细胞分化与胚胎发育

1、山东师范大学生命科学学院第一节第二节细胞分化胚胎发育中的细胞分化细胞分化(cell differentiation)：在个体发育中，由一种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在形态、结构和功能上形成稳定性差异，产生各不相同的细胞类群的过程。细胞分化是多细胞生物发育的基础与核心；细胞分化的关键在于特异性蛋白质合成；合成特异性蛋白质实质在于组织特异性基因在时间和空间上的差异性表达;差异性表达的机制是由于基因表达的组合调控。细胞癌变是正常细胞分化机制失控的表现。基因类型细胞总DNA细胞总RNA输卵管细胞成红细胞胰岛细胞输卵管细胞成红细胞胰岛细胞卵清蛋白珠蛋白胰岛素+-+-+实验方法Southern杂交No

2、rthern杂交管家基因(house-keeping genes)： 是指所有细胞中均要表达的一类基因，其产物是对维持细胞基本生命活动所必需的；组织特异性基因(tissue-specific genes)，或称奢侈基因(luxury genes)：是指不同的细胞类型进行特异性表达的基因，其产物赋予各种类型细胞特异的形态结构特征与特异的功能；调节基因产物用于调节组织特异性基因的表达，起激活或者起阻遏作用。组合调控（combinational control）概念：有限的少量调控蛋白启动为数众多的特异细胞类型的分化 的调控机制。即每种类型的细胞分化是由多种调控蛋白共同调节完成的。生物学作用：借助于

3、组合调控，一旦某种关键性基因调控蛋白与其它调控蛋白形成适当的调控蛋白组合，不仅可以将一种类型的细胞转化成另一种类型的细胞，而且遵循类似的机制，甚至可以诱发整个器官的形成（如眼的发育）。分化启动机制：靠一种关键性调节蛋白通过对其他调节蛋白的级联启动。与多细胞有机体细胞分化的不同之处：前者多为适应不同的生活环境，而后者则通过细胞分化构建执行不同功能的组织与器官。多细胞有机体在其分化程序与调节机制方面显得更为复杂。一种类型分化的细胞转变成另一种类型的分化细胞现象称转分化。转分化经历去分化和再分化的过程。生物界普遍存在再生现象，再生是指生物体缺失部分后重建过程，广义的再生可包括分子水平、细胞水平、组织

4、与器官水平及整体水平的再生。不同的细胞有机体，其再生能力有明显的差异。（一）细胞的全能性(totipotency)概念：细胞全能性是指细胞经分裂和分化后仍具有产生完整有机体的潜能或特性。植物细胞具有全能性，在适宜的条件下可培育成正常的植株动物细胞核移植(Nuclear transfer)实验证明细胞核具有发育全能性。按照干细胞所处的发育阶段分：胚胎干细胞成体干细胞按照干细胞的发育潜能分：全能干细胞、多能干细胞、单能干细胞胚胎干细胞的发育等级较高，是全能干细胞，而成体干细胞的发育等级较低，是多能或单能干细胞。干细胞本身不是处于分化的终端；干细胞能无限地增殖；干细胞分裂产生的子细胞只能在两种途径中

5、选择其一，或保持亲代特性，仍作为干细胞，或不可逆地向终末分化。从功能上来讲，干细胞不是执行已分化细胞的功能，而是产生具有分化功能的细胞。胚胎干细胞的获得ES在不同的条件下的不同的功能状态。在有抑制因子存在的培养基中，它呈未分化状态生长，在无抑制因子存在的培养基中，分化成各种细胞；ES具有分化成各种类型细胞的多潜能性，此种特性既可以在体内发育，也可以在体外诱导。ES可作为克隆动物的高效材料；ES是转基因动物的高效载体；发育生物学研究的理想体外模型；ES和癌细胞均具无限增殖的特性，对ES细胞的研究有利于了解癌细胞的有关性质；加快组织工程及人造器官的发展组织工程是生物学与工程学相结合的一项技术将人工培育供移植用的人类或动物细胞、组织或器官培养在特殊物质（生物降解聚合物）构成的支架上，培育出一定的组织或器官，将这些组织或器官移植给患者从机时达到临床治疗的目的。2001年，我国举办了“863计划十五周年成就展” ，其中展出的“人耳鼠”受到了广泛地关注。“人耳鼠”的制作关键在“人耳”，先用一种高分子化学材料聚羟基乙酸做成人耳的模型支架，让细胞在这个支架上繁殖生长，然后，在裸鼠的背上割开一个口子，将已经培养好的“人耳”植入后缝合。“人耳”支架最后会自己降解消失，于是，“人耳”便