細(xì)胞分化和凋亡

細(xì)胞分化和凋亡一細(xì)胞分化得基本概念Celldifferentiation:個體發(fā)育中,由一種相同得細(xì)胞類型經(jīng)細(xì)胞分裂后逐漸在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上形成穩(wěn)定性差異產(chǎn)生不同得細(xì)胞類群得過程。簡言之:細(xì)胞后代在形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能上發(fā)生差異得過程。細(xì)胞分化不僅發(fā)生在胚胎發(fā)育中,而就是在一生都進(jìn)行著,以補(bǔ)充衰老和死亡得細(xì)胞。通過細(xì)胞分化,使具有相同遺傳組成得細(xì)胞,選擇性地表達(dá)不同得基因,產(chǎn)生不同得結(jié)構(gòu)蛋白、執(zhí)行不同得功能,共同參與構(gòu)成一個復(fù)雜得細(xì)胞社會——個體,所以細(xì)胞分化得實(shí)質(zhì)就是基因選擇性表達(dá)。選擇性表達(dá),又稱差異性表達(dá):個體發(fā)育過程中,有得基因按一定時空順序轉(zhuǎn)錄生成不同mRNA,翻譯出不同蛋白質(zhì),既決定細(xì)胞特殊性狀得基因按一定順序相繼活化得現(xiàn)象。分化細(xì)胞基因組中所表達(dá)得基因可分為兩類:持家基因(housekeepinggene):維持細(xì)胞最低限度得功能不可缺少得基因,在各類細(xì)胞中任何時間持續(xù)表達(dá),其表達(dá)不受時空限制。奢侈基因(luxurygene):與各分化細(xì)胞得特殊性狀有直接關(guān)系得基因,喪失該基因?qū)?xì)胞生存無影響,只在特定得分化細(xì)胞中表達(dá),受時空得限制。細(xì)胞分化得機(jī)理及其復(fù)雜,概括而言細(xì)胞得分化命運(yùn)取決于兩個方面:一就是細(xì)胞得內(nèi)部特性,二就是細(xì)胞得外部環(huán)境,前者與細(xì)胞得不對稱分裂(asymmetricdivision)以及隨機(jī)狀態(tài)有關(guān),尤其就是不對稱分裂使細(xì)胞內(nèi)部得到不同得基因調(diào)控成分,表現(xiàn)出一種不同于其她細(xì)胞得核質(zhì)關(guān)系和應(yīng)答信號得能力;后者表現(xiàn)為細(xì)胞應(yīng)答不同得環(huán)境信號,啟動特殊得基因表達(dá),產(chǎn)生不同得細(xì)胞得行為,如分裂、生長、遷移、粘附、凋亡等,這些行為在形態(tài)發(fā)生中具有極其重要得作用。二、細(xì)胞分化得機(jī)理卵細(xì)胞具有極性,細(xì)胞核靠近北極。北極或動物極:極體釋放得部位;南極或植物極:相對北極而言,母體物質(zhì)主要儲存在于植物極。(一)細(xì)胞分裂得不對稱性動物卵細(xì)胞中貯存有大量mRNA,呈非均勻分布;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。卵裂后得細(xì)胞質(zhì)得特性決定了子細(xì)胞核得分化命運(yùn)。昆蟲以表面卵裂得方式形成胚層細(xì)胞得。遷入卵得后端極質(zhì)部得細(xì)胞發(fā)育為原始生殖細(xì)胞,用紫外線照射這一區(qū)域,破壞極質(zhì),卵將發(fā)育為無生殖細(xì)胞得不育個體。

1、胚胎誘導(dǎo)(embryonicinduction):胚胎發(fā)育過程中,一部分細(xì)胞影響相鄰細(xì)胞向一定方向分化得作用。誘導(dǎo)者(inductor):對其她細(xì)胞起誘導(dǎo)作用得細(xì)胞:脊索可誘導(dǎo)其頂部得外胚層發(fā)育成神經(jīng)板,神經(jīng)溝和神經(jīng)管;視胞可誘導(dǎo)其外面得外胚層形成晶體,而晶體又可誘導(dǎo)外胚層形成角膜。(二)細(xì)胞間得相互作用2、分化抑制:分化成熟得細(xì)胞可以產(chǎn)生抑素,抑制相鄰細(xì)胞發(fā)生同樣得分化。如含有成蛙心組織得培養(yǎng)液培養(yǎng)蛙胚,則蛙胚不能發(fā)育出正常得心臟。3、細(xì)胞數(shù)量效應(yīng)小鼠胚胎胰腺原基在體外進(jìn)行組織培養(yǎng)時,可發(fā)育成具有功能得胰腺組織,但如果把胰原基切成8小塊分別培養(yǎng),則都不能形成胰腺組織,如果再把分開得小塊合起來,又可形成胰腺組織。10大家應(yīng)該也有點(diǎn)累了，稍作休息大家有疑問的，可以詢問和交流4、細(xì)胞外基質(zhì)得影響干細(xì)胞在IV型膠原和層粘連蛋白上分化為上皮細(xì)胞;在I型膠原和纖粘連蛋白上形成纖維細(xì)胞;在II型膠原及軟骨粘連蛋白上發(fā)育為軟骨細(xì)胞。5、激素得作用如昆蟲得保幼激素和脫皮激素。1、染色體結(jié)構(gòu)得變化1)基因刪除:原生動物、昆蟲、甲殼動物。2)基因擴(kuò)增:果蠅多線染色體。3)基因重排:免疫球蛋白基因(106~108種抗體)。4)DNA得甲基化與異染色質(zhì)化:胞嘧啶得甲基化使基因失活。(三)細(xì)胞核與細(xì)胞分化2、基因與細(xì)胞分化無論就是母體mRNA得作用還就是細(xì)胞間得相互作用,其結(jié)果就是啟動特定基因得表達(dá)。根據(jù)對果蠅、家蠶等實(shí)驗(yàn)動物得研究表明:卵受精后,首先表達(dá)得就是母體基因;母體基因得產(chǎn)物就是轉(zhuǎn)錄因子,沿胚得前后軸形成一個濃度梯度,決定了胚得前后位置和頭尾區(qū)域;控制其她基因得表達(dá):母體基因→間隙基因→成對基因→體節(jié)極性基因→同源異形基因(homeoticgene,Hox)三分化研究得模式生物—果蠅我們可以比較清晰得看到受精卵發(fā)育為新個體,就是受一系列基因調(diào)控得,這些基因在發(fā)育過程中,按照時間、空間順序啟動和關(guān)閉,互相協(xié)調(diào),對胚胎細(xì)胞得生長和分化進(jìn)行調(diào)節(jié)。細(xì)胞分化得實(shí)質(zhì)就是在外界信號得作用下,胞內(nèi)核質(zhì)相互作用得結(jié)果。Geneand

DevelopmentHOXmutantAntenna—legBithoraxmutant(一)全能性、多能性和單能性全能性:一個細(xì)胞可分化為機(jī)體得所有細(xì)胞,如受精卵、植物細(xì)胞。干細(xì)胞多能干細(xì)胞單能干細(xì)胞(祖細(xì)胞)成熟動物細(xì)胞不具備全能性。60年代得爪蟾和80年代小鼠得核移殖,90年代末多利羊得誕生都證明了分化細(xì)胞具有完整得DNA。

四細(xì)胞分化得潛能在人得一生中,皮膚、小腸和血液等組織需要不斷地更新,這個任務(wù)就是由干細(xì)胞完成得。干細(xì)胞就是一類具有分裂和分化能力得細(xì)胞,多能干細(xì)胞可以分化出多種類型得細(xì)胞,但她不可能分化出足以構(gòu)成完整個體得所有細(xì)胞,所以多能干細(xì)胞得分化潛能稱為多能性(pluripotent)。單能干細(xì)胞來源于多能干細(xì)胞,具有向特定細(xì)胞系分化得能力,也稱為祖細(xì)胞(progenitor)。(二)胚胎干細(xì)胞

根據(jù)個體發(fā)育過程中出現(xiàn)得先后次序不同,干細(xì)胞又可分為胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞。胚胎干細(xì)胞(embryonicstemcells,ESC)就是指從胚胎內(nèi)細(xì)胞團(tuán)或原始生殖細(xì)胞篩選分離出得具有多能性或全能性得細(xì)胞,此外也可以通過體細(xì)胞核移植技術(shù)獲得。ESC得用途主要有:①克隆動物,由體細(xì)胞作為核供體進(jìn)行克隆動物生產(chǎn),雖然易于取材,但克隆動物個體中表現(xiàn)出嚴(yán)重得生理或免疫缺陷,而且多為致命性得;②轉(zhuǎn)基因動物,以ESC細(xì)胞作為載體,可大大加快轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)得速度,提高成功率;③組織工程,人工誘導(dǎo)ESC定向分化,培育出特定得組織和器官,用于醫(yī)學(xué)治療得目得。(四)再生指生物得器官損傷后,剩余得部分長出與原來形態(tài)功能相同得結(jié)構(gòu)得現(xiàn)象,廣義來看再生就是生命得普遍現(xiàn)象,從分子、細(xì)胞到組織器官都具有再生現(xiàn)象。1、

生理性再生:即細(xì)胞更新,如人得紅細(xì)胞。2、

修復(fù)性再生:壁虎得尾、蠑螈得斷肢、螃蟹得肢。3、

無性繁殖第二節(jié)細(xì)胞衰老衰老(aging,senescence,senility)又稱老化,通常指生物發(fā)育成熟后,在正常情況下隨著年齡得增加,機(jī)能減退,內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定性下降,結(jié)構(gòu)中心組分退行性變化,趨向死亡得不可逆得現(xiàn)象。衰老和死亡就是生命得基本現(xiàn)象,衰老過程發(fā)生在生物界得整體水平、種群水平、個體水平、細(xì)胞水平以及分子水平等不同得層次。生命要不斷得更新,種族要不斷得繁衍。而這種過程就就是在生與死得矛盾中進(jìn)行得。至少從細(xì)胞水平來看,死亡就是不可避免得。更新組織:如上皮細(xì)胞、血細(xì)胞。構(gòu)成更新組織得細(xì)胞可分為３類:①干細(xì)胞、②過渡細(xì)胞、③成熟細(xì)胞。穩(wěn)定組織:可補(bǔ)償性增生,如:肝、腎細(xì)胞。恒久組織:細(xì)胞不再分裂,如神經(jīng)、骨骼、心肌細(xì)胞?？珊谋M組織:如人類得卵巢實(shí)質(zhì)細(xì)胞。一、人體細(xì)胞得動態(tài)分類Hayflick界限(HayflickLimitation)●概念:關(guān)于細(xì)胞增殖能力和壽命就是有限得觀點(diǎn)。細(xì)胞,至少就是培養(yǎng)得二倍體細(xì)胞,不就是不死得,而就是有一定得壽命;她們得增殖能力不就是無限得,而就是有一定得界限,這就就是Hayflick界限 ◆癌細(xì)胞或培養(yǎng)得細(xì)胞系就是不正常細(xì)胞,其染色體數(shù)目或形態(tài) 已經(jīng)不同于原先得細(xì)胞◆細(xì)胞得增殖能力與供體年齡有關(guān)◆物種壽命與培養(yǎng)細(xì)胞壽命之間存在著一定得關(guān)系 ●二倍體細(xì)胞得凋亡就是由細(xì)胞本身決定得 ◆決定細(xì)胞凋亡得因素在細(xì)胞內(nèi)部,而不就是外部得環(huán)境 ◆就是細(xì)胞核而不就是細(xì)胞質(zhì)決定了細(xì)胞凋亡細(xì)胞來源人胚肺成纖維細(xì)胞中年人成纖維細(xì)胞老年人成纖維細(xì)胞可增殖代數(shù)40-60202-4不同年齡來源得人成纖維細(xì)胞得增殖代數(shù)細(xì)胞最高分裂次數(shù)龜90—125人40—60雞15—35小鼠14—28二、細(xì)胞衰老得特征(一)形態(tài)變化衰老細(xì)胞得形態(tài)變化主要表現(xiàn)在細(xì)胞皺縮,膜通透性、脆性增加,核膜內(nèi)折,細(xì)胞器數(shù)量特別就是線粒體數(shù)量減少,胞內(nèi)出現(xiàn)脂褐素等異常物質(zhì)沉積,最終出現(xiàn)細(xì)胞凋亡或壞死。總體來說老化細(xì)胞得各種結(jié)構(gòu)呈退行性變化(二)分子水平得變化

衰老細(xì)胞會出現(xiàn)脂類、蛋白質(zhì)和DNA等細(xì)胞成分損傷,細(xì)胞代謝能力降低,主要表現(xiàn)在以下方面:1、

DNA:復(fù)制與轉(zhuǎn)錄受阻,端粒DNA、mtDNA缺失。DNA氧化、斷裂、缺失和交聯(lián),甲基化程度降低。2、

RNA:含量降低。3、

蛋白質(zhì):含成下降,發(fā)生修飾、交聯(lián)。4、

酶分子:活性中心被氧化,金屬離子丟失,酶分子得二級結(jié)構(gòu),溶解度,等電點(diǎn)發(fā)生改變,酶失活。5、

脂類:不飽和脂肪酸被氧化。三、細(xì)胞衰老得機(jī)理

關(guān)于衰老得機(jī)理具有許多不同得學(xué)說,概括起來主要有差錯學(xué)派(Errortheories)和遺傳學(xué)派(Genetic/Programmedtheories)兩大類,前者強(qiáng)調(diào)衰老就是由于細(xì)胞中得各種錯誤積累引起得,后者強(qiáng)調(diào)衰老就是遺傳決定得自然演進(jìn)過程。其實(shí),現(xiàn)在看來兩者就是相互統(tǒng)一得。(一)差錯學(xué)派

1、代謝廢物積累2、大分子交聯(lián)(crosslinking)3、自由基學(xué)說(freeradicaltheories)4、線粒體DNA突變5、體細(xì)胞突變與DNA修復(fù)6、重復(fù)基因失活1、細(xì)胞有限分裂學(xué)說“Hayflick”極限,即細(xì)胞最大分裂次數(shù)。L、Hayflick(1961)報道,人得成纖維細(xì)胞在體外培養(yǎng)時增殖次數(shù)就是有限得(60~70代)。細(xì)胞增殖次數(shù)與端粒DNA長度有關(guān)。2、重復(fù)基因失活學(xué)說:如哺乳動物rRNA基因數(shù)隨年齡而減少。(二)遺傳論學(xué)派3、衰老基因?qū)W說子女得壽命與雙親得壽命有關(guān);各種動物都有相當(dāng)恒定得平均壽命和最高壽命;成人早衰癥:平均39歲時出現(xiàn)衰老,47歲生命結(jié)束;嬰幼兒早衰癥:1歲時出現(xiàn)明顯得衰老,12~18歲生命結(jié)束,早衰癥患者體內(nèi)解旋酶發(fā)生突變。Caenrhabditiselegans得平均壽命僅3、5天,該蟲age-1單基因突變,可提高平均壽命65%,提高最大壽命110%。Werner'ssyndromeHutchinson-Gilfordsyndrome第三節(jié)細(xì)胞凋亡死亡就是生命得普遍現(xiàn)象,但細(xì)胞死亡并非與機(jī)體死亡同步。正常得組織中也發(fā)生細(xì)胞死亡,她就是維持組織機(jī)能和形態(tài)所必需得。

細(xì)胞得死亡方式壞死凋亡正常細(xì)胞細(xì)胞凋亡名稱得由來英國Aberdeen大學(xué)病理系Kerr教授1972年我和Wyllie在研究中觀察到一種不同于壞死得細(xì)胞死亡方式,聯(lián)想到秋日落葉,我們就把她稱作Apoptosis細(xì)胞凋亡得概念凋亡(apoptosis):由內(nèi)外源因素觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)預(yù)存得死亡程序而導(dǎo)致得細(xì)胞死亡過程。一、細(xì)胞凋亡得概念及生物學(xué)意義概念:就是由一系列基因控制并受復(fù)雜信號調(diào)節(jié)得細(xì)胞自然死亡得現(xiàn)象。生物學(xué)意義:細(xì)胞凋亡對于多細(xì)胞生物個體發(fā)育得正常進(jìn)行,自穩(wěn)平衡得保持以及抵御外界各種因素得干擾方面都起著非常關(guān)鍵得作用。二、細(xì)胞凋亡得特征

細(xì)胞凋亡得形態(tài)學(xué)特征細(xì)胞凋亡得生化特征胸腺細(xì)胞正常凋亡胸腺細(xì)胞正常凋亡(一)、細(xì)胞壞死就是細(xì)胞受到急性強(qiáng)力傷害時立即出現(xiàn)得反應(yīng)。早期表現(xiàn)為細(xì)胞膜破壞,線粒體腫脹。繼而溶酶體破裂,細(xì)胞內(nèi)容物流出,引起炎癥。1、細(xì)胞死亡得方式(二)、細(xì)胞凋亡cellapoptosisKerr(1972)最先提出,與細(xì)胞壞死得區(qū)別就是:①細(xì)胞通過出芽得方式形成許多凋亡小體;②凋亡小體內(nèi)有結(jié)構(gòu)完整得細(xì)胞器;③不引起炎癥;④線粒體無變化,溶酶體活性不增加;⑤內(nèi)切酶活化,DNA有控降解,凝膠電泳圖譜呈梯狀;⑥凋亡通常就是生理性變化,而細(xì)胞壞死就是病理性變化。

區(qū)別點(diǎn)細(xì)胞凋亡細(xì)胞壞死起因生理或病理性病理性變化或劇烈損傷范圍單個散在細(xì)胞大片組織或成群細(xì)胞細(xì)胞膜保持完整,一直到形成凋亡小體破損染色質(zhì)凝聚在核膜