分子生物学课件：第十七章-细胞分化与再生

第十七章细胞分化与再生

细胞分化（celldifferentiation）在个体发育过程中，后代细胞间在形态、结构和生理功能上发生差异的过程称为细胞分化。一、细胞分化的主要特征1、细胞分化产生形态、结构、功能的差异不同细胞有不同的基因表达,可以分为两类：（1）持家基因（house-keepinggene）：维持细胞生存所必需的，在各种细胞中都处于活动状态。(2)组织专一性基因（tissue-specificgene）(luxurygene奢侈基因)：在各种细胞中专一选择表达的基因。不同种类细胞的基因选择性活动的现象称为差别基因表达。细胞分化的本质是细胞选择性表达了奢侈基因2、分化方向的确定早于形态差异的出现（定向和稳定性）细胞在发生形态差异之前的一定时间，细胞分化命运即已确定。细胞从分化命运确定到出现特定形态的过程称为细胞决定（celldetermination）。果蝇幼虫的成虫盘和发育命运细胞决定之后，分化方向一般不会改变。且细胞决定具有遗传性。例如：果蝇的成虫盘移植到另一幼虫上，被移植细胞不会失去“决定”，能长成成虫的相应部分。人受精卵通过细胞分化发育为个体有1014cells,

200多种

类型3、细胞分化的时空有序性细胞分化发生于多细胞生物体的个体发育中，具有时间和空间性

整个生命过程中都有细胞分化，但胚胎期是细胞分化的最典型、最重要时期。随着发育的进程，细胞分化潜能逐渐受限，变为形态、结构和功能特化的细胞

全能性细胞——多能性细胞——单能性细胞——终末分化细胞全能性细胞多能性细胞单能性细胞淋巴细胞血小板巨噬细胞粒细胞红细胞骨髓细胞淋巴细胞多能造血干细胞4、细胞生理状态随分化水平提高而改变细胞分化程度越高，细胞的生理活动变化越明显细胞分化程度与细胞增殖能力成反比细胞分化程度高对环境的反应性降低5、分化细胞的表型稳定性问题—去分化与转分化（1）去分化（dedifferentiation）—已分化细胞又回到未分化状态的过程。（2）转分化（transdifferentiation）—细胞在发生去分化后，可再分化成另一种细胞的现象。（再分化）二、细胞的分化潜能细胞分化的规律：“全能”→“多能”→“单能”个体发育中，细胞的分化潜能逐渐减少发育潜能(分化潜能）—细胞分化能力的强弱。细胞的全能性(totipotency)：单个细胞在一定条件下分化发育成为完整个体的能力称为细胞的全能性。受精卵、哺乳类早期胚胎的每个细胞、植物体细胞都有全能性。受精卵的全能性可发育成完整个体潜能的全能性细胞哺乳类8细胞前的细胞具有全能性1975年Gurdon用非洲爪蟾皮肤细胞核进行核移植1978年童第周将黑斑蛙成体红细胞核移入去核的黑斑蛙卵，发育成正常蝌蚪证明：已分化细胞核具有全能性仍保持着全套的基因组。细胞核的全能性

克隆羊—多莉是哺乳类无性繁殖的个体证实了：哺乳类高度分化的细胞核仍有分化全能性。胚胎细胞和高度分化的细胞含有指导发育成完整个体的物种的全部基因。多能性（pluripotency）—细胞不能发育成完整个体，但能分化出多种细胞的潜能。单能性（monopotency）—能分化出一种类型或密切相关的两种细胞的能力。干细胞能分化为多种类型的细胞三、干细胞干细胞是一类具有自我更新（Self-renewal）和分化潜能的细胞。它包括胚胎干细胞和成体干细胞。即这些细胞可通过分裂维持自身细胞的特性和大小，又可进一步分化为各种组织细胞，从而在组织修复等方面发挥积极作用。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。根据分化潜能来分,有三种类型全能性干细胞Totipotentstemcell多能性干细胞Pluripotentstemcell单能性干细胞Unipotentstemcell全能干细胞：细胞能自我更新且具有分化为个体各种细胞类型的潜能多能干细胞：细胞能自我更新且具有分化成多种细胞类型的潜能。单能干细胞，祖细胞（progenitor）：来源于多能干细胞，具有向一种类型或密切相关的两种类型细胞分化的能力的细胞，也称为祖细胞（progenitor）；如神经干细胞、上皮基底层干细胞等。根据发育阶段来分：胚胎干细胞：全能的（Totipotentstemcells），具有分化为几乎全部组织和器官的能力。成体干细胞：成年组织或器官内的干细胞一般认为具有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织。胚胎干细胞的获得体外受精，3-5天后，胚胎细胞数大约200个，形成了胚泡“blastocyst”，干细胞可从内胚团中获取。培养的小鼠胚胎干细胞诱导分化成体干细胞（Adultstemcells）成年动物的许多组织和器官，比如表皮和造血系统，具有修复和再生的能力。成体干细胞在其中起着关键的作用。在特定条件下，成体干细胞或者产生新的干细胞，或者按一定的程序分化，形成新的功能细胞，从而使组织和器官保持生长和衰退的动态平衡。成体干细胞的获取及诱导分化胚胎干细胞的应用GVHD：graft-versus-hostdiseaseMSC的双面性ModeloftheMSCroleinthetissuerepairprocessMicroembolizationHypothesisfortheintravascularfateofcultureexpandedMSCs.RBC：redbloodcellD609可以诱导多种骨髓间充质干细胞向神经元分化 四、细胞分化中的核质关系核与质同等重要，两者缺一不可。卵细胞质的作用很重要，其内有起决定作用的物质。卵裂到一定细胞数量后，细胞核的作用越来越大，核内不断有新基因启动表达，指导细胞分化。五、细胞间相互作用和环境因素对细胞分化的影响（一）胚胎诱导(embryonicinduction)—动物在一定的发育时期，一部分细胞影响相邻细胞分化方向的作用。典型例子：眼的发生（二）细胞数量效应必须达到一定的数量（三）激素的作用：发育晚期激素的调节作用很大。蝌蚪成蛙（四）环境对细胞分化的影响。黏菌的细胞分化。温度变化对海龟性别的影响：低温，全雄性；高温，全雌性。六．再生(regeneration)：生物成体丢失的组织或器官重新生长和修复的过程。再生的类型：变形再生(morphallaxis)：通过尚存组织重新进行模式形成和重新建立边界而进行的再生过程。新建再生（epimorphosis）：依靠新的生长，重新组建失去的结构，如高等动物的再生。

突变果蝇头部的触角发育为足

再生的过程是去分化和再分化去分化：分化细胞失去分化特性，重新进入未分化状态转分化：去分化细胞再转化变为另一种分化细胞的变化过程。两栖类肢体再生肢体切除→表皮细胞封闭伤口（顶帽）→顶帽下方骨细胞、成纤维细胞、肌细胞、神经细胞去分化，形成再生胚芽→胚芽细胞增殖分化形成新的肢体

去分化的机制：视黄酸的作用表皮细胞顶帽中合成的形态发生素，可激活msx1和Hoxa基因，与再生胚芽的形成有关Rb蛋白失活未磷酸化Rb蛋白有活性，约束转录因子，后者无法激活细胞分裂相关基因，细胞不分裂顶帽表皮和神经分泌生长因子，通过信号传递，激活G1-CDK，G1/S-CDK，后二者磷酸化Rb，释放转录因子，激活细胞分裂基因神经对胚芽的支持作用：提供生长因子

未分化细胞增殖过剩导致肿瘤急性早幼粒细胞性白血病（APL），患者15号染色体上的早幼粒细胞白血病基因与17号染色