武汉大学细胞生物学课件-细胞分化

1、第十一章 细胞分化 第一节 细胞分化的基本概念一、细胞分化的概念 细胞分化（cell differentiation）是指从受精开始的个体发育过程中细胞之间逐渐产生稳定性差异的过程。 在个体正常发育过程中，主要以细胞增殖和细胞分化为基础。通过细胞增殖使机体细胞数量增加，通过有序的细胞分化增加细胞类型，进而由不同表型结构的各种类型的细胞构成生物体的组织、器官和系统，执行不同的生命活动。 细胞分化的本质是由于基因的选择性表达，从而合成特异性蛋白质，导致了形态、结构和功能各异的细胞。也即细胞分化是从化学分化到形态、结构和功能分化的过程。 二、细胞的全能性和细胞决定（一）细胞全能性（totipoten

2、cy） 哺乳动物和人类的受精卵以及8细胞期前的卵裂球的每个细胞都是全能性细胞，而高度分化的植物体细胞仍具有全能性。 多能性（pluripotency）。 单能性（unipotency）。 在发育过程中，细胞的发育潜能逐渐变窄，由“全能”向“多能”，最后到“单能”，是细胞分化的一个共同规律。 动物高度分化细胞的细胞核仍保持全能性。 细胞核移植实验。 两栖类核移植。 小鼠核移植。 Dolly羊。 （二）细胞决定 在细胞之间出现可识别的形态和功能的差异以前,已经具备按特定的方向分化,最终形成一定表型的细胞的能力,这种细胞的发育选择叫做细胞决定（cell determination）。 成虫盘（ima

3、ginal disc）:幼虫体内已决定的尚未分化的细胞团。 细胞分化具有稳定性，但在一些特殊情况下，又有一定的可逆性。 去分化（dedifferentiation）。 转分化（transdifferentiation）。 转分化是再生的基础。 三、细胞分化的标志物和常用研究方法 移植实验。 第二节 细胞分化的分子基础一、细胞分化的实质是基因的选择性表达 持家基因（housekeeping gene）:不参与细胞分化方向的确定,而是指导生成维持细胞生存所必需的最基本的蛋白质的基因。 奢侈基因（luxury gene）:指导产生细胞分化时出现的各种特异蛋白质的基因,这些蛋白质和分化细胞的特异性状密

4、切相关,但不是细胞基本生命活动必不可少的。 细胞分化是奢侈基因有选择地表达的结果。二、细胞分化基因表达的调节（一）同源框基因 同源框（homeobox），同源结构域（homeodomain）。 180bp，60个氨基酸。 同源框基因在从无脊椎动物到脊椎动物的形态发生中与前后体轴结构的发育、各主要区域器官的形态建成有密切的关系。 各基因表达区域常相互重叠，越靠近3端的基因其表达区域越靠近前端，而5端基因的表达部位则在后部。 在表达时间确定方面，与相应的基因在染色体上的排列顺序具有直接关系，越靠前部3端的基因其表达模式越早确定。 （二）DNA甲基化（DNA methylation） 5-甲基胞嘧啶

5、，常见于基因的5-CG-3序列。 一般情况下，DNA甲基化可抑制基因的转录。 （三）膨松区 多线染色体（polytene chromosome），带（band）和间带（interband）。膨松区（puff）：基因活化区。 蜕皮素诱导膨松区的产生。 （四）转录后加工 第三节 影响细胞分化的因素一、细胞核和细胞质的相互作用对分化的影响 细胞核对细胞质的影响。 伞藻移植实验。 细胞质对细胞核的影响。 鸡红细胞的细胞核染色质是高度凝集的，基因转录受到抑制。当鸡红细胞与培养的人HeLa细胞融合后，细胞核的体积增大约20倍，染色质松散，出现基因转录。鸡红细胞细胞核的重新激活是HeLa细胞的细胞质调节的结

6、果。 二、诱导和抑制对分化的影响（一）诱导 在胚胎发育过程中，一部分细胞对邻近另一部分细胞产生影响，并决定其分化方向的作用称为胚胎诱导（embryonic induction）。一般发生在内胚层和中胚层或外胚层和中胚层之间。在三个胚层中，中胚层首先开始独立分化，对相邻内、外胚层有很强分化诱导作用，促进内胚层、外胚层向着各自相应的组织器官分化。 眼的发生。 （二）抑制 已分化的细胞阻抑邻近细胞向相同的方向分化。 把一个正在发育的蛙胚放到含有一片成体蛙心组织的培养液中培养，胚胎不能发育出正常的心脏。若没有这片蛙心，胚胎就可以正常发育。这种分化抑制是发育过程中常见的负反馈调节现象，它和分化诱导共同协

7、调作用，维持正常细胞的分化和胚胎的发育过程。 三、激素和细胞粘合分子对分化的作用（一）激素 远距离。 甲状腺激素与无尾两栖类的变态过程。 如果在蝌蚪早期将甲状腺原基切除，则不再发生变态现象，而只是长成一个特大的蝌蚪。如果在蝌蚪体内加入外源性的甲状腺激素，可观察到蝌蚪迅速出现早熟及变态，发育成小蛙。 果蝇和其它双翅目昆虫的唾腺染色体上膨松区的形成。 （二）细胞粘合分子 细胞粘合（cell adhesion）：细胞发生聚集形成细胞团或组织的过程。这种粘合的方式比较松散。 细胞粘合对于胚胎发育及成体的正常结构和功能都有重要的作用。 细胞粘合分子（cell adhesion molecule,CAM）

8、：参与细胞粘合的分子。 具有重要作用的粘合分子有： （1）钙粘合蛋白（cadherin）。 鸡胚早期发育过程中钙粘合蛋白的作用。 （2）免疫球蛋白超家族（immunoglobulin superfamily，IgSF）的某些成员。 （3）选择素（选择蛋白，selectin）。 四、位置信息对分化的影响 基因排列的顺序。 同源框基因。 哺乳动物早期胚胎的发育。 滋养层细胞是由桑椹胚的表面细胞分化而来，内部细胞则产生了内细胞团。因此，由于细胞所处的位置不同而分化为不同的细胞系。如果用手术去掉晚期桑椹胚的外周细胞，培养剩余的内部细胞，结果发育成小的胚泡或滋养层小泡。内部细胞原应形成内细胞团，但由于暴露在外表后也可分化出滋养层。反之，如果用几个桑椹胚将另一个桑椹胚包围起来使后者处在内部，构成嵌合体胚胎，结果被包围胚胎中的原应分化为滋养层的细胞也变成了内细胞团细胞。 第四节 细胞分