細胞分化醫(yī)學知識專家講座

內(nèi)容第一節(jié)細胞分化基本概念第二節(jié)細胞分化分子基礎(chǔ)第三節(jié)細胞分化影響原因第四節(jié)細胞分化醫(yī)學意義細胞分化醫(yī)學知識專家講座第1頁第一節(jié)細胞分化基本概念一、細胞分化貫通于多細胞生物個體發(fā)育全過程三、細胞分化含有高度穩(wěn)定性二、細胞分化方向由細胞決定所選擇五、細胞分化時-空性六、細胞分化與細胞分裂狀態(tài)和速度相

適應四、已分化細胞在特定條件下可發(fā)生去

分化和轉(zhuǎn)分化細胞分化醫(yī)學知識專家講座第2頁

細胞分化概念：由單個受精卵產(chǎn)生細胞，在形態(tài)結(jié)構(gòu)、生化組成和功效等方面都有顯著差異，形成這種穩(wěn)定性差異過程稱為細胞分化(celldifferentiation)。細胞分化醫(yī)學知識專家講座第3頁細胞分化細胞分化醫(yī)學知識專家講座第4頁一、細胞分化貫通于多細胞生物

個體發(fā)育全過程多細胞生物個體發(fā)育過程：普通包含胚胎發(fā)育和胚后發(fā)育兩個階段，前者包含卵裂、囊胚、原腸胚等幾個基本發(fā)育階段，脊椎動物還要經(jīng)過神經(jīng)軸胚期以及器官發(fā)生等階段。細胞分化顯著改變開始于原腸胚形成之后。細胞分化醫(yī)學知識專家講座第5頁

胚胎發(fā)生受精囊胚晚期卵裂早期卵裂細胞分化醫(yī)學知識專家講座第6頁1.動物胚胎三胚層代表不一樣類型細胞分化去向

脊椎動物細胞分化示意圖細胞分化醫(yī)學知識專家講座第7頁2.細胞分化潛能隨個體發(fā)育進程逐步“縮窄”

全能（干）細胞：在一定條件下，能夠分化發(fā)育成為完整個體細胞，如哺乳動物桑葚胚8細胞期之前細胞。多能（干）細胞：在胚胎發(fā)育三胚層形成后，細胞分化潛能受到限制，僅能向本胚層組織和器官方向分化發(fā)育細胞。細胞分化醫(yī)學知識專家講座第8頁經(jīng)過器官發(fā)生，各種組織細胞命運最終確定，呈單能化。細胞分化普通規(guī)律：在胚胎發(fā)育過程中，細胞逐步由“全能”到“多能”，最終向“單能”趨向。細胞分化醫(yī)學知識專家講座第9頁全能性細胞核（totipotentnucleus）：終末分化細胞細胞核依然含有全能性。證實細胞核全能性試驗——核移植試驗。3.終末分化細胞細胞核含有全能性⑴

爪蟾核移植試驗細胞分化醫(yī)學知識專家講座第10頁⑵哺乳動物核移植試驗——“多莉”（Dolly）羊誕生細胞分化醫(yī)學知識專家講座第11頁1.細胞決定先于細胞分化并制約著分化方向細胞決定(celldetermination)：在個體發(fā)育過程中，細胞在發(fā)生可識別分化特征之前就已經(jīng)確定了未來發(fā)育命運，只能向特定方向分化狀態(tài)。二、細胞分化方向由細胞決定來選擇原腸期三胚層形成時，形成各器官預定區(qū)已經(jīng)確定，只能按一定規(guī)律發(fā)育分化成特定組織、器官和系統(tǒng)。細胞分化醫(yī)學知識專家講座第12頁細胞決定試驗示意圖（胚胎移植試驗）細胞分化醫(yī)學知識專家講座第13頁2.細胞決定含有遺傳穩(wěn)定性細胞決定表現(xiàn)出遺傳穩(wěn)定性。經(jīng)典例子是果蠅成蟲盤細胞移植試驗。細胞分化醫(yī)學知識專家講座第14頁果蠅成蟲盤細胞決定狀態(tài)移植試驗細胞分化醫(yī)學知識專家講座第15頁在果蠅研究中發(fā)覺，有時某種培養(yǎng)成蟲盤細胞會出現(xiàn)不按已決定分化類型發(fā)育，而是生長出不是對應成體結(jié)構(gòu)，發(fā)生了轉(zhuǎn)決定。細胞分化醫(yī)學知識專家講座第16頁三、已分化細胞在特定條件下可發(fā)生去分化和轉(zhuǎn)分化1.細胞分化含有高度穩(wěn)定性

細胞分化穩(wěn)定性（stability）：是指在正常生理條件下，已經(jīng)分化為某種特異、穩(wěn)定類型細胞普通不可能逆轉(zhuǎn)到未分化狀態(tài)或者成為其它類型分化細胞。

已分化終末細胞在形態(tài)結(jié)構(gòu)和功效上保持穩(wěn)定是個體生命活動基礎(chǔ)。細胞分化醫(yī)學知識專家講座第17頁2.已分化細胞可發(fā)生去分化

去分化概念：普通情況下，細胞分化過程是不可逆。然而在一些條件下，分化了細胞也不穩(wěn)定，其基因活動模式也可發(fā)生可逆性改變，而又回到未分化狀態(tài)，這一改變過程稱為去分化(dedifferentiation)。細胞分化醫(yī)學知識專家講座第18頁

轉(zhuǎn)分化概念：在高度分化動物細胞中還可見到另一個現(xiàn)象，即從一個分化狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€分化狀態(tài)，這種情況稱為轉(zhuǎn)分化。3.特定條件下已分化細胞可轉(zhuǎn)分化為另一個類型細胞細胞分化醫(yī)學知識專家講座第19頁必須指出是，不論是動物還是植物，細胞分化穩(wěn)定性是普遍存在，而分化可逆性，即發(fā)生細胞轉(zhuǎn)分化或去分化是有條件。細胞分化醫(yī)學知識專家講座第20頁四、細胞分化時-空性在個體發(fā)育過程中，多細胞生物細胞現(xiàn)有時間上分化，也有空間上分化。一個細胞在不一樣發(fā)育階段能夠有不一樣形態(tài)結(jié)構(gòu)和功效，即時間上分化；同一個細胞后代，因為每種細胞所處空間位置不一樣，其環(huán)境也不一樣，能夠有不一樣形態(tài)和功效，即空間上分化。細胞分化醫(yī)學知識專家講座第21頁五、細胞分裂與細胞分化

細胞分裂和細胞分化是多細胞生物個體發(fā)育過程中兩個主要事件，二者之間有親密聯(lián)絡。

細胞分化發(fā)生于細胞分裂G1期，當G1期很短或幾乎沒有G1期時，細胞分化減慢。細胞分裂旺盛時分化變緩，分化較高時分裂速度減慢——個體生長發(fā)育普通規(guī)律。通常細胞在增殖（細胞分裂）基礎(chǔ)上進行分化細胞分化醫(yī)學知識專家講座第22頁第二節(jié)細胞分化分子基礎(chǔ)一、細胞分化本質(zhì)是基因組中不一樣基

因選擇性表示三、細胞分化基因表示調(diào)控主要發(fā)生

在轉(zhuǎn)錄水平二、小RNA經(jīng)過調(diào)控蛋白質(zhì)基因表示譜來決定細胞分化細胞分化醫(yī)學知識專家講座第23頁一、細胞分化本質(zhì)是基因組中不一樣基因選擇性表示

1.基因選擇性表示是細胞分化普遍規(guī)律細胞分化過程中普通并不伴有基因組改變。多細胞生物個體發(fā)育與細胞分化過程中，其基因組DNA并不全部表示，而展現(xiàn)選擇性表示，它們按照一定時-空次序，在不一樣細胞和同一細胞不一樣發(fā)育階段發(fā)生差異表示。細胞分化本質(zhì)：基因選擇性表示，一些基因處于活化狀態(tài)，同時另一些基因被抑制而不活化。細胞分化醫(yī)學知識專家講座第24頁奢侈基因：編碼組織細胞特異性蛋白基因。奢侈蛋白：由奢侈基因編碼，僅存在于特定分化細胞中，賦予分化細胞不一樣特征特異性蛋白。

如：紅細胞中血紅蛋白、皮膚表皮細胞中角蛋白、肌細胞中肌動蛋白和肌球蛋白。管家蛋白：由管家基因表示，存在于全部分化類型細胞中，維持細胞生存所必需基本蛋白，

如：細胞骨架蛋白、膜蛋白、染色質(zhì)組蛋白、核糖體蛋白。細胞分化醫(yī)學知識專家講座第25頁2.基因組改變是細胞分化特例基因組丟失：在馬蛔蟲發(fā)育過程中，只有生殖細胞得到了完整染色體，而體細胞中染色體只是部分染色體片段。哺乳動物（除駱駝外）紅細胞以及皮膚、羽毛和毛發(fā)角化細胞則丟失了完整核。基因組擴增：見于果蠅腺細胞和卵巢濾泡細胞，染色體屢次復制，形成多倍體和多線體?；蛑嘏牛涸贐淋巴細胞分化過程中，DNA經(jīng)過體細胞重組,使DNA序列中不一樣部位部分基因片段連接在一起，組成產(chǎn)生抗體mRNADNA序列。細胞分化醫(yī)學知識專家講座第26頁二、胞質(zhì)中細胞分化決定因子與傳遞

方式影響細胞分化命運1.母體效應基因產(chǎn)物極性分布決定了細胞分化與發(fā)育命運母體效應基因（產(chǎn)物：在卵質(zhì)中呈極性分布、在受精后被翻譯為在胚胎發(fā)育中起主要作用轉(zhuǎn)錄因子和翻譯調(diào)整蛋白mRNA分子，它們在細胞發(fā)育命運決定中起主要作用。

受精前后bicoid基因mRNA及翻譯蛋白濃度梯度分布細胞分化醫(yī)學知識專家講座第27頁2.胚胎細胞分裂時胞質(zhì)不均等分配影響細胞分化命運

不對稱分裂概念：在胚胎早期發(fā)育過程中，細胞質(zhì)成份是不均質(zhì)，胞質(zhì)中一些成份分布有區(qū)域性。當細胞分裂時，細胞質(zhì)成份被不均等地分配到子細胞中，這種不均一性胞質(zhì)成份能夠調(diào)控細胞核基因表示，在一定程度上決定細胞早期分化。細胞分化醫(yī)學知識專家講座第28頁不對稱分裂實例：

細胞質(zhì)中numb蛋白不對稱分布能夠影響果蠅神經(jīng)細胞發(fā)育細胞分化醫(yī)學知識專家講座第29頁三、細胞分化基因表示調(diào)控主要發(fā)

生在水平1.基因時序表示基因表示時間特異性：某一特定基因表示嚴格按照一定時間次序發(fā)生階段特異性：從受精卵到組織、器官形成各個不一樣發(fā)育階段，都會有不一樣基因嚴格按照自己特定時間次序開啟或關(guān)閉，表現(xiàn)為分化、發(fā)育階段一致時間性。細胞分化醫(yī)學知識專家講座第30頁個體發(fā)育過程中血紅蛋白表示特點：脊椎動物血紅蛋白由2條α-珠蛋白鏈和2條β-珠蛋白鏈組成，其在個體發(fā)育不一樣時期表示不一樣。人珠蛋白基因結(jié)構(gòu)細胞分化醫(yī)學知識專家講座第31頁與基因表示調(diào)控區(qū)相互作用轉(zhuǎn)錄因子分兩大類：2.組織細胞特異性轉(zhuǎn)錄因子和活性染色質(zhì)結(jié)構(gòu)區(qū)決定了細胞特異性蛋白表示

通用轉(zhuǎn)錄因子：為大量基因轉(zhuǎn)錄所需要并在許多細胞類型中都存在因子。組織細胞特異性轉(zhuǎn)錄因子：為特定基因或一系列組織特異性基因所需要，并在一個或極少幾個細胞類型中存在因子。通情況下，細胞特異性基因表示是因為僅存于那種類型細胞中組織細胞特異性轉(zhuǎn)錄因子與基因調(diào)控區(qū)相互作用結(jié)果。細胞分化醫(yī)學知識專家講座第32頁3.細胞分化過程中基因表示調(diào)控復雜性（1）

一個關(guān)鍵基因調(diào)整蛋白表示能夠開啟特定譜系細胞分化(2)一些基因調(diào)整蛋白組合能產(chǎn)生許多類型細胞(3)染色質(zhì)成份共價修飾制約基因轉(zhuǎn)錄(4)同源異形框基因規(guī)劃機體前－后體軸結(jié)構(gòu)

分化與發(fā)育藍圖細胞分化醫(yī)學知識專家講座第33頁(1)一個關(guān)鍵基因調(diào)整蛋白表示能夠開啟特定譜系細胞分化細胞分化主導基因概念：細胞分化中基因活化一個方式是，作為轉(zhuǎn)錄因子基因產(chǎn)物本身起正反饋調(diào)整蛋白作用。由此維持一系列細胞分化基因活動只需要激活基因表示起始事件，即特異地參加某一特定發(fā)育路徑起始基因。該基因一旦打開，它就維持在活化狀態(tài)，表現(xiàn)為能充分誘導細胞沿著某一分化路徑進行，從而造成特定譜系細胞發(fā)育。含有這種正反饋作用起始基因通常稱為細胞分化主導基因。細胞分化醫(yī)學知識專家講座第34頁比如，在哺乳動物成肌細胞向肌細胞分化過程中，myoD基因起主要作用。

脊椎動物骨骼肌細胞分化機制細胞分化醫(yī)學知識專家講座第35頁(3)染色質(zhì)成份共價修飾制約基因轉(zhuǎn)錄染色質(zhì)成份共價修飾包含：DNA甲基化；組蛋白乙?；⒓谆?、磷酸化、泛素化、糖基化和羰基化。DNA和組蛋白修飾都會引發(fā)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和基因轉(zhuǎn)錄活性改變。染色質(zhì)成份共價修飾在基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控上作用是可遺傳。(2)一些基因調(diào)整蛋白組合能產(chǎn)生許多類型細胞細胞分化醫(yī)學知識專家講座第36頁

在甲基轉(zhuǎn)移酶催化下，DNA分子中胞嘧啶可轉(zhuǎn)變成5-甲基胞嘧啶，這稱為DNA甲基化。作用：DNA甲基化位點妨礙轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，甲基化程度越高，DNA轉(zhuǎn)錄活性越低。DNA甲基化在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控細胞分化基因表示①DNA甲基化概念細胞分化醫(yī)學知識專家講座第37頁組蛋白乙酰化：在組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶作用下，于組蛋白N-端尾部賴氨酸加上乙?；Ｒ阴；饔茫涸诖蠖鄶?shù)情況下，組蛋白乙?；欣诨蜣D(zhuǎn)錄。低乙酰化組蛋白通常位于非轉(zhuǎn)錄活性常染色質(zhì)區(qū)域或異染色質(zhì)區(qū)域。組蛋白乙?；腿ヒ阴；绊戅D(zhuǎn)錄因子與DNA結(jié)合細胞分化醫(yī)學知識專家講座第38頁四、小RNA在細胞分化中作用

小RNA:是長度約在20～30個核苷酸非編碼RNA.微小RNA(microRNA,miRNA):前體為70～90nt，由含有核糖核酸酶性質(zhì)Drosha和Dicer酶加工而成。小干擾RNA(smallinterferingRNA,siRNA）：起源于外源性長雙鏈RNA，是Dicer酶解產(chǎn)物。小RNA是在研究秀麗隱桿線蟲（C.elegan）細胞命運時間控制過程中被發(fā)覺；廣泛地存在于哺乳動物，含有高度保守性，經(jīng)過與靶基因mRNA互補結(jié)合而抑制蛋白質(zhì)合成或促使靶基因mRNA降解。細胞分化醫(yī)學知識專家講座第39頁第三節(jié)細胞分化影響原因一、胚胎細胞間相互作用協(xié)調(diào)細胞分化方向二、激素是不相鄰遠距離細胞間相互作用分化調(diào)整因子三、細胞分化方向可因環(huán)境原因影響而改變細胞分化醫(yī)學知識專家講座第40頁胚胎誘導：胚胎發(fā)育過程中，一部分細胞對鄰近細胞產(chǎn)生影響并決定其分化方向現(xiàn)象，稱為誘導或胚胎誘導。胚胎誘導特點：胚胎細胞間相互誘導作用是有層次。在三個胚層中，中胚層首先獨立分化，該過程對相鄰胚層有很強分化誘導作用，促進內(nèi)胚層、外胚層各自向?qū)M織器官分化。一、胚胎細胞間相互作用協(xié)調(diào)細胞分化方向1.胚胎細胞間相互作用主要表現(xiàn)形式是胚胎誘導細胞分化醫(yī)學知識專家講座第41頁

胚胎誘導分子基礎(chǔ)：胚胎誘導是經(jīng)過誘導組織釋放各種旁分泌因子（paracrinefactor）實現(xiàn)。這些旁分泌因子以誘導組織為中心形成由近及遠濃度梯度，它們與反應組織細胞表面受體結(jié)合，將信號傳遞至細胞內(nèi)，經(jīng)過調(diào)整反應組織細胞基因表示而誘導其發(fā)育和分化。細胞分化醫(yī)學知識專家講座第42頁常見旁分泌因子及其信號轉(zhuǎn)導通路信號通路配體家族受體家族細胞外抑制或調(diào)整因子受體酪氨酸激酶EGFFGF（Branchless）ephrinsEGF受體FGF受體（Breathless）Eph受體ArgosTGF-β超家族TGF-βBMP（Dpp）NodalTGF-β受體BMP受體chordin(Sog),nogginWntWnt(Wingless)FrizzledDickkopf,CerberusHedgehogHedgehogPatched,SmoothenedNotchDeltaNotchFringe細胞分化醫(yī)學知識專家講座第43頁2.胚胎細胞間相互作用還表現(xiàn)為細胞分化抑制效應抑制：是指在胚胎發(fā)育中已分化細胞抑制鄰近細胞進行相同分化而產(chǎn)生負反饋調(diào)整作用。細胞分化醫(yī)學知識專家講座第44頁二、激素是不相鄰遠距離細胞間

相互作用分化調(diào)整因子激素是遠距離細胞間相互作用分化調(diào)整因子，是個體發(fā)育晚期細胞分化調(diào)控方式。細胞分化醫(yī)學知識專家講座第45頁三、細胞分化方向可因環(huán)境原因影響而改變細胞分化方向可因環(huán)境影響而改變。當前已了解到，物理、化學和生物性原因均可對細胞分化與發(fā)育產(chǎn)生主要影響。兩棲類動物受精卵背-腹軸決定，與重力相關(guān)；在低等脊椎動物，性別決定與分化受環(huán)境原因影響較大，如溫度。哺乳類動物（包含人類）B淋巴細胞分化與發(fā)育則依賴于外來性抗原刺激。細胞分化醫(yī)學知識專家講座第46頁第四節(jié)細胞分化醫(yī)學意義一、細胞分化與腫瘤發(fā)生親密相關(guān)二、細胞分化與再生過程親密相關(guān)細胞分化醫(yī)學知識專家講座第47頁一、細胞分化與腫瘤發(fā)生親密相關(guān)1.腫瘤細胞是異常分化細胞細胞分化觀點認為分化障礙是腫瘤細胞一個主要生物學特征。腫瘤是因為正常基因功效受控于錯誤表示程序所致。惡性腫瘤是細胞分化和胚胎發(fā)育過程中一個異常表現(xiàn)。腫瘤細胞主要表現(xiàn)出低分化和高增殖特征。（一）腫瘤是細胞分化異常表現(xiàn)細胞分化醫(yī)學知識專家講座第48頁2.腫瘤細胞是喪失接觸性抑制“永生”細胞普通情況下，體外培養(yǎng)大部分正常細胞需要粘附于固定表面進行生長（依賴錨泊），增殖細胞到達一定密度，匯合成單層以后即停頓分裂，此過程稱為接觸抑制或密度依賴性抑制。腫瘤細胞和轉(zhuǎn)化細胞缺乏這種生長限制，不需要依附于固定表面，不受密度限制，可連續(xù)分裂，到達很高密度而出現(xiàn)堆積生長，形成高出單層細胞細胞灶。細胞分化醫(yī)學知識專家講座第49頁肝癌HepG2細胞株細胞分化醫(yī)學知識專家講座第50頁（二）腫瘤細胞可能起源于一些未分化

或微分化干細胞

腫瘤細胞群體大致可分為四種類型：干細胞：是腫瘤細胞群體起源，含有沒有限分裂增殖及自我更新能力，維持整個群體更新和生長；過渡細胞：它由干細胞分化而來，具備有限分裂增殖能力，但喪失自我更新特征；終末細胞：是分化成熟細胞，已徹底喪失分裂增殖能力；G0期細胞：是細胞群體中后備細胞，有增殖潛能但不分裂，在一定條件下能夠更新進入增殖周期。大量證據(jù)表明，腫瘤起源于一些未分化或微分化干細胞，是因為組織更新時所產(chǎn)生分化異常所致。細胞分化醫(yī)學知識專家講座第51頁（三）腫瘤細胞可被誘導分化為成熟細胞

腫瘤細胞能夠在高濃度分化信號誘導下，增殖減慢，分化加強，走向正常終末分化。這種誘導分化信號分子稱為分化誘導劑。分化誘導劑對腫瘤這種促分化作用，稱為分化誘導作用。如：可利用維甲酸對腫瘤細胞誘導分化作用治療人急性早幼粒細胞白血病。細胞分化醫(yī)學知識專家講座第52頁再生現(xiàn)象：一些發(fā)育成熟成年動物個體有再生現(xiàn)象，表現(xiàn)為動物整體或器官受外界原因作用發(fā)生創(chuàng)傷而部分丟失時，在剩下部分基礎(chǔ)上又生長出與丟失部分在形態(tài)結(jié)構(gòu)和功效上相同組織或器官過程。機體在正常生理條件下由組織特異性成體干細胞完成組織或細胞更新，如血細胞更新、上皮細胞脫落和置換等，即使與再生相同，但性質(zhì)上有所不一樣。二、細胞分化與再生過程親密相關(guān)細胞分化醫(yī)學知識專家講座第53頁（一）多潛能未分化細胞再發(fā)育是

再生普通規(guī)律再生本質(zhì)：是成體動物為修復缺失組織器官發(fā)育再活化，是多潛能未分化細胞再發(fā)育。再生方式：微變態(tài)再生：是兩棲類動物再生肢體主要方式變形再生：見于水螅再生賠償性再生：是哺乳動物肝臟再生方式細胞分化醫(yī)學知識專家講座第54頁再生過程：人們在兩棲類有尾動物蠑螈肢體再生上進行了較為深入研究。蠑螈肢體再生主要包含以下幾個過程：頂端外胚層帽和去分化再生胚芽形成胚芽細胞增生和再分化再生胚芽模式形成細胞分化醫(yī)學知識專家講座第55頁蠑螈肢體切除再生細胞分化醫(yī)學知識專家講座第56頁找出激活曾經(jīng)是人體器官形成發(fā)育程序方法：其中一個方法是尋找相對未分化多潛能干細胞。另外一個方法是尋找能夠允許這些細胞開始形成特定組織細胞環(huán)境。（二）從對再生機制認識到再生醫(yī)學細胞分化醫(yī)學知識專家講座第57頁思索題1.什么是細胞轉(zhuǎn)分化、去分化?2.細胞決定概念及其與細胞分化關(guān)系?3.染色質(zhì)共價修飾機制及其與細胞分化關(guān)系?4.小RNA在細胞分化中作用?5.細胞分化影響原因?6.怎樣從細胞分化角度了解腫瘤發(fā)生?7.再生機制和醫(yī)學意義?細胞分化醫(yī)學知識專家講座第58頁推薦閱讀資料1．桂建芳,易梅生.發(fā)育生物學.北京：科學出版社，2.GilbertSF.DevelopmentalBiology