細(xì)胞的分化與基因表達(dá)調(diào)控

關(guān)于細(xì)胞的分化與基因表達(dá)調(diào)控細(xì)胞分化細(xì)胞類型1細(xì)胞類型2細(xì)胞類型3……細(xì)胞衰老細(xì)胞凋亡永生細(xì)胞（癌癥）去分化增殖細(xì)胞分化是個(gè)體行使正常功能的保證。本質(zhì)：細(xì)胞的基因組相同，但表達(dá)譜不同；使細(xì)胞能行使不同的功能（分工）；核心：基因是如何有序表達(dá)的？（調(diào)控）。

細(xì)胞分化與機(jī)體的正常功能：第2頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天胚胎發(fā)生過(guò)程中形成各種類型的組織和細(xì)胞第3頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天干細(xì)胞分化為多種類型的細(xì)胞第4頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天血細(xì)胞分化示意圖第5頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天內(nèi)皮細(xì)胞的分化第6頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天

一、基本概念（一）基因的選擇性表達(dá)（主線）實(shí)驗(yàn)證據(jù)（分子雜交）：不同的細(xì)胞類型（celltypes)中，DNA相同，mRNA種類不同，蛋白質(zhì)種類不同。結(jié)論：相同的基因組在不同細(xì)胞中的選擇性表達(dá)；

細(xì)胞分化是基因組選擇性表達(dá)的結(jié)果。第7頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天各種蛋白質(zhì)在不同細(xì)胞中的表達(dá)第8頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天（二）管家基因和奢侈基因

管家基因（housekeepinggenes)：維持細(xì)胞基本功能所必需的基因，在所有細(xì)胞類型中均表達(dá)。e.g.,肌動(dòng)蛋白、微管蛋白、組蛋白、核糖體蛋白、TAC循環(huán)的關(guān)鍵酶，etc.

組織特異性基因（tissue-specificgenes):

在不同的細(xì)胞類型中特異性地表達(dá)，使細(xì)胞形成特定的形態(tài)結(jié)構(gòu)，行使特定的功能。e.g.,卵清蛋白、胰島素、血紅蛋白，etc.

調(diào)節(jié)基因（regulatorygenes):

調(diào)節(jié)基因的表達(dá)。(?)第9頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天（三）組織特異性基因調(diào)控的基本模式細(xì)胞分化過(guò)程是由一系列基因產(chǎn)物（regulatoryproteins）調(diào)控的。

i.e.,每個(gè)基因的表達(dá)都必須：在正確的細(xì)胞中；在正確的時(shí)間；對(duì)正確的信號(hào)產(chǎn)生正確的反應(yīng)；產(chǎn)生正確的表達(dá)水平。

問(wèn)題：細(xì)胞是如何協(xié)調(diào)（coordinate）這一過(guò)程的？

答案：一個(gè)關(guān)鍵的調(diào)控蛋白，可以調(diào)控一系列下游基因，完成細(xì)胞分化。第10頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天腎上腺（糖）皮質(zhì)激素／受體的調(diào)控模式第11頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天組合調(diào)控：少數(shù)調(diào)控蛋白完成眾多細(xì)胞類型的分化比喻：調(diào)控蛋白，如同單詞和文章。Limitedwordsunlimitedmeaning第12頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天例子：眼形成的關(guān)鍵調(diào)控蛋白Ey（果蠅）ey

基因早期細(xì)胞（發(fā)育成腿）腿中眼細(xì)胞分化眼形成第13頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天（四）單細(xì)胞生物中的細(xì)胞分化

應(yīng)對(duì)環(huán)境條件，產(chǎn)生不同細(xì)胞類型。e.g.,細(xì)菌的芽孢、酵母的單倍體孢子、粘菌的多核團(tuán)，……

（進(jìn)化的中間類型）第14頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天（五）轉(zhuǎn)分化和再生轉(zhuǎn)分化（trans-differentiation）：由一種分化的細(xì)胞類型轉(zhuǎn)化為另一種細(xì)胞類型。轉(zhuǎn)分化：去分化再分化

（dedifferentiation）（redifferentiation）再生：轉(zhuǎn)分化重新啟動(dòng)細(xì)胞周期（G0－M)

多能干細(xì)胞例子：植物細(xì)胞愈傷組織根芽形成植株再生動(dòng)物：傷口愈合；肝再生；Wolftion晶體再生；低等生物的肢體再生；etc.（神經(jīng)細(xì)胞分裂再生？）增殖去分化再分化第15頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天植物的組織培養(yǎng)第16頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天

二、影響細(xì)胞分化的因素

（一）細(xì)胞的全能性（totipotency）：?jiǎn)蝹€(gè)細(xì)胞形成完整個(gè)體的能力。受精卵、早期胚胎細(xì)胞；現(xiàn)已證實(shí)高度分化的細(xì)胞也具有全能性。（基礎(chǔ)、內(nèi)因）

實(shí)驗(yàn)證據(jù)：植物體細(xì)胞胚胎發(fā)生（plantsomaticembryogenesis）;

動(dòng)物克?。?997，多莉羊；……）高度分化的動(dòng)植物體細(xì)胞，在遺傳背景（基因組DNA)和功能上均是全能的。第17頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天受精卵的全能性植物細(xì)胞的全能性第18頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天通過(guò)細(xì)胞核移植和細(xì)胞融合再生的生物個(gè)體第19頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天干細(xì)胞（stemcells）具有部分的全能性（多潛能性，pluripotency）干細(xì)胞來(lái)源胚胎干細(xì)胞（embryonicstemcells,ESC）成體干細(xì)胞：造血（骨髓）干細(xì)胞神經(jīng)干細(xì)胞肝臟干細(xì)胞

……功能多潛能干細(xì)胞（pluripotentstemcells）定向干細(xì)胞（directionalstemcells）第20頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天由胚胎干細(xì)胞（ESC）制造嵌合鼠第21頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天干細(xì)胞技術(shù)在治療性組織工程中的應(yīng)用第22頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天造血干細(xì)胞的分化（hemopoiesis）第23頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天（二）影響細(xì)胞分化的因素（外因）

眾多的內(nèi)外因素，形成“網(wǎng)絡(luò)”。

1，胞外信號(hào)

近端因子：細(xì)胞接觸；旁分泌；自分泌；縫隙連接環(huán)境胞外信號(hào)遠(yuǎn)端因子：內(nèi)分泌（激素）第24頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天Agapjunction

細(xì)胞信號(hào)的傳遞方式第25頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天2，細(xì)胞記憶和決定

定義：細(xì)胞將信號(hào)分子的作用儲(chǔ)藏起來(lái)，以決定分化的能力。（memoryfate）

本質(zhì)：特定的基因表達(dá)譜式（profile）在細(xì)胞增殖過(guò)程中的傳遞。

“決定早于分化”的概念

方式：a.正反饋途徑（positivefeedbackloop）

b.染色質(zhì)構(gòu)型（e.g.,常染色質(zhì)和異染色質(zhì)）染色質(zhì)重塑（chromatinremodeling）的作用這些方式均是可傳遞的。第26頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天正反饋途徑第27頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天染色質(zhì)的不均一性第28頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天

受精卵的細(xì)胞質(zhì)不均一性和不均等卵裂細(xì)胞增殖過(guò)程中產(chǎn)生不均等細(xì)胞的方式3，細(xì)胞質(zhì)的影響第29頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)胞質(zhì)不均一性的分子基礎(chǔ)“決定子”(determinant)(?)

細(xì)胞質(zhì)成分：mRNA；隱藏mRNA；生殖質(zhì)(germplasm)第30頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天4，細(xì)胞間的相互作用和位置效應(yīng)細(xì)胞相互作用：信號(hào)分子的作用（見(jiàn)前）細(xì)胞位置效應(yīng)（positioneffect）：“位置信息”（?）

morphogen（形成素）；“sonichedgehog”基因產(chǎn)物第31頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天

雞胚肢體形成中sonichedgehog產(chǎn)物作為一種morphogen的作用第32頁(yè),共34頁(yè)，2024年2月25日，星期天5，環(huán)境因素環(huán)境基因表達(dá)細(xì)胞分化性狀（e.g.,性別決定，癌）

6，染色質(zhì)和基因重排例子：a.馬蛔蟲(chóng)：染色體消減