細(xì)胞分化課件

細(xì)胞分化

細(xì)胞分化的基本概念細(xì)胞分化的分子基礎(chǔ)細(xì)胞分化的影響因素細(xì)胞分化細(xì)胞分化的基本概念細(xì)胞分化（CellDifferentiation）兩個(gè)特點(diǎn)“同源”細(xì)胞“異化”過(guò)程

細(xì)胞分化(celldifferentiation)，是指由受精卵產(chǎn)生的同源細(xì)胞所形成的在形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理功能及生化特征方面產(chǎn)生穩(wěn)定性差異的另一類(lèi)細(xì)胞的過(guò)程。

個(gè)體發(fā)育(胚胎階段)

精子穿卵

受精卵6周胚胎11周胚胎12周胚胎4月胚胎哺乳類(lèi)胚胎三胚層的分化

早胚發(fā)育過(guò)程中，囊胚或胚盤(pán)形成后，進(jìn)入原腸形成期，在原腸期產(chǎn)生內(nèi)、中、外3個(gè)胚層，三個(gè)胚層代表了三種不同的組織類(lèi)型，內(nèi)胚層發(fā)育為消化道及其附屬器官、唾液腺、肝臟以及肺的上皮部分，中胚層將發(fā)育為骨骼、肌肉、纖維組織和真皮，以及心血管系統(tǒng)和泌尿系統(tǒng)，內(nèi)胚層則形成神經(jīng)系統(tǒng)、表皮及其附屬物。成紅細(xì)胞中出現(xiàn)血紅蛋白(珠蛋白)和碳酸酐酶；角質(zhì)細(xì)胞中合成不同種類(lèi)的角蛋白(酸/中/堿性)；漿細(xì)胞合成

球蛋白；肌細(xì)胞中出現(xiàn)肌球蛋白和肌動(dòng)蛋白。細(xì)胞分化的標(biāo)志細(xì)胞內(nèi)開(kāi)始合成新的特異性的蛋白質(zhì)細(xì)胞分化的基本概念細(xì)胞全能性（celltotipotency）

細(xì)胞全能性(celltotipotency)是指單個(gè)細(xì)胞在一定條件下可發(fā)育分化成一個(gè)完整個(gè)體的潛在能力。全能性細(xì)胞應(yīng)該具有正常完整的基因組，可以表達(dá)基因組中任何基因，發(fā)育分化形成該個(gè)體的任何種類(lèi)的細(xì)胞。細(xì)胞全能性的條件有核細(xì)胞正常完整基因組細(xì)胞分化的基本概念動(dòng)物細(xì)胞分化潛能的層次

受精卵能夠分化出各種細(xì)胞、組織，形成一個(gè)完整的個(gè)體，所以把受精卵的分化潛能稱(chēng)為全能性(totipotent)細(xì)胞。隨著發(fā)育分化的進(jìn)程，細(xì)胞逐漸喪失其全能性分化潛能。從全能性到多能性(pluripotent)，再到單能性(unipotent)，最后失去分化潛能而成為成熟定型的功能細(xì)胞。核移植技術(shù)——細(xì)胞全能性應(yīng)用核移植的技術(shù)原理；核移植技術(shù)的應(yīng)用：治療性人類(lèi)器官克??；核移植技術(shù)引發(fā)的系列問(wèn)題。細(xì)胞分化的基本概念爪蟾體細(xì)胞核移植實(shí)驗(yàn)

體細(xì)胞核移植實(shí)驗(yàn)表明：(1)分化細(xì)胞中的遺傳物質(zhì)并沒(méi)有發(fā)生不可逆改變，這些細(xì)胞在一定條件下可重新編程(reprogram)。(2)細(xì)胞質(zhì)(尤其是成熟卵細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì))中存在決定核內(nèi)基因活性的廣譜控制因子。(3)某些細(xì)胞的核不能用于移植實(shí)驗(yàn)，說(shuō)明這些細(xì)胞分化后完全喪失了細(xì)胞分裂能力。20世紀(jì)60年代，Gurdon1997年，Wilmut等細(xì)胞決定（celldetermination）

細(xì)胞在任何可識(shí)別的分化性狀之前所表現(xiàn)出的分化方向性，稱(chēng)為細(xì)胞決定(celldetermination)

。細(xì)胞分化的基本概念細(xì)胞決定的特點(diǎn)先于細(xì)胞分化遺傳穩(wěn)定性兩棲類(lèi)胚胎的細(xì)胞決定實(shí)驗(yàn)早期原腸胚晚期原腸胚donor：預(yù)定發(fā)育為表皮細(xì)胞

host：預(yù)定發(fā)育為腦組織細(xì)胞決定的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)成蟲(chóng)盤(pán)細(xì)胞移植(imaginatransplantation)果蠅的成蟲(chóng)盤(pán)果蠅成蟲(chóng)盤(pán)移植實(shí)驗(yàn)

果蠅成蟲(chóng)盤(pán)是幼蟲(chóng)體內(nèi)的處于未分化狀態(tài)的細(xì)胞團(tuán)，變態(tài)后由成蟲(chóng)盤(pán)產(chǎn)生相應(yīng)的腿、翅、觸角等成體的不同結(jié)構(gòu)；成蟲(chóng)盤(pán)位于幼蟲(chóng)體內(nèi)的不同的位置，是預(yù)先向某種特定類(lèi)型分化的已決定的細(xì)胞團(tuán)。如果將成蟲(chóng)盤(pán)移植到果蠅的腹腔中，可以一直保持未分化狀態(tài)并不斷進(jìn)行增殖。多次移植后仍保存著發(fā)育成相應(yīng)的成體結(jié)構(gòu)的特性。說(shuō)明細(xì)胞決定具有遺傳穩(wěn)定性。細(xì)胞分化的基本概念去分化與轉(zhuǎn)分化——細(xì)胞分化的相對(duì)可逆性

去分化（dedifferentiation):在某些特殊條件下，具有增殖能力的組織中，已經(jīng)分化的細(xì)胞仍有可能重新獲得分化潛能，回到未分化狀態(tài)。轉(zhuǎn)分化（transdifferentiation):在高度分化的動(dòng)物細(xì)胞中，從一種分化狀態(tài)轉(zhuǎn)化為另一種分化狀態(tài)的現(xiàn)象。

去分化與轉(zhuǎn)分化——細(xì)胞分化特例

植物細(xì)胞的去分化動(dòng)物細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化細(xì)胞分化的基本概念骨髓內(nèi)造血干細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化

造血干細(xì)胞除了可以形成各種血細(xì)胞外，還可形成骨骼肌細(xì)胞等細(xì)胞類(lèi)型，骨髓基質(zhì)細(xì)胞還可形成上皮細(xì)胞，心肌細(xì)胞以及神經(jīng)細(xì)胞等。轉(zhuǎn)分化形成發(fā)育相關(guān)的細(xì)胞類(lèi)型腎上腺嗜鉻細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化細(xì)胞分化的特點(diǎn)

細(xì)胞分化存在普遍性細(xì)胞分化具有穩(wěn)定性細(xì)胞分化的基本概念

在正常生理?xiàng)l件下，已經(jīng)分化為某種特異的、穩(wěn)定類(lèi)型的細(xì)胞一般不可能逆轉(zhuǎn)到未分化狀態(tài)或者成為其他類(lèi)型的分化細(xì)胞。

細(xì)胞分化的特點(diǎn)

細(xì)胞分化存在普遍性細(xì)胞分化具有穩(wěn)定性轉(zhuǎn)分化和去分化（特例）細(xì)胞分化具有時(shí)空性

細(xì)胞分化最顯著的特點(diǎn)是穩(wěn)定性細(xì)胞分化的基本概念細(xì)胞分化與細(xì)胞分裂

分裂是分化的基礎(chǔ)；早期胚胎不對(duì)稱(chēng)分裂制約分化的方向與進(jìn)程；分化發(fā)生于分裂G1期；分裂旺盛分化變緩，分化較高分裂減慢。細(xì)胞分化的基本概念細(xì)胞分化的本質(zhì)細(xì)胞分化與基因表達(dá)細(xì)胞分化的表達(dá)調(diào)節(jié)細(xì)胞分化的分子基礎(chǔ)細(xì)胞分化的本質(zhì)基因的選擇性表達(dá)細(xì)胞分化的分子基礎(chǔ)細(xì)胞分化的標(biāo)志細(xì)胞內(nèi)新的特異蛋白出現(xiàn)雞不同組織中的基因表達(dá)細(xì)胞總DNA細(xì)胞總RNA輸卵管細(xì)胞成紅細(xì)胞胰島細(xì)胞輸卵管細(xì)胞成紅細(xì)胞胰島細(xì)胞卵清蛋白基因＋＋＋＋－－β珠蛋白基因＋＋＋－＋－胰島素基因＋＋＋－－＋檢測(cè)方法Southern雜交Northern雜交＋陽(yáng)性結(jié)果－陰性結(jié)果管家基因（housekeepinggene）兩個(gè)特點(diǎn)維持細(xì)胞生存必需與細(xì)胞分化無(wú)關(guān)細(xì)胞分化的分子基礎(chǔ)

生物體基因組內(nèi)某些基因的表達(dá)產(chǎn)物對(duì)所有的細(xì)胞都是必需的或必不可少的，這些基因在所有細(xì)胞中的表達(dá)幾乎都是恒定的，稱(chēng)這些基因?yàn)楣芗一?housekeepinggene)。管家基因包括rDNA、tDNA、基本代謝過(guò)程所需要的酶基因、基因表達(dá)過(guò)程所必需的各種蛋白質(zhì)基因等。奢侈基因（luxurygene）

生物體基因組內(nèi)某些基因僅在特定細(xì)胞或特定條件下才表達(dá)，編碼具有特殊功能的蛋白質(zhì)產(chǎn)物，稱(chēng)這些基因?yàn)樯莩藁?luxurygene)。奢侈基因編碼的產(chǎn)物如上皮細(xì)胞中的角蛋白、膠質(zhì)細(xì)胞中的膠質(zhì)細(xì)胞酸性纖維蛋白以及各種分泌細(xì)胞的分泌蛋白。兩個(gè)特點(diǎn)細(xì)胞生存不一定必需與細(xì)胞分化直接有關(guān)細(xì)胞分化的分子基礎(chǔ)細(xì)胞分化的表達(dá)調(diào)節(jié)細(xì)胞分化的分子基礎(chǔ)真核細(xì)胞的基因表達(dá)過(guò)程轉(zhuǎn)錄前水平轉(zhuǎn)錄水平轉(zhuǎn)錄后水平翻譯水平翻譯后水平細(xì)胞分化的表達(dá)調(diào)節(jié)基因的調(diào)節(jié)主要在轉(zhuǎn)錄水平，其次在翻譯水平。細(xì)胞分化的分子基礎(chǔ)細(xì)胞分化的轉(zhuǎn)錄前調(diào)節(jié)

基因的數(shù)量同源框基因

DNA甲基化細(xì)胞分化的分子基礎(chǔ)基因的數(shù)量發(fā)生改變基因丟失：馬蛔蟲(chóng)、搖蚊和纖毛蟲(chóng)(草履蟲(chóng)、四膜蟲(chóng)等)；基因擴(kuò)增：果蠅；基因重組：B淋巴細(xì)胞。細(xì)胞分化的特例！細(xì)胞分化的分子基礎(chǔ)同源框基因（Homeobox

Gene）

不同生物細(xì)胞中高度保守的DNA片段，其編碼蛋白產(chǎn)物呈螺旋-環(huán)-螺旋的立體結(jié)構(gòu)，可以和DNA雙螺旋的大溝吻合，通過(guò)與基因啟動(dòng)子的特異序列結(jié)合而影響基因轉(zhuǎn)錄。HOM/Hox基因的功能是將胚胎細(xì)胞沿前-后軸分為不同區(qū)域，并決定各主要區(qū)域器官的形態(tài)建成。兩個(gè)特點(diǎn)高度保守DNA片段控制生物體軸發(fā)育細(xì)胞分化的分子基礎(chǔ)

果蠅的HOM基因位于3號(hào)染色體上，包括同源框基因觸角足復(fù)合體(Antp-c)和雙胸復(fù)合體(BX-C)的基因簇。在小鼠中，與之相對(duì)應(yīng)的Hox基因則有4個(gè)基因簇。數(shù)字與顏色表示跨越兩種動(dòng)物之間的結(jié)構(gòu)相似性。同源框基因在染色體上的排列順序與其在體內(nèi)的不同時(shí)空表達(dá)模式相對(duì)應(yīng)：基因激活的時(shí)間順序?yàn)樵娇拷安勘磉_(dá)越早，靠近后部表達(dá)較遲；基因表達(dá)的空間順序?yàn)轭^區(qū)的最前葉只表達(dá)該基因簇的第一個(gè)基因，而身體最后部則表達(dá)基因簇的最后一個(gè)基因。果蠅和小鼠同源框基因及其表達(dá)模式DNA甲基化（DNAmethylatation）DNA甲基化程度與轉(zhuǎn)錄活性呈負(fù)相關(guān)；管家基因呈低甲基化狀態(tài)；奢侈基因甲基化隨表達(dá)狀態(tài)發(fā)生變化。細(xì)胞分化的分子基礎(chǔ)組織特異性轉(zhuǎn)錄因子決定了細(xì)胞特異性基因的表達(dá)；活性染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的特異調(diào)控區(qū)決定了細(xì)胞特異性蛋白的表達(dá)；細(xì)胞分化的主導(dǎo)基因是決定特定細(xì)胞譜系發(fā)育的起始基因。細(xì)胞分化的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)細(xì)胞分化的分子基礎(chǔ)mRNA空間定位對(duì)分化的影響

在早期胚胎發(fā)育過(guò)程中，細(xì)胞質(zhì)成分是不均等的，細(xì)胞質(zhì)中某些成分的分布具有區(qū)域性，因此導(dǎo)致分裂時(shí)細(xì)胞質(zhì)成分不均等分配到子細(xì)胞中，這種不均一性細(xì)胞質(zhì)成分可以調(diào)控細(xì)胞核基因的表達(dá)，在一定程度上影響胚胎細(xì)胞的早期分化。mRNA空間定位對(duì)分化的影響

母源性BicoidmRNA(BcdmRNA)存在于果蠅卵前角，受精后Bcd蛋白迅速合成、擴(kuò)散并建立濃度梯度，隨即Bcd蛋白作為轉(zhuǎn)錄因子誘導(dǎo)了多個(gè)間隔基因如Hunchback、Knirps和Krupel等的表達(dá)，后者激活了對(duì)控基因fushitarazu(ftz)和Evenskipped(eve)，ftz和en界定了與副體節(jié)形成有關(guān)的7對(duì)條帶，體節(jié)極性基因(en)在每個(gè)體節(jié)前端表達(dá)，en和其他體節(jié)基因參與了體節(jié)的模式形成，受精2.5小時(shí)后，細(xì)胞分化作用開(kāi)始，4.5小時(shí)后，原腸形成。蛋白質(zhì)亞基聚會(huì)蛋白質(zhì)化學(xué)修飾蛋白質(zhì)變構(gòu)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的半衰期細(xì)胞分化的翻譯后調(diào)節(jié)細(xì)胞分化的分子基礎(chǔ)

細(xì)胞分化的影響因素細(xì)胞間相互作用激素位置信息環(huán)境因素細(xì)胞分化的影響因素中胚層對(duì)內(nèi)外胚層具有分化誘導(dǎo)效應(yīng)；分化誘導(dǎo)具有接力傳遞效應(yīng)；分化完畢產(chǎn)生的抑素抑制鄰近細(xì)胞的分化。細(xì)胞間相互作用第二套橈骨+尺骨肱骨橈骨第二肱骨+RA+RA肱骨肩胛骨第二肱骨

中：將正常的前肢切斷。上：如果切斷的肢體在視黃酸溶液中浸過(guò)，芽基重新開(kāi)始形成肱骨，其下是前肢的其他部分。下：高濃度視黃酸處理后，枝芽形成肩并分叉，產(chǎn)生互為鏡象的前肢。視黃酸對(duì)有尾肢端再生的影響移植片的位置比宿主的高移植片的位置與宿主的相同移植片的位置比宿主周?chē)M織稍偏低

水螅是一種無(wú)脊椎動(dòng)物，屬于腔腸動(dòng)物門(mén)，水螅綱。體小型，呈管狀，下端有基盤(pán)著生，上端有口，周?chē)?～10條小觸手，觸手滿布刺細(xì)胞，可射出刺絲和毒液，用以捕獲小型食餌。身體及觸手均可收縮。從供體上取來(lái)的組織片移植到宿主動(dòng)物體軸的不同部位，如果