第一篇__发育生物学基本原理

1、个体发育的中心问题是细胞分化。个体发育的中心问题是细胞分化。 从表型特征上，将可细胞分为从表型特征上，将可细胞分为3 3种类型：种类型：全能细胞全能细胞：能够产生有机体所有细胞表型，或者一个完整能够产生有机体所有细胞表型，或者一个完整的有机体。的有机体。全套基因信息都可以表达全套基因信息都可以表达。多潜能细胞多潜能细胞：发育潜能受到一定的限定，仅能分化形成发育潜能受到一定的限定，仅能分化形成特定范围内的细胞。特定范围内的细胞。部分限制、部分表达部分限制、部分表达。分化细胞分化细胞：由多潜能细胞通过一系列分裂和分化发育成的由多潜能细胞通过一系列分裂和分化发育成的特殊细胞表型。特殊细胞表型。大部分

2、限制、大部分限制、 5-10%的信息表达的信息表达。 全能细胞 totipotent cell 多能细胞 pluripotent cell 专能细胞multipotent 双能细胞 bipotent 单能细胞unipotent 细胞分化是细胞分化是基因差异性表达基因差异性表达的结果的结果, , 由基因由基因差异性表达，不同细胞具有了不同的蛋白质组。差异性表达，不同细胞具有了不同的蛋白质组。 引起差异基因表达来源于引起差异基因表达来源于： 细胞内卵质差异细胞内卵质差异 细胞外邻近细胞的相互作用细胞外邻近细胞的相互作用 差异基因表达的调控机制差异基因表达的调控机制： 差异基因转录差异基因转录 核核

3、RNARNA的选择性加工的选择性加工 ( (转录组）转录组） mRNA mRNA的选择性翻译的选择性翻译 （蛋白质组）（蛋白质组） 差别蛋白质的加工差别蛋白质的加工（功能蛋白质组）（功能蛋白质组）一、有机体不同组织细胞基因组相同的证据一、有机体不同组织细胞基因组相同的证据（一）遗传学证据（一）遗传学证据 染色体数目染色体数目（二）胚胎学证据（二）胚胎学证据 不同细胞期的卵裂球不同细胞期的卵裂球 可单独发育个体可单独发育个体（三）分子生物学证据（三）分子生物学证据 分子杂交分子杂交 原位杂交原位杂交 同一有机体的不同细胞，无论是已决定的细胞或是已同一有机体的不同细胞，无论是已决定的细胞或是已分化

4、的细胞，都与未分化细胞的核相同，具有全部发分化的细胞，都与未分化细胞的核相同，具有全部发育的潜能，具有相等的基因组结构，即育的潜能，具有相等的基因组结构，即基因组相同基因组相同。二、核潜能的限定二、核潜能的限定 核移植实验核移植实验 随着个体发育的不断进行，细胞核指导发育的随着个体发育的不断进行，细胞核指导发育的潜能被越来越限定，甚至丧失了指导全部发育潜能被越来越限定，甚至丧失了指导全部发育的能力。的能力。一般核移植过程核克隆过程核克隆过程Dolly的诞生三、三、基因组相同基因组相同的例外的例外1 1 染色体消减染色体消减 马蛔虫马蛔虫: 体细胞中体细胞中80%的的DNA丢失丢失 生殖细胞含完

5、整的基因组结构生殖细胞含完整的基因组结构2 2 基因重排基因重排图图剪切免疫球蛋白基因重排第二节 染色质水平基因活性的调控一一 、基因表达的时间和空间的特异性、基因表达的时间和空间的特异性 基因表达的精确时间范围、空间位置，基因表达的精确时间范围、空间位置，否则会导致发育异常。否则会导致发育异常。二、发育中基因转录水平的调节和变化二、发育中基因转录水平的调节和变化珠蛋白基因的转录珠蛋白基因的转录 图图 图图 妊娠第3个月：-珠蛋白基因表达逐渐停止，同时-和-基因开始表达，产量逐渐增加。 出生后：血红蛋白分子的组成迅速转换，由胎儿型代之为成体型，即22。 正常成体的血红蛋白分子中22占97%，2

6、2为2%-3%，22为1%。 人的-和-珠蛋白基因位于第16号染色体上，而 -、-、-和-珠蛋白基因相连，在第一号染色体上依次排列。 -珠蛋白基因家族的表达显示了一种调控机制，即指导其从胚胎型胎儿型成体型转变的顺序开关。(三)转录调控蛋白5S核糖体RNA基因的转录调控三、基因差异转录的调控机制三、基因差异转录的调控机制基因的结构及转录过程基因的结构及转录过程启动子、增强子启动子、增强子转录因子（转录因子（proteinprotein） DNA转录转录RNARNA加工水平调控加工水平调控翻译及翻译后水平调控翻译及翻译后水平调控一、一、mRNA前体和前体和mRNA细胞核的最初转录产物，细胞核细胞核

7、的最初转录产物，细胞核RNA，区，区别细胞质中别细胞质中mRNA与与mRNAmRNA相比，细胞核相比，细胞核RNARNA分子量大，寿命短分子量大，寿命短仅有少部分能被加工形成仅有少部分能被加工形成mRNAmRNA二、二、 前体前体RNA加工加工 不同发育期的核不同发育期的核RNARNA一致性。在一定程度上，一致性。在一定程度上，基因差异表达是在基因差异表达是在RNARNA加工水平上进行调控。加工水平上进行调控。 在核在核RNA、细胞质、细胞质mRNA、（翻译）水平分别、（翻译）水平分别检测。检测。三、三、 加工水平的调控加工水平的调控DNA mRNA前体前体 不同加工不同加工mRNA mRNA

8、的种类、数量，贮藏的种类、数量，贮藏/翻译翻译 翻译的时间、数量翻译的时间、数量 与其他基因产物的协调与其他基因产物的协调 翻译产物的加工、转运、包装翻译产物的加工、转运、包装 多细胞动物的胚胎发育是一个多细胞动物的胚胎发育是一个复杂又高度复杂又高度协调协调的过程的过程。 信号传导是细胞间通讯的主要形式，即由信号信号传导是细胞间通讯的主要形式，即由信号细胞产生细胞产生信号分子信号分子，诱导靶细胞发生某种，诱导靶细胞发生某种反应反应；靶细胞通常通过靶细胞通常通过特异性受体特异性受体识别细胞外信号分识别细胞外信号分子，并把子，并把细胞外信号细胞外信号转变为转变为细胞内信号细胞内信号，引起，引起细胞

9、反应细胞反应的这一过程称为的这一过程称为信号传导信号传导。一、TGF 信号途径二、Wnt 信号途径三、Hedghog 信号途径四、Notch 信号途径一、TGF 信号途径转化生长因子（转化生长因子（tranforming growth factor ，TGF），），是一类是一类分泌性的信号分子分泌性的信号分子。超家族因子包含超家族因子包含3030个成员个成员: : TGF，BMP (bone morphogenetic protein), Activin等亚类。TGF参与细胞分裂的调节参与细胞分裂的调节.BMP在脊椎动物及果蝇的胚胎背腹轴图式形成中具有重在脊椎动物及果蝇的胚胎背腹轴图式形成中具

10、有重要作用。要作用。Nodal 在脊椎动物胚胎中胚层的图式形成、左右轴的建在脊椎动物胚胎中胚层的图式形成、左右轴的建立中起着关键作用。立中起着关键作用。图4.1 TGF 信号传导途径二、Wnt 信号途径 分泌性信号分子 人类 19，果蝇 7 活性差异：Wnt-1/wg, Wnt-5awnt-1 类在爪蟾异位表达可诱导次级胚轴的形成;wnt-5a 不具有次级体轴诱导的能力，但可以降低细胞的黏着性，改变细胞的运动状态。图图4.2 Wnt 4.2 Wnt 信号途径信号途径三、Hedghog 信号途径 分泌性信号分子分泌性信号分子 果蝇：体节形成果蝇：体节形成 脊椎动物：神经系统的背腹轴图式形成脊椎动物：神经系统的背腹轴图