第十三章細胞分化

1、孫元田生物教研室第十三章 細胞分化1.掌握細胞分化的概念;2.了解細胞分化的規(guī)律與特征；3.掌握細胞分化的實質(zhì)及細胞分化差別基因表達的調(diào)控；.了解細胞分化、細胞周期與腫瘤的關(guān)系。本章重點提示本章重點提示 人體有四大基本組織，八大功能系統(tǒng)，人體有四大基本組織，八大功能系統(tǒng)，250250多種具有不同功能的細胞類型多種具有不同功能的細胞類型細胞類型特征產(chǎn)物功能角質(zhì)細胞角蛋白保護機體紅細胞血紅蛋白輸送氧氣晶體細胞晶體蛋白傳送光線B淋巴細胞免疫球蛋白合成抗體T淋巴細胞細胞表面抗原調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)黑素細胞黑色素產(chǎn)生色素胰島細胞胰島素調(diào)節(jié)糖類代謝軟骨細胞膠原蛋白肌腱和韌帶肌肉細胞激動蛋白、肌球蛋白肌肉收縮肝細胞

2、血清白蛋白、多種酶解毒等神經(jīng)元神經(jīng)遞質(zhì)電刺激傳導(dǎo)人體部分細胞類型、特征產(chǎn)物及其功能人體部分細胞類型、特征產(chǎn)物及其功能細胞分化（cell differentiation）指由一個受精卵細胞經(jīng)過增殖和分裂產(chǎn)生在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能上保持穩(wěn)定的細胞類群的過程。二、二、 細胞分化的分子基礎(chǔ)細胞分化的分子基礎(chǔ)通過測量各種動物分化細胞的含量，結(jié)果顯示：同種動物的不同組織細胞有相同的含量。1、同種動物的不同組織細胞有相同的2、分化成熟的體細胞核如同受精卵一樣，具有全套基因，在發(fā)育上是全能的。細胞分化的原因、機制？細胞分化的原因、機制？含量？含量？遺傳信息的遺傳信息的丟失、突變丟失、突變的不可逆變的不可逆變化

3、？化？蛙體細胞的細胞核移植試驗：Dolly的標本和伊恩博士Dolly：1996.7.5.世界上第一只克隆羊Dolly由英國愛丁堡大學(xué)的伊恩博士研制成功，2003.2.14.由于肺結(jié)核而被安樂死，它的標本于2003年4月9日陳列于蘇格蘭首都愛丁堡國家博物館。 原因：原因：個體發(fā)育與細胞分化中，其細胞基因組中的基因不全表達，只有5%左右按照一定的時空進行表達。即在不同分化類型或同一細胞的不同發(fā)育階段發(fā)生了基因差異表達基因差異表達（differential gene expression）細細胞胞分分化化形態(tài)變化結(jié)構(gòu)變化生理功能變化細胞分化的主要特征細胞分化的主要特征:新的、特異的蛋白質(zhì)合成。（一）

4、基因組活動模式是細胞分化的基礎(chǔ)（一）基因組活動模式是細胞分化的基礎(chǔ)1、基因的選擇性表達是細胞分化的普遍規(guī)律、基因的選擇性表達是細胞分化的普遍規(guī)律 基因差異表達（基因差異表達（ differential gene expresion）：）： 多細胞生物個體發(fā)育與細胞分化過程中，在任何一個特定的時間點上，細胞基因組中通常只有很少的一部分基因在活動，它們按照一定的時空順序，在不同分化類型細胞和同一細胞的不同發(fā)育階段發(fā)生基因不同的表達?；虻倪@種選擇活動稱為差別基因表達，也稱選擇性基因表達。細胞分化的本質(zhì)：細胞分化的本質(zhì)：是細胞基因組按照一定時空順序發(fā)是細胞基因組按照一定時空順序發(fā)生的生的基因的選擇性

5、表達基因的選擇性表達。維持細胞基本活動所必需的基因幾乎在所有細胞中都持續(xù)表達。（編碼核糖體蛋白、膜蛋白、線粒體蛋白、染色質(zhì)的組蛋白等）基因分類管家基因（house keeping gene）： 在各種組織中有不同選擇表達的基因。這類基因編碼細胞特異蛋白質(zhì),對細胞生存無直接影響,但對細胞分化、決定細胞特異性方面起重要作用。（編碼血紅蛋白、分泌蛋白、收縮蛋白等。） 奢侈基因（luxury gene）： 細胞分化的實質(zhì)是細胞在一定時空順序上奢侈基因差異性表達的結(jié)果。細胞自身對基因表達的調(diào)控發(fā)生在基因表達的各個水平：2、基因調(diào)控、基因調(diào)控 （）基因表達的轉(zhuǎn)錄前水平調(diào)控（）基因表達的轉(zhuǎn)錄前水平調(diào)控 （）

6、基因表達的轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控（）基因表達的轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控 （）基因表達的轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控（）基因表達的轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因失活、基因組丟失、基因組擴增、基因重排（） hnRNA選擇性剪接加工（）選擇性將mRNA移出細胞核(3)翻譯水平的調(diào)控（對翻譯起始因子的調(diào)節(jié)）轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控最重要的調(diào)控轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄水水平平的的調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)在不同在不同 的時空的時空上調(diào)控上調(diào)控分化基分化基因的表因的表達達轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控最重要的調(diào)控轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控最重要的調(diào)控導(dǎo)致不同細胞導(dǎo)致不同細胞向不同的特定向不同的特定譜系的發(fā)育譜系的發(fā)育順式調(diào)控元件順式調(diào)控元件(啟動子、沉默子、增強子)反式調(diào)控因子反式調(diào)控因子(轉(zhuǎn)錄因子)DNA甲基化甲基化組蛋

7、白乙酰化組蛋白乙?；D(zhuǎn)錄起始復(fù)合物轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物分布：分布：常見于富含CG二核苷酸的CpG島，主要集中于異染色質(zhì)區(qū)，其余則散在于基因組中。含量：含量：哺乳動物基因組中約70%80%的CpG位點是甲基化的。 作用：作用：DNA的甲基化位點阻礙轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，甲基化程度越高，甲基化程度越高，DNA轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄活性越低。錄活性越低。DNA甲基化在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控細胞分化的基因表達甲基化在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控細胞分化的基因表達 DNA甲基化：甲基化：在甲基轉(zhuǎn)移酶催化下，DNA分子中的胞嘧啶可轉(zhuǎn)變成5-甲基胞嘧啶，這稱為DNA甲基化。組蛋白修飾是指組蛋白在相關(guān)酶作用下發(fā)生甲基化、乙酰化、磷酸化、腺苷酸化、泛素化、ADP

8、核糖基化等修飾的過程。組蛋白中被修飾氨基酸的種類、位置和修飾類型被稱為組蛋白密碼（histone code），它決定了染色質(zhì)轉(zhuǎn)錄活躍或沉默的狀態(tài)。組蛋白修飾組蛋白修飾轉(zhuǎn)錄因子對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控例子：例子： 母源效應(yīng)基因母源效應(yīng)基因 同源框基因同源框基因母源效應(yīng)基因（母源效應(yīng)基因（maternal effect gene） 母體效應(yīng)基因：母體效應(yīng)基因：是胚胎基因組激活前，控制胚胎中母性產(chǎn)物表達的基因。該類基因不僅影響卵母細胞的生長，而且對受精后胚胎的早期發(fā)育起著決定性作用。v母體效應(yīng)基因（母體效應(yīng)基因（maternal effect gene）產(chǎn)）產(chǎn)物：物：在卵質(zhì)中呈極性分布、在受精后被翻譯為在胚

9、胎發(fā)育中起重要作用的轉(zhuǎn)錄因子和翻譯調(diào)節(jié)蛋白的mRNA分子母源母源ZAR1 mRNAZAR1 蛋白蛋白母源母源ZAR1 mRNAZAR1 蛋白蛋白4、同源框基因、同源框基因 同源框基因（同源異形框基因）同源框基因（同源異形框基因） （homeobox gene） ： 其特點是基因中存在共同的180bp的DNA片段，編碼高度同源的60個氨基酸。這個共同的180bp DNA片段被稱為同源異形框（homeobox），），含有同源異形框的基因謂之同源異形框基因。編碼的蛋白稱為同源異形域蛋白同源異形域蛋白 同源異形域蛋白作用同源異形域蛋白作用：作為轉(zhuǎn)錄因子啟動或抑制發(fā)育過程中的其他基因，進而決定動物胚胎前

10、后軸上不同部位的細胞分化的命運。母體母體基因基因背復(fù)軸背復(fù)軸a分分節(jié)節(jié)基基因因前后軸前后軸a裂缺基因裂缺基因b配對規(guī)則基因配對規(guī)則基因c 體節(jié)極性基因體節(jié)極性基因d同源同源異形異形基因基因ANT-C（觸角足復(fù)合體）（觸角足復(fù)合體） BX-C（雙胸復(fù)合體）（雙胸復(fù)合體） 母源效應(yīng)基因、同源異形框基因?qū)Ψ只挠绊懩冈葱?yīng)基因、同源異形框基因?qū)Ψ只挠绊懀ǘ┓只^程中細胞間的相互作用（二）分化過程中細胞間的相互作用 1、誘導(dǎo)作用（、誘導(dǎo)作用（induction） 是一部份細胞誘導(dǎo)其他細胞向特定方向分化的現(xiàn)象，也叫胚胎誘導(dǎo)(embryonic induction) 。 誘導(dǎo)分子基礎(chǔ)：v信號傳導(dǎo)級聯(lián)信

11、號、梯度信號、拮抗信號、組合信號、側(cè)向信號等。2、抑制作用、抑制作用(inhibition）細胞誘導(dǎo)：一部分細胞對鄰近細胞的形態(tài)發(fā)生影響，并決定其分化方向的現(xiàn)象。中胚層脊索誘導(dǎo)覆蓋其表面的外胚層形成神經(jīng)板。神經(jīng)板卷成神經(jīng)管，神經(jīng)管形成原腦，原腦的視杯誘導(dǎo)外胚層形成晶狀體。晶狀體誘導(dǎo)外胚層形成角膜。細胞抑制：在胚胎發(fā)育中，細胞的分化方向受鄰近細胞產(chǎn)生的抑制物質(zhì)的限制。三、轉(zhuǎn)分化、去分化現(xiàn)象三、轉(zhuǎn)分化、去分化現(xiàn)象去分化去分化dedifferentiation:分化的細胞在特定條件下失去特有的結(jié)構(gòu)和功能,變?yōu)榫哂形捶只毎奶匦?即去分化。轉(zhuǎn)分化轉(zhuǎn)分化transdifferentiation:指從一

12、種特化的細胞類型轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N類型的分化細胞的現(xiàn)象。四、四、 細胞分化的影響因素細胞分化的影響因素一、激素調(diào)節(jié)對細胞分化的作用一、激素調(diào)節(jié)對細胞分化的作用二、環(huán)境因素對細胞分化的影響二、環(huán)境因素對細胞分化的影響一、激素調(diào)節(jié)對細胞分化的作用一、激素調(diào)節(jié)對細胞分化的作用甾體激素 激素與核受體形成復(fù)合物進入核內(nèi)與非組蛋白結(jié)合導(dǎo)致基因開放翻譯特異性蛋白質(zhì)合成細胞分化特點：特點：激素是遠距離細胞間相互作用的分化調(diào)節(jié)因子，是個體發(fā)育晚期的細胞分化調(diào)控方式。激素作用原理：激素作用原理：激素作用于基因，使其開放而合成特異性蛋白質(zhì)，調(diào)節(jié)細胞分化。物理的、化學(xué)的和生物性因素影響物理的、化學(xué)的和生物性因素影響 兩棲類動物受精卵的背-腹軸決定，與重力有關(guān)； 在低等脊椎動物，性別決定與分化受環(huán)境因素的影響較大，如溫度。哺乳類動物（包括人類）B淋巴細胞的分化與發(fā)育則依賴于外來性抗