大連工業(yè)大學(xué)細(xì)胞生物學(xué)第十一章 細(xì)胞分化與基因表達(dá)調(diào)控

第十一章細(xì)胞分化與基因表達(dá)調(diào)控精子卵受精卵分化新個體發(fā)育Celldifferentiation

卵裂和胚泡形成受精卵卵裂桑椹胚胚泡胚泡腔滋養(yǎng)層內(nèi)細(xì)胞群胚端滋養(yǎng)層胚泡于受精后第4-5天形成，并進(jìn)入子宮。胚泡形成胚泡三胚層胚盤及相關(guān)結(jié)構(gòu)的形成（第三周）部分上胚層細(xì)胞增殖---原條頭部—原結(jié)中心淺凹---原凹原條上胚層形成：外胚層 中胚層 內(nèi)胚層分化的主要標(biāo)志：細(xì)胞內(nèi)開始合成新的特異性蛋白質(zhì)細(xì)胞分化的關(guān)鍵：由于細(xì)胞選擇性表達(dá)合成特異性蛋白質(zhì)，導(dǎo)致形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能各異的細(xì)胞細(xì)胞分化(celldifferentiation)：指受精卵開始的個體發(fā)育過程中細(xì)胞之間逐漸產(chǎn)生穩(wěn)定性差異的過程。第一節(jié)細(xì)胞分化和細(xì)胞決定

細(xì)胞分裂細(xì)胞分裂

受精卵――――--胎兒――――----成人

細(xì)胞分化細(xì)胞分化

細(xì)胞分裂使細(xì)胞數(shù)目增加細(xì)胞分化使細(xì)胞功能分工受精卵胎兒成人細(xì)胞分裂、生長細(xì)胞分化增殖增殖如果只有細(xì)胞增殖，沒有細(xì)胞分化，就只能形成一細(xì)胞團，而不能形成人體。通常，細(xì)胞分化是指細(xì)胞表型變化：神經(jīng)細(xì)胞具有傳導(dǎo)神經(jīng)信息的功能（伸出長的突起）肌細(xì)胞具有收縮功能（呈梭形或柱形）

紅細(xì)胞具有攜帶氧和二氧化碳的功能（呈圓盤狀）

表皮細(xì)胞具有保護功能（呈扁平形）

分化分化分化分化細(xì)胞分化的表現(xiàn)是產(chǎn)生不同結(jié)構(gòu)和功能的細(xì)胞，其實質(zhì)是由于特異功能蛋白質(zhì)的合成。如：神經(jīng)細(xì)胞

傳導(dǎo)神經(jīng)信息

神經(jīng)遞質(zhì)；肌細(xì)胞

收縮作用

肌動蛋白和肌球蛋白；成熟的紅細(xì)胞

運輸氧和二氧化碳

血紅蛋白；表皮細(xì)胞

保護作用

角蛋白一、細(xì)胞分化的特點：

１．穩(wěn)定性：即在正常生理條件下，細(xì)胞的分化狀態(tài)一旦確定，將終生不變，既不能逆轉(zhuǎn)也不能互變。

２．去分化：在一定條件下，高度分化的細(xì)胞可以重新分裂而回得到胚性細(xì)胞狀態(tài)，這種現(xiàn)象叫做去分化(dedifferentiation)例如：

射線、藥物、毒物...正常分化的細(xì)胞癌細(xì)胞不正常條件1958年有人用野生胡蘿卜游離的韌皮部細(xì)胞進(jìn)行體外培養(yǎng)的實驗中，觀察到已經(jīng)高度分化的細(xì)胞可以重新分裂而回得到胚性細(xì)胞狀態(tài)，這種現(xiàn)象叫做去分化或稱脫分化，然后通過再分化形成根莖，最終發(fā)育成完整的新植株。轉(zhuǎn)分化：在一定的條件下哺乳動物的細(xì)胞也可以轉(zhuǎn)化成另一種分化細(xì)胞。

如：人皮膚基底層細(xì)胞

角化細(xì)胞

粘膜上皮細(xì)胞或具有纖毛的上皮細(xì)胞。

培養(yǎng)基中缺乏維生素A培養(yǎng)基中富含維生素A３、細(xì)胞分化具有時間性和空間性

單細(xì)胞生物：時間性多細(xì)胞生物：時間性＋空間性４、生物體普遍存在分化

胚胎期是重要的細(xì)胞分化時期細(xì)胞決定的物質(zhì)：卵細(xì)胞質(zhì)二、細(xì)胞決定細(xì)胞決定（Determination）是指細(xì)胞在發(fā)生可識別的分化特征之前，就已確定了未來的發(fā)育命運，并向著特定方向分化，稱為細(xì)胞決定。證明：胚胎移植實驗（一）遺傳穩(wěn)定性

果蠅成蟲盤細(xì)胞的移植實驗（二）決定制約著細(xì)胞分化的方向三、具有全能性的細(xì)胞與細(xì)胞核細(xì)胞全能性：單個細(xì)胞經(jīng)分裂和分化后仍具有發(fā)育成完整個體的能力受精卵和桑椹胚期的８細(xì)胞前的細(xì)胞在胚胎發(fā)育過程中，由全能

多能

單能的發(fā)育趨向，是細(xì)胞分化的一個普遍規(guī)律多能細(xì)胞全能細(xì)胞單能細(xì)胞plantcell--totipotency始終保持其分化全能性的細(xì)胞核爪蟾卵核移植實驗(經(jīng)典的實驗)爪蟾受精卵去細(xì)胞核植入表皮細(xì)胞的核正常幼體始終保持其分化全能性的細(xì)胞核克隆羊“多莉”實驗即:高度分化的細(xì)胞如乳腺細(xì)胞的核仍有全能性圖示四、細(xì)胞分化在細(xì)胞增殖的基礎(chǔ)上進(jìn)行的細(xì)胞分化發(fā)生于細(xì)胞增殖的Ｇ１期細(xì)胞的分裂能力往往隨著細(xì)胞分化程度的提高而有所下降

第二節(jié)、細(xì)胞分化的分子基礎(chǔ)

奢侈基因（luxurygene）編碼決定細(xì)胞性狀的特異基因，對細(xì)胞自身生存無直接影響，是細(xì)胞向特殊類型分化的物質(zhì)基礎(chǔ)。如血紅蛋白、肌動蛋白、分泌蛋白等。管家基因(houseKeepinggene)維持細(xì)胞生命活動所必需的、各類細(xì)胞共有的，對細(xì)胞分化只起協(xié)助作用的基因。如膜蛋白、核糖體蛋白、線粒體蛋白等。一、細(xì)胞分化是基因選擇性的表達(dá)基因差異表達(dá)：細(xì)胞分化并不是基因組DNA全部表達(dá)，而是奢侈基因按一定程序，有選擇地相繼活化表達(dá)不同細(xì)胞：相同DNA不同RNA不同PRO分子雜交實驗證明：細(xì)胞分化是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果分子雜交：DNA-DNA或DNA-RNA單鏈之間的互補序列在一定條件下通過堿基互補配對原則形成雙鏈的現(xiàn)象。DNA-DNA雜交實驗：不同物種的DNA序列不能雜交，證明DNA有物種特異性；同一物種不同組織的DNA間能雜交，表明DNA無組織特異性。DNA-RNA雜交實驗：同一物種不同組織的DNA-RNA間的雜交不同，證明RNA有組織特異性。從分子水平看基因選擇表達(dá)

特異mRNA轉(zhuǎn)錄

特異蛋白質(zhì)合成

細(xì)胞分化上述實驗證實一個動物體內(nèi)的不同類型細(xì)胞所含DNA相同，它們具有相同的基因。在發(fā)育的不同階段和不同類型的組織中發(fā)生差別基因表達(dá)，使RNA有所不同，由于編碼特異蛋白的結(jié)構(gòu)基因在不同細(xì)胞中被選擇性地激活，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生了不同的mRNA，從不同的mRNA轉(zhuǎn)譯產(chǎn)生的蛋白質(zhì)就是專一的特異性蛋白質(zhì)。特異蛋白質(zhì)在細(xì)胞中出現(xiàn)就是細(xì)胞表型分化的標(biāo)志?；虿町惐磉_(dá)的調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平（一）順式調(diào)控元件啟動子、增強子、沉默子等（二）反式作用因子（三）活性染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的特異調(diào)控區(qū)（四）ＤＮＡ甲基化（五）同源盒基因果蠅唾液腺多線染色體膨松區(qū)的變化膨松區(qū)第四節(jié)細(xì)胞分化的影響因素一、影響細(xì)胞分化的內(nèi)在因素卵細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞核的作用核質(zhì)相互作用（一）卵細(xì)胞質(zhì)的作用卵細(xì)胞質(zhì)的作用：細(xì)胞決定，即決定細(xì)胞分化的方向。作用時間：胚胎發(fā)育早期（卵裂期）315421神經(jīng)細(xì)胞質(zhì)神經(jīng)細(xì)胞2脊索細(xì)胞質(zhì)脊髓細(xì)胞3外胚層細(xì)胞質(zhì)表皮4中胚層細(xì)胞質(zhì)肌肉骨5內(nèi)胚層細(xì)胞質(zhì)腺細(xì)胞及消化道上皮蛙卵蛙受精卵的細(xì)胞質(zhì)是不均質(zhì)的，這種不均質(zhì)性,對胚胎的早期發(fā)育具有很大影響，在一定程度上決定細(xì)胞的早期分化以蛙為例：例如，將蛙受精卵卵裂早期的分裂球分離培養(yǎng)，只是含有灰新月物質(zhì)的分裂球才能正常發(fā)育。圖示（二）細(xì)胞核的作用在細(xì)胞分化中，細(xì)胞核起著重要或決定性的作用。第一、遺傳物質(zhì)決定性狀，而遺傳物質(zhì)位于細(xì)胞核內(nèi)。第二、從全能細(xì)胞多能細(xì)胞單