中國海洋大學(xué)細(xì)胞生物學(xué)課件17細(xì)胞分化02

線蟲卵受精后P顆粒的定位集中上圖示早期胚胎細(xì)胞核定位；下圖示P顆粒（極粒）集中到生殖系細(xì)胞中。受精后P顆粒向后端遷移集中(與微絲作用有關(guān))。當(dāng)發(fā)育到26細(xì)胞階段時(shí)，P顆粒完全集中到P4細(xì)胞中，P4細(xì)胞產(chǎn)生生殖細(xì)胞卵后端的細(xì)胞質(zhì)含有一種顆粒物質(zhì)——極粒(polargranules)；極質(zhì)(poleplasm)，極質(zhì)能決定生殖細(xì)胞的分化。果蠅胚胎發(fā)育至囊胚階段，后端的極細(xì)胞將分化為性細(xì)胞極細(xì)胞(PGC)體細(xì)胞受精卵多個(gè)細(xì)胞核細(xì)胞核遷至細(xì)胞邊緣逐漸形成分界果蠅(Drasophila)生殖質(zhì)(germplasm)：決定生殖細(xì)胞分化的細(xì)胞質(zhì)成分。果蠅胚胎臨完成卵裂時(shí)的掃描電鏡圖，極細(xì)胞集中在右端(蟲體后端)從果蠅極細(xì)胞中分離出的極粒電鏡圖在正常卵細(xì)胞中，決定子有一定的空間定位。雖然可人為改變其分布位置，但其性能不會(huì)因位置的改變而改變！蛔蟲受精卵的正常卵裂(a)和離心后卵裂(b)過程中生殖質(zhì)分布與生殖干細(xì)胞形成的關(guān)系示意圖體細(xì)胞的分化同樣受細(xì)胞質(zhì)因子的決定(如昆蟲幼蟲的成蟲盤)（二）體細(xì)胞決定子胸部頭部腹部用紫外線照射搖蚊(Smittia)卵前部形成雙腹部畸胎的模式圖解卵的前端含有誘導(dǎo)前部體節(jié)分化的決定子雙腹部畸胎前端后端搖蚊卵UV頭胸前腹部決定子對(duì)細(xì)胞分化方向的影響是靠決定基因的選擇性表達(dá)來實(shí)現(xiàn)的。同源異型基因(homeoticgenes)或同源異型選擇基因(homeoticselectorgenes)能確定一群細(xì)胞的個(gè)性和發(fā)育途徑。他們編碼同源異型區(qū)轉(zhuǎn)錄因子，在個(gè)體中終生表達(dá)。這類基因的共有結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，都含有一段相同的核苷酸序列，此序列稱為同源異型框(homeobox)，編碼一段60個(gè)氨基酸的序列，此段氨基酸序列稱為同源異型域(homeodomain)。在三維結(jié)構(gòu)上同源異型域序列形成螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋(helix-turn-helix)結(jié)構(gòu)域，它可同專一DNA序列結(jié)合。果蠅與哺乳動(dòng)物的同源異型框的對(duì)比圖解控制體節(jié)個(gè)性的同源異型基因組成了兩群：①觸角足復(fù)合物，調(diào)控頭部和第一胸節(jié)中副節(jié)的個(gè)性；②雙胸復(fù)合物，調(diào)節(jié)其余各副節(jié)的個(gè)性。這兩個(gè)復(fù)合物總稱為HOM復(fù)合物。體節(jié)的個(gè)性是由一定區(qū)域中的基因配合作用所決定。labpbDfdscrantpudxAbd-AAbd-B5’3’觸角足復(fù)合物雙胸復(fù)合物觸角足復(fù)合物和雙胸復(fù)合物中同源異型基因的排列順序同源異型基因在小鼠整個(gè)胚胎中的表達(dá)照片細(xì)胞質(zhì)成分（如特定的蛋白質(zhì)或mRNA）在細(xì)胞中形成不對(duì)稱分布，造成細(xì)胞的極化。細(xì)胞不對(duì)稱分裂示意圖細(xì)胞質(zhì)成分不均勻定位，使細(xì)胞極化。分裂后兩個(gè)子細(xì)胞獲得不同成分的細(xì)胞質(zhì)，產(chǎn)生不同的分化命運(yùn).極化細(xì)胞有絲分裂時(shí)如果紡錘體與極化軸一致，所產(chǎn)生的兩個(gè)子細(xì)胞就繼承了不同的細(xì)胞質(zhì)成分，從而分化成了不同類型的細(xì)胞。在成體中也存在著決定子果蠅神經(jīng)母細(xì)胞的分化模式果蠅的神經(jīng)母細(xì)胞分裂成兩個(gè)子細(xì)胞，一個(gè)分化為神經(jīng)節(jié)細(xì)胞，另一個(gè)仍保持為未分化神經(jīng)母細(xì)胞(干細(xì)胞)的狀態(tài)。神經(jīng)母細(xì)胞(干細(xì)胞)神經(jīng)節(jié)細(xì)胞神經(jīng)母細(xì)胞(干細(xì)胞)子細(xì)胞的分化方向是由得到的細(xì)胞質(zhì)來決定！含有2種基部蛋白:Miranda,Numb.頂端含有由3種蛋白質(zhì)(Baz/Par6/aPKC)組成的頂端復(fù)合物細(xì)胞分化中核質(zhì)關(guān)系小結(jié)基因組基因的選擇性表達(dá)新一輪基因表達(dá)再新一輪基因表達(dá)更新一輪基因表達(dá)更新一輪基因表達(dá)更新一輪基因表達(dá)更新一輪基因表達(dá)更新一輪基因表達(dá)更新一輪基因表達(dá)更新一輪基因表達(dá)AcellBcellEcellDcellGcellCcellFcellHcellIcellJcellFunctioncell(Terminaldifferentiated)功能蛋白質(zhì)組更新一輪基因表達(dá)核質(zhì)關(guān)系模擬圖解胚胎的正常發(fā)育首先起始于受精卵中母體信息的表達(dá)。形態(tài)發(fā)生決定子是卵母細(xì)胞預(yù)先合成的貯存信息，其定位分布與定時(shí)激活，通過各種途徑調(diào)節(jié)胚胎基因組的表達(dá)。早期合成的蛋白質(zhì)又對(duì)晚期發(fā)育的基因表達(dá)起調(diào)節(jié)作用。于是便形成了個(gè)體發(fā)育的反應(yīng)連鎖和網(wǎng)絡(luò)，為個(gè)體的建成奠定了信息和物質(zhì)基礎(chǔ)。

卵中的決定子是RNA性質(zhì)的物質(zhì)！第四節(jié)卵中影響細(xì)胞分化的細(xì)胞質(zhì)因子的性質(zhì)一、決定子是RNA調(diào)控信息雙腹部畸胎前端后端搖蚊卵RNase母體信息(maternalmessages)：是由在卵母細(xì)胞成熟過程中轉(zhuǎn)錄的mRNA指導(dǎo)合成。二、調(diào)控信息來源于母體以mRNP顆粒形式存在的沉降系數(shù)要大于核糖體的母體信息。信息體(informasome)：mRNA遍布整個(gè)卵mRNA沿卵軸定位分布母體信息編碼管家蛋白(持家基因)編碼專一發(fā)育的蛋白質(zhì)(奢侈基因)海膽早期發(fā)育的卵裂方式卵母細(xì)胞中定位分布的mRNA，在受精后經(jīng)卵裂進(jìn)入不同的細(xì)胞，指導(dǎo)合成專一的蛋白質(zhì)。角貝極葉中編碼專一蛋白的mRNA隨卵裂被分配到不同的細(xì)胞內(nèi)ABCDDA極葉受精卵BC個(gè)體發(fā)育的編程存在于卵母細(xì)胞中，精子通過受精激活卵，經(jīng)卵裂進(jìn)入不同的細(xì)胞，指導(dǎo)合成專一的蛋白質(zhì)。卵確實(shí)不是均質(zhì)的：卵物質(zhì)的定位分布與胚胎各部分的形成有一定的關(guān)系。非洲爪蟾卵動(dòng)物極植物極富含色素的動(dòng)物極胞質(zhì)富含卵黃的植物極胞質(zhì)卵黃核心皮質(zhì)質(zhì)膜卵子受精后，卵母細(xì)胞中貯存的mRNA有秩序地被激活，在嚴(yán)格的調(diào)控下，在一定時(shí)間合成胚胎發(fā)育所需要的蛋白質(zhì)。三、卵的激活與母體信息的翻譯調(diào)控1、隱蔽mRNA的利用2、無帽信息的修飾4、翻譯效率的改變3、封存信息的利用母體信息的翻譯調(diào)控途徑：成熟卵母細(xì)胞中供受精以后利用的mRNA都結(jié)合有專一性的蛋白質(zhì)，各種mRNA結(jié)合的蛋白質(zhì)有所不同。1、隱蔽mRNA(maskedmRNA)的利用隱蔽mRNA專一性結(jié)合蛋白受精后因離子的濃度變化使隱蔽mRNA中的mRNA游離出來起始翻譯mRNA專一性結(jié)合蛋白受精翻譯不能被翻譯真核生物的mRNA，在5’端都有一個(gè)“m7G”帽，是mRNA與40S核糖體亞單位相識(shí)別的結(jié)構(gòu)。如果此核苷酸是未甲基化的無帽信息，就不能進(jìn)行翻譯。2、無帽信息的修飾mRNAGmRNAm7G煙草天蛾卵母細(xì)胞中無帽信息的修飾圖解受精甲基化被封存在原核中的海膽組蛋白mRNA在受精后期進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)的模式圖解組蛋白mRNA♀原核細(xì)胞質(zhì)♂原核卵母細(xì)胞中有些含mRNA的RNP顆粒被隔離起來，是為封存信息(sequesteredmessages)，它們無法接近核糖體，故不能發(fā)揮作用。3、封存信息的利用進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)的組蛋白mRNA父本染色體母本染色體在對(duì)海膽卵受精后細(xì)胞內(nèi)的pH值升高導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成速率驟然上升的模式圖解pH6.9pH6.9pH6.94、翻譯效率的改變成熟的卵母細(xì)胞中pH值比較低，對(duì)蛋白質(zhì)的合成有抑制作用。H+pH7.4蛋白質(zhì)合成速率第五節(jié)細(xì)胞間相互作用和環(huán)境因素對(duì)細(xì)胞分化的影響胚胎誘導(dǎo)(embryonicinduction)：動(dòng)物在一定的發(fā)育時(shí)期，一部分細(xì)胞影響相鄰細(xì)胞分化方向的作用。一、胚胎誘導(dǎo)人眼的發(fā)生示意圖鳥類翅的胚胎誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)鳥類爪的胚胎誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)兩棲類的胚胎誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)受體胚胎背側(cè)腹側(cè)移植的胚孔背唇形成第2個(gè)遷移位點(diǎn)形成的聯(lián)體雙胚供體胚胎胚孔背唇背側(cè)腹側(cè)背唇初級(jí)誘導(dǎo)者二、細(xì)胞數(shù)量效應(yīng)細(xì)胞分化必須有一定數(shù)量的細(xì)胞為基礎(chǔ)胰腺原基不能分別發(fā)育成胰腺組織切割8小塊原基分別培養(yǎng)胰腺組織共同培養(yǎng)集中爪蟾尾部退化過程中甲狀腺素的分泌量增加導(dǎo)致溶酶體組織蛋白酶增加，尾部細(xì)胞被消化三、激素的作用兩棲類的變態(tài)過程環(huán)境中的物理、化學(xué)因子：以提供信號(hào)的方式影響機(jī)體的細(xì)胞分化四、環(huán)境對(duì)細(xì)胞分化的影響粘菌發(fā)育和生活史單細(xì)胞變形體食物充足假原質(zhì)團(tuán)食物匱乏停止遷移柄孢子子實(shí)體生物成體丟失的組織或器官重新生長和修復(fù)的過程稱為再生(regeneration)。植物的再生能力最強(qiáng)，一個(gè)體細(xì)胞即可產(chǎn)生一棵完整的植株。在動(dòng)物界中，一般無脊椎動(dòng)物的再生能力要高于脊椎動(dòng)物。有的動(dòng)物的再生能力很強(qiáng)，如海星(棘皮動(dòng)物)、扁蟲(Planarias)和水螅(Hydra)等，這些動(dòng)物的一小片組織即可再生成一個(gè)結(jié)構(gòu)和功能齊全的個(gè)體(它們的強(qiáng)再生能力與它們進(jìn)行無性繁殖有關(guān))。第6節(jié)再生與去分化動(dòng)物再生能力最強(qiáng)的一個(gè)例子是海鞘(Ascidians),它的一個(gè)血細(xì)胞即可生成一個(gè)完整的個(gè)體。但是再生能力的強(qiáng)弱在進(jìn)化上并沒有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系。例如，與水螅同屬腔腸動(dòng)物的水母，再生能力就很弱。線蟲(nematode)則完全沒有再生能力。在脊椎動(dòng)物中，蠑螈和其它有尾兩棲類的再生能力相當(dāng)強(qiáng)。如蠑螈的晶狀體切除后，虹膜的色素上皮細(xì)胞可再生出晶狀體。蠑螈晶狀體再生示意圖晶狀體切除后，由虹膜色素上皮再生出新的晶狀體。(A)眼球的正常結(jié)構(gòu)；(B)背視網(wǎng)膜細(xì)胞去分化；(C)－(G)背視網(wǎng)膜細(xì)胞再生成晶狀體。一、再生的類型

主要通過尚存組織重新進(jìn)行模式形成和重新建立邊界而進(jìn)行的再生過程。再生時(shí)，尚存結(jié)構(gòu)重新表現(xiàn)出原有結(jié)構(gòu)的發(fā)育模式，隨之按比例進(jìn)行擴(kuò)大生長，完成再生。例如水螅和扁蟲被切成兩段后，每一段均可再生出失去的一段。根據(jù)再生過程的方式不同，可將再生現(xiàn)象分為兩類：1、變形再生(morphallaxis)2、新建再生(epimorphosis)依靠新的生長，重新組建失去的結(jié)構(gòu)。高等動(dòng)物的再生即屬此類，如蠑螈肢體的再生。羅氏海盤車腕的新建再生新生腕芽殘腕(自樊廷俊等，2005)二、去分化與轉(zhuǎn)分化

再生時(shí)，所余分化細(xì)胞通常要先失去其結(jié)構(gòu)和功能特征，而逆轉(zhuǎn)成胚胎性的未分化狀態(tài)，這一變化過程稱為去分化(dedifferentiation)。在動(dòng)物中，去分化細(xì)胞具有胚胎間充質(zhì)細(xì)胞的功能，可再進(jìn)行分化。在植物中，去分化細(xì)胞形成愈傷組織(callus)，進(jìn)而再生出喪失的部分或再生植株。去分化往往隨之即發(fā)生再分化(redifferentiation)。去分化細(xì)胞再分化成它種細(xì)胞的變化過程稱為轉(zhuǎn)分化(transdifferentiation)。1、蠑螈的前肢被部分切除后，傷口處細(xì)胞間的粘合性減弱，表皮細(xì)胞通過變形運(yùn)動(dòng)移向傷口，形成細(xì)胞單層——頂外胚層帽(apicalectidermalcap)，封閉傷口。2、頂帽下方的細(xì)胞(骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、肌細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞)迅即發(fā)生去分化，并形成一團(tuán)去分化細(xì)胞——再生胚芽(regenerationblastema)。胚芽細(xì)胞繼續(xù)增殖，并分化成新的肢體結(jié)構(gòu)。在動(dòng)物中，有尾兩棲類肢體的再生過程大體上包括：蠑螈前肢的切除再生三、去分化的調(diào)控機(jī)制肢體部分切除后，剩余部分的表皮細(xì)胞移行到創(chuàng)面上，經(jīng)分裂增殖，形成頂外胚層帽。帽下方的各種細(xì)胞（包括骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、肌細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞）迅速去分化，巨噬細(xì)胞分泌金屬蛋白酶，消化了細(xì)胞外基質(zhì)，使細(xì)胞彼此分散開，失去了分化細(xì)胞的特征差別。原來在肌細(xì)胞中表達(dá)的基因(MRF4,myf5)降低表達(dá)，而在胚胎間充質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)的msx1基因表達(dá)急劇升高。這群去分化的細(xì)胞重新進(jìn)入細(xì)胞周期，形成了能分裂的再生胚芽(blastema)，經(jīng)再分化形成肢體新結(jié)構(gòu)。視黃酸是在再生肢體創(chuàng)傷表皮的頂外胚層帽中合成的形態(tài)發(fā)生素，它沿再生胚芽的近遠(yuǎn)軸形成濃度梯度，在細(xì)胞去分化和形成再生胚芽過程中起重要作用。1、視黃酸的作用視黃酸msx1基因Hoxa基因促進(jìn)間充質(zhì)增殖再生胚芽的肢體模式形成激活2、Rb蛋白的作用成體肌細(xì)胞高度分化，不再分裂;蠑螈肢體再生時(shí)，肌細(xì)胞又重新進(jìn)行細(xì)胞分裂。肌細(xì)胞退出細(xì)胞周期與Rb基因的表達(dá)產(chǎn)物Rb(retinoblastema,視網(wǎng)膜瘤)蛋白的去磷酸化有關(guān)。生長因子刺激細(xì)胞增殖過程圖解(A)無生長因子時(shí)，去磷酸化的Rb蛋白與專一基因調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合