细胞分化与基因表达调控

1、1n细胞同步化的方法n动粒与着丝粒的区别ng1期,g/s期,g2/m期,中期到后期的调控机制2第十第十二二章章细胞分化与细胞分化与基因基因表达表达调控调控 3456细胞分化是基因选择性表达的结果细胞分化是基因选择性表达的结果分子杂交技术检测基因及其表达分子杂交技术检测基因及其表达7 分化细胞的特点分化细胞的特点分化细胞具有以下四个特点： 个体中所有不同种类的细胞的遗传背景完全一样。 分化细胞彼此之间在形态、结构、功能方面的不同是由于其拥有不同的蛋白质所致。 细胞分化中最显著的特点是分化状态的稳定性。 虽然细胞分化是一种相对稳定和持久的过程, 但是在一定的条件下, 细胞分化又是可逆的。89101

2、1121314增殖增殖去分化去分化再分化再分化15单细胞有机体的细胞分化单细胞有机体的细胞分化与多细胞有机体细胞分化的不同之处：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。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。方面显得更为复杂。 1617植物细胞具有植物细胞具有全能性，在适全能性，在适宜的条件下可宜的条件下可培育成正常植培育成正常植株株18动物细胞的全能性动物细胞的全能性如蛙红细胞核移植后发如蛙红细

3、胞核移植后发育成蝌蚪育成蝌蚪dolly羊的诞生说明高度羊的诞生说明高度分化的哺乳动物体细胞核分化的哺乳动物体细胞核也具有发育全能性也具有发育全能性干细胞干细胞(stem cell)与细与细胞发育潜能胞发育潜能19干细胞的基本概念干细胞的基本概念1、定义：、定义：具有自我复制的能力，在一定条件下能够分化成各种功能细胞。具有自我复制的能力，在一定条件下能够分化成各种功能细胞。2、分类、分类：（1）全能干细胞全能干细胞，包括：胚胎干细胞（，包括：胚胎干细胞（embryonic stem cells, es细胞）细胞） 生殖干细胞（生殖干细胞（embryonic germ cells, eg细胞）细胞

4、） 具有全能性，能够分化成全身具有全能性，能够分化成全身200多种细胞类型，多种细胞类型， 进一步形成机体的任何组织和器官。进一步形成机体的任何组织和器官。（2）多能干细胞多能干细胞：具有分化成多种细胞和组织的潜能，但却失去了发：具有分化成多种细胞和组织的潜能，但却失去了发 育成完整个体的能力。育成完整个体的能力。（3）专能干细胞专能干细胞：只能向一种或密切相关的两种类型的细胞分化。：只能向一种或密切相关的两种类型的细胞分化。20 干细胞具有以下几个特点:干细胞本身不是终末分化细胞(即干细胞不是处于分化途径的终端); 干细胞能无限地分裂;干细胞分裂产生的子细胞只能在两种途径中选择其一:或保持亲

5、代特征,仍作为干细胞,或不可逆地向终末分化。 2122横向分化：横向分化：部分干细胞在特定条件下可以转化为其它部分干细胞在特定条件下可以转化为其它细胞，如肌肉干细胞在特定条件下可以分化为细胞，如肌肉干细胞在特定条件下可以分化为各种血细胞系。各种血细胞系。231.衍生自囊胚的内细胞团或原始外胚层的细胞；衍生自囊胚的内细胞团或原始外胚层的细胞；2.永生化永生化(immortal)；3.能维持稳定的正常的二倍体染色体结构；能维持稳定的正常的二倍体染色体结构；4.有稳定的发育潜能，能被诱导增殖或分化；有稳定的发育潜能，能被诱导增殖或分化；5.能参与胎儿所有组织的发育过程；能参与胎儿所有组织的发育过程；

6、 胚胎干细胞的性质胚胎干细胞的性质24干细胞来源：干细胞来源：(1) 发育良好的囊胚，从中分离内细胞群细胞发育良好的囊胚，从中分离内细胞群细胞es细胞细胞(2) 从从5-9周的胚胎生殖腺中分离出人的周的胚胎生殖腺中分离出人的eg细胞（细胞（embryonic germinate cells）(3)恶性胚胎肿瘤或畸胎瘤细胞恶性胚胎肿瘤或畸胎瘤细胞 （embryonal carcinoma, ec)(4) 生殖克隆（治疗性克隆）：体细胞核转移（生殖克隆（治疗性克隆）：体细胞核转移（scnt）去核卵细胞去核卵细胞 + 体细胞核体细胞核 克隆克隆 囊胚囊胚 分离内细胞群分离内细胞群 es细胞细胞252

7、62728293031323334353637383940414212.2 癌细胞癌细胞癌症是一种严重威胁人类生命安全的疾病。动物癌症是一种严重威胁人类生命安全的疾病。动物体内细胞分裂调节失控而无限增殖的细胞称为肿体内细胞分裂调节失控而无限增殖的细胞称为肿瘤细胞瘤细胞(tumor cell)。具有转移能力的肿瘤称为。具有转移能力的肿瘤称为恶恶性肿瘤性肿瘤（malignancy）。单一细胞癌变就会形成）。单一细胞癌变就会形成癌症。癌症。43一癌细胞的基本特征癌细胞的基本特征细胞生长与分裂失去控制，具有无限增殖能力细胞生长与分裂失去控制，具有无限增殖能力具有扩散性具有扩散性 恶性肿瘤细胞（癌细胞）

8、的细胞间粘着性下降，恶性肿瘤细胞（癌细胞）的细胞间粘着性下降，具有侵润性和和扩散性，这是癌细胞的基本特具有侵润性和和扩散性，这是癌细胞的基本特征征 在分化程度上癌细胞低于良性肿瘤细胞，且失去了许在分化程度上癌细胞低于良性肿瘤细胞，且失去了许 多原组织细胞的结构和功能多原组织细胞的结构和功能细胞间相互作用改变细胞间相互作用改变蛋白表达谱系或蛋白活性改变蛋白表达谱系或蛋白活性改变 mrna转录谱系的改变转录谱系的改变 染色体非整倍性染色体非整倍性44扩散性扩散性：染色体非染色体非整倍性整倍性4546体外培养的恶性转化细胞的特征体外培养的恶性转化细胞的特征 恶性转化细胞同癌细胞一样具有无限增殖的潜能

9、恶性转化细胞同癌细胞一样具有无限增殖的潜能 在体外培养时贴壁性下降在体外培养时贴壁性下降失去接触抑制失去接触抑制培养时培养时对血清依赖性降低对血清依赖性降低当将恶性转化细胞注入易感动物体内，往往会形当将恶性转化细胞注入易感动物体内，往往会形成肿瘤成肿瘤47体外体外培养培养的恶的恶性转性转化细化细胞胞48二、癌症产生是基因突变积累和自然选择的结果二、癌症产生是基因突变积累和自然选择的结果癌症主要是体细胞突变产生的遗传病，涉及到癌症主要是体细胞突变产生的遗传病，涉及到两大类与细胞增殖相关的基因的突变。两大类与细胞增殖相关的基因的突变。促进细胞增殖相关基因突变：原癌基因促进细胞增殖相关基因突变：原癌

10、基因(proto-oncogene)突变形成癌基因突变形成癌基因(oncogene)抑制细胞增殖相关基因突变：肿瘤抑制基因抑制细胞增殖相关基因突变：肿瘤抑制基因(tumor-suppressor gene)，抑癌基因，抑癌基因细胞癌变是基因突变累积和自然选择的结果，细胞癌变是基因突变累积和自然选择的结果，所以患者多为年长者。所以患者多为年长者。原癌基因与肿瘤抑制基因产物原癌基因与肿瘤抑制基因产物协调作用协调作用，避免，避免细胞癌变细胞癌变49原癌基因：原癌基因：存在于细胞基因存在于细胞基因组中组中(c-onc)，编，编码多种类型的蛋码多种类型的蛋白质白质原癌基因功能获得性原癌基因功能获得性突变

11、突变(显性突变显性突变)，其，其产物量增加或活性升产物量增加或活性升高，促进细胞癌变高，促进细胞癌变50抑癌基因：抑癌基因：这类基因编码的蛋白抑制细胞增殖，使细胞停这类基因编码的蛋白抑制细胞增殖，使细胞停留于检验点留于检验点发生功能丧失性突变发生功能丧失性突变(隐性突变隐性突变) rb基因突变导致视网膜母细胞瘤形成。基因突变导致视网膜母细胞瘤形成。 p53基因突变将导致细胞癌变或凋亡基因突变将导致细胞癌变或凋亡51抑癌基因的功抑癌基因的功能丧失性突变能丧失性突变-阴阴性突变性突变52p53基因突变将导致细胞癌变或凋亡基因突变将导致细胞癌变或凋亡53三、致癌因素三、致癌因素多种理化因子致癌多种理

12、化因子致癌 dna肿瘤病毒与肿瘤病毒与rna肿瘤病毒致癌肿瘤病毒致癌 5455四、癌症能治疗吗？四、癌症能治疗吗？传统思路是手术、放疗、化疗传统思路是手术、放疗、化疗癌症治疗新方案癌症治疗新方案 免疫治疗免疫治疗(immunotherapy) 基因治疗基因治疗(gene therapy) 抑制癌症促进蛋白的活性抑制癌症促进蛋白的活性 抑制肿瘤血管形成抑制肿瘤血管形成56n尿液萃取物对末期癌症具疗效运用人尿中的萃取物cda2，用来治疗九种末期癌症，结果有一成其肿瘤面积可缩小一半以上。 “细胞毒性t淋巴细胞疗法”首先是从体内循环血液或癌细胞组织中提取细胞毒性t淋巴细胞，然后在试管中利用转基因技术培

13、植出含有一种能分辨恶性癌细胞分子的淋巴细胞，使用这种新型细胞毒性t淋巴细胞可以提高酶体分泌能力，致使癌细胞膜脱落坏死。 利用细胞疗法治疗肿瘤已成为治疗癌症的方法之一。迄今为止，这种疗法主要是从血液中提取免疫细胞。但“德国海德堡癌症研究中心”的科学家经试验发现，利用从骨髓中提取的免疫细胞进行细胞疗法，效果更加明显。健康细胞上的telomerase基因一般都处于关闭状态，而80%以上的癌细胞上的这种基因都处于开启状态以保证癌细胞的生存，因此通过调整这种基因的开关状态，科学家可以欺骗癌细胞杀死自己的同类。 57 癌干细胞癌干细胞在肿瘤中的在肿瘤中的一小部分一小部分具有无限增值能力，具有无限增值能力，

14、并形成肿瘤能力的细胞，也称并形成肿瘤能力的细胞，也称肿瘤干细胞肿瘤干细胞。 癌干细胞在癌组织中所占的比例很少，具有形癌干细胞在癌组织中所占的比例很少，具有形成能力是癌干细胞的本质特征。目前已经在乳腺成能力是癌干细胞的本质特征。目前已经在乳腺癌，脑瘤等实体瘤以及血液系统肿瘤中发现了癌癌，脑瘤等实体瘤以及血液系统肿瘤中发现了癌干细胞。干细胞。 鉴定癌干细胞的方法通常是首先通过分子标志鉴定癌干细胞的方法通常是首先通过分子标志将肿瘤细胞悬液用流式细胞仪分选为若干亚群，将肿瘤细胞悬液用流式细胞仪分选为若干亚群，然后将不同的细胞亚群移值到裸鼠的体内观察其然后将不同的细胞亚群移值到裸鼠的体内观察其成瘤性，癌

15、干细胞就存在于具有成瘤性的细胞亚成瘤性，癌干细胞就存在于具有成瘤性的细胞亚群中。群中。58传统理论指导下癌症的治疗有放疗传统理论指导下癌症的治疗有放疗法，化疗法，外科切除等方法。这法，化疗法，外科切除等方法。这些方法是不加区分的消灭增殖细胞些方法是不加区分的消灭增殖细胞来达到一定的治疗。来达到一定的治疗。59 恶性肿瘤恶性肿瘤具有无限增殖和侵袭性生长具有无限增殖和侵袭性生长的特点，的特点，传统传统的观念认为肿瘤行成是所的观念认为肿瘤行成是所有肿瘤细胞有肿瘤细胞共同共同增殖的结果。然而，在增殖的结果。然而，在白血病的研究中发现，白血病的形成和白血病的研究中发现，白血病的形成和发展与正常造血系统有

16、极大的相似之处发展与正常造血系统有极大的相似之处（1997年年john dick 等定义了第一个肿等定义了第一个肿瘤干细胞，急性髓细胞性白血病（瘤干细胞，急性髓细胞性白血病（aml)的白血病干细胞），由此提出了肿瘤形的白血病干细胞），由此提出了肿瘤形成的新模式成的新模式癌癌干细胞学说干细胞学说。60 n 是是指一个细胞分裂为两个细胞，但其中一个子指一个细胞分裂为两个细胞，但其中一个子代细胞仍然保持与亲代细胞完全相同的未分化状代细胞仍然保持与亲代细胞完全相同的未分化状态；而另一个细胞则定向分化，这种分裂称为不态；而另一个细胞则定向分化，这种分裂称为不对称分裂。对称分裂。 癌干细胞通过自我更新维持

17、着肿瘤的持续生长。癌干细胞通过自我更新维持着肿瘤的持续生长。癌干细胞积累了所在肿瘤的基因突变，正是这些癌干细胞积累了所在肿瘤的基因突变，正是这些基因突变导致了肿瘤细胞的过度增殖，乃至转移基因突变导致了肿瘤细胞的过度增殖，乃至转移播散。播散。6162 n 癌干细胞的致瘤性因肿瘤种类不同差癌干细胞的致瘤性因肿瘤种类不同差别较大，主要从两个方面进行评价：一别较大，主要从两个方面进行评价：一是癌干细胞在体外克隆形成的能力是癌干细胞在体外克隆形成的能力;二是二是癌干细胞在免疫缺陷细胞动物体内的肿癌干细胞在免疫缺陷细胞动物体内的肿瘤形成。瘤形成。63 n 具有多向分化潜能，能够重建相应组织所有具有多向分化

18、潜能，能够重建相应组织所有的细胞成分。肿瘤干细胞能够形成缺乏自我的细胞成分。肿瘤干细胞能够形成缺乏自我更新能力但具有分裂能力的子代细胞，生理更新能力但具有分裂能力的子代细胞，生理状态下称为状态下称为“分化分化”。肿瘤缺乏分化为表型。肿瘤缺乏分化为表型正常的成熟细胞的能力，但能发生不同程度正常的成熟细胞的能力，但能发生不同程度的有限的分化，从而形成组织病变学各异的的有限的分化，从而形成组织病变学各异的肿瘤。肿瘤。64n 耐药性是癌干细胞的特征之一，因而不少耐药性是癌干细胞的特征之一，因而不少报道认为癌干细胞的存在是导致肿瘤化疗失败报道认为癌干细胞的存在是导致肿瘤化疗失败的主要原因的主要原因。 6

19、566治疗新思路n1.削弱增殖能力削弱增殖能力n2.促进分化促进分化n3.破坏微环境破坏微环境n4.诱导凋亡诱导凋亡n5.增加对放疗和化疗的敏感性增加对放疗和化疗的敏感性67抑制癌干细胞信号通路和相关酶的抑制癌干细胞信号通路和相关酶的活性，削弱增殖能力。活性，削弱增殖能力。68诱导癌干细胞分化，消耗其分裂潜能，达到诱导癌干细胞分化，消耗其分裂潜能，达到抑制肿瘤发展的目的抑制肿瘤发展的目的。69破坏为癌干细胞提供养分和保护的微环境，抑制增殖破坏为癌干细胞提供养分和保护的微环境，抑制增殖和成瘤的能力和成瘤的能力。70用靶向性病毒载体携带促凋亡基因诱导癌干细胞用靶向性病毒载体携带促凋亡基因诱导癌干细

20、胞进入凋亡程序，达到清除目的。进入凋亡程序，达到清除目的。71抑制抗性相关蛋白的表达，增加对放疗和抑制抗性相关蛋白的表达，增加对放疗和化疗的敏感性，提高放化疗的有效率。化疗的敏感性，提高放化疗的有效率。721.癌干细胞的来源？癌干细胞的来源？ 肿瘤干细胞是正常的成体干细胞甚至体细胞基肿瘤干细胞是正常的成体干细胞甚至体细胞基因突变所致。因突变所致。 肿瘤干细胞主要来源于细胞融合。肿瘤干细胞主要来源于细胞融合。 肿瘤干细胞起源与病毒有关。肿瘤干细胞起源与病毒有关。 肿瘤干细胞起源于残留的静止的胚胎干细胞。肿瘤干细胞起源于残留的静止的胚胎干细胞。 737475癌干细胞的分离培养癌干细胞的分离培养技术

21、技术n癌干细胞分离分选，培养扩增是进癌干细胞分离分选，培养扩增是进行癌干细胞特性研究的首要步骤。行癌干细胞特性研究的首要步骤。现有不少实验室主要应用：流式分现有不少实验室主要应用：流式分选，磁式分选这两种手段，报道了选，磁式分选这两种手段，报道了癌干细胞的分离成功，但这并不意癌干细胞的分离成功，但这并不意味着这些技术已经成为经典。味着这些技术已经成为经典。7612.3 12.3 真核细胞基因表达的调控真核细胞基因表达的调控看家基因看家基因(house-keeping gene) 组织特异性组织特异性(tissue-specific gene)表达基因或称为奢侈基因(luxyry gene) 细

22、胞分化主要是奢侈基因中某种细胞分化主要是奢侈基因中某种( (或某些或某些) )特特定基因的选择性表达的结果。定基因的选择性表达的结果。77基基因因的的选选择择性性表表达达78基因表达的调控基因表达的调控真核细胞基因表达的调控是多级调控系统，主要发生在真核细胞基因表达的调控是多级调控系统，主要发生在三个彼此相对独立的水平上：三个彼此相对独立的水平上：转录水平的调控转录水平的调控加工水平的调控加工水平的调控翻译水平的调控翻译水平的调控 79一转录水平的调控一转录水平的调控真核细胞基因表达的调控是多级调控系统，主要发生在真核细胞基因表达的调控是多级调控系统，主要发生在三个彼此相对独立的水平上：三个彼

23、此相对独立的水平上：转录水平的调控转录水平的调控加工水平的调控加工水平的调控翻译水平的调控翻译水平的调控 80 转录激活转录激活 基因转录水平的控制错综复杂，受多种因素影响基因转录水平的控制错综复杂，受多种因素影响 tatatata盒、盒、caatcaat盒和盒和gcgc盒，盒，tatatata盒决定转录起始的盒决定转录起始的 位点，位点，caatcaat盒和盒和gcgc盒决定盒决定rnarna聚合酶转录基因的效聚合酶转录基因的效 率。率。 转录因子结构转录因子结构转录因子与转录因子与dnadna序列相互作用最常见的几种结构模式序列相互作用最常见的几种结构模式81启动子元件的位置启动子元件的位置82转录因子结转录因子结构构83转录因子与转录因子与dnadna序列相互作用最常见的几种结构序列相互作用最常见的几种结构模式模式84转录激活机制的模型转录激活机制的模型85 基因表达阻遏基因表达阻遏dnadna甲基化（甲基化（dna methylationdna methylation）与基因）与基因表达阻遏有关表达阻遏有关 基因组印记（基因组印记（genomic imprintinggenomic imprinting） 是说明甲基化作用在基因表