細(xì)胞全能性 綜述.docx

生命科學(xué)學(xué)院 2014級(jí) 植物學(xué)專業(yè) 姓名 彭琳 學(xué)號(hào)20141501001（密）（封）（線）四川師范大學(xué)科學(xué)碩士（教育碩士）研究生學(xué)期作業(yè)（論文）專用封面作業(yè)（論文）題目：細(xì)胞全能性所修課程名稱： 生命科學(xué)研究與進(jìn)展 修課程時(shí)間： 年 月至 年 月完成作業(yè)（論文）日期： 年 月任課教師打分： 任課教師評(píng)閱意見：任課教師簽名： 年 月 日細(xì)胞全能性摘要 生物體的每個(gè)細(xì)胞都含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)，都有發(fā)育成為完整個(gè)體所必需的全部基因 。從理論上說 ，一個(gè)染色體組中含有發(fā)育為該物種的個(gè)體所必需的全部基因 。故生物體的每個(gè)活細(xì)胞都有全能性 ?，F(xiàn)將有關(guān)細(xì)胞全能性的問題歸 納總結(jié)如下 。關(guān)鍵詞 細(xì)胞 全能性1 細(xì)胞全能性概念細(xì)胞的全能性是指已分化的絀 胞仍具有發(fā)育成完整個(gè)體的潛能 。2 細(xì)胞全能性的體現(xiàn)2.1植物細(xì)胞全能性的體現(xiàn)（圖1）2.1.1體細(xì)胞的全能性自1902年德國(guó)著名植物生理學(xué)家和植物學(xué)家哈伯蘭特提出了植物細(xì)胞具有全能性的理論后, 經(jīng)各國(guó)科學(xué)家近百年的辛勤探索,發(fā)現(xiàn)幾乎所有植物的根、莖、葉、花、果實(shí)和種子等不同器官、組織都能被離體培養(yǎng), 并發(fā)育成新的植株張慎, 郭陶然, 鄧志瑞, 等. 植物開放式組織培養(yǎng)的研究進(jìn)展. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2010, 26: 1428114284. 成功的例子不勝枚舉1，2, 其中, 最重要的是在 1958 年, 由美國(guó)植物學(xué)家斯圖爾德(Steward)等人用胡蘿卜根韌皮部的細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng), 得到了完整植株, 并開花結(jié)實(shí), 首次證實(shí)植物細(xì)胞具有全能性。2.1.2花粉粒的全能性應(yīng)用植物的組織培養(yǎng)技術(shù)，把發(fā)育到一定階段的花粉粒，通過無菌操作技術(shù)，種 在人工培養(yǎng)基上，以改變花粉粒的發(fā)育程度。通過培養(yǎng)使它離開正常的發(fā)育途徑 (即形成成熟花粉，最后產(chǎn)生精于的)，經(jīng)誘導(dǎo)而脫分化，恢復(fù)其潛在的全能性 ，使其為分生細(xì)胞，進(jìn)一 步長(zhǎng)成單倍體植株 。2.1.3卵細(xì)胞的全能性在自然界中就有一些植物是單倍體。例如，藻類植物的菌絲體時(shí)期苔蘚植物配子 體世代的植物體；自然條件下，玉米、普通小麥、水稻、煙草等作物中 ，偶爾也會(huì)出現(xiàn)單倍體植物等，這些都是由未受精的卵細(xì)胞直接發(fā)育而成的。2.1.4受精卵的全能性受精卵雖然是未經(jīng)分裂和分化的細(xì)胞 ， 但它是個(gè)體發(fā)育的起點(diǎn)，在自然條件下， 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為全能性 ，受精卵是具有 最高全能性的細(xì)胞2.2動(dòng)物細(xì)胞全能性的體現(xiàn)（圖2）在植物細(xì)胞的全能性得到證實(shí)后，人們自然而然的想到了動(dòng)物細(xì)胞的全能性 。 1997年克隆羊多利的出現(xiàn)標(biāo)志著動(dòng)物細(xì)胞全能性的突破。2.2.1生殖細(xì)胞的全能性. 在自然界中 , 不同種及其性狀之所以得以保存, 正是因?yàn)樯臣?xì)胞具有全能性. 受精作用使雌、 雄配子結(jié)合并表現(xiàn)出全能性, 發(fā)育成完整個(gè)體, 這與受精作用引發(fā)的轉(zhuǎn)錄組重建有關(guān) 3,42.2.2 干細(xì)胞的全能性. 干細(xì)胞是一類能夠自我更新和具有多向分化潛能的細(xì)胞, 通常分為胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞 5.胚胎干細(xì)胞主要來源于早期胚胎 (桑葚胚、囊胚)6,7,可在體外條件下傳代并建立穩(wěn)定的細(xì)胞系, 從而被誘導(dǎo)生成新生組織,用以研究外源基因在發(fā)育中的作用 8,9, 成體干細(xì)胞來源于成體組織，成體干細(xì)胞全能性的表現(xiàn)程度不如胚胎干細(xì)胞完全, 通常只具有單一分化潛能. 2.2.3腫瘤干細(xì)胞的全能性. 多數(shù)腫瘤 10-12中存在少量類似于正常干細(xì)胞, 如自我更新能力、超強(qiáng)增殖能力、不定向分化能力 , 但不具備分化成正常細(xì)胞的能力等 13,14的腫瘤細(xì)胞, 并且這些細(xì)胞是腫瘤生長(zhǎng) 15和轉(zhuǎn)移 16的主要因素, 這類細(xì)胞被稱為腫瘤干細(xì)胞. 在臨床醫(yī)學(xué)中癌細(xì)胞分化程度常被用來評(píng)定腫瘤的惡性程度的高低 17,18, 其中未分化腫瘤惡程度最高. 因此, 未分化狀態(tài)的維持就成為聯(lián)系表現(xiàn)全能性與導(dǎo)致惡性腫瘤的 “紐帶”, 如胚胎癌細(xì)胞的未分化狀態(tài)使之既有多向分化潛能又有癌細(xì)胞的特征.圖2：多利羊克隆3 細(xì)胞全能性大小比較 （圖3）一 般來說，細(xì)胞全能性高低與細(xì)胞分化程度和分裂能力有關(guān) ：分化程度越高 ，分裂能力越弱，細(xì)胞全能性越低；相反，分化程度越低，分裂能力越強(qiáng)。細(xì) 胞全能性 越 高 。3.1植物細(xì)胞的全能性動(dòng) 物細(xì)胞的全能性 動(dòng)物細(xì)胞 只有 細(xì)胞核具 有全 能性 。3.2 受精 卵 干細(xì)胞 生殖細(xì) 胞(配子 、精子 、卵細(xì)胞 )體細(xì)胞。在 生物體的所有 細(xì)胞中 ，受精 卵的全能性是最高的。 有性生殖生物體的任何一個(gè)細(xì)胞，都是由受精卵分裂、分化而成的 。 生殖細(xì)胞 ，尤其是卵 細(xì)胞 ，雖然分化程度很高 ，但是仍然具有較高的潛在全能性 。體細(xì)胞的全能性比生殖細(xì)胞低得多 。3.3全能干細(xì)胞多能 干細(xì)胞 專 能干細(xì)胞。圖3全能性大小4 影響細(xì)胞全能性表現(xiàn)的因素 （圖4）影響細(xì)胞全能性表現(xiàn)的因素可分為自身因素和環(huán)境因素. 4.1自身因素指細(xì)胞自身狀態(tài)的影響, 包括染色質(zhì)的活化程度、轉(zhuǎn)錄組、蛋白組的狀態(tài)等. 此外, 自身因素還包括細(xì)胞所處的生長(zhǎng)期 19、細(xì)胞周期及細(xì)胞的種類、 年齡、 來源等參數(shù). 4.2環(huán)境因素, 即細(xì)胞微環(huán)境的影響, 包括胞外信號(hào)分子、表觀遺傳修飾分子、分泌型非編碼 RNA 和周邊細(xì)胞的旁分泌及接觸作用等的影響 20環(huán)境因素主要通過直接或經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑對(duì)內(nèi)源基因進(jìn)行表觀遺傳修飾或激活/抑制相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子及非編碼 RNA 的表達(dá), 從而改變細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組、蛋白組的狀態(tài)自身因素與環(huán)境因素可以在一定條件下互相影響 . 圖4：:細(xì)胞全能性表現(xiàn)的分子機(jī)制及影響因素5 參考文獻(xiàn)【1】 肖尊安. 植物細(xì)胞的全能性. 生物學(xué)通報(bào), 2006, 41: 133 Morel G. Producing virus-free cymbidiums. Am Orch Soc Bull, 1960, 29: 495497【2】 朱至清. 植物細(xì)胞工程的理論基礎(chǔ): 細(xì)胞全能性學(xué)說. 植物細(xì)胞工程與分子育種研究, 2002, 313【3】 關(guān)娜, 徐燕寧, 張慶華, 等. 體細(xì)胞核重編程中表觀遺傳學(xué)的研究進(jìn)展. 生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展, 2008, 35: 496501【4】 Geraldine S, Robert E. Pathway to totipotency: Lessons from germ cells. Cell, 2006, 127: 891904.【5】 溫宏升. 胚胎干細(xì)胞、成體干細(xì)胞的基礎(chǔ)研究及應(yīng)用 . 國(guó)外醫(yī)學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程分冊(cè), 2004, 27: 157160【6】李凌松, 王莉. 胚胎干細(xì)胞. 生命科學(xué), 2006, 4: 318322【7】林曉斌, 許建衡. 胚胎干細(xì)胞的特性及其應(yīng)用 . 汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào), 2004, 17: 248250【8】Liu W Q, Yin Y F, Long X L, et al. Derivation and characterization of human embryonic stem cell lines from poor quality embryos. JGenet Genomics, 2009, 36: 229239【9】 Paris D B, Stout T A. Equine embryos and embryonic stem cells: Defining reliable markers of pluripotency. Theriogenology, 2010, 74:51624【10】 Bonnet D, Dick J E. Human acute myeloid leukemia is organized as a hierarchy that originates from a primitive hematopoietic cell. NatMed, 1997, 3: 730737【11】 Al-Hajj M, Wicha M S, Benito-Hernandez A, et al. Prospective identification of tumorigenic breast cancer cells. Proc Natl Acad Sci USA,2003, 100: 39833988【12】 Ignatova T N, Kukekov V G, Laywell E D, et al. Human corticalglial tumors contain neural stem like cells express in gastroglial andneuronal markers in vitro. Glia, 2002, 39: 193206【13】 Kamstrup M R, Gniadecki R, Skovgaard G L. Putative cancer stem cells in cutaneous malignancies. Exp Dermatol, 2007, 16: 29730116 Jordan C T. The leukemic stem cell. Best Pract Res Clin Haematol, 2007, 20: 1318【14】 Priscilla N K, Aleksandar D, Jerry M, et al. Tumor growth need not be driven by rare cancer stem cells. Science, 2007, 20: 337【15】Wang Z, Ouyang G L. Periostin: A bridge between cancer stem cells and their metastatic niche. Cell Stem Cell, 2012, 10: 111112【16】 Bell D R, Zant G V. Stem cells, aging and cancer: inevitabilities and outcomes. Oncogen, 2004, 23: 72907296【17】 Beachy P A, Karhadkar S S. Mending and malignancy. Nature, 2004, 431: 420413【18】 Zhang E M, Li X M, Zhang S F, et al. Cell cycle synchronization of embryonic stem cells: effect of serum deprivation on the differentiationof embryonic bodies in vitro. Biochem Biophys Res Commun, 2005, 333: 11711177【19】 Chou Y F, Chen H H, Maureen E, et al. The growth factor environment defines distinct pluripotent groun