细胞分化与胚胎发育

第一节：细胞分化

一、细胞分化的基本概念

二、细胞的全能性与多能干细胞

三、影响细胞分化的因素

第二节胚胎发育中的细胞分化

一、生殖细胞的分化

二、早期胚胎发育过程中的细胞分化

三、果蝇胚胎早期发育中的细胞分化讲授的内容：本文档共30页；当前第1页；编辑于星期日\22点18分细胞分化与有机体细胞的复杂性本文档共30页；当前第2页；编辑于星期日\22点18分第一节细胞分化（一）细胞分化是基因选择性表达的结果◈细胞分化(celldifferentiation)：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，产生各不相同的细胞类群的过程。◈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。一、细胞分化的概念本文档共30页；当前第3页；编辑于星期日\22点18分细胞分化是基因选择性表达的结果

表15-2结果表明，不同类型的细胞各自表达一套特异的基因，其产物不仅决定细胞的形态，而且执行特定的生理功能。本文档共30页；当前第4页；编辑于星期日\22点18分（二）管家基因与组织特异性基因分化基因组所表达的基因分为两种基本类型类：管家基因：指细胞中均表达的一类基因，其产物是维持细胞基本生命活动所必须的。

占整个基因组的3%左右，转录起始部位无TATA框，仅有CG岛，内含子相对很短。编码的产物多为细胞基础代谢所需酶类、核糖体蛋白、膜转运蛋白，周期调控蛋白等。组织特异性基因：指不同类型细胞中特异性表达的基因（细胞类型特异性基因），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。占基因总数的绝大多数，调控并参与细胞分化和组织器官的建成。本文档共30页；当前第5页；编辑于星期日\22点18分图15-1组合调控的作用机制示意图分化（三）组合调控引发组织特异性基因的表达有限少量调控蛋白启动了为数众多的特异细胞类型的分化程序。其机制就是每种类型的细胞分化是有多种调控蛋白共同参与完成的。通过细胞分化构建执行不同功能的组织器官本文档共30页；当前第6页；编辑于星期日\22点18分（四）单细胞有机体的细胞分化图15-2黏菌繁殖过程示意图单细胞变形体→多细胞的蛞蝓形假原质团为了适应外界的生活环境的改变本文档共30页；当前第7页；编辑于星期日\22点18分（五）转分化与再生转分化（transdifferentiation）：一种类型的分化细胞转变成另一种类型的分化细胞现象。转分化经历去分化（dedifferentiation，或称脱分化）和再分化的过程。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水平的再生。不同的细胞有机体，其再生能力有明显的差异。植物比动物再生能力强，低等动物比高等动物再生能力强。

人和其他动物只有组织水平（除肝外）的再生能力，并随个体年龄增大而下降。本文档共30页；当前第8页；编辑于星期日\22点18分

二、细胞的全能性与多能干细胞图15-3造血干细胞逐级分化为各种类型的血细胞（一）细胞的全能性指细胞经分裂和分化后仍具有形成完整有机体的潜能或特性。动物全能性细胞：受精卵、卵裂早期的胚胎细胞。植物体细胞：培养过程中的外植体组织或愈伤细胞本文档共30页；当前第9页；编辑于星期日\22点18分图15-4iPS细胞建系过程示意图诱导多能干细胞(inducedpluripotentstemcellsiPS）Oct3/4，Sox2、c-Myc和Klf4这四种转录因子基因克隆入病毒载体，然后引入小鼠成纤维细胞，发现可诱导其发生转化，产生的iPS细胞在形态、基因和蛋白表达、分化能力等方面与胚胎干细胞相似。诱导多能干细胞的研究小鼠成纤维细胞高等动物的细胞，随着胚胎的发育和细胞分化，细胞逐渐丧失了发育个体的能力，仅具有分化成多种细胞类型及构建组织的潜能--多能。具有分化潜能的细胞称为干细胞（二）干细胞本文档共30页；当前第10页；编辑于星期日\22点18分（三）胚胎干细胞体外培养的人胚胎干细胞红色：滋养层细胞（经处理后，不能继续分裂的小鼠成纤维细胞）干细胞是机体中能进行自我更新（产生与自身相同的子细胞）和多向分化潜能（分化形成不同细胞类型）并具有形成克隆能力的一类细胞。干细胞：全能干细胞；多能干细胞；单能干细胞。又可分为：胚胎干细胞、成体（组织）干细胞（造血、骨髓间充质、神经、肌肉等干细胞）。终末分化：干细胞最终形成特化细胞类型的过程。本文档共30页；当前第11页；编辑于星期日\22点18分细胞克隆与再生医学本文档共30页；当前第12页；编辑于星期日\22点18分人的胚胎干细胞定向诱导分化移植到糖尿病模型小鼠体内体外诱导产生的经3种特异标志蛋白染色的胰岛β细胞本文档共30页；当前第13页；编辑于星期日\22点18分三、影响细胞分化的因素◆受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响（p324）◆胞外信号分子对细胞分化的影响◆细胞间的相互作用与位置效应◆细胞记忆与决定（果蝇成虫盘，imaginaldisc；p326)◆环境对性别决定的影响（p326）◆染色质变化与基因重排对细胞分化的影响（p327）本文档共30页；当前第14页；编辑于星期日\22点18分胞外信号分子对细胞分化的影响图15-8与人胚胎干细胞的维持相关的主要信号分子及信号通路示意图骨形成蛋白成纤维细胞生长因子

非分化因子转化生长因子分化因子本文档共30页；当前第15页；编辑于星期日\22点18分细胞分化与3个胚层发生的分子机理胚胎干细胞活化、抑制素结缔组织活化素

成纤维细胞生长因子

骨形成蛋白非分化因子细胞间的相互作用与位置效应位置效应：改变细胞所处位置可诱导细胞分化方向的改变。本文档共30页；当前第16页；编辑于星期日\22点18分一、生殖细胞的分化第二节胚胎发育中的细胞分化发育：后生生物经历一个由单细胞到多细胞的过程，最终形成成熟的个体。发育过程：单细胞的受精卵（合子）→多细胞的胚胎→成体；细胞分裂、迁移和分化、凋亡等过程。细胞分化是整个发育过程的基础与核心。图15-10原生殖细胞（PGC）的迁移本文档共30页；当前第17页；编辑于星期日\22点18分性别决定－SRY（决定睾丸发育的转录因子）雄性X染色体的Tfm表达--受体→男性雄性X染色体的tfm突变表达--无受体→女性染色体上的性别决定区域雄配子决定因子雄配子睾丸素，雄激素雄激素分化的信号受体复合物雄性第二性征X染色体上能够使正常雄性基因表达的Tfm基因X染色体上不能够使正常雄性基因表达的tfm基因产生雄性激素信号受体雌性第二性征本文档共30页；当前第18页；编辑于星期日\22点18分性腺细胞分化中的信号途径本文档共30页；当前第19页；编辑于星期日\22点18分生殖细胞的形成与成熟原生殖细胞的产生原胚细胞，胚囊细胞本文档共30页；当前第20页；编辑于星期日\22点18分原生殖细胞向生殖细胞的分化受孕天数本文档共30页；当前第21页；编辑于星期日\22点18分（二）早期胚胎发育过程中的细胞分化受精卵裂囊胚原肠胚：三胚层本文档共30页；当前第22页；编辑于星期日\22点18分人上、下胚层发育命运关系图本文档共30页；当前第23页；编辑于星期日\22点18分神经管的形成神经胚本文档共30页；当前第24页；编辑于星期日\22点18分调控脊髓神经细胞增殖的信号系统成纤维细胞生长因子体节表达因子调控神经前体细胞的分裂与分化本文档共30页；当前第25页；编辑于星期日\22点18分神经元前体细胞通过侧向抑制而特化本文档共30页；当前第26页；编辑于星期日\22点18分脊髓背腹分化中的信号网络本文档共30页；当前第27页；编辑于星期日\22点18分（三）果蝇胚胎早期发育中的细胞分化本文档共30页；当前第28页；编辑于星期日\22点18分作业：一、基本概念细胞分化去分化胚胎诱导组织特异性基因管家基因干细胞全能性多能细胞单能细胞二、简答题与论述题1、为什么说细胞分化是基因选择性表达的结果?2、组织特异性基因的表达是以何种方式调控的?3、影响细胞分化的因素有哪些？请予说明。4、什么是干细胞？它有哪几种基本类型和各自的基本特征？5、什么是诱导多能干细胞？试论述其在理论与医学实践中的重要意义？6、从PGC到精子的分化过程中，有哪些重要信号途径是必不可少的？它们如何作用以保证精子的形成？7、从PGC到卵子