細胞分化課件資料

1、細胞分化(cell differentiation)細胞分化人細胞數(shù)：1014，200種 細胞分化（cell differentiation） 在個體發(fā)育過程中，后代細胞間在形態(tài)、結構和生理功能上發(fā)生穩(wěn)定性差異的過程稱為細胞分化。 作用增加細胞類型，構成生物體的組織、器 官和系統(tǒng)，執(zhí)行不同的生命活動。 特征新的、特異性蛋白質的合成 本質選擇性的基因表達（differential gene expression）一、細胞分化的基本特征（一）細胞形態(tài)結構的穩(wěn)定性差異（二）細胞分化的時空性（三）細胞分化的可逆性（四）細胞分化的潛能性（一）形態(tài)結構的穩(wěn)定性差異正常生理下，分化狀態(tài)不可逆；如：神經(jīng)元存在

2、形態(tài)結構上的差別；如：骨骼肌、神經(jīng)細胞、紅細胞（二）細胞分化的時空性 不同發(fā)育階段細胞有不同結構和功能 時間性 細胞空間位置不同分化方向不同 空間性1. 細胞決定（cell determination） 個體發(fā)育過程中，細胞在發(fā)生形態(tài)差異之前的一定時間，細胞的分化命運即已確定，這一現(xiàn)象即細胞決定。細胞從分化方向確定到出現(xiàn)特異形態(tài)特征之前這一時期，稱為決定。細胞決定是一個漸變的過程；細胞決定是穩(wěn)定和可遺傳的；如，果蠅成蟲盤未分化原腸胚早期原腸胚晚期胚胎移植實驗兩棲類胚胎：2. 細胞分化的有序性： 個體發(fā)育過程中，細胞有順序地進行分裂和分化，保證個體的正常發(fā)育。如，血紅蛋白0 2 4 6 8 Bi

3、rth 2 4 6 8 Months10080604020Percentage of globin synthesis(%)不同發(fā)育時期人血紅蛋白的表達血紅蛋白：2 2 (胚胎)； 2 2 (胎兒)； 2 2(成體) （三）細胞分化的可逆性：1. 去分化（Dedifferentiation） 分化細胞在特定條件誘導下失去特有的 結構和功能，又回到未分化的狀態(tài)。 2.轉分化（Transdifferentiation） 一種特化的細胞類型轉化為另一種類型的分化的細胞的現(xiàn)象。 （分化的穩(wěn)定性普遍存在，分化的可逆性 是有條件的）4. 生物體普遍存在細胞分化胚胎期明顯迅速成體干細胞3. 細胞分化與細胞分

4、裂速度相適應 *細胞分化在分裂基礎上進行 *分化發(fā)生在G1期 *分裂旺盛時分化變緩，分化較高時分裂速度減慢 （四）細胞分化的潛能性 1. 發(fā)育潛能在發(fā)育過程中逐漸變窄 細胞全能性（totipotency）： 單個細胞經(jīng)分裂和分化后具有發(fā)育成完整個體的能力。 具備這種潛能的細胞稱為全能細胞（totipotent cell) 如：受精卵及8細胞前桑椹胚細胞 卵裂卵裂球：卵裂形成的子細胞外胚層：表皮及附屬器(毛囊、汗腺、皮脂腺)、神經(jīng)組織(腦、脊髓）、晶狀體、腎上腺髓質、視網(wǎng)膜。中胚層：真皮、骨骼、肌組織、結締組織、心臟、血管、血細胞、泌尿生殖系統(tǒng)。內胚層：肺、肝、胰、消化管、消化腺上皮。 細胞多能

5、性（pluripotency） 隨著胚胎的發(fā)育，細胞逐漸喪失發(fā)育成完整個體的能力，僅具有發(fā)育成多種表型細胞的能力，這種細胞稱為多能細胞(pluripotent cell)。如三胚層細胞 。 細胞單能性(unipotency) 經(jīng)過器官發(fā)生，各種組織、細胞的發(fā)育命運最終決定，在形態(tài)上特化，在功能上專一化。 這種形態(tài)特化、功能專一的終末分化細胞為單能細胞。人成熟個體絕大部分細胞為終末分化細胞（干細胞除外） 受精卵卵裂分化外胚層神經(jīng)管表皮腺腦脊髓毛、齒甲、爪疏松結締組織致密結締組織中胚層軟骨骨肌肉形成血的組織髓樣組織淋巴組織泌尿生殖系統(tǒng)內胚層呼吸系統(tǒng)上皮消化道上皮胰肝腺甲狀腺甲狀旁腺外胚層中胚層內胚

6、層細胞分化的普遍規(guī)律：全能 多能 單能2、細胞生理狀態(tài)隨分化水平而變化分化程度提高，分裂能力下降如，紅細胞、神經(jīng)細胞分化程度提高，對環(huán)境因子的反應性降低如，對電離輻射的敏感性3、分化細胞核的全能性 高度分化的細胞仍保留著物種的全套基因，具有發(fā)育成一個有機體的全能性。細胞核移植實驗： 爪蟾的核移植 “多莉”羊動物細胞核移植(Nuclear transfer)20世紀60年代蛙皮膚細胞核移植實驗克隆羊 Dolly 第一節(jié) 細胞分化的基本概念一、細胞分化（cell differentiation）二、細胞分化的潛能三、細胞核的全能性四、細胞決定（cell determination）五、細胞分化特點

7、StabilityDedifferentiationtransdifferentiationTotipotencyPluripotentyUnipotency 小結第二節(jié) 細胞分化的調控 分化命運取決于：1. 細胞的內部特性細胞的不對稱分裂2. 細胞的外部環(huán)境應答環(huán)境信號，啟動特殊基因表達（一）細胞分化與基因差異表達（按其與細胞分化的關系）1. 看家基因（ house-keeping genes） 維持細胞生存所必需的基因，在各種細胞中都處于活動狀態(tài)的基因。 如：編碼染色質組蛋白、線粒體蛋白、膜蛋白、 核糖體蛋白等基因。 2. 奢侈基因(luxury gene) 在各種組織中有不同的選擇表達的

8、基因，也稱 組織特異性基因（tissue-specific genes）。 合成組織專一的蛋白質產(chǎn)物，對細胞自身生存 無直接影響。 如：編碼紅細胞中的血紅蛋白、角蛋白、肌動蛋白、肌球蛋白等基因 細胞分化的本質：細胞分化過程一般不伴有基因組的改變，而是按照一定程序發(fā)生的差別基因表達（differential expression），也稱順序表達（sequential expression）。 DNA：有物種特異性；無組織特異性 RNA：有組織特異性；有階段特異性細胞分化與基因差異表達細胞總DNA細胞總RNA輸卵管細胞成紅細胞胰島細胞輸卵管細胞成紅細胞胰島細胞卵清蛋白基因-珠蛋白基因胰島素基因實驗

9、方法Southern印跡Northern印跡細胞分化是基因選擇性表達的結果真核細胞基因表達的調控是多級調控系統(tǒng)，主要發(fā)生在三個水平：1.轉錄水平（主要的調控水平）2.翻譯水平3.蛋白質形成后活性調節(jié)水平 （二）細胞分化基因差異表達的調控三、 影響細胞分化的因素細胞質對細胞分化的影響細胞相互作用對分化影響信號分子對分化的調節(jié)環(huán)境因素對分化的影響細胞外因素（一）細胞質在細胞分化中的作用卵細胞質組分的定域（localization）在卵裂 時會重新分布。決定子（determinant） 胚胎發(fā)育的細胞分化包括兩個步驟： 1.細胞決定 2.細胞分化1.卵細胞質的母源效應 母源效應基因 ( matern

10、al-effect gene) 通常將來自于母體、在卵質中呈極性分布、在受精后被翻譯為在胚胎發(fā)育中起重要作用的轉錄因子和翻譯前調節(jié)蛋白的mRNA分子的基因。受精前后bicoid基因mRNA及其蛋白質在果蠅胚胎中的分布bicoid蛋白母源bicoid mRNA例1 雞的紅細胞與培養(yǎng)的人Hela細胞(去分化的癌細胞)融合后,核的體積增大20倍,染色質松散,出現(xiàn)RNA和DNA合成。例2 將培養(yǎng)的爪蟾腎細胞核注入蠑螈的卵母細胞內,分析蛋白質合成情況：原來在腎細胞中表達的基因,這時不表達,而原來不表達的基因卻被激活。細胞質對細胞分化的影響（二）細胞相互作用對細胞分化的影響1、細胞誘導和抑制2、細胞黏附分

11、子對分化的影響（1）細胞誘導 細胞誘導（ induction）胚胎發(fā)育過程中，一部分細胞對鄰近細胞的形態(tài)發(fā)生影響，而決定其分化方向的現(xiàn)象。 特點：三胚層之間的分化誘導分層次 初級誘導、次級誘導、三級誘導胚胎誘導初級誘導：中胚層脊索誘導外胚層形成神經(jīng)板胚胎誘導初級誘導：神經(jīng)板卷成神經(jīng)管后，其前端進一步膨大成原腦，原腦兩側長出視杯。視杯(eye cup)胚胎誘導次級誘導：視杯誘導上方的外胚層表皮內陷，分 化成晶狀體初級誘導胚胎誘導初級誘導次級誘導三級誘導：晶狀體和視杯誘導表面外胚層形成角膜（2）細胞抑制（inhibition）胚胎發(fā)育中，分化的細胞受到鄰近細胞產(chǎn)生的抑制物質的影響，其作用與誘導相對

12、。抑制鄰近細胞進行相同分化，避免相同器官重復發(fā)生或過度發(fā)育。 2、細胞黏附因子的影響個體發(fā)育中，細胞通過調節(jié)細胞黏附分子表達的種類與數(shù)量來決定胚胎細胞間的相互作用，影響細胞的分化。如，鈣黏素（CAM）（三）信號分子對分化的影響 旁分泌產(chǎn)生的信號分子旁泌素介導信號轉導 通路實現(xiàn)細胞誘導 FGF/EGF/HGFHedgehog家族Wnt蛋白家族TGF- 超家族受體激酶蛋白質磷酸化轉錄因子激活/抑制特異基因表達誘導分化遠距離的調節(jié)作用：激素調節(jié)（四）環(huán)境因素對分化的影響 物理 化學 生物胚胎發(fā)育不同階段，對環(huán)境因子的敏感 性差異很大細胞分化與腫瘤（一）腫瘤細胞的基本特征異常分化（低分化）生長、分裂失控浸潤性和擴散性細胞間相互作用改變癌細胞異質性癌基因與抑癌基因正常細胞中：原癌基因不表達或低水平表達 抑癌基因可以誘導細胞終