備課素材：細(xì)胞分化的逆轉(zhuǎn)-高一上學(xué)期生物人教版必修1

細(xì)胞分化的逆轉(zhuǎn)人教2019版高中生物學(xué)必修一提到，細(xì)胞分化是一種持久性的變化，直到細(xì)胞死亡：也就是說，在發(fā)育過程中，細(xì)胞都單向地從分化潛能高的不成熟細(xì)胞，逐漸發(fā)育為專門性越來越強(qiáng)的成熟細(xì)胞，這一過程不可逆轉(zhuǎn)。果真如此嗎？2006年，日本研究者山中伸彌等將Oct3/4、Sox2、c-Myc

以及

Klf4（如圖），通過逆轉(zhuǎn)錄病毒載體轉(zhuǎn)入小鼠的成纖維細(xì)胞，使其變成多潛能干細(xì)胞，及誘導(dǎo)多潛能干細(xì)胞（inducedpluripotentstemcell，iPScell），能夠分化成胚胎中所有類型的細(xì)胞。這項技術(shù)避免了干細(xì)胞研究領(lǐng)域的免疫排斥和倫理道德問題，是生命科學(xué)領(lǐng)域的一次巨大革命。與胚胎干細(xì)胞一樣，iPS細(xì)胞能夠長期增殖并維持高度未分化狀態(tài)，在體內(nèi)可分化為3個胚層來源的所有細(xì)胞，進(jìn)而參與形成機(jī)體所有組織和器官。在體外，iPS細(xì)胞可定向誘導(dǎo)分化出多種成熟細(xì)胞。因此，iPS細(xì)胞在理論研究和臨床應(yīng)用等方面都極具應(yīng)用價值。

iPS細(xì)胞建系過程的示意圖（經(jīng)常用來做材料題的一個圖）山中伸彌利用逆轉(zhuǎn)錄病毒將四個轉(zhuǎn)錄因子Oct4、Sox2、c-myc和KLF4表達(dá)在鼠或者人的體細(xì)胞中，分化的體細(xì)胞可以重編成為多潛能干細(xì)胞。但是c-myc是也原癌基因，有可能使細(xì)胞癌變。iPS細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)是目前研究的熱點。多項研究在人類血液疾病的小鼠模型中進(jìn)行了iPS細(xì)胞應(yīng)用的嘗試，并取得了初步成功。Hanna等在人源化的鐮狀細(xì)胞貧血小鼠模型上獲取成纖維細(xì)胞，誘導(dǎo)建立了iPS細(xì)胞系，然后通過同源重組的方法將病變基因修正，接著把遺傳修飾后的iPS細(xì)胞定向分化為造血干細(xì)胞，導(dǎo)入小鼠體內(nèi)，貧血癥狀明顯改善，這是首次利用iPS細(xì)胞進(jìn)行的人類疾病治療研究。iPS技術(shù)在治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病中顯示了很大的用途。Werning等對已建立的小鼠iPS細(xì)胞進(jìn)行體外誘導(dǎo)培養(yǎng)，可以將其誘導(dǎo)分化為神經(jīng)前體細(xì)胞和多巴胺能神經(jīng)元，移植到患有帕金森病的小鼠體內(nèi)能減輕其癥狀。最近一項研究利用帕金森病患者的皮膚細(xì)胞培育出了iPS細(xì)胞，并能將其分化為多巴胺神經(jīng)元細(xì)胞，這是帕金森病患者大腦中所缺少的一種重要細(xì)胞。因此，其有望成為治療帕金森病等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的一種方法。雖然iPS細(xì)胞技術(shù)在再生醫(yī)療領(lǐng)域的嘗試與應(yīng)用還遠(yuǎn)未成熟，但隨著iPS細(xì)胞基礎(chǔ)與臨床研究的深入，iPS細(xì)胞必將開辟再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的新紀(jì)元。例1、科學(xué)家將人體皮膚細(xì)胞改造成了多能干細(xì)胞--“iPS細(xì)胞”，人類“iPS細(xì)胞”可以形成神經(jīng)元等人體多種組織細(xì)胞。以下有關(guān)“iPS細(xì)胞”說法正確的是()A.iPS細(xì)胞分化為神經(jīng)細(xì)胞的過程體現(xiàn)了細(xì)胞的全能性B.iPS細(xì)胞有細(xì)胞周期，它分化形成的神經(jīng)細(xì)胞一般不具細(xì)胞周期C.iPS細(xì)胞可分化形成多種組織細(xì)胞，說明“iPS細(xì)胞”在分裂時很容易發(fā)生突變D.iPS細(xì)胞分化成人體多種組織細(xì)胞，是因為它具有不同于其他細(xì)胞的特定基因答案：B例2、科學(xué)家將四種遺傳基因?qū)肫つw細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)皮膚細(xì)胞可轉(zhuǎn)化為具有胚胎干細(xì)胞特性的細(xì)胞即誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(iPS)?；卮鹣铝袉栴}：

(1)哺乳動物的胚胎干細(xì)胞是由早期胚胎或_______________中分離出來的一類細(xì)胞，在功能上具有發(fā)育的____________。

(2)在培養(yǎng)iPS的培養(yǎng)液中加入_______________，可以誘導(dǎo)iPS分化成不同的組織和器官，解決器官移植中的______________和_____________兩大難題。答案：（1）原始性腺

（2）分化誘導(dǎo)因子

供體器官短缺

免疫排斥

解析（1）胚胎