研究生細胞分化課件

細胞分化

CelldifferentiationHuman:1014cells,>200celltypes多細胞生物發(fā)育中必不可少的四個主要事件：細胞增殖；細胞特化；細胞間的相互作用；細胞運動。4小節(jié)第1節(jié)細胞分化的基本概念第2節(jié)細胞分化與基因表達第3節(jié)影響細胞分化的因素第4節(jié)細胞分化與細胞癌變第1節(jié)細胞分化的基本概念細胞分化(celldifferentiation)*：由單個受精卵產(chǎn)生的同源細胞，在形態(tài)結(jié)構(gòu)、生化組成和功能等方面形成穩(wěn)定性差異，產(chǎn)生不同的細胞類群的過程稱為細胞分化。

第1節(jié)細胞分化的基本概念一、細胞分化貫穿于多細胞生物個體發(fā)育的全過程二、細胞分化具有高度的穩(wěn)定性三、細胞分化的方向由細胞決定所選擇四、已分化的細胞在特定條件下可發(fā)生去分化和轉(zhuǎn)分化五、細胞分化的時-空性六、細胞分化與細胞的分裂狀態(tài)和速度相適應(yīng)七、再生反映細胞的全能性一、細胞分化貫穿于多細胞生物個體發(fā)育的全過程多細胞生物的個體發(fā)育胚胎發(fā)育：受精卵經(jīng)過卵裂、囊胚、原腸胚、神經(jīng)胚及器官發(fā)生等階段，衍生出與親代相似的幼小個體。胚后發(fā)育：幼體從卵膜孵化出或從母體分娩以后，經(jīng)幼年、成年、老年直至衰老、死亡的過程。1.動物胚胎的三胚層代表不同類型細胞的分化去向

脊椎動物細胞分化示意圖細胞分化貫穿于個體發(fā)育的全過程，其中胚胎期最明顯，細胞分化的明顯改變開始于原腸胚形成之后2.細胞分化的潛能隨個體發(fā)育進程逐漸“縮窄”細胞全能性（totipotency）*：單個細胞在一定條件下分化發(fā)育成為完整個體的能力。細胞多能性（pluripotency）*：指細胞失去發(fā)育成完整個體的能力，但具有分化為多種細胞類型和構(gòu)建組織的潛能。經(jīng)過器官發(fā)生，各種組織細胞的命運最終確定，呈單能化（unipotency）。受精卵—胚胎干細胞—組織特異干細胞—終末分化細胞前體細胞—終末分化細胞細胞分化的共同規(guī)律*：在胚胎發(fā)育過程中，細胞逐漸由“全能”到“多能”，最后向“單能”的趨向。造血干細胞（HSC）的分化是典型的等級式分化過程多能→單能3.終末分化細胞的細胞核具有全能性*全能性細胞核（totipotentnucleus）：終末分化細胞的細胞核仍然具有全能性。⑴爪蟾核移植實驗⑵哺乳動物核移植實驗——“多莉”（Dolly）羊的誕生⑴爪蟾核移植實驗⑵哺乳動物核移植實驗——“多莉”（Dolly）羊的誕生實驗表明：已特化的體細胞仍然保留在一定條件下可以表達的形成正常個體的全套基因。英國發(fā)育生物學(xué)家JohnB.Gurdon、日本京都大學(xué)iPS（誘導(dǎo)多功能干細胞）細胞研究中心主任ShinyaYamanaka因在細胞核重新編程研究領(lǐng)域的杰出貢獻而獲獎。二、細胞分化具有高度的穩(wěn)定性細胞分化的穩(wěn)定性（stability）：是指在正常生理條件下，已經(jīng)分化為某種特異的、穩(wěn)定類型的細胞一般不可能逆轉(zhuǎn)到未分化狀態(tài)或者成為其他類型的分化細胞。已分化的終末細胞在形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能上保持穩(wěn)定是個體生命活動的基礎(chǔ)。

三、細胞分化方向由細胞決定來選擇1.細胞決定先于細胞分化并制約著分化的方向細胞決定(celldetermination)*：在個體發(fā)育過程中，細胞在發(fā)生可識別的分化特征之前就已經(jīng)確定了未來的發(fā)育命運，只能向特定方向分化的狀態(tài)。細胞決定實驗示意圖原腸胚早期原腸胚晚期表明在兩棲類的早期原腸胚和晚期原腸胚之間的某個時期便開始了細胞決定，一旦決定之后，即使外界的因素不復(fù)存在，細胞仍然按照已經(jīng)決定的命運進行分化細胞決定可能機制：卵細胞的極性與早期胚胎細胞的不對稱分裂。發(fā)育早期胚胎細胞的位置及胚胎細胞間的相互作用。2.細胞決定具有遺傳穩(wěn)定性果蠅成蟲盤細胞決定狀態(tài)的移植實驗去分化（dedifferentiation）*：一般情況下，細胞分化過程是不可逆的。然而在某些條件下，分化了的細胞也不穩(wěn)定，其基因活動模式也可發(fā)生可逆性的變化，而又回到未分化狀態(tài)，這一變化過程稱為去分化。四、已分化的細胞在特定條件下可發(fā)生轉(zhuǎn)分化和去分化細胞分化的穩(wěn)定性是普遍存在的，而細胞的轉(zhuǎn)分化或去分化是有條件的。轉(zhuǎn)分化（transdifferentiation）*：在高度分化的動物細胞中還可見到另一種現(xiàn)象，即從一種分化狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N分化狀態(tài)，這種情況稱為轉(zhuǎn)分化。五、細胞分化的時-空性

在個體發(fā)育過程中，多細胞生物細胞既有時間上的分化，也有空間上的分化。一個細胞在不同的發(fā)育階段可以有不同的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能，即時間上的分化；同一種細胞的后代，由于每種細胞所處的空間位置不同，其環(huán)境也不一樣，可以有不同的形態(tài)和功能，即空間上的分化。六、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)育過程中的兩個重要事件，兩者之間有密切的聯(lián)系。通常細胞在增殖（細胞分裂）的基礎(chǔ)上進行分化細胞分化發(fā)生于細胞分裂的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)育的一般規(guī)律。七、再生再生（regeneration）：生物體缺失部分重新建成的過程。再生反映了細胞的全能性。再生能力植物高于動物，低等動物高于高等動物，再生能力隨年齡增大而下降。小結(jié)細胞分化：同源細胞，在形態(tài)結(jié)構(gòu)、生化組成和功能等方面形成穩(wěn)定性差異，產(chǎn)生不同的細胞類群。細胞分化的明顯改變開始于原腸胚形成之后的胚胎期。胚胎發(fā)育過程中細胞分化特點：全能→多能→單能。細胞分化的穩(wěn)定性；細胞核具有分化全能性。細胞決定：在發(fā)生可識別的分化特征之前就已經(jīng)確定了未來的發(fā)育命運。決定先于分化；具有遺傳穩(wěn)定性。細胞去分化和轉(zhuǎn)分化細胞分化有時空性細胞分化與細胞分裂密切聯(lián)系再生反映細胞的全能性第2節(jié)細胞分化與基因表達一、細胞分化的本質(zhì)是基因組中不同基因的選擇性表達二、細胞分化的基因表達調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平三、小RNA通過調(diào)控蛋白質(zhì)基因的表達譜來決定細胞分化四、長鏈非編碼RNA與細胞的分化發(fā)育需要理解的與基因表達相關(guān)問題ThedifferentCellTypesofamulticellularOrganismContaintheSameDNA.DifferentCellTypesProducedifferentSetsofProteins.ACellCanChangetheExpressionofItsGenesinResponsetoExternalSignals.GeneExpressionCanBeRegulatedatmanyoftheStepsinthePathwayfromDNAtoRNAtoProtein.TranscriptionIsControlledbyProteinsBindingtoRegulatoryDNASequencesAneuronandalymphocytesharethesamegenome.

Bothofthesemammaliancellscontainthesamegenome,buttheyexpressdifferentrNasandproteins.一、細胞分化的本質(zhì)是基因組中不同基因的選擇性表達細胞分化是由于基因選擇性的表達各自特有的專一性蛋白質(zhì)而導(dǎo)致細胞形態(tài)、結(jié)構(gòu)與功能的差異。

分子雜交技術(shù)檢測基因及其表達

基因的選擇性表達是細胞分化的普遍規(guī)律細胞分化過程中一般并不伴有基因組的改變。多細胞生物個體發(fā)育與細胞分化過程中，其基因組DNA并不全部表達，而呈現(xiàn)選擇性表達，它們按照一定的時-空順序，在不同細胞和同一細胞的不同發(fā)育階段發(fā)生差異表達（differentialexpression）。細胞分化的本質(zhì)：基因的選擇性表達，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。管家基因（housekeepinggene）*：所有細胞中均要表達的一類基因，其產(chǎn)物是對維持細胞基本生命活動所必需的。編碼的蛋白有：核糖體蛋白，線粒體蛋白，糖酵解酶蛋白及與細胞分裂有關(guān)的蛋白等。組織特異性基因/奢侈基因（luxurygene）*：不同的細胞類型進行特異性表達的基因，其產(chǎn)物賦予各種類型細胞特異的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征和生理功能。編碼的蛋白有：肌動蛋白，肌球蛋白，結(jié)締組織膠原蛋白，和胰島素等在不同組織表達的蛋白。基因選擇性表達/差異表達（differentialexpress）*：在胚胎發(fā)育和細胞分化過程中，奢侈基因按一定的時空順序相繼活化表達的現(xiàn)象。MoleculeslocalizedattheendsoftheDrosophilaeggcontrolitsanterior–posteriorpolarity.Summaryofsequential,spatiallylocalizedexpressionofselectedgenesinearlydevelopmentoftheDrosophilaembryo.早期果蠅胚胎依序表達各種基因細胞分化的實質(zhì)*是組織特異性基因在時間與空間上的差次表達。從DNA→蛋白質(zhì)受多個水平調(diào)控。二、細胞分化的基因表達調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平Eucaryoticgeneexpressioncanbecontrolledatseveraldifferentsteps轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子與基因表達調(diào)控區(qū)結(jié)合模式Ineucaryotes,geneactivationoccursatadistance.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的因子。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，并在一個或很少的幾種細胞類型中存在的因子。通常情況下，細胞特異性的基因表達是由于僅存于那種類型細胞中的組織細胞特異性轉(zhuǎn)錄因子與基因的調(diào)控區(qū)相互作用的結(jié)果。1.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的表達人珠蛋白基因結(jié)構(gòu)脊椎動物的血紅蛋白由2條α-珠蛋白鏈和2條β-珠蛋白鏈組成，其在個體發(fā)育不同時期表達不一樣。活性染色質(zhì)結(jié)構(gòu)區(qū)決定了細胞特異性蛋白的表達血紅蛋白選擇性表達機制：在個體發(fā)育過程中依次有不同的β-珠蛋白基因的打開和關(guān)閉，這與β-珠蛋白基因簇上游的基因座控制區(qū)（locuscontrolregion,LCR）有關(guān)。LCR距離ε基因的5’末端約10,000堿基對以上，可使任何與它相連的β-家族基因高水平表達。

LCR控制的β-珠蛋白基因活化的可能機制2.一個關(guān)鍵基因調(diào)節(jié)蛋白的表達能夠啟動特定譜系細胞的分化細胞分化中基因活化的一種方式是，作為轉(zhuǎn)錄因子的基因產(chǎn)物本身起正反饋調(diào)節(jié)蛋白作用。由此維持一系列細胞分化基因的活動只需要激活基因表達的起始事件，即特異地參與某一特定發(fā)育途徑的起始基因。該基因一旦打開，它就維持在活化狀態(tài)，表現(xiàn)為能充分的誘導(dǎo)細胞沿著某一分化途徑進行，從而導(dǎo)致特定譜系細胞的發(fā)育。具有這種正反饋作用的起始基因通常稱為細胞分化主導(dǎo)基因（mastercontrolgene）。例如，在哺乳動物的成肌細胞向肌細胞分化過程中，myoD基因起重要作用。脊椎動物骨骼肌細胞分化機制

MyoD誘導(dǎo)成纖維細胞表現(xiàn)骨骼肌細胞特征例如：眼形成的關(guān)鍵調(diào)控蛋白Ey（果蠅）ey

基因早期細胞（發(fā)育成腿）腿中眼細胞分化眼形成3.染色質(zhì)成分的共價修飾制約基因的轉(zhuǎn)錄染色質(zhì)成分的共價修飾包括：DNA的甲基化；組蛋白的乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化、糖基化和羰基化。DNA和組蛋白的修飾都會引起染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和基因轉(zhuǎn)錄活性的變化。染色質(zhì)成分的共價修飾在基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控上的作用是可遺傳的。（1）DNA甲基化在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控細胞分化的基因表達

概念：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（methylation）。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：哺乳動物基因組中約70%～80%的CpG位點是甲基化的。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，DNA轉(zhuǎn)錄活性越低。DNA甲基化導(dǎo)致基因失活/沉默的可能機制甲基化直接干擾轉(zhuǎn)錄因子與啟動子中特定的結(jié)合位點的結(jié)合；特異的轉(zhuǎn)錄抑制因子直接與甲基化DNA結(jié)合；染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變。人類胚胎紅細胞中珠蛋白基因的甲基化Formationof5-methylcytosineoccursbymethylationofacytosinebaseintheDNAdoublehelix.DNAmethylationpatternscanbefaithfullyinherited（2）組蛋白的乙酰化和去乙?；绊戅D(zhuǎn)錄因子與DNA的結(jié)合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（histonecode），它決定了染色質(zhì)轉(zhuǎn)錄活躍或沉默的狀態(tài)。組蛋白乙?；涸诮M蛋白乙酰基轉(zhuǎn)移酶作用下，于組蛋白N-端尾部的賴氨酸加上乙?；Ｒ阴；淖饔茫涸诖蠖鄶?shù)情況下，組蛋白乙?；欣诨蜣D(zhuǎn)錄。低乙?；慕M蛋白通常位于非轉(zhuǎn)錄活性的常染色質(zhì)區(qū)域或異染色質(zhì)區(qū)域。

組蛋白的化學(xué)修飾將引起局部染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變，并進而決定了轉(zhuǎn)錄因子是否能夠與基因表達調(diào)控區(qū)結(jié)合；基因活化蛋白一方面通過組蛋白修飾導(dǎo)致染色質(zhì)結(jié)構(gòu)改變，另一方面還可募集依賴于ATP的染色質(zhì)重塑復(fù)合體，使啟動子部位的核小體舒展開。EucaryoticgeneactivatorproteinscandirectlocalalterationsinchromatinstructureTranscriptionregulatorswork

togetherasa“committee”tocontrolthe

expressionofaeucaryoticgene.Combinationsofafewtranscriptionregulatorscangeneratemanydifferentcelltypesduringdevelopment.組合調(diào)控Asingletranscriptionregulatorcancoordinatetheexpressionofmanydifferentgenes4.同源盒基因規(guī)劃機體前后體軸結(jié)構(gòu)的分化同源異形框基因（homeoboxgene）*：廣泛存在于從酵母到人類的各種真核生物中的基因，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180bpDNA片段被稱為同源異形框（homeobox），含有同源異形框的基因謂之~，如果蠅的HOM基因，動物和人類的Hox基因。同源異形域蛋白（homeodomainprotein）：由同源異形框基因編碼的蛋白稱為~。高度保守的60個氨基酸片段，為一種螺旋-環(huán)-螺旋（HLH）結(jié)構(gòu)，其中的9個氨基酸（第42～50位）與DNA的大溝相結(jié)合，能識別其所控制的基因啟動子中的特異序列，引起特定基因表達的激活或阻抑。不同生物同源異形框編碼的氨基酸序列比較HOM或Hox基因在染色體上的排列順序與其在體內(nèi)的不同時空表達模式相對應(yīng)：激活的時間順序：越靠近前部的基因表達越早，而靠近后部的基因表達較遲。表達的空間順序：頭區(qū)的最前葉只表達該基因簇的第一個基因，而身體最后部則表達基因簇的最后一個基因。作用*：是一種重要的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，將胚胎細胞沿前后軸分為不同的區(qū)域，并決定主要區(qū)域器官的形態(tài)建成。果蠅和小鼠同源異形框基因及其表達模式三、小RNA在細胞分化中的作用小RNA是長度約在20～30個核苷酸的非編碼RNA。微小RNA(microRNA,miRNA):前體為70～90nt，由具有核糖核酸酶性質(zhì)的Drosha和Dicer酶加工而成的22nt的miRNA。小干擾RNA(smallinterferingRNA,siRNA）：來源于外源性的長雙鏈RNA，Dicer酶解成21-28nt大小的RNA產(chǎn)物。小RNA是在研究秀麗隱桿線蟲（C.elegan）細胞命運的時間控制過程中被發(fā)現(xiàn)的；廣泛地存在于哺乳動物，具有高度的保守性，通過與靶基因mRNA互補結(jié)合而抑制蛋白質(zhì)合成或促使靶基因mRNA降解。研究表明，它們參與了細胞分化與發(fā)育的基因表達調(diào)控。AnmiRNAtargetsacomplementarymRNAtranscriptfordestruction.siRNAsdestroyforeignRNAs.四、長鏈非編碼RNA與細胞的分化發(fā)育長鏈非編碼RNA（longnon-codingRNA）：位于細胞核或細胞質(zhì)內(nèi)的一類長度超過200nt的功能性RNA分子，缺乏編碼蛋白的能力，以RNA形式在多種層面上調(diào)控基因的表達水平。主要為：表觀遺傳調(diào)控轉(zhuǎn)錄調(diào)控轉(zhuǎn)錄后調(diào)控小結(jié)1.細胞分化的實質(zhì)是組織特異性基因在時間與空間上的差次表達。(管家基因，奢侈基因，基因差次表達)2.細胞分化即基因選擇性表達的調(diào)控，主要為轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控：

組織特異性轉(zhuǎn)錄因子和活性染色質(zhì)結(jié)構(gòu)

DNA甲基化修飾和乙?；揎?/p>

細胞分化主導(dǎo)基因啟動特定細胞系的發(fā)育同源異型框基因規(guī)劃機體前后體軸結(jié)構(gòu)的分化小RNA和LncRNA多層調(diào)控第3節(jié)影響細胞分化的因素一、胞質(zhì)中的細胞分化決定因子與傳遞方式影響細胞分化的命運二、胚胎細胞間相互作用協(xié)調(diào)細胞分化的方向三、激素是不相鄰的遠距離的細胞間相互作用的分化調(diào)節(jié)因子四、細胞分化的方向可因環(huán)境因素的影響而改變一、細胞核和細胞質(zhì)的相互作用胞質(zhì)中的細胞分化決定因子與傳遞方式影響細胞分化的命運母體效應(yīng)基因產(chǎn)物的極性分布如果蠅bicoid基因和Bicoid蛋白的極性分布2.胚胎細胞分裂時胞質(zhì)的不均等分配

受精前后bicoid基因mRNA及翻譯蛋白的濃度梯度分布Generalfeaturesofasymmetriccelldivision.早期胚胎細胞部隊稱分裂影響細胞分化示意圖細胞質(zhì)中numb蛋白的不對稱分布能夠影響果蠅神經(jīng)細胞的發(fā)育二、胚胎誘導(dǎo)對細胞分化的作用胚胎細胞間相互作用協(xié)調(diào)細胞分化的方向胚胎誘導(dǎo)(embryonicinduction)*：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的現(xiàn)象，稱為誘導(dǎo)或胚胎誘導(dǎo)。特點：相互誘導(dǎo)作用是有層次的。具有區(qū)域特異性和遺傳特異性。分子基礎(chǔ)：信號分子介導(dǎo)的細胞間信息傳遞。；眼球發(fā)育過程中的多級誘導(dǎo)作用A初級誘導(dǎo)B次級誘導(dǎo)C三級誘導(dǎo)三、位置信息對細胞分化的影響在胚胎細胞采取特定的分化模式之前，細胞通常發(fā)生區(qū)域特化，獲得獨特的信息稱為位置信息（positionalinformation），細胞所處的位置不同對細胞分化的命運有明顯影響，改變細胞所處的位置可導(dǎo)致細胞分化方向改變。本質(zhì)：旁分泌因子在胚胎的不同發(fā)育階段以及處于不同位置的胚胎細胞中的表達差異，提供了胚胎發(fā)育過程中的位置信息。位置信息（sonichedgehog信號）在翅膀發(fā)育中的作用A.正常翅芽的發(fā)育；B.sonichedgehog的正常表達部位在翅芽后部極化區(qū)，把該極化區(qū)細胞移植到宿主翅芽的前區(qū)，則產(chǎn)生了額外的翅趾。四、激素對細胞分化的影響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。激素影響細胞分化與發(fā)育的典型例子是動物發(fā)育過程中的變態(tài)（metamorphosis）效應(yīng)。昆蟲的變態(tài)發(fā)育受蛻皮激素的影響。兩棲類的變態(tài)與甲狀腺激素（T3,T4）有關(guān)小結(jié)細胞分化受多種因素的調(diào)節(jié)：母體效應(yīng)基因產(chǎn)物的極性分布和胚胎發(fā)育早期細胞的不對稱性分裂決定或影響細胞的分化命運；隨個體發(fā)育進程，不斷增加的胚胎細胞間的相互作用對細胞分化的影響越來越明顯，其主要表現(xiàn)形式是由旁分泌因子和細胞間位置信息所介導(dǎo)的胚胎誘導(dǎo)；激素則是個體發(fā)育晚期細胞分化的調(diào)節(jié)因素。第4節(jié)細胞分化與細胞癌變動物體內(nèi)因分裂調(diào)節(jié)失控而無限增殖的細胞稱為腫瘤細胞。具有轉(zhuǎn)移能力的腫瘤稱為惡性腫瘤。上皮組織的惡性腫瘤稱為癌。目前人類腫瘤的90%以上是上皮源性的，故癌細胞已作為惡性腫瘤細胞的通用名稱。1.癌細胞是分化程序異常的細胞①

分化障礙:低分化、高增殖力②喪失接觸性抑制的“永生細胞”干細胞異常分化與腫瘤的發(fā)生2.腫瘤細胞可能起源于一些未分化或微分化的干細胞腫瘤干細胞（cancerstemcell,CSC）也稱腫瘤起源細胞，是從腫瘤組織中分離或鑒定的少數(shù)細胞，具有無限自我更新和誘導(dǎo)腫瘤發(fā)生的能力，是腫瘤產(chǎn)生的種子細胞。

腫瘤干細胞的生物學(xué)特征圖

腫瘤發(fā)生的克隆選擇假說與腫瘤干細胞假說腫瘤干細胞微環(huán)境與腫瘤干細胞的惡性轉(zhuǎn)化3.腫瘤細胞可被誘導(dǎo)分化為成熟細胞腫瘤細胞可以在高濃度的分化信號誘導(dǎo)下，增殖減慢，分化加強，走向正常的終末分化。這種誘導(dǎo)分化信號分子稱為分化誘導(dǎo)劑。分化誘導(dǎo)劑對腫瘤的這種促分化作用，稱為分化誘導(dǎo)作用。如：可利用維甲酸對腫瘤細胞的誘導(dǎo)分化作用治療人急性早幼粒細胞白血病。小結(jié)細胞分化與腫瘤的發(fā)生關(guān)系密切。腫瘤細胞的典型特點是細胞增殖失控和分化障礙，可視為細胞的異常分化狀態(tài)。惡性腫瘤可以向正常成熟細胞誘導(dǎo)分化。Cell.

1993Dec3;75(5):855-62.Posttranscriptionalregulationoftheheterochronicgenelin-14bylin-4mediatestemporalpatternformationinC.elegans.WightmanB1,

HaI,

RuvkunG.SummaryDuringC.elegansdevelopment,thetemporalpatternofmanycelllineagesisspecifiedbygradedactivityoftheheterochronicgeneLin-14.HerewedemonstratethatatemporalgradientinLin-14proteinisgeneratedposttranscriptionallybymultipleelementsintheLin-143’UTRthatareregulatedbytheheterochronicgeneLin-4.Thelin-143’UTRisbothnecessaryandsufficienttoconferLin-4-mediatedposttranscriptionaltemporalregulation.ThefunctionoftheLin-143’UTRisconservedbetweenC.elegansandC.briggsae.AmongtheconservedsequencesaresevenelementsthatareeachcomplementarytotheLin-4RNAs.Areportergenebearingthreeoftheseelementsshowspartialtemporalgradientactivity.ThesedatasuggestamolecularmechanismforLin-14ptemporalgradientformation:thelin-4RNAsbasepairtositesinthelin-143’UTRtoformmultipleRNAduplexesthatdown-regulateLin-14translation.TheheterochronicgenepathwaygeneratesatemporalgradientofLin-14protein(Lin-14p)thatspecifiesthenormaltemporalsequenceofcelllineages.Akeyquestionintemporalpatternformationishowtheheterochronicgenepathwaygeneratesthismoleculargradient.IntroductionTheinstructiveroleofLin-14intemporalpatternformationwasestablishedbytheobservationthatLin-14gain-of-function(gf)andloss-of-function(lf)mutationshaveoppositephenotypes.lin-14(lf)allelescauselarvaestage2(L2)patternsofcelllineage

inavarietyoftissuestobeexecutedprecociouslyduring

theLlstage(AmbrosandHorvitz,1987).Thesemutationsdeletesequencesfromthelin-14mRNA3’untranslatedregion(3’UTR),suggestingthatregulatoryelementsinthe3’UTRnormallyareresponsibleformediatingthedownregulationofLin-14pabundanceatlaterlarvalstages(Wightmanetal.,1991).Theheterochronicgenelin-4isanegativeregulatoroflin-14(Ambros,1989;Arasuetal.,1991).Anullmutationinlin-4resultsinLl-specificcelllineagereiterationssimilartothoseobservedwithlin-14(gf)mutationsandcausesLin-14ptobepresentatpost-L1stages(Chalfieetal.,1981;Arasuetal.,1991;Leeetal.,1993).Therefore,thelin-4geneproductisrequiredfornormaltemporalregulationofLin-14pandisacandidatefordirectlyinteractingwithnegativeregulatoryelementsinthelin-143’UTRidentifiedbylin14(gf)mutations.HereweexaminethemolecularmechanismbywhichtheLin-14ptemporalgradientisgenerated.WefindthattemporalregulationofLin-14pabundanceduringwild-typedevelopmentoccursataposttranscriptionalstepandismediatedbythelin-143’UTRthatbearsmultipleconservedelementscomplementarytothelin-4RNAs.ThesedatasuggestthattheLin-14ptemporalgradientisgeneratedbylin-4antisensebasepairingtothelin-14mRNA.ExperimentalProcedures1.StagingofAnimals2.WesternBlotandRNAaseProtectionAnalysisamonoclonalantibodytomyo-1andapolyclonalantibodytolin-14---Proteinlin-14transcripts,cDNAclone518wastranscribedinvitrotoyielda233ntantisenseprobe.Themyo-7probeisspecifictothismyosinisoform(Dibbetal.,1989)andwastranscribedinvitrotoyielda58ntantisenseprobe.---mRNA3.ConstructionoflacZExpressionPlasmidsunc-543’UTRlin-143’UTR4.TransgenicReporterGenesConstructswerecoinjectedwiththemarkerplasmidpRF4,whichbearsamutantrol-6collagengeneandallowsidentificationoftransgenicanimals5.β-GalactosidaseAssays6.CloningandSequencingoftheC.briggsaelin-14CloneResults1.Down-RegulationofLin-14pOccursataPosttranscriptionalStepEarlystage(E)preparationswere71%-89%Llstage.Latestage(L)preparationswere78%-94%L2andL3stages.TheratioofLin-14plevelsatlateStagestoearlyStagesforeachgenotypeisasfollows:wild-type,0.1;lin-4(e972),0.4;lin-14(n355),0.7;lin-14(n536),0.4.Theratiooflatetoearlystagelin-14RNAlevelsinthesamepreparationsanalyzedin(A)areasfollows:wild-type,1.O;lin-4(e972),0.91;lin-14(n355),1.5;lin-14(n536),1.2Therefore,bothlin-14(gf)andlin-4mutantscausea4-to7-foldincreaseintheabundanceofLin-14patlaterstagesascomparedwithwildtype.Inthetwolin-14(gf)mutantsandinthelin-4mutant,thelin-14transcriptlevelsatbothearlyandlatestagesaresimilartowildtypeand,likewildtype,shownodramatictemporalregulation.Thesedatashowthatlin-14istemporallyregulatedataposttranscriptionalstepotherthantranscriptstabilityinwild-typeanimals;thelin-14(gf)mutationsactbydisruptingthisposttranscriptionalregulation;andthelin-4productalsoactsataposttranscriptionalstep.2.Thelin-143’UTRIsSufficientfor

TemporalRegulationReportergenesbearingthelin-143’UTRshowed100to180-folddown-regulationbetweentheLlandL4stages(Table1).Thedramaticdown-regulationbetweentheLlandL4stagesalsoisobservableinX-Gal-stainedfixedanimalsbearingthesetransgenes(Figure2).TheratioofLltoL4transgeniecol10-lacZ-lin-14mRNAlevelsrelativetomyosinwas0.9inthisexperiment.3.lin-4IsRequiredforDown-RegulationViathelin-143’UTRTotestthispossibility,theintegratedtransgenearraysanalyzedabovewerecrossedintoalin-4(e972)mutantbackground,andβ-galactosidaselevelsattheLlandL4stageswereanalyzed.Thelin-4(e972)mutationdeletesthelin-4transcriptsandisthereforeanullmutation.4.TheFunctionandSequenceofElementsinthelin-143’UTRAreConservedbetweenSpecies5.Thelin-143’UTRIncludesMultipleElementsThatAreComplementarytolin-4DiscussionThelin-143’UTRIsNecessaryandSufficientforPosttranscriptionalTemporalRegulationbylin-4SevenConservedElementsinthelin-143’UTRAreComplementarytothelin-4RegulatoryRNAsMultipleElementsinthelin-143’UTRGenerateaTemporalGradientofLin-14pAbstractTwosmallRNAsregulatethetimingofCaenorhabditiselegansdevelopment.Transitionfromthefirsttothesecondlarvalstagefatesrequiresthe22-nucleotidelin-4

RNA,andtransitionfromlatelarvaltoadultcellfatesrequiresthe21-nucleotide

let-7

RNA.Thelin-4and

let-7

RNA

genesarenothomologoustoeachother,butareeachcomplementarytosequencesinthe3'untranslatedregionsofasetofprotein-codingtargetgenesthatarenormallynegativelyregulatedbytheRNAs.Herewehavedetected

let-7

RNAsofapproximately21nucleotidesinsamplesfromawiderangeofanimalspecies,includingvertebrate,ascidian,hemichordate,mollusc,annelidandarthropod,butnotinRNAsfromseveralcnidarianandporiferanspecies,Saccharomycescerevisiae,EscherichiacoliorArabidopsis.Wedidnotdetectlin-4

RNA

inthesespecies.Wefoundthat

let7

temporal

regulationisalsoconserved:

let-7

RNA

expression

isfirstdetectedatlatelarvalstagesinC.elegansandDrosophila,at48hoursafterfertilizationinzebrafish,andinadultstagesofannelidsandmolluscs.The

let-7

regulatory

RNA

maycontrollate

temporal

transitionsduringdevelopmentacrossanimalphylogeny.Nature.

2000Nov2;408(6808):86-9.Conservation

ofthe

sequence

and

temporal

expression

of

let-7

heterochronic

regulatory

RNA.PasquinelliAE1,

ReinhartBJ,

SlackF,etal.Figure1let-7genesequences.Figure2Expressionoflet-7RNAinhumanandDrosophila.(Northernblot)Figure3Expressionoflet-7RNAisdevelopmentallyregulatedinlophotrochozoansanddeuterostomesFigure4Phylogeneticcomparisonoflet-7RNAexpression.Two~21-ntRNAsregulateC.eleganstemporaldevelopment,andwearguethatoneoftheseRNAsislikelytoregulatedevelopmentaltiminginbilateriananimals.WeproposethatthesetypesofRNAsbecalledsmalltemporalRNAs(stRNAs).Genomesequencecomparisonsandexpressionanalysesamo