细胞分化(4)精品课件

1、关于细胞的分化 (4)第一张，PPT共四十三页，创作于2022年6月概述 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，产生不同的细胞类群的过程. 特点: 形态/结构/功能第二张，PPT共四十三页，创作于2022年6月- 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第三张，PPT共四十三页，创作于2022年6月第一节

2、细胞分化(Cell differentiation)细胞分化的基本概念 细胞分化是基因选择性表达的结果 组织特异性基因与当家基因 组合调控引发组织特异性基因的表达 单细胞有机体的细胞分化 转分化与再生第四张，PPT共四十三页，创作于2022年6月 1.细胞分化是基因选择性表达的结果 在个体发育过程中基因按照一定程序相继活化的现象，称为基因的差次表达（differential expression）或顺序表达（Sequential expression） 。 分子杂交技术检测基因及其表达表明： 细胞分化并不是由于在发育过程中遗传物质选择性丢失所致,而是由于基因选择性的表达各自特有的专一性蛋白质而

3、导致细胞形态、结构和功能的差异. 第五张，PPT共四十三页，创作于2022年6月2. 组织特异性基因与管家基因 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. 第六张，PPT共四十三页，创作于2022年6月 3.组合调控引发组织特异性基因的表达 组合

4、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。 Ey基因对于眼睛发生的调节作用第七张，PPT共四十三页，创作于2022年6月4.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： 前者多为适应不

5、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。第八张，PPT共四十三页，创作于2022年6月5. 转分化与再生 一种类型的分化细胞转变成另一种类型的分化细胞现象称转分化（transdifferentiation）。 转分化经历去分化（dedifferentiation）和再分化的过程。 细胞的重编程: 分化的动物细胞核在卵细胞质中进行的去分化过程.(涉及DNA 和组蛋白修饰的改变) 生物界普遍存在再生现象（regeneration），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、组织与器官水平及整体

6、水平的再生。 不同的细胞有机体，其再生能力有明显的差异 第九张，PPT共四十三页，创作于2022年6月 再生往往涉及去分化和再分化的过程，但有些细胞只是从G0期细胞进入细胞周期（如肝细胞）。 再生的形式： 生理性再生：即细胞更新，如人体内每秒中约有600 万个新生的红细胞替代相同数量死亡的红细胞。 修复性再生：许多无脊椎动物用这种方式来形成失去的器官，如壁虎的尾和螃蟹的肢。 重建：是人工实验条件下的特殊现象。如人为将水螅的一片组织分散成单个细胞。在悬液中，这些细胞重新聚集，在几天至几周以后，形成一条新的水螅。第十张，PPT共四十三页，创作于2022年6月二 影响细胞分化的因素 1. 细胞的全能

7、性(totipotency)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)实验证明动物细胞核具有发育全能性. 干细胞(Stem cell)与细胞发育潜能. 第十一张，PPT共四十三页，创作于2022年6月Dolly羊-没有父亲的羊说明高度分化的哺乳动物体细胞核也具有发育全能性第十二张，PPT共四十三页，创作于2022年6月干细胞(Stem cell)与细胞发育潜能胚胎干细胞(embryo stem cell)：具有分化成多种 细胞类型及构建组织的潜能造血干细胞(多能干细胞,

8、pluripotent stemcell)单能干细胞（monopotential cell）第十三张，PPT共四十三页，创作于2022年6月干细胞的分类 根据个体发育过程中出现的先后次序不同，干细胞可分为胚胎干细胞（embryonic stem cells，ES cell）和成体干细胞（Somatic stem cell）。 ES cell：是指从早期胚胎（如囊胚期）内细胞团或原始生殖细胞筛选分离出的具有多能性或全能性的细胞。 第十四张，PPT共四十三页，创作于2022年6月 根据干细胞的分化能力，可以分为全能干细胞、多能干细胞和单能干细胞。 全能干细胞(totipotent stem cel

9、l,TSC) 可以分化为机体内的任何一种细胞，直至形成一个复杂的有机体。 多能干细胞(pluripotent stem cell)可以分化为多种类型的细胞，如造血多能干细胞可以分化为12种血细胞。 单能干细胞(monopotential /unipotent stem cell)或称定向干细胞(directional stem cell)，只能分化为一种类型的细胞。 由定向干细胞最终形成特化细胞类型的过程称为终末分化(terminal differentiation) 第十五张，PPT共四十三页，创作于2022年6月胚层分化和中轴器官形成:(1)外胚层分化及胚体的形成:脊索背侧的外胚层首先加厚

10、形成神经板(neuralplate),神经板两侧隆起形成神经褶(neural flod),中央下陷成为神经沟(neural groove),神经褶在背侧靠拢合并形成两端开口的神经管(neural tube).神经管的前、后开口以后都封闭起来，前端膨大形成脑的原基，后端形成脊髓。整个脊索区的三个胚层都随着神经管的形成向背侧隆起，从而使前粗后细的圆筒状胚体，在胚盘前部明显突出。胚体前端发育成头部并向下弯曲。(2)内胚层的分化和消化呼吸器官的形成:随着胚体伸长，原肠也相应地伸长，当胚体与胚层胚外部分之间建立分界的同时，原肠便分为胚内（原始消化管）和胚外（卵黄囊）两部分,随着胚体的发育,原肠分为前肠、

11、中肠和后肠，分别形成以后的消化器官和呼吸器官的上皮和腺体。(3)中胚层的分化和循环、泌尿生殖器官的形成：体节是肌肉、皮肤、以及脊索周围中轴骨骼的原基。中段中胚层和下段中胚层的一部分形成心脏、泌尿、生殖系统和体壁的皮肤真皮和肌肉。第十六张，PPT共四十三页，创作于2022年6月 干细胞的特征： - 终生保持未分化或低分化特征 - 在机体的中的数目、位置相对恒定 - 具有自我更新能力 - 能无限制的分裂增殖 - 具有多向分化潜能 - 分裂的慢周期性，绝大多数处于G0期 - 可行不对称分裂第十七张，PPT共四十三页，创作于2022年6月 根据个体发育过程中出现的次序，干细胞又可分为胚胎干细胞和成体干

12、细胞。 胚胎干细胞（ESC）是从胚胎内细胞团或原始生殖细胞筛选分离出的具有多能性或全能性的细胞。 ESC的用途主要有： - 动物克隆 - 动物转基因 - 组织工程第十八张，PPT共四十三页，创作于2022年6月1.胚胎干细胞来源于胚胎早期的胚泡中的内细胞群，保持未分化状态，具有自我复制的能力，具有向胚胎三个胚层来源的所有细胞分化的潜能。 2.胚胎干细胞可通过单细胞克隆建立有相同遗传特性的胚胎干细胞系。3.胚胎干细胞具有正常、完整(双倍体)及稳定的染色体核型。4.胚胎干细胞缺乏细胞周期中G1期的限制点(chechpoint)，胚胎干细胞大部分时间都处于细胞周期的S期，在此期进行DNA合成。胚胎干

13、细胞不需外源信号刺激启动DNA的复制。5.胚胎干细胞表达三种特异性标志分子：细胞内的转录因子(intrinsic transcription factor， Oct4)、白血病抑制因子(leukemia inhibitory factor，LIF)和碱性磷酸酶(Alkaline phosphatase，AP)。6.雌性哺乳动物来源的胚胎干细胞内，不存在X染色体失活现象。7.胚胎干细胞端粒酶活性呈阳性，具有维持端粒长度，保持干细胞增殖能力的重要作用。8.胚胎干细胞裸鼠皮下或肾包囊接种，可形成畸胎瘤胚胎干细胞的特性第十九张，PPT共四十三页，创作于2022年6月干细胞的临床应用治疗以下疾病:肿瘤:

14、 白血病, 淋巴瘤 肿瘤化疗后的造血干细胞移植潜在的治疗应用Brain damage , Cancer,Spinal cord injury , Heart damage , Baldness, Missing teeth , Deafness 第二十张，PPT共四十三页，创作于2022年6月胚胎脐带血骨髓羊水(2007) 干细胞的来源第二十一张，PPT共四十三页，创作于2022年6月iPS细胞研究大事记干细胞是人体内可以转化为各种器官和组织的细胞，过去只能从胚胎中获得。年月，美国和日本科学家分别宣布独立发现将普通皮肤细胞转化为干细胞的方法，得到的干细胞称为诱导多功能干细胞，又名细胞。这一发现

15、分别被自然和科学杂志评为年第一和第二大科学进展。细胞具有和胚胎干细胞类似的功能，却绕开了胚胎干细胞研究一直面临的伦理和法律等诸多障碍，成为干细胞研究的热点领域之一，近两年来有关进展不断。 第二十二张，PPT共四十三页，创作于2022年6月 年月，美国加利福尼亚大学科学家报告称，他们将实验鼠皮肤细胞改造成细胞，然后成功使其分化成心肌细胞、血管平滑肌细胞及造血细胞。 年月，日本东京大学科学家宣布，成功利用人类皮肤细胞制成的细胞培育出血小板，而且从技术上说用细胞培育人类红细胞和白细胞都是可能的；紧接着，日本庆应大学科学家又宣布，成功用实验鼠的细胞培育出鼠角膜上皮细胞。 年月伊始，细胞研究便相继迎来两

16、项重大突破。英国和加拿大科学家发现了不借助病毒、安全将普通皮肤细胞转化为细胞的方法；美国科学家则在细胞杂志上宣布，他们可以将细胞中因转化需要而植入的有害基因移除，且保证由此获得的神经元细胞的基本功能不受影响。 年月，细胞研究在临床应用道路上又迈出非常重要的一步。据英国自然杂志网站日报道，中国科学家周琪和高绍荣等人利用细胞克隆出活体实验鼠，首次证明细胞与胚胎干细胞一样具有全能性。该成果让人们看到了细胞具有实用性。 人们完全可以期待，在一系列危险和潜在危险被一一规避后，尚处在实验室阶段的细胞研究，将能很快应用于人类疾病的临床治疗。第二十三张，PPT共四十三页，创作于2022年6月2.影响细胞分化的

17、因素 调控蛋白的组合调控导致组织特异性基因的差别表达，是影响细胞分化的直接原因。而这种影响又是多种因素共同作用的结果，这些因素总体来看可归纳为： 细胞内部特征：不对称分裂 细胞外部环境：诱导 第二十四张，PPT共四十三页，创作于2022年6月 卵母细胞的细胞核并不位于中央，而是在细胞外周靠近表面的地方，极体就是从这里形成并释放出长的，通常把极体释放的位点称为北极或动物极，而相对的一极称为南极或植物极. 动物卵细胞中，贮存有2-5万种不同核甘酸序列的mRNA，专供受精卵的启动、分化和发育之用.卵细胞中的mRNA并非均匀分布的，而是位于特定的空间。因此卵细胞质的特性决定了子细胞核的分化命运细胞内部

18、特征：不对称分裂第二十五张，PPT共四十三页，创作于2022年6月 受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响. 隐蔽mRNA: 决定子: 指影响卵裂细胞向不同方向分化的 细胞质成分. 决定细胞分化的初始信息存在于卵细胞中. 第二十六张，PPT共四十三页，创作于2022年6月、胞外信号分子对细胞分化的影响 旁分泌:近距离细胞间的相互作用,FGF,TGF- beta, hedgehog, Wnt,Juxtacrine 激素: 远距离细胞间的相互作用,甲状腺素等细胞外部环境第二十七张，PPT共四十三页，创作于2022年6月一些诱导信号信号途径配体受体拮抗物受体酪氨酸激酶EGFEGF受体ArgosFGF

19、FGF受体ephrinsEph受体TGF家族TGFTGF受体BMP（Dpp）BMP受体Chordin（Sog）nogginNodalWNTWNTFrizzledDikkopf，sFRP，CerberusHedgehogHedgehogNotchDeltaNotchFringe第二十八张，PPT共四十三页，创作于2022年6月 2、细胞记忆与决定 指一个细胞接受了某种指令,在发育中这一细胞及其子代细胞将区别于其他细胞而分化成某种特定的细胞类型. 果蝇成虫盘(imaginal disc) 第二十九张，PPT共四十三页，创作于2022年6月 3、细胞间的相互作用与位置效应 如眼的发生(胚胎诱导, 近

20、端组织的相互作用) 4、环境对性别决定的影响 蜥蜴类的A.agama和E. macularius 在低温下（24 度）发育为雌性， 高温下（32度）发育为雄性。 5、染色质变化与基因重排对细胞分化的影响 基因重排： B细胞的分化 马蛔虫的卵裂：除一个细胞外，其余所有细胞的 染色体全部丢失 第三十张，PPT共四十三页，创作于2022年6月三.细胞分化与胚胎发育Hox genes 同源异型基因（homeotic selector gene，Hox gene） 果蝇体节发育中起关键作用的基因群。 含有高度保守的180bp组成的DNA序列，称同源框。编码60个氨基酸，形成螺旋-转角- 螺旋结构，与DN

21、A序列大沟相互作用，启动基因表达。 同源异型基因在染色体上的排列与胚胎发育在时、空序列上是一致的。 第三十一张，PPT共四十三页，创作于2022年6月 Hox genes 第三十二张，PPT共四十三页，创作于2022年6月第二节 癌细胞(Cancer cell) 肿瘤（tumor）：在致瘤因素作用下，细胞在基因水平上失去对其生长的正常调控，导致异常增生。 良性肿瘤：生长缓慢，与周围组织边界明显。 恶性肿瘤：癌症(cancer)，生长快、具有迁移性 癌细胞有三个显著的基本特征即：不死性，迁移性和失去接触抑制 第三十三张，PPT共四十三页，创作于2022年6月一 癌细胞的基本特征 - 细胞生长与分

22、裂失去控制，具有无限增殖能力， 成为“永生”细胞 - 具有扩散性（迁移性） - 细胞间相互作用改变 - 蛋白表达谱系或蛋白活性改变 - mRNA转录谱系改变 - 染色体非整倍性 第三十四张，PPT共四十三页，创作于2022年6月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 在体外培养时贴壁性下降- 失去接触抑制- 培养时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 成肿瘤第三十五张，PPT共四十三页，创作于2022年6月物理因素 电离辐射； 紫外线，可引起细胞DNA断裂、交联和染色体畸变，抑制皮肤的免疫功能，诱发皮肤癌、基底细胞癌和黑色素瘤。第三十六

23、张，PPT共四十三页，创作于2022年6月化学致癌物 亚硝胺类，能引起消化系统肿瘤； 多环芳香烃类，如苯并芘。 芳香胺类，如乙萘胺、诱发泌尿系统的癌症； 烷化剂类，如芥子气、环磷酰胺等； 氨基偶氮类，如奶油黄，可引起肝癌； 碱基类似物，如5-溴尿嘧啶、5-氟尿嘧啶； 氯乙烯，与塑料工人的肝血管肉瘤有关。 元素，如铬、镍、砷。第三十七张，PPT共四十三页，创作于2022年6月3. 癌基因与抑癌基因 癌基因 oncogenes,onc ：可引起细胞癌变的基因，是调控细胞增殖、分裂和生长的正常基因（原癌基因）的突变形式. v-src 原癌基因,proto-oncogenes：细胞中调控细胞增殖、分裂和生长的一类正常基因（促进因子），当其突变会促进癌症的发生（即变成癌基因）。 c-src 第三十八张，PPT共四十三页，创作于20