細胞的分化與基因表達調(diào)控

關于細胞的分化與基因表達調(diào)控細胞分化細胞類型1細胞類型2細胞類型3……細胞衰老細胞凋亡永生細胞（癌癥）去分化增殖細胞分化是個體行使正常功能的保證。本質(zhì)：細胞的基因組相同，但表達譜不同；使細胞能行使不同的功能（分工）；核心：基因是如何有序表達的？（調(diào)控）。

細胞分化與機體的正常功能：第2頁,共34頁，2024年2月25日，星期天胚胎發(fā)生過程中形成各種類型的組織和細胞第3頁,共34頁，2024年2月25日，星期天干細胞分化為多種類型的細胞第4頁,共34頁，2024年2月25日，星期天血細胞分化示意圖第5頁,共34頁，2024年2月25日，星期天內(nèi)皮細胞的分化第6頁,共34頁，2024年2月25日，星期天

一、基本概念（一）基因的選擇性表達（主線）實驗證據(jù)（分子雜交）：不同的細胞類型（celltypes)中，DNA相同，mRNA種類不同，蛋白質(zhì)種類不同。結(jié)論：相同的基因組在不同細胞中的選擇性表達；

細胞分化是基因組選擇性表達的結(jié)果。第7頁,共34頁，2024年2月25日，星期天各種蛋白質(zhì)在不同細胞中的表達第8頁,共34頁，2024年2月25日，星期天（二）管家基因和奢侈基因

管家基因（housekeepinggenes)：維持細胞基本功能所必需的基因，在所有細胞類型中均表達。e.g.,肌動蛋白、微管蛋白、組蛋白、核糖體蛋白、TAC循環(huán)的關鍵酶，etc.

組織特異性基因（tissue-specificgenes):

在不同的細胞類型中特異性地表達，使細胞形成特定的形態(tài)結(jié)構(gòu)，行使特定的功能。e.g.,卵清蛋白、胰島素、血紅蛋白，etc.

調(diào)節(jié)基因（regulatorygenes):

調(diào)節(jié)基因的表達。(?)第9頁,共34頁，2024年2月25日，星期天（三）組織特異性基因調(diào)控的基本模式細胞分化過程是由一系列基因產(chǎn)物（regulatoryproteins）調(diào)控的。

i.e.,每個基因的表達都必須：在正確的細胞中；在正確的時間；對正確的信號產(chǎn)生正確的反應；產(chǎn)生正確的表達水平。

問題：細胞是如何協(xié)調(diào)（coordinate）這一過程的？

答案：一個關鍵的調(diào)控蛋白，可以調(diào)控一系列下游基因，完成細胞分化。第10頁,共34頁，2024年2月25日，星期天腎上腺（糖）皮質(zhì)激素／受體的調(diào)控模式第11頁,共34頁，2024年2月25日，星期天組合調(diào)控：少數(shù)調(diào)控蛋白完成眾多細胞類型的分化比喻：調(diào)控蛋白，如同單詞和文章。Limitedwordsunlimitedmeaning第12頁,共34頁，2024年2月25日，星期天例子：眼形成的關鍵調(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第13頁,共34頁，2024年2月25日，星期天（四）單細胞生物中的細胞分化

應對環(huán)境條件，產(chǎn)生不同細胞類型。e.g.,細菌的芽孢、酵母的單倍體孢子、粘菌的多核團，……

（進化的中間類型）第14頁,共34頁，2024年2月25日，星期天（五）轉(zhuǎn)分化和再生轉(zhuǎn)分化（trans-differentiation）：由一種分化的細胞類型轉(zhuǎn)化為另一種細胞類型。轉(zhuǎn)分化：去分化再分化

（dedifferentiation）（redifferentiation）再生：轉(zhuǎn)分化重新啟動細胞周期（G0－M)

多能干細胞例子：植物細胞愈傷組織根芽形成植株再生動物：傷口愈合；肝再生；Wolftion晶體再生；低等生物的肢體再生；etc.（神經(jīng)細胞分裂再生？）增殖去分化再分化第15頁,共34頁，2024年2月25日，星期天植物的組織培養(yǎng)第16頁,共34頁，2024年2月25日，星期天

二、影響細胞分化的因素

（一）細胞的全能性（totipotency）：單個細胞形成完整個體的能力。受精卵、早期胚胎細胞；現(xiàn)已證實高度分化的細胞也具有全能性。（基礎、內(nèi)因）

實驗證據(jù)：植物體細胞胚胎發(fā)生（plantsomaticembryogenesis）;

動物克?。?997，多莉羊；……）高度分化的動植物體細胞，在遺傳背景（基因組DNA)和功能上均是全能的。第17頁,共34頁，2024年2月25日，星期天受精卵的全能性植物細胞的全能性第18頁,共34頁，2024年2月25日，星期天通過細胞核移植和細胞融合再生的生物個體第19頁,共34頁，2024年2月25日，星期天干細胞（stemcells）具有部分的全能性（多潛能性，pluripotency）干細胞來源胚胎干細胞（embryonicstemcells,ESC）成體干細胞：造血（骨髓）干細胞神經(jīng)干細胞肝臟干細胞

……功能多潛能干細胞（pluripotentstemcells）定向干細胞（directionalstemcells）第20頁,共34頁，2024年2月25日，星期天由胚胎干細胞（ESC）制造嵌合鼠第21頁,共34頁，2024年2月25日，星期天干細胞技術(shù)在治療性組織工程中的應用第22頁,共34頁，2024年2月25日，星期天造血干細胞的分化（hemopoiesis）第23頁,共34頁，2024年2月25日，星期天（二）影響細胞分化的因素（外因）

眾多的內(nèi)外因素，形成“網(wǎng)絡”。

1，胞外信號

近端因子：細胞接觸；旁分泌；自分泌；縫隙連接環(huán)境胞外信號遠端因子：內(nèi)分泌（激素）第24頁,共34頁，2024年2月25日，星期天Agapjunction

細胞信號的傳遞方式第25頁,共34頁，2024年2月25日，星期天2，細胞記憶和決定

定義：細胞將信號分子的作用儲藏起來，以決定分化的能力。（memoryfate）

本質(zhì)：特定的基因表達譜式（profile）在細胞增殖過程中的傳遞。

“決定早于分化”的概念

方式：a.正反饋途徑（positivefeedbackloop）

b.染色質(zhì)構(gòu)型（e.g.,常染色質(zhì)和異染色質(zhì)）染色質(zhì)重塑（chromatinremodeling）的作用這些方式均是可傳遞的。第26頁,共34頁，2024年2月25日，星期天正反饋途徑第27頁,共34頁，2024年2月25日，星期天染色質(zhì)的不均一性第28頁,共34頁，2024年2月25日，星期天

受精卵的細胞質(zhì)不均一性和不均等卵裂細胞增殖過程中產(chǎn)生不均等細胞的方式3，細胞質(zhì)的影響第29頁,共34頁，2024年2月25日，星期天細胞質(zhì)不均一性的分子基礎“決定子”(determinant)(?)

細胞質(zhì)成分：mRNA；隱藏mRNA；生殖質(zhì)(germplasm)第30頁,共34頁，2024年2月25日，星期天4，細胞間的相互作用和位置效應細胞相互作用：信號分子的作用（見前）細胞位置效應（positioneffect）：“位置信息”（?）

morphogen（形成素）；“sonichedgehog”基因產(chǎn)物第31頁,共34頁，2024年2月25日，星期天

雞胚肢體形成中sonichedgehog產(chǎn)物作為一種morphogen的作用第32頁,共34頁，2024年2月25日，星期天5，環(huán)境因素環(huán)境基因表達細胞分化性狀（e.g.,性別決定，癌）

6，染色質(zhì)和基因重排例子：a.馬蛔蟲：染色體消減