發(fā)育生物學(xué)細(xì)胞分化的分子機(jī)制演示文稿

發(fā)育生物學(xué)細(xì)胞分化的分子機(jī)制演示文稿當(dāng)前第1頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)優(yōu)選發(fā)育生物學(xué)細(xì)胞分化的分子機(jī)制當(dāng)前第2頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)細(xì)胞分化Celldifferentiationinvolvesthegradualemergenceofcelltypesthathaveaclear-cutidentityintheadult,suchasnervecells,fatcellsDifferentiatedcellsservespecializedfunctionsandhaveachievedausuallystablestate.當(dāng)前第3頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)發(fā)育過(guò)程中細(xì)胞分化經(jīng)歷一個(gè)分化能力逐漸受限制的過(guò)程細(xì)胞的全能性(totipotent)：生物體中的一個(gè)體細(xì)胞或一個(gè)性細(xì)胞在一定條件下，有能力重新形成完整的個(gè)體，或者分化形成該個(gè)體任何種類(lèi)的細(xì)胞。此特性稱(chēng)為“細(xì)胞全能性”。當(dāng)前第4頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)細(xì)胞的全能性(totipotent)：受精卵、8細(xì)胞期前的胚胎細(xì)胞是全能細(xì)胞。當(dāng)前第5頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)多潛能細(xì)胞(pluripotent)：發(fā)育潛能有一定局限性，僅能分化成為特定范圍內(nèi)的細(xì)胞。如生血干細(xì)胞僅能分化成為淋巴細(xì)胞、單核細(xì)胞、粒細(xì)胞等分化細(xì)胞(differentiatedcell)：

僅具有分化形成某一種類(lèi)型細(xì)胞的能力。

分化過(guò)程：全能→多能→分化細(xì)胞發(fā)育過(guò)程中細(xì)胞分化經(jīng)歷一個(gè)分化能力逐漸受限制的過(guò)程當(dāng)前第6頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)細(xì)胞分化細(xì)胞由未特化狀態(tài)分化成不同細(xì)胞類(lèi)型最初發(fā)生在胚胎發(fā)育的過(guò)程中，而在出生后直到成體的整個(gè)階段都會(huì)持續(xù)進(jìn)行。特化細(xì)胞的性質(zhì)是基因特定表達(dá)模式的結(jié)果，不同基因表達(dá)模式?jīng)Q定特定蛋白的合成?！疤囟ɑ虮磉_(dá)模式是如何形成的”是細(xì)胞分化的中心問(wèn)題。當(dāng)前第7頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)

基因表達(dá)的階段特異性及組織特異性

特定基因的表達(dá)按照嚴(yán)格的時(shí)間順序發(fā)生，同時(shí)，同一基因產(chǎn)物在不同的組織器官表達(dá)數(shù)量不同，不同的產(chǎn)物蛋白又分布于不同的細(xì)胞或組織器官。

當(dāng)前第8頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)細(xì)胞分化是基因按一定時(shí)空順序表達(dá)的結(jié)果，這種在個(gè)體發(fā)育過(guò)程中不同的基因按照一定的時(shí)空順序被激活的現(xiàn)象稱(chēng)為“基因的差異表達(dá)”。成纖維細(xì)胞被加入肌源蛋白后分化為肌細(xì)胞當(dāng)前第9頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)細(xì)胞分化的機(jī)理當(dāng)前第10頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)細(xì)胞分化

細(xì)胞分化是基因差異性表達(dá)的結(jié)果：--細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的差異：細(xì)胞的不對(duì)稱(chēng)分裂使姐妹細(xì)胞產(chǎn)生了差異，在細(xì)胞分裂時(shí)一些重要的分子被不均等地分配到兩個(gè)子細(xì)胞中，引起核基因的差異表達(dá)。

當(dāng)前第11頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)細(xì)胞分化

細(xì)胞分化是基因差異性表達(dá)的結(jié)果：--細(xì)胞外環(huán)境的影響：鄰近細(xì)胞間的相互關(guān)系；細(xì)胞外信號(hào)(cell-surfaceproteins,hormones,

polypeptidecytokinesandmoleculesoftheextracellularmatrix)

在分化過(guò)程中可誘發(fā)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路，影響基因表達(dá)。當(dāng)前第12頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)應(yīng)用DNAmicroarrays研究基因表達(dá)Highoutputscreeninggenesexpresseddifferentlyindifferenttissuesoratdifferentstagesindevelopment當(dāng)前第13頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)奢侈基因與管家基因生物體細(xì)胞中含有決定生長(zhǎng)分裂和分化的全部基因信息，按其與細(xì)胞分化的關(guān)系，可將這些基因分為兩大類(lèi)：奢侈基因和管家基因

奢侈基因

(luxurygene):編碼細(xì)胞特異性蛋白，與各種分化細(xì)胞的特定性狀直接相關(guān)，這類(lèi)基因?qū)?xì)胞自身生存無(wú)直接影響。如編碼紅細(xì)胞血紅蛋白，肌細(xì)胞的肌球蛋白和肌動(dòng)蛋白等的基因?qū)俅祟?lèi)。

當(dāng)前第14頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)奢侈基因與管家基因管家基因(housekeepinggene)，這類(lèi)基因的表達(dá)產(chǎn)物為細(xì)胞生命活動(dòng)持續(xù)需要和必不少，但與細(xì)胞分化的關(guān)系不大，在細(xì)胞分化中只起協(xié)助作用。 如tRNA，rRNA基因，催化能量代謝的各種酶系，三羧酸循環(huán)中各種酶系等。當(dāng)前第15頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)從分子層次看，細(xì)胞分化主要是奢侈基因中某種（或某些）特定基因選擇性表達(dá)的結(jié)果。某些基因的選擇性表達(dá)合成了執(zhí)行特定功能的蛋白質(zhì)，從而產(chǎn)生特定的分化細(xì)胞類(lèi)型。當(dāng)前第16頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)基因活性狀態(tài)的可逆性從單個(gè)合子核發(fā)育為不同類(lèi)型細(xì)胞，基因活性譜發(fā)生了改變，這種改變是否涉及遺傳物質(zhì)的改變？當(dāng)前第17頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)懸浮培養(yǎng)的胡蘿卜單細(xì)胞培養(yǎng)成了可育植株（Steward,1970年）當(dāng)前第18頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)分化細(xì)胞的細(xì)胞核具有支持胚胎發(fā)育能力細(xì)胞核移植實(shí)驗(yàn)證明：A：分化中遺傳物質(zhì)沒(méi)有發(fā)生不可逆改變；B：細(xì)胞質(zhì)中含有決定核內(nèi)基因活性譜的控制因子。當(dāng)前第19頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)分化細(xì)胞的細(xì)胞核具有支持胚胎發(fā)育能力Cloningbynucleartransfer:Nucleifromcellsofthesameblastulaaretransferredintoenucleatedegg.Thefrogsthatdevelopareclonesastheyallhavethesamegeneticconstitution.Thefirstmammaltobecloned,alamb,theDolly當(dāng)前第20頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)Dolly的標(biāo)本和伊恩博士Dolly：1996.7.5.世界上第一只克隆羊Dolly由英國(guó)愛(ài)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(lè)死，它的標(biāo)本于2003年4月9日陳列于蘇格蘭首都愛(ài)丁堡國(guó)家博物館。

當(dāng)前第21頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)Dolly當(dāng)前第22頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)治療性克隆當(dāng)前第23頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)這些實(shí)驗(yàn)說(shuō)明： --即使是終末分化細(xì)胞，其細(xì)胞核同樣也包含全部的遺傳信息，即具有發(fā)育為完整個(gè)體的“全能性”。當(dāng)前第24頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)細(xì)胞融合能改變分化細(xì)胞基因表達(dá)活性的模式Cellfusionshowsthereversibilityofgeneinactivationduringdifferentiation:theinactivationofmuscle-specificgenesinhumanlivercellsisnotirreversible.Thepatternofgeneexpressionindifferentiatedcellscanbechanged,controlledbyfactorspresentinthecytoplasm.當(dāng)前第25頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)轉(zhuǎn)分化能改變細(xì)胞的分化狀態(tài)Transdifferentiation:thechangeofonedifferentiatedcelltypeintoanother.Generally,culturecondition;toadevelopmentallyrelatedcelltype細(xì)胞分化狀態(tài)是可以改變的：雞視網(wǎng)膜表皮色素細(xì)胞在含透明質(zhì)酸酶、血清、苯硫脲的條件下培養(yǎng)后轉(zhuǎn)變?yōu)榫铙w細(xì)胞。當(dāng)前第26頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)轉(zhuǎn)分化能改變細(xì)胞的分化狀態(tài)成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為其他類(lèi)型的細(xì)胞當(dāng)前第27頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)轉(zhuǎn)分化能改變細(xì)胞的分化狀態(tài)轉(zhuǎn)分化現(xiàn)象說(shuō)明發(fā)育命運(yùn)已經(jīng)決定的細(xì)胞，仍然具有分化成為其他細(xì)胞的潛能當(dāng)前第28頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)抗體分子的結(jié)構(gòu)e.g.,脊椎動(dòng)物免疫系統(tǒng)DNA的不可逆改變導(dǎo)致的細(xì)胞分化當(dāng)前第29頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)抗體變異的分子基礎(chǔ)B淋巴細(xì)胞分化過(guò)程中產(chǎn)生免疫球蛋白基因重排使基因組發(fā)生了改變：原來(lái)胚胎細(xì)胞中不相連的DNA片段，通過(guò)切掉一些DNA片段，重新裝配成抗體輕鏈和重鏈可變區(qū)基因。當(dāng)前第30頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)在發(fā)育的不同階段，不同基因處于不同的活性狀態(tài)。一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子可以調(diào)控其它許多基因的活性，但其作用取決于多個(gè)因素：靶基因是否含有其調(diào)控區(qū)；其本身是否處于活化狀態(tài)(e.g.,是否磷酸化)；其本身是否結(jié)合了其它調(diào)控因子。調(diào)控區(qū)是否結(jié)合了其它的調(diào)控因子基因活性狀態(tài)的維持和傳遞決定于調(diào)控蛋白和DNA的修飾當(dāng)前第31頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)基因表達(dá)活性模式的維持Acentralfeatureofcelldifferentiationisthatsomegenesaremaintainedinanactivestate,whileothersarerepressedandinactive.genesencodinggene-regulatoryproteinscanaffecttheactivityofseveralothergenes:transcriptionfactorscanactivateorrepresstheactivityofgenesbybindingtotheircontrolregions.

當(dāng)前第32頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)Onewayofkeepingageneactiveisforthegeneproductsitselftoactasthepositiveregulatoryprotein:positivefeedback,eg.Muscle-celldifferentiation,theproductofthemyoDgeneactsasanactivatorofmyoDexpression.維持細(xì)胞基因活性狀態(tài)依賴調(diào)控因子的連續(xù)存在當(dāng)前第33頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)ChromatinthatispackagedtoastructurethatcannotbetranscribediscalledheterochromatinChangesinthepackingstateofchromatincanbeinheritedthroughmanycelldivisionsandcankeepgenesinactive,eg.X-chromosomeinactivation-infemalemammals,oneofthetwoXchromosomesisinactivatedandbecomeshighlycondensedheterochromatinearlyinembryogenesis基因活性狀態(tài)與染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)有關(guān)當(dāng)前第34頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)X-chromosomeinactivationInactiveX-chromosomeshowsadifferentphysicalstatefromthatintheactiveone,theBarrbodyintheinterphasenucleusofafemalehumancell.哺乳動(dòng)物失活的X染色體在生殖細(xì)胞形成時(shí)才重新恢復(fù)活性狀態(tài)，保持完整的遺傳信息。當(dāng)前第35頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)基因活性狀態(tài)與DNA的化學(xué)修飾有關(guān)胞嘧啶C的甲基化修飾CG島（CGisland）：基因組DNA中富含GC堿基的區(qū)域，其中一些對(duì)稱(chēng)序列中的5’-CG-3’二核苷酸的胞嘧啶（C）常被甲基化修飾；與基因的失活有關(guān)。DNA甲基化是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，又是相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)；受精卵和早期胚胎細(xì)胞中甲基化程度低，隨分化進(jìn)程逐漸建立。當(dāng)前第36頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)ManycytosinebasesoccurringCGpairsinvertebrateDNAaremethylated.WhentheDNAreplicated,thenewcomplementarystrandlacksmethylationbutcanberecognizedbymethylatingenzyme基因活性狀態(tài)與DNA的化學(xué)修飾有關(guān)當(dāng)前第37頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)DNA甲基化在DNA復(fù)制后，由甲基化酶將S-腺苷甲硫氨酸的甲基轉(zhuǎn)移到胞嘧啶的5-C上完成對(duì)堿基的修飾，甲基化位置上可阻止轉(zhuǎn)錄因子與DNA結(jié)合。越是活躍的基因其甲基化程度越低，越不活躍的基因甲基化程度越高。在發(fā)育過(guò)程中，當(dāng)某些基因表達(dá)完成后，DNA的甲基化可能參與了基因的關(guān)閉過(guò)程。當(dāng)前第38頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)InheritanceofthepatternofmethylationonDNAAnepigeneticstateofDNAmethylationcanbemaintainedacrosscellgenerations.當(dāng)前第39頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)Post-translationalmodificationofhistoneproteinsThehistoneinchromatincanundergomodificationsuchasmethylation,acetylation,orphosphorylationonspecificamino-acidresidues,andcanchangethepropertiesofchromatin,eg,histonemethylationismorecharacteristicoftranscriptionallysilentheterochromation.EpigeneticchangessuchasDNAmethylation,histoneacetylation,andhistonemethylationcanexerttheireffectonchromationstructureandgeneexpression.當(dāng)前第40頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)Post-translationalmodificationofhistoneproteinsHISTONEACETYLATION&CHROMATINREMODELING當(dāng)前第41頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)DNA甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄的機(jī)制DNA甲基化有利于招募染色質(zhì)重塑或修飾因子當(dāng)前第42頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)細(xì)胞分化中差異基因的調(diào)控機(jī)制當(dāng)前第43頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)Geneexpression當(dāng)前第44頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)差異基因表達(dá)的調(diào)控

DNA的化學(xué)修飾、轉(zhuǎn)錄因子的作用、RNAsplicing、蛋白的翻譯后調(diào)控RNAsplicingmicroRNAPost-translationalmodification當(dāng)前第45頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)真核細(xì)胞基因表達(dá)調(diào)節(jié)的多重性當(dāng)前第46頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)

主要調(diào)控水平：*－轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控（transcriptionalcontrol）*－轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控（post-transcriptionalcontrol）

RNA加工水平調(diào)控（RNAprocessingcontrol）翻譯水平調(diào)控（translationalcontrol）

*

－蛋白質(zhì)的翻譯后修飾（post-translationalmodification）當(dāng)前第47頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)細(xì)胞分化中基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控轉(zhuǎn)錄調(diào)控涉及通用轉(zhuǎn)錄因子和組織特異性轉(zhuǎn)錄因子Tissue-specificgeneexpressiscontrolledbyregulatoryregionsNormally,growthhormoneismadeonlyinthepituitary,andelastaseonlyinpancreasHumanGHismadeinthepancreasunderthecontrolofthemouseelastasepromoter.當(dāng)前第48頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)轉(zhuǎn)錄調(diào)控既需要基本轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子也需要組織特異性轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子Geneexpressionisregulatedbythecoordinatedactionofgene-regulatoryproteinsthatbindtocontrolregionsinDNAThetranscriptionmachinery,composedofRNApolymeraseandthegeneraltranscriptionfactorsthatbindtothepromoterregion,iscommontomanycells當(dāng)前第49頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)轉(zhuǎn)錄調(diào)控既需要基本轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子也需要組織特異性轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子Atranscriptionfactorinteractingwithitsciscontrolelement當(dāng)前第50頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)轉(zhuǎn)錄調(diào)控既需要基本轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子也需要組織特異性轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子Otherregulatoryregions,whichhavetobeboundbygene-regulatoryproteins(activatorsorrepressors)beforetranscriptioncanoccur,arelocatedadjacenttothepromoterandusuallyfurtherupstreamofthegene,suchasenhancer.3000transcriptionfactorsinthehumangenome.~5differentfactorsacttogetheratanyparticularcontrolregion.當(dāng)前第51頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)基因遠(yuǎn)端的增強(qiáng)子促進(jìn)轉(zhuǎn)錄復(fù)合體的裝配當(dāng)前第52頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)轉(zhuǎn)錄調(diào)控既需要基本轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子也需要組織特異性轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子Co-activators,whichlinkthetranscriptionmachinerytotheactivatorsandrepressorproteinsthatbindtospecificsitessuchasenhancer.e.g.,CBP(ahistoneacetyltransferase),regulatesthechromatin當(dāng)前第53頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)阻抑因子（repressor）抑制基因轉(zhuǎn)錄的可能機(jī)制當(dāng)前第54頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)阻抑因子（repressor）抑制基因轉(zhuǎn)錄的可能機(jī)制當(dāng)前第55頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)

Trans-actingelements:encodedtranscriptionfactorsthatinteractwithcis-actingelements,eitherdirectlythroughDNAbindingorindirectlythroughprotein-proteininteractions.當(dāng)前第56頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)轉(zhuǎn)錄調(diào)控中蛋白因子之間的相互作用當(dāng)前第57頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)外部信號(hào)對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的激活作用Intracellularsignaltransductionbywhichsignalsreceivedatthecellmembranecanaltergeneexpress:growthfactorssuchasFGFandEGF;bindingofthesignalmoleculetothecell-surfacereceptorsetsintrainanintracellularcascadeofproteinphosphorylations當(dāng)前第58頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)外部信號(hào)對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的激活作用甾類(lèi)激素(Steroidhormones)以兩種方式激活基因的轉(zhuǎn)錄：A：受體在激素進(jìn)入細(xì)胞前就結(jié)合在靶基因調(diào)控區(qū)上，但只有當(dāng)激素與該受體結(jié)合后才激活轉(zhuǎn)錄。

E.g.,ThyroidhormonesB：激素先與胞質(zhì)中其受體結(jié)合，再進(jìn)入核激活轉(zhuǎn)錄。E.g.,glucocorticoid.當(dāng)前第59頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)Summary

轉(zhuǎn)錄調(diào)控是細(xì)胞分化的一個(gè)重要特征。真核基因的組織特異性表達(dá)依賴于基因側(cè)翼順式調(diào)控序列上的調(diào)控位點(diǎn)(包括結(jié)合RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)鄰近的啟動(dòng)子區(qū)域、更遠(yuǎn)處調(diào)控基因的組織專(zhuān)一或發(fā)育階段特異性表達(dá)的調(diào)控位點(diǎn))。順式調(diào)控上調(diào)控位點(diǎn)與不同調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合的組合形式?jīng)Q定基因是否表達(dá)。蛋白生長(zhǎng)因子、激素等胞外信號(hào)本身不能進(jìn)入細(xì)胞，但是可通過(guò)細(xì)胞表面受體，激活細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)途徑從而專(zhuān)一影響基因表達(dá)；甾體激素能通過(guò)細(xì)胞膜和細(xì)胞內(nèi)的受體蛋白形成復(fù)合物，作為轉(zhuǎn)錄因子與特定DNA調(diào)控元件結(jié)合影響基因表達(dá)。分化細(xì)胞中基因表達(dá)模式一旦建立，這種模式就能維持很長(zhǎng)時(shí)間并能傳遞到子代細(xì)胞中。維持這種機(jī)制包括基因調(diào)控蛋白的持續(xù)表達(dá)和作用、DNA和組蛋白化學(xué)修飾造成的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和特性的長(zhǎng)時(shí)期區(qū)域性的變化。當(dāng)前第60頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)轉(zhuǎn)錄調(diào)控細(xì)胞分化的幾個(gè)模型單向分化：肌細(xì)胞分化涉及轉(zhuǎn)錄因子的次序表達(dá)當(dāng)前第61頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)MyoD及其它MRF(muscle-relatedfactors)與其它非組織特異性bHLH蛋白如E2A結(jié)合而成的異源二聚體，以及MEF(muscle-enhancerfactors)同源二聚體，在調(diào)控元件E-box或MEF-box或同時(shí)與二者結(jié)合形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合體，促進(jìn)靶基因的轉(zhuǎn)錄。當(dāng)前第62頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)肌細(xì)胞分化與細(xì)胞周期A：分裂中的成肌細(xì)胞不能分化B：分化中的肌細(xì)胞不能分裂當(dāng)前第63頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)珠蛋白在發(fā)育中的表達(dá)調(diào)控受位于其編碼區(qū)很遠(yuǎn)的調(diào)控序列的影響當(dāng)前第64頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)何時(shí)表達(dá)何種β-珠蛋白，決定于結(jié)合在特定珠蛋白基因的啟動(dòng)子上的轉(zhuǎn)錄因子與結(jié)合在LCR上的因子之間的親和力。例如，敲除β-globin基因的啟動(dòng)子和3‘enhancer后，成年小鼠的紅細(xì)胞中仍含大量的-globin;EKLF是β-珠蛋白啟動(dòng)子結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子，EKLF-/-小鼠成年之后仍表達(dá)-和-珠蛋白。當(dāng)前第65頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)細(xì)胞分化中RNA加工水平上的調(diào)控RNA加工前三個(gè)胚層中的RNA量無(wú)差異。EctEn/mes加工后的RNA主要存在于外胚層中。核酸保護(hù)實(shí)驗(yàn)(放射性intron或exon探針與總RNA雜交后再RNase消化)表明：海膽鈣結(jié)合蛋白基因CyIIIa在原腸胚的外胚層中表達(dá)核酸run-on(在膜上固定intron序列與放射性RNA探針雜交)實(shí)驗(yàn)表明：Spec1基因在原腸胚的內(nèi)、中、外胚層細(xì)胞核中都表達(dá)，但成熟的Spec1mRNA只存在于外胚層中。當(dāng)前第66頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)同一基因的初級(jí)轉(zhuǎn)錄物經(jīng)選擇性拼接可產(chǎn)生不同的成熟RNAα-原肌球蛋白mRNA(α-tropomyosin)當(dāng)前第67頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)細(xì)胞分化中翻譯水平上的調(diào)控mRNA壽命的調(diào)控不同基因的mRNA的半衰期不同，主要受其3`UTR控制。短壽命mRNA的3`UTR通常含有一個(gè)或多個(gè)AU富集區(qū)，其作用是促進(jìn)Poly(A)降解。當(dāng)前第68頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)激素促進(jìn)轉(zhuǎn)錄和增加mRNA壽命當(dāng)前第69頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)早期發(fā)育中母體效應(yīng)因子的影響胚胎早期的發(fā)育主要由卵母細(xì)胞中的母體效應(yīng)因子(maternaleffectfactor)所控制。卵母細(xì)胞通過(guò)儲(chǔ)藏的mRNA調(diào)控早期發(fā)育，直到受精后才進(jìn)行翻譯。

-用轉(zhuǎn)錄抑制劑放線菌素D處理海膽受精卵，胚胎發(fā)育仍能進(jìn)行至囊胚期-用蛋白質(zhì)翻譯抑制劑嘌呤霉素處理受精卵，受精卵停止發(fā)育。當(dāng)前第70頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)卵母細(xì)胞中儲(chǔ)藏性mRNA當(dāng)前第71頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)卵母細(xì)胞中mRNA的翻譯調(diào)控機(jī)制mRNAmasking(掩蔽):

mRNA與其它蛋白結(jié)合成ribonucleoprotein(RNP)complex,阻止與ribosome結(jié)合；卵成熟或受精后，離子強(qiáng)度改變或蛋白磷酸化等導(dǎo)致RNP解體，翻譯得以進(jìn)行。5’Cap(7-甲基鳥(niǎo)苷酸)的調(diào)控：如某些種類(lèi)的moths，其卵中的部分mRNA的5`-鳥(niǎo)苷酸在受精后才甲基化，然后開(kāi)始翻譯。當(dāng)前第72頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)卵母細(xì)胞中mRNA的翻譯調(diào)控機(jī)制mRNAsequester:指mRNA被阻隔于蛋白合成裝置。如海膽未受精卵的histonemRNA定位于原核中，受精后原核破裂，mRNA才能進(jìn)入胞質(zhì)開(kāi)始翻譯。翻譯效率的調(diào)控：如將海膽卵母細(xì)胞裂解液的pH從自然狀態(tài)下的pH6.9提高到(受精后自然狀態(tài)下的)pH7.4,蛋白質(zhì)合成量急劇增加。受精后pH升高的作用可能包括去除mRNA的封閉蛋白和激活翻譯起始因子。當(dāng)前第73頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)Poly(A)對(duì)翻譯的調(diào)控：

在小鼠的未成熟卵母細(xì)胞質(zhì)中可以翻譯的mRNA具有較長(zhǎng)的poly(A),減數(shù)成熟分裂后poly(A)降解，翻譯終止。在減數(shù)成熟分裂前不表達(dá)的mRNA的poly(A)較短(15-90A),

但其3`UTR具有胞質(zhì)多聚腺苷酸化信號(hào)序列(CPEs)(UUUUAUinmiceandfrogs)。減數(shù)成熟分裂后這些mRNA迅速加上一個(gè)長(zhǎng)的polyA,開(kāi)始翻譯。

poly(A)“尾巴”的獲得對(duì)儲(chǔ)藏的卵母細(xì)胞mRNA開(kāi)始翻譯很關(guān)鍵當(dāng)前第74頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)胚胎早期的發(fā)育都由儲(chǔ)藏在卵母細(xì)胞中的mRNA控制。哺乳類(lèi)動(dòng)物胚胎在第一個(gè)細(xì)胞周期內(nèi)就開(kāi)始胚胎基因轉(zhuǎn)錄。如小鼠母體效應(yīng)因子mRNA只能維持2天，以后很快降解，由胚胎基因轉(zhuǎn)錄的mRNA編碼新的蛋白質(zhì)代替母體效應(yīng)因子控制發(fā)育。當(dāng)前第75頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)細(xì)胞分化中翻譯后水平上的調(diào)控Activationbycleavingsomedomains,e.g,proinsulin;Controloffunctionsbysubcellularlocalization,e.g.,membraneproteins;Assemblywithotherproteins,e.g.,hemoglobin;Activationbybindingtoions,e.g.,calmodulin;Activationbymodifications,e.g.,phosphorylation.當(dāng)前第76頁(yè)\共有82頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)程序化細(xì)胞死亡受遺傳調(diào)控Programmedcelldeath(apoptosis)innormalpartofd