細(xì)胞分化與基因表達(dá)調(diào)控

細(xì)胞的基本特征：分裂、死亡持續(xù)分裂細(xì)胞終端分化細(xì)胞分化第十五章細(xì)胞分化第一節(jié)細(xì)胞分化（celldifferentiation）第二節(jié)胚胎發(fā)育中的細(xì)胞分化第一節(jié)細(xì)胞分化細(xì)胞分化的基本概念影響細(xì)胞分化的因素一.細(xì)胞分化的基本概念細(xì)胞分化(celldifferentiation)：在個(gè)體發(fā)育中，由一種相同的細(xì)胞類型經(jīng)過細(xì)胞分裂逐漸產(chǎn)生在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上具有穩(wěn)定性差異的不同細(xì)胞類群的過程。細(xì)胞分化細(xì)胞類型1細(xì)胞類型2細(xì)胞類型3……永生細(xì)胞（癌癥）去分化增殖細(xì)胞分化是個(gè)體正常行使功能的基礎(chǔ)?（二）組織特異性基因與管家基因持家基因(house-keepinggenes)：又稱管家基因，是指所有細(xì)胞中均要表達(dá)的一類基因，其產(chǎn)物是對(duì)維持細(xì)胞基本生命活動(dòng)所必需的。如微管蛋白基因、糖酵解酶系基因與核糖體蛋白基因等。始終保持著低水平的甲基化并且一直處于活性轉(zhuǎn)錄狀態(tài)。雞不同細(xì)胞中基因表達(dá)的檢測(cè)結(jié)果

細(xì)胞類型基因細(xì)胞總ＤＮＡ（ｓｏｕｔｈｅｒｎ雜交）細(xì)胞總ＲＮＡ（ｎｏｒｔｈｅｒｎ雜交）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

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-β－珠蛋白基因

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-胰島素基因

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+分化的細(xì)胞雖然結(jié)構(gòu)功能不同，但遺傳信息相同。(一)細(xì)胞分化是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果不同類型的細(xì)胞在發(fā)育過程中表達(dá)一套特異的基因，并且表達(dá)產(chǎn)物決定細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能。

組織特異性基因：（tissue-specificgenes），或稱奢侈基因（luxurygenes），是指不同的細(xì)胞類型進(jìn)行特異性表達(dá)的基因，其產(chǎn)物賦予各種類型細(xì)胞特異的的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征與特異的生理功能。如卵清蛋白基因、上皮細(xì)胞的角質(zhì)蛋白基因和胰島素基因等。調(diào)節(jié)基因:（regulatorygene）少量，組合調(diào)控（激活、阻遏）細(xì)胞分化實(shí)質(zhì)：組織特異性基因在時(shí)間與空間上的差異表達(dá)。（三）組合調(diào)控引發(fā)組織特異性基因的表達(dá)多種調(diào)控蛋白共同調(diào)控完成分化調(diào)控蛋白n

調(diào)控組合理論上啟動(dòng)分化的細(xì)胞類型2n主導(dǎo)調(diào)控蛋白（起決定作用的1-2種）+其他調(diào)控蛋白

↓一種類型細(xì)胞分化↓啟動(dòng)誘導(dǎo)分化更多的細(xì)胞類型↓器官形成MyoD可使來自皮膚結(jié)締組織的成纖維細(xì)胞表現(xiàn)出骨骼肌細(xì)胞的特征。

組合調(diào)控，可將一種類型的細(xì)胞轉(zhuǎn)化成另一種類型的細(xì)胞，或誘發(fā)出整個(gè)器官的形成。例如在果蠅眼部器官的發(fā)育中，關(guān)鍵性的調(diào)控蛋白Ey，可誘導(dǎo)腿中形成眼。（四）單細(xì)胞有機(jī)體的細(xì)胞分化單細(xì)胞生物也存在細(xì)胞分化。較簡(jiǎn)單，可作為研究材料單細(xì)胞生物：為適應(yīng)不同的生活環(huán)境。多細(xì)胞生物：構(gòu)建執(zhí)行不同功能的組織與器官，更加復(fù)雜。（四）轉(zhuǎn)分化與再生1、轉(zhuǎn)分化一種類型的分化細(xì)胞轉(zhuǎn)變成另一種類型的分化細(xì)胞的現(xiàn)象。如：水母，其橫紋肌細(xì)胞可轉(zhuǎn)變成神經(jīng)細(xì)胞。過程：去分化和再分化去分化：指分化細(xì)胞失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能變成具有未分化細(xì)胞特征的過程。例植物愈傷組織，動(dòng)物細(xì)胞核必須在卵細(xì)胞質(zhì)中去分化重編程。再生(Regeneration)再生（Regeneration）：指生物體缺失一部分后發(fā)生重建的過程，廣義的再生可包括分子水平、細(xì)胞水平、組織與器官水平及整體水平的再生。如：水螅，從中部切斷后能再生完整軀體；壁虎，尾巴斷后能重新長(zhǎng)出。不同生物再生能力規(guī)律：植物＞低等動(dòng)物＞低齡高等動(dòng)物＞高齡高等動(dòng)物二、影響細(xì)胞分化的因素(一)細(xì)胞的全能性與干細(xì)胞1、全能性、多能性和單能性正常生物體內(nèi)的細(xì)胞依據(jù)分化能力分為四種類型：全能細(xì)胞：受精卵多能細(xì)胞：骨髓中的多功能造血干細(xì)胞（紅細(xì)胞、血小板、巨噬細(xì)胞）專能細(xì)胞：精原細(xì)胞、卵原細(xì)胞終末細(xì)胞：不能再分化的細(xì)胞例：神經(jīng)細(xì)胞、肌肉細(xì)胞高等動(dòng)物細(xì)胞隨胚胎發(fā)育，先失去全能性→多能性→單能性→終末分化。干細(xì)胞：干細(xì)胞(stemcells,SC)是一類具有自我復(fù)制能力(self-renewing)的多潛能細(xì)胞，在一定條件下，它可以分化成多種功能細(xì)胞。是一種未充分分化，尚不成熟的細(xì)胞，具有再生各種組織器官和人體的潛在功能，醫(yī)學(xué)界稱為“萬用細(xì)胞”。

應(yīng)用：細(xì)胞治療、再生醫(yī)學(xué)（組織器官移植）根據(jù)干細(xì)胞所處的發(fā)育階段分為胚胎干細(xì)胞(embryonicstemcell，ES細(xì)胞)和成體干細(xì)胞(somaticstemcell)。胚胎干細(xì)胞(ESC)：從胚胎內(nèi)細(xì)胞團(tuán)或原始生殖細(xì)胞篩選分離出的具有多能性或全能性的細(xì)胞。根據(jù)干細(xì)胞的發(fā)育潛能分為三類：

全能干細(xì)胞(totipotentstemcell,TSC)--ES細(xì)胞

多能干細(xì)胞（pluripotentstemcell）--成體干細(xì)胞例：骨髓中造血干細(xì)胞單能干細(xì)胞（unipotentstemcell）干細(xì)胞①終生保持未分化或低分化特征；②在機(jī)體的中的數(shù)目、位置相對(duì)恒定；③具有自我更新能力；④能無限制的分裂增殖；⑤具有多向分化潛能；⑥分裂的慢周期性，絕大多數(shù)干細(xì)胞處于G0期；⑦通過兩種方式分裂，對(duì)稱分裂和不對(duì)稱分裂。

影響細(xì)胞分化的其他因素胞外信號(hào)分子細(xì)胞記憶受精卵細(xì)胞質(zhì)分配不均細(xì)胞間的相互作用與位置效應(yīng)環(huán)境因素染色質(zhì)的變化與基因重排(二)影響細(xì)胞分化的因素1、胞外信號(hào)分子對(duì)細(xì)胞分化的影響(1)細(xì)胞旁分泌早期胚胎發(fā)育過程中，一部分細(xì)胞會(huì)影響周圍細(xì)胞使其向一定方向分化，這種作用稱為胚胎誘導(dǎo)。通過細(xì)胞旁分泌產(chǎn)生的信號(hào)分子旁泌素來實(shí)現(xiàn)的。(2)激素調(diào)節(jié)動(dòng)植物體內(nèi)都有激素，植物激素有生長(zhǎng)激素、赤霉素、細(xì)胞分裂素；動(dòng)物激素，如甲狀腺素，腎上腺素和5-羥色胺等等。性激素對(duì)性分化的影響。蛙的變態(tài)，必須要有激素的參與。昆蟲的保幼激素和脫皮激素。(3)胞外基質(zhì)調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)對(duì)干細(xì)胞的增殖和分化具有誘導(dǎo)作用。干細(xì)胞：IV型膠原和層粘連蛋白——上皮細(xì)胞；

I型膠原和纖粘連蛋白——纖維細(xì)胞；

II型膠原及軟骨粘連蛋白——軟骨細(xì)胞。在發(fā)育與創(chuàng)傷組織中，透明質(zhì)酸合成旺盛。3、細(xì)胞記憶與決定細(xì)胞決定：在發(fā)育過程中，細(xì)胞在出現(xiàn)可識(shí)別的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能差異之前，其分化方向已由內(nèi)外因素確定的現(xiàn)象。例果蠅成蟲盤連續(xù)移植1800代仍有記憶。細(xì)胞的決定與細(xì)胞的記憶有關(guān)，而細(xì)胞記憶可能通過二種方式實(shí)現(xiàn)：正反饋途徑信號(hào)活化轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子

染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變化信息傳遞到子代。3、受精卵細(xì)胞質(zhì)分配不均卵母細(xì)胞多數(shù)mRNA與蛋白質(zhì)結(jié)合失活成為隱蔽mRNA（決定子），在胞質(zhì)中不均勻分布，不被核糖體識(shí)別。受精卵（記憶開始）胞質(zhì)重新定位，少數(shù)mRNA激活，合成早期胚胎發(fā)育所需蛋白。子細(xì)胞（隱蔽mRNA不均一分配到不同子細(xì)胞）例：果蠅卵后端存在決定生殖細(xì)胞分化的決定子。信號(hào)分子相互影響，細(xì)胞間互作原始信息修飾組合分化卵細(xì)胞中的決定子上圖：受精卵細(xì)胞的不均一性和不均等卵裂。決定子一般認(rèn)為是隱蔽mRNA。下圖：細(xì)胞分裂后環(huán)境的影響也可影響細(xì)胞性質(zhì)。4、細(xì)胞間的相互作用與位置效應(yīng)胚胎學(xué)研究中，把細(xì)胞間的相互作用對(duì)細(xì)胞分化與器官構(gòu)建的影響，稱為胚胎誘導(dǎo)。位置效應(yīng)：①細(xì)胞核內(nèi)DNA提供的位置信息；②細(xì)胞胞質(zhì)成分提供的位置信息；③細(xì)胞所在空間提供的位置信息；④細(xì)胞能感知的外部來源的位置信息等。5、環(huán)境對(duì)性別決定的影響環(huán)境對(duì)性別決