階段實(shí)現(xiàn)易位的轉(zhuǎn)座子，即DNA元件轉(zhuǎn)錄為RNA后，在經(jīng)反轉(zhuǎn)錄成為DNA并插入基因組的新位點(diǎn)上。問(wèn)答題：1 細(xì)胞分化有哪些特點(diǎn)？（1） 細(xì)胞分化是一種普遍的生命現(xiàn)象。在生物的整個(gè)發(fā)育過(guò)程中均由細(xì)胞分化活動(dòng)，但胚胎期是最重要的細(xì)胞分化時(shí)期。此時(shí)細(xì)胞分化不僅表現(xiàn)得十分明顯，而且異常迅速。在成體動(dòng)物體中，仍能產(chǎn)生新的分化細(xì)胞，在各種組織中都保留了一部分未分化的干細(xì)胞，依次作為分化細(xì)胞的預(yù)備隊(duì)，由他們產(chǎn)生子細(xì)胞來(lái)替代衰老死亡的細(xì)胞使組織不斷地得到更新。（2） 細(xì)胞分化具有穩(wěn)定性。細(xì)胞分化最顯著的特點(diǎn)是具有一定的穩(wěn)定性，特別是在高等生物中，細(xì)胞一旦分化為穩(wěn)定類型的細(xì)胞后，就不能由分化狀態(tài)再逆轉(zhuǎn)為未分化的

12、細(xì)胞。如神經(jīng)元細(xì)胞和骨骼肌細(xì)胞在機(jī)體的整個(gè)生命過(guò)程中始終保持著穩(wěn)定分化狀態(tài)。而不再去分化進(jìn)行分裂；黑色素細(xì)胞在體外培養(yǎng)30多代后仍能合成黑色素顆粒，因此，分化基本上是不可逆的，個(gè)體發(fā)育亦是不可逆的。（3） 細(xì)胞去分化是有條件的。細(xì)胞分化雖然是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定和持久的過(guò)程，但在一定條件下，具有增殖能力的組織中，已經(jīng)分化的細(xì)胞可以逆轉(zhuǎn)，并回到胚性狀態(tài)，此即去分化。如很多植物組織或細(xì)胞甚至原生質(zhì)體在體外都已被培養(yǎng)成了植株。對(duì)于哺乳動(dòng)物來(lái)說(shuō)，已被切除的肢體不能再生，然而在動(dòng)物細(xì)胞還有另一種可逆現(xiàn)象，雖然不能分化發(fā)育為新個(gè)體，但可轉(zhuǎn)化為其他類型的分化細(xì)胞，如人皮膚基底細(xì)胞在缺乏維生素A的培養(yǎng)基上培養(yǎng)時(shí)，可轉(zhuǎn)

13、化為角化細(xì)胞，而在富含維生素A的培養(yǎng)基上卻分化成粘膜上皮細(xì)胞?？傊?，無(wú)論動(dòng)物還是植物，細(xì)胞分化的穩(wěn)定性是普遍的，而分化的可逆性是有條件的，（1）分化的逆轉(zhuǎn)只發(fā)生在于具有增殖能力的組織中；（2）細(xì)胞核必須處于有利分化逆轉(zhuǎn)的環(huán)境中，（3）分化能力的逆轉(zhuǎn)必須具有相應(yīng)的遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)，去核的細(xì)胞不能分裂，也談不上去分化了。（4） 細(xì)胞分化既具有時(shí)間上的順序性，又與環(huán)境條件等因素密切相關(guān)。同源細(xì)胞分化時(shí)由于所處的位置不同，其環(huán)境條件也不相同，而出現(xiàn)形態(tài)差異的機(jī)能分工，產(chǎn)生不同細(xì)胞類型成為空間分化，在不同的發(fā)育階段，一個(gè)細(xì)胞可以有不同的形態(tài)和功能，這是時(shí)間上的分化。單細(xì)胞生物只有時(shí)間上的分化。多細(xì)胞生物既有

14、時(shí)間上的分化，又有空間上的分化。2 細(xì)胞分化時(shí)，基因的差別表達(dá)是如何實(shí)現(xiàn)的？細(xì)胞分化不僅表現(xiàn)出一定的形態(tài)特征，而且最主要的還是合成了細(xì)胞專一性蛋白質(zhì)組，表現(xiàn)出特定遺傳表型，實(shí)驗(yàn)證明，分化細(xì)胞的核仍含有物種的全部基因，但無(wú)論何時(shí)何種細(xì)胞都只有一小部分基因得到表達(dá)。概括地說(shuō)，在分化細(xì)胞中表達(dá)的基因可以分為兩類。即持家基因和奢侈基因。正是由于不同分化細(xì)胞表達(dá)不同的奢侈基因組合，才造成細(xì)胞形態(tài)功能的多種多樣。所以，細(xì)胞分化的本質(zhì)就是差別基因的表達(dá)。差別基因表達(dá)的關(guān)鍵是合成專一性的mRNA，從而合成了組織特異性蛋白質(zhì)。大量的研究表明，差異基因表達(dá)主要是在轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后加工水平上實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)然也不排斥有轉(zhuǎn)錄前

15、和翻譯等水平的調(diào)控。（1） 轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控是實(shí)現(xiàn)差別表達(dá)的重要環(huán)節(jié)。這方面的證據(jù)很多，例如。在人發(fā)育的不同階段表達(dá)不同的珠蛋白基因，從而形成不同的血紅蛋白；在昆蟲(chóng)發(fā)育的不同階段多線染色體上不同的帶形成巴氏環(huán)，從而展示出其特定的基因表達(dá)譜；在用DNase I消化染色質(zhì)的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，對(duì)來(lái)自雞紅細(xì)胞的染色質(zhì)，使珠蛋白基因很快被降解，而來(lái)自雞輸卵管細(xì)胞的染色質(zhì)，則不使珠蛋白基因而使卵清蛋白基因被降解，說(shuō)明這兩種基因在這兩種不同細(xì)胞中確實(shí)是在轉(zhuǎn)錄水平上存在著差異。發(fā)育過(guò)程中基因按順序開(kāi)關(guān)的機(jī)制目前還不清楚，但有一些線索，如人和雞紅細(xì)胞中合成珠蛋白的基因核苷酸序列幾乎全部為甲基化，而在不產(chǎn)生珠蛋白的細(xì)胞中

16、，這些基因是高度甲基化的；在早期發(fā)育中，胚胎肝細(xì)胞產(chǎn)生血紅蛋白，胎兒血紅蛋白基因是未甲基化的；而到成體時(shí)，這些基因的DNA序列發(fā)生了甲基化。從而展示出DNA胞嘧啶的甲基化對(duì)基因的活性有著調(diào)節(jié)作用。猶如，染色質(zhì)重組試驗(yàn)，取兔的胸腺和骨髓細(xì)胞的染色質(zhì)，分別從中分離出DNA、組蛋白和非組蛋白，用重組的染色質(zhì)作摸板，加入RNA聚合酶和各種前體核苷酸，即合成mRNA。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為未分離的胸腺染色質(zhì)和骨髓染色質(zhì)都能分別合成自身的mRNA；而將胸腺DNA和組蛋白與骨髓DNA和組蛋白混合在一起，加入胸腺的非組蛋白時(shí)，合成胸腺的mRNA；加入骨髓的非組蛋白時(shí)，則合成骨髓的mRNA。從而說(shuō)明，特異的非組蛋白可能決定

17、著相應(yīng)的特定基因轉(zhuǎn)錄。（2） RNA的轉(zhuǎn)錄后加工在差異基因表達(dá)中起重要作用。多肽鏈氨基酸序列信息的直接來(lái)源為mRNA，但基因的直接轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為不均一核RNA，從轉(zhuǎn)錄到mRNA需經(jīng)過(guò)復(fù)雜的剪切和加工，有實(shí)驗(yàn)表明，海膽囊胚的單鏈DNA作為探針，與囊胚細(xì)胞的hnRNA和長(zhǎng)腕蟲(chóng)hnRNA雜交，其結(jié)合率均為15%。而用含膽囊胚mRNA制成的cDNA作為探針，它可同78%的囊胚mRNA結(jié)合，當(dāng)他與原腸胚、腸和體腔細(xì)胞hnRNA雜交時(shí)，結(jié)合率均高達(dá)80%，但只有10%可與腸mRNA結(jié)合。這些都說(shuō)明不同組織中轉(zhuǎn)錄的hnRNA是一致的，差異基因表達(dá)并不都是由于差別轉(zhuǎn)錄造成的轉(zhuǎn)錄后剪接與加工在有些情況下起著非常重要

18、的作用。3 差異表達(dá)的常用鑒定方法有哪些？基因表達(dá)的鑒定分為兩個(gè)水平：一是在轉(zhuǎn)錄水平上對(duì)特異mRNA的鑒定，主要方法有Northern雜交、mRNA差別顯示和mRNA體外翻譯等；二是在翻譯水平上對(duì)特異蛋白的鑒定，主要方法有蛋白質(zhì)的單、雙相電泳法、免疫沉淀法、酶聯(lián)免疫吸附法及Western等。4 什么是組和調(diào)控機(jī)制？其意義是什么？組合調(diào)控機(jī)制是指每種類型的細(xì)胞分化時(shí)有多種調(diào)控蛋白共同調(diào)控完成的。這樣，如果調(diào)控蛋白的種類是n，則其調(diào)控的組合在理論上就可以啟動(dòng)分化的細(xì)胞類型為2n。如當(dāng)有三種調(diào)控蛋白存在時(shí)，則其不同組合就可能啟動(dòng)8種不同類型的細(xì)胞的分化。然而在啟動(dòng)細(xì)胞分化的各類調(diào)控蛋白組合中，往往只

19、有一兩種調(diào)控蛋白是起決定性的因子，這種單一調(diào)控蛋白就可能啟動(dòng)整個(gè)細(xì)胞分化過(guò)程。最明顯的例子是在成肌細(xì)胞分化為骨骼肌細(xì)胞的過(guò)程中，一種關(guān)鍵性調(diào)控蛋白MyoD在體外培養(yǎng)的成纖維細(xì)胞中表達(dá)，結(jié)果使來(lái)自皮膚結(jié)締組織的成纖維細(xì)胞表現(xiàn)出骨骼肌細(xì)胞的特征，如表達(dá)大量的肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白并構(gòu)成收縮器，在質(zhì)膜上產(chǎn)生對(duì)神經(jīng)刺激敏感的受體蛋白和離子通道蛋白，并融合成肌細(xì)胞樣的多核細(xì)胞。顯然在成纖維細(xì)胞中已經(jīng)具備了肌細(xì)胞特異性基因表達(dá)所需要的其他必要調(diào)控蛋白，一旦加入了MyoD后，即形成了起動(dòng)肌細(xì)胞分化的特異的調(diào)控蛋白組合。借助于組合調(diào)控，一旦某種關(guān)鍵性的基因調(diào)控蛋白與其他調(diào)控蛋白形成適當(dāng)?shù)恼{(diào)控蛋白組合，不僅可以將一

20、種類型的細(xì)胞轉(zhuǎn)化成另一種類型的細(xì)胞，而且遵循類似的機(jī)制，甚至可以誘發(fā)整個(gè)器官的形成。這一點(diǎn)已在研究果蠅、小鼠和人眼發(fā)育中得到證實(shí)。在眼器官的發(fā)育中，有一種關(guān)鍵性調(diào)控蛋白稱Ey(果蠅)或Pax（脊椎動(dòng)物）。如果將果蠅的ey基因轉(zhuǎn)入早期發(fā)育中將在發(fā)育成腿的細(xì)胞中表達(dá)。結(jié)果ey基因的異常表達(dá)最終誘導(dǎo)產(chǎn)生構(gòu)成眼的不同類型細(xì)胞的有序三維組合。在腿的中部形成眼。顯然Ey蛋白除了能啟動(dòng)細(xì)胞某種特異基因的表達(dá)，誘導(dǎo)某類細(xì)胞分化外，其啟動(dòng)的某些基因表達(dá)產(chǎn)物本身可能又是另一些基因調(diào)控蛋白，他們進(jìn)一步啟動(dòng)其他特異性基因的表達(dá)，誘導(dǎo)分化更多的細(xì)胞類型，形成有多種不同類型細(xì)胞組成的有序三維細(xì)胞群即導(dǎo)致器官形成。這種僅靠

21、一種關(guān)鍵性調(diào)控蛋白通過(guò)對(duì)其他調(diào)控蛋白的級(jí)聯(lián)啟動(dòng)，是一種令人驚奇的高效而經(jīng)濟(jì)的細(xì)胞分化啟動(dòng)機(jī)制，復(fù)雜的有機(jī)體正是通過(guò)這一原則的重復(fù)運(yùn)用逐漸完成形態(tài)建成的。5 以血細(xì)胞為例，簡(jiǎn)要說(shuō)明細(xì)胞分化潛能的變化。血細(xì)胞的分化起始于多能造血干細(xì)胞，后者具有分化為各種血細(xì)胞的潛能，是造血前體細(xì)胞；多能造血干細(xì)胞可分化出各種單能干細(xì)胞，后者只能進(jìn)一步分化為一種血細(xì)胞；單能干細(xì)胞經(jīng)幾個(gè)階段，分化為成熟的血細(xì)胞；血細(xì)胞的分化是穩(wěn)定的、不可逆的。6 癌細(xì)胞有哪些主要特點(diǎn)？形態(tài)方面。細(xì)胞外形改變，微絨毛、絲足和片足縮回，表面圓泡增加，細(xì)胞變圓；細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)紊亂，癌細(xì)胞中微管變短，排列紊亂，微絲亦發(fā)生結(jié)構(gòu)異常，Src的產(chǎn)物

22、P60SRC是一種蛋白激酶，可使張力纖維兩端的粘著斑蛋白磷酸化。使張力纖維脫離質(zhì)膜，引起膜流動(dòng)性增強(qiáng)，細(xì)胞屬性發(fā)生改變；核異常，核的大小和形狀發(fā)生改變，參差不齊，核型明顯異常，發(fā)生基因擴(kuò)增或缺失，染色體已不呈整倍性，且常出現(xiàn)染色體片斷、雙小染色體等；質(zhì)膜結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，間隙連接減少或消失，細(xì)胞通訊受阻。生理變化。癌細(xì)胞已變成永生細(xì)胞，可無(wú)限繁殖；失去接觸抑制現(xiàn)象；細(xì)胞粘著性減弱，因此癌細(xì)胞在體內(nèi)容易分散和轉(zhuǎn)移；由于癌細(xì)胞合成糖胺聚糖減少，在體外培養(yǎng)時(shí)，其貼壁性下降；易于被凝集素凝聚，這是由于其質(zhì)膜發(fā)生了深刻的變化所致。生物化學(xué)方面的變化。質(zhì)膜中糖脂和糖蛋白含量減少，鞘糖脂和某些糖蛋白喪失，這是由

23、于高爾基體中的某些糖基轉(zhuǎn)移酶缺少所致。纖粘連蛋白的分泌量減少，引起細(xì)胞與底物的結(jié)合減弱，是細(xì)胞容易發(fā)生轉(zhuǎn)移；產(chǎn)生了新的膜抗原；對(duì)生長(zhǎng)因子的需要量降低；可分泌多種蛋白水解酶，從而水解細(xì)胞外基質(zhì)，獲得了穿過(guò)組織和基膜進(jìn)入血液和淋巴的能力。7 轉(zhuǎn)化細(xì)胞是如何發(fā)展成腫瘤或癌的？一旦細(xì)胞的原癌基因或腫瘤抑制基因突變往往會(huì)促進(jìn)細(xì)胞的繁殖，而其他原癌基因或腫瘤抑制基因的突變將會(huì)促使突變細(xì)胞的種群失去控制，這些第二突變維持許多不同類型失控細(xì)胞的存活和繁殖。許多原癌基因的自然突變可使它們變?yōu)橛绊懺S多信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)同路的癌基因。原癌基因和活性啟動(dòng)子區(qū)域的重組也會(huì)增加信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的成分并破壞他們正常功能。重復(fù)染色體的維持

24、也可增加原癌基因，因此產(chǎn)生許多它們的產(chǎn)物。腫瘤抑制基因可通過(guò)自然突變或通過(guò)這些基因所在染色體的整個(gè)或部分的缺失除去，這也是引起癌變的重要原因和常見(jiàn)類型。8 什么是癌基因？癌基因是控制細(xì)胞生長(zhǎng)和分裂的正?；虻囊环N突變形式，能引起正常細(xì)胞癌變。目前已發(fā)現(xiàn)的有近百種，他們的表達(dá)產(chǎn)物多是信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路種特定蛋白，在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中起作用從而轉(zhuǎn)化細(xì)胞，使得細(xì)胞無(wú)節(jié)制地增殖。據(jù)統(tǒng)計(jì)，人類癌癥患者中約有15%是由腫瘤病毒引起的。腫瘤病毒中有DNA病毒，也有RNA病毒，研究病毒致癌有一定的困難，這是由于感染病毒后有很長(zhǎng)的潛伏期，有的甚至要延遲幾年才得??；另一方面，癌癥的產(chǎn)生要經(jīng)過(guò)若干步驟，而病毒只是對(duì)其中的某一

25、部發(fā)生作用。9 癌基因是怎樣分類的及他們?cè)鯓釉谛盘?hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中起作用？癌蛋白可分為8類：肽類生長(zhǎng)因子；質(zhì)膜或細(xì)胞質(zhì)中的生長(zhǎng)因子受體；稱為G蛋白的GTP調(diào)節(jié)蛋白；有絡(luò)氨酸激酶或蘇氨酸/絲氨酸激酶活性的膜受體；有絡(luò)氨酸激酶或蘇氨酸-絲氨酸激酶活性的細(xì)胞質(zhì)蛋白激酶；作為轉(zhuǎn)錄激活劑或促進(jìn)DNA復(fù)制結(jié)合蛋白；促進(jìn)蛋白激酶活性的細(xì)胞周期蛋白；抑制腫瘤抑制蛋白的蛋白質(zhì)。幾乎所有在多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中起作用的癌蛋白都開(kāi)始于一個(gè)信號(hào)，終止與轉(zhuǎn)錄的激酶或DNA復(fù)制的起始。癌蛋白超越正常細(xì)胞調(diào)節(jié)并不斷發(fā)出信號(hào)激起基因表達(dá)和越過(guò)細(xì)胞周期。突變機(jī)會(huì)的增加發(fā)生在原癌基因和腫瘤抑制基因。原癌基因轉(zhuǎn)變成癌基因越多，細(xì)胞就變得越無(wú)

26、秩序。同樣，腫瘤抑制基因被突變破壞得越多，信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的不正常表達(dá)就越多。原癌蛋白和癌蛋白在典型細(xì)胞中的位置不同，其作用方式也是不同的。但他們多處在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的各個(gè)環(huán)節(jié)，通過(guò)彼此的相互作用在細(xì)胞的正常生命活動(dòng)中活細(xì)胞轉(zhuǎn)化與癌變中起關(guān)鍵作用。這些因子存在于細(xì)胞外，通過(guò)結(jié)合膜受體而發(fā)揮作用。多數(shù)核內(nèi)癌蛋白是轉(zhuǎn)錄激活物，他們的合成是由多種信號(hào)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路引起的。10簡(jiǎn)述細(xì)胞分化中的核質(zhì)關(guān)系細(xì)胞質(zhì)對(duì)細(xì)胞核具有影響，試驗(yàn)表明細(xì)胞質(zhì)影響細(xì)胞核基因的表達(dá)，對(duì)基因表達(dá)具有調(diào)節(jié)能力。細(xì)胞質(zhì)的某些成分可以激活一些基因而抑制另一些基因。細(xì)胞核對(duì)細(xì)胞質(zhì)具有決定性的作用。11什么是干細(xì)胞？有何特點(diǎn)？如何辨認(rèn)干細(xì)胞

27、？干細(xì)胞是一類具有自我復(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。干細(xì)胞具有幾個(gè)顯著特點(diǎn)：第一，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。第二，干細(xì)胞能無(wú)限地分裂；第三，干細(xì)胞分裂產(chǎn)生的子細(xì)胞只能在兩種途徑中選擇其一，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。干細(xì)胞可以根據(jù)形態(tài)學(xué)特征和存在位置來(lái)辨認(rèn)，如在果蠅的性腺和外周神經(jīng)系統(tǒng)，干細(xì)胞與其外周的分化細(xì)胞有固定的組織方式，形成增殖結(jié)構(gòu)單元。但對(duì)許多組織而言，干細(xì)胞的存在部位目前仍未能確定，也沒(méi)有與分化細(xì)胞截然不同的形態(tài)學(xué)特征。不同的

28、干細(xì)胞具有各自特異的生化標(biāo)志，這對(duì)于確定干細(xì)胞位置、尋找和分離干細(xì)胞有重要意義。如角蛋白15是確定毛囊中表皮干細(xì)胞的分子標(biāo)記，巢蛋白為神經(jīng)干細(xì)胞的標(biāo)記分子等，然而，干細(xì)胞生存的微環(huán)境可以影響其形態(tài)和生化特征，因此不能僅根據(jù)細(xì)胞的形態(tài)和生化指標(biāo)來(lái)尋找干細(xì)胞。具有增殖和自我更新能力以及在適當(dāng)條件下表現(xiàn)出一定的分化潛能是干細(xì)胞最基本的特點(diǎn)。12什么是同源異型基因？基因結(jié)構(gòu)有何特點(diǎn)？編碼的產(chǎn)物有什么功能？一類含有同源框基因，在胚胎發(fā)育中表達(dá)水平對(duì)于組織和器官的形成具有重要的調(diào)控作用。該類基因的突變，會(huì)在胚胎發(fā)育過(guò)程中導(dǎo)致某一器官異位生長(zhǎng)，即本來(lái)應(yīng)該形成正常的結(jié)構(gòu)被其他器官取代了，如果蠅的同源異型基因的

29、觸角基因Antp的突變，導(dǎo)致果蠅的一對(duì)觸角被兩只腿所取代。同源異型基因中有一段高度保守的DNA序列稱為同源異型框，最初是通過(guò)對(duì)果蠅的同源異型突變和體節(jié)突變的雜交分析發(fā)現(xiàn)的，簡(jiǎn)稱同源框。同源框是由180個(gè)堿基對(duì)組成的序列，可編碼60個(gè)氨基酸，這60個(gè)氨基酸序列，被稱為同源異型結(jié)構(gòu)域。同源框普遍存在于果蠅、鼠、人、蛙等生物中。已發(fā)現(xiàn)的Hox基因的產(chǎn)物基本上都是轉(zhuǎn)錄因子，同源框的蛋白質(zhì)產(chǎn)物呈螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋的立體結(jié)構(gòu)，可以和DNA雙螺旋的主溝吻合，附著于臨近TAAT的堿基，由于它能識(shí)別所控制的基因啟動(dòng)子的特異序列，從而在轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控基因表達(dá)。同源異型基因的突變稱為同源異型突變。這種突變可致使身體某一

30、部位的形狀特征在其它部位出現(xiàn)，并有可能干擾機(jī)體各部分的正常發(fā)育。Hox基因大多在染色體上串聯(lián)排列成簇，基因之間的距離很近，其線性排列順序可能與各自表達(dá)區(qū)域相對(duì)應(yīng)，如在果蠅發(fā)育中，位于DNA5端的Hox基因在接近尾部的體節(jié)中表達(dá)，而位于3端的Hox基因在接近頭部體節(jié)中表達(dá)。Hox基因的表達(dá)具有區(qū)域特異性，如果蠅觸須足基因和超級(jí)雙胸基因只限于在頭部和胸部體節(jié)中表達(dá)，其表達(dá)量與發(fā)育的進(jìn)程有關(guān)。Hox基因表達(dá)的開(kāi)和關(guān)，對(duì)于個(gè)體發(fā)育和形態(tài)發(fā)生起到時(shí)間上和空間上的調(diào)控作用。同源異型基因表達(dá)的產(chǎn)物蛋白為同源異型蛋白，由5個(gè)結(jié)構(gòu)單元所構(gòu)成：保守的N端，通常以MSSLYYXN開(kāi)始延伸大約45個(gè)氨基酸殘基；富含丙

31、氨酸、絲氨酸、甘氨酸、脯氨酸、谷氨酸的可變區(qū)；同源框，即位于同源盒N端的保守五肽IYPWM;同源框結(jié)構(gòu)域，即相應(yīng)于同源盒的氨基酸序列；偏酸性的羧基端區(qū)域。填空題：1同一受精卵產(chǎn)生在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能方面不同細(xì)胞的過(guò)程叫做 細(xì)胞分化。2體細(xì)胞和生殖細(xì)胞在一定條件下可以脫分化，重新形成完整的個(gè)體，這種能力被稱為細(xì)胞的 全能性 。植物胡蘿卜組織培養(yǎng)的成功、英國(guó)科學(xué)家克隆 綿羊 的成功，從實(shí)驗(yàn)上證明了植物和動(dòng)物的體細(xì)胞都具有 全能性 。3成熟的紅細(xì)胞是一種失去了分化能力的 終端分化細(xì)胞 。4細(xì)胞決定是細(xì)胞分化中，細(xì)胞由 全能向多能專能逐步限制的 過(guò)程。5從細(xì)胞水平上說(shuō)，基因表達(dá)的調(diào)節(jié)起兩種作用：一是 維

32、持細(xì)胞的功能 ，二是 導(dǎo)致細(xì)胞的分化。6. 細(xì)胞分化是個(gè)體發(fā)育中最基本的變化過(guò)程，不同細(xì)胞的產(chǎn)生往往與細(xì)胞獲得不同性質(zhì)的細(xì)胞質(zhì) 有關(guān)，而 細(xì)胞核 對(duì)細(xì)胞分化似乎沒(méi)有記憶能力。7應(yīng)用 mRNA差別顯示技術(shù)、DNA減法雜交 等技術(shù)可在不同程度上分析分化細(xì)胞中組織特異性基因表達(dá)的情況。8轉(zhuǎn)分化往往需經(jīng)歷 去分化和在分化 過(guò)程。轉(zhuǎn)分化與再生現(xiàn)象說(shuō)明 高度分化的細(xì)胞中仍含有該物種的全部遺傳物質(zhì)。 9抑癌基因的產(chǎn)物實(shí)際上是正常細(xì)胞增殖過(guò)程中的 負(fù)調(diào)控因子，它往往作用于 細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn) ，起阻止細(xì)胞周期進(jìn)程的作用。10細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中蛋白因子的突變往往導(dǎo)致細(xì)胞癌變，他常涉及原癌基因和抑癌基因 兩類基因的突變。而腫瘤實(shí)際上是一系列原癌基因和抑癌基因突變的積累的結(jié)果。判斷題：1結(jié)構(gòu)和功能都相同的細(xì)胞轉(zhuǎn)變