现代生物学导论

现代生物学导论THNMRYAN闫永彬Yong-Bin

YAN,

Ph.D.清华大学

生物科学与技术系细胞的生命活动B细胞分化与细胞死亡Cell

differentiation

occurs

in

multicellular

organisHuman:1014

cells,>200

cell

typesTHNMRYAN➢个体正常发育过程中——➢细胞数目增加——有控制的细胞分裂➢细胞类型的增加——有序的细胞分化➢细胞分化的关键在于特异性蛋白质的合成->基因选择性表达（基因组保持相同）THNMRYAN➢问题：如何确定细胞分化是基因选择性表达的结果而非遗传物质在发育过程中的选择性丢失？Why

a

fertilized

egg

can

develop

into

differencells:

Gene

differentiated

express分子杂交技术检测基因及其表达(了解)THNMRYAN细胞分化（cell

differentiation）·细胞分化是基因选择性表达的结果·组织特异性基因(奢侈基因)与管家基因

Tissue-specific

genes

(luxury

genes),

House-keepinggenes管家基因是所有细胞中均要表达的一类基因，其产物对维持细胞基本生命活动是必需的组织特异性基因是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生理功能细胞分化是组织特异性基因在时间和空间上差异表达8.2

细胞分化与个体发育THNMRYAN·

细胞分化分子机制---基因的选择性表达THNMRYAN(differential

gene

expression)细胞分化是发育的核心问题；细胞分化的实质在于细胞合成特异性蛋白；特异性蛋白合成的基础在于细胞基因的选择性表达。调节基因细胞分化的组合调控THNMRYAN组合调控几种基因调节蛋白以不同的组合调节不同的专一基因表达，产生不同的细胞分化。·1·2·2·2··3

·3·

·1,·3

·3·A

B

C

D

E

F

G

H课外参考基因表达的调控（书上第十章）。8.2.2细胞全能性（cell

totipotency）大约200-300种不同分化类型的细胞构成人体不同的组织，不同的组织细胞经历不同的变化；细胞社会的维持需要精密的调控机制；细胞全能性（cell

totipotency）分化：细胞经历从全能到多能再到专能，彼此间在结构、功能和形态产生稳定性差异的过程。The

sheep

star:

DollyTHNMRYAN8.2.2细胞全能性（cell

totipotency）The

ability

ofacell

develops

intoacomplete

organis植物细胞具有全能性，在适宜条件下可培育成完整植株，已广泛应用THNMRYAN动物细胞THNMRYAN·8.2.3 干细胞（stem

cell）·（高等）动物细胞随着胚胎的发育，细胞逐渐丧失发育成个体的能力，仅具有分化成有限细胞类型及构建组织的潜能，成为多潜能性，这种细胞成为干细胞。THNMRYAN·8.2.3 干细胞（stem

cell）THNMRYAN1、细胞的全能性，多潜能性和终末分化；2、胞外信号分子信号分子，激素等多种细胞因子的调控3、细胞记忆与决定“细胞决定”（cell

determination）:细胞从分化命运确定到显现特定形态的过程4、受精卵细胞质的不均一性5、细胞间的相互作用与位置效应6、环境等·8.2.4 细胞分化的影响因素（了解）THNMRYAN1、基因组全能性和差别基因表达；2、分化过程一般是不可逆的；多能造血干细胞 单能造血干细胞去分化（dedifferentiation）:丧失分化细胞的正常生理功能而表现出某些未分化细胞的特征—如肿瘤细胞转分化(thansdifferentiation)：一种类型的分化细胞转为另一种类型的分化细胞（经历去分化和再分化）—如

再生3、分化方向的限定早于形态差异的出现；4、在分化中细胞保留记忆；·8.2.5

细胞分化的特征THNMRYAN·Why

do

researchers

study

stem

cells?（了repairing

tissue

damage

caused

by

disease

or

injuryburnsTurning

brain

into

blood:

Science,

1999,

283:

534-535Turning

blood

into

brain:

Science,

2000,

290:

1779-1782Rescue

of

Cardiac

Defects

…

by

Injection

ofEmbryonic

Stem

Cells:

Science,

2004,

306:

247-252THNMRYAN肿瘤与癌（cancer）癌细胞的基本特征细胞生长与分裂失去控制，分化程度低具有侵润性和扩散性：良性肿瘤和恶性肿瘤细胞间相互作用改变蛋白表达谱系或蛋白活性改变

mRNA转录谱系的改变8.3

癌细胞（书上10.4节）THNMRYAN癌转移与扩散THNMRYAN癌症是由携带遗传信息的DNA的病理变化引起的疾病与遗传病不同的是，癌症主要是体细胞DNA突变，而不是生殖细胞DNA突变癌基因（oncogenes）是控制细胞生长和分裂的正常基因的一种突变形式，能引起正常细胞癌变细胞正常增殖通过增殖相关基因和抑制增殖相关基因的协同作用；肿瘤细胞是这两类基因的突变导致增殖失控THNMRYAN癌基因（oncogenes）：v-onc

andc-oncTHNMRYANRous(1910)发现鸡的致癌RNA病毒它携带Src基因（v-oncogene），该基因对病毒繁殖是不必要的，但当病毒感染鸡后可引起细胞癌变。1976年病毒学家迈克尔·毕肖普(Michael

Bishop)和他的博士哈罗尔德·沃尔姆斯(Harold

Varmus）发现，鸡的正常细胞基因组中也有一个与病毒Src基因同源性很高的基因，编码一种与细胞分裂调控相关的蛋白激酶。它不具有致癌能力，被成为细胞原癌基因（proto-oncogene）,或C-oncogene。（1989年的诺贝尔医学奖）抑癌基因（tumor-suppressor

gene）Rb

p53抑癌基因（tumor

suppressor

gene）Harris(1968):癌细胞系与同组织正常细胞融合杂交细胞无恶性表型，也不致癌；随着染色体丢失则可能恢复致癌.n

特点原癌基因抑癌基因n

基因属性细胞增殖必需细胞分化必需n

致癌方式基因突变激活、异常表达基因缺失或失活THNMRYAN原癌基因抑癌基因THNMRYAN肿瘤发生的遗传现象：遗传型：家族性、多发性、双侧性和早发性；非遗传型：散发性、单发性、单侧性和晚发性。细胞癌变是多次基因突变的结果癌症是典型的老年性疾病癌症可以治疗8.3

癌细胞THNMRYAN全世界每年死于癌症人数500万！THNMRYAN人的一生细胞大约分裂1016次，基因碱基自然突变概率为10-6，由此推断：一生中人的基因组中每个基因都可能发生突变，然而，事实上人的癌症发病率并没有预想的那样高。据统计，一个细胞转化需要3～7次单独的随机突变。·约100年前~1960年，细胞“不死性”学说（魏斯曼）·1961年，Hayflick和Moorhead:人体细胞表现出明显的衰老、退化和死亡的过程：人细胞最高分裂次数：60~80次；·细胞的增殖能力与供体年龄有关、早老症·细胞核而非细胞质决定了细胞衰老的表达·物种寿命与培养细胞寿命间存在确定的相关关系龟细胞最高分裂次数：90~125次；8.4

细胞衰老（cellular

aging）与n

凋亡（apoptosis）Hayflick界限THNMRYAN鸡细胞最高分裂次数：15~35次；细胞凋亡（apoptosis)，又称程序性细胞死亡（programmed

cell

death）细胞凋亡与细胞坏死不同THNMRYAN➢细胞凋亡是多细胞生物在发育过程中，一种由基因控制的主动的细胞生理性自杀行为。➢细胞凋亡过程中，细胞膜反折，包裹断裂的染色质片段或细胞器，形成众多凋亡小体，凋亡小体为附近的细胞吞噬。整个过程中细胞膜保持完好，细胞内容物不泄露，不引起炎症。➢细胞坏死时，细胞膜发生渗漏，细胞内容物被释放到细胞外，导致炎症反应。细胞凋亡举THNMRYAN凋亡小体THNMRYANb凋亡细胞；c凋亡细胞(透射电镜)THNMRYANa正常T细胞杂交瘤细胞；THNMR坏死细胞凋亡细胞YANTHNMRYAN➢发生凋亡的细胞：正常发育中多余细胞、无用细胞、突变细胞、有害细胞或衰老细胞。➢生物学意义：维持组织、器官细胞数目相对平衡，保证个体正常发育，更新耗损细胞。➢细胞凋亡的机制及其调控是非常复杂的细胞凋亡的分子机制➢细胞凋亡与衰老的关系有待进一步研➢课外科普读物➢温伯格著：细胞叛逆者新馆二层中文科技区➢刘易斯·托马斯博士：细胞生命的礼赞➢库克：佛克曼：无