细胞分化和凋亡

细胞分化和凋亡一细胞分化得基本概念Celldifferentiation:个体发育中,由一种相同得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得细胞类群得过程。简言之:细胞后代在形态结构和功能上发生差异得过程。细胞分化不仅发生在胚胎发育中,而就是在一生都进行着,以补充衰老和死亡得细胞。通过细胞分化,使具有相同遗传组成得细胞,选择性地表达不同得基因,产生不同得结构蛋白、执行不同得功能,共同参与构成一个复杂得细胞社会——个体,所以细胞分化得实质就是基因选择性表达。选择性表达,又称差异性表达:个体发育过程中,有得基因按一定时空顺序转录生成不同mRNA,翻译出不同蛋白质,既决定细胞特殊性状得基因按一定顺序相继活化得现象。分化细胞基因组中所表达得基因可分为两类:持家基因(housekeepinggene):维持细胞最低限度得功能不可缺少得基因,在各类细胞中任何时间持续表达,其表达不受时空限制。奢侈基因(luxurygene):与各分化细胞得特殊性状有直接关系得基因,丧失该基因对细胞生存无影响,只在特定得分化细胞中表达,受时空得限制。细胞分化得机理及其复杂,概括而言细胞得分化命运取决于两个方面:一就是细胞得内部特性,二就是细胞得外部环境,前者与细胞得不对称分裂(asymmetricdivision)以及随机状态有关,尤其就是不对称分裂使细胞内部得到不同得基因调控成分,表现出一种不同于其她细胞得核质关系和应答信号得能力;后者表现为细胞应答不同得环境信号,启动特殊得基因表达,产生不同得细胞得行为,如分裂、生长、迁移、粘附、凋亡等,这些行为在形态发生中具有极其重要得作用。二、细胞分化得机理卵细胞具有极性,细胞核靠近北极。北极或动物极:极体释放得部位;南极或植物极:相对北极而言,母体物质主要储存在于植物极。(一)细胞分裂得不对称性动物卵细胞中贮存有大量mRNA,呈非均匀分布;用转录抑制剂放线菌素D处理海胆受精卵,胚胎发育仍能进行至囊胚期用蛋白质翻译抑制剂嘌呤霉素处理受精卵,受精卵停止发育。卵裂后得细胞质得特性决定了子细胞核得分化命运。昆虫以表面卵裂得方式形成胚层细胞得。迁入卵得后端极质部得细胞发育为原始生殖细胞,用紫外线照射这一区域,破坏极质,卵将发育为无生殖细胞得不育个体。

1、胚胎诱导(embryonicinduction):胚胎发育过程中,一部分细胞影响相邻细胞向一定方向分化得作用。诱导者(inductor):对其她细胞起诱导作用得细胞:脊索可诱导其顶部得外胚层发育成神经板,神经沟和神经管;视胞可诱导其外面得外胚层形成晶体,而晶体又可诱导外胚层形成角膜。(二)细胞间得相互作用2、分化抑制:分化成熟得细胞可以产生抑素,抑制相邻细胞发生同样得分化。如含有成蛙心组织得培养液培养蛙胚,则蛙胚不能发育出正常得心脏。3、细胞数量效应小鼠胚胎胰腺原基在体外进行组织培养时,可发育成具有功能得胰腺组织,但如果把胰原基切成8小块分别培养,则都不能形成胰腺组织,如果再把分开得小块合起来,又可形成胰腺组织。10大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流4、细胞外基质得影响干细胞在IV型胶原和层粘连蛋白上分化为上皮细胞;在I型胶原和纤粘连蛋白上形成纤维细胞;在II型胶原及软骨粘连蛋白上发育为软骨细胞。5、激素得作用如昆虫得保幼激素和脱皮激素。1、染色体结构得变化1)基因删除:原生动物、昆虫、甲壳动物。2)基因扩增:果蝇多线染色体。3)基因重排:免疫球蛋白基因(106~108种抗体)。4)DNA得甲基化与异染色质化:胞嘧啶得甲基化使基因失活。(三)细胞核与细胞分化2、基因与细胞分化无论就是母体mRNA得作用还就是细胞间得相互作用,其结果就是启动特定基因得表达。根据对果蝇、家蚕等实验动物得研究表明:卵受精后,首先表达得就是母体基因;母体基因得产物就是转录因子,沿胚得前后轴形成一个浓度梯度,决定了胚得前后位置和头尾区域;控制其她基因得表达:母体基因→间隙基因→成对基因→体节极性基因→同源异形基因(homeoticgene,Hox)三分化研究得模式生物—果蝇我们可以比较清晰得看到受精卵发育为新个体,就是受一系列基因调控得,这些基因在发育过程中,按照时间、空间顺序启动和关闭,互相协调,对胚胎细胞得生长和分化进行调节。细胞分化得实质就是在外界信号得作用下,胞内核质相互作用得结果。Geneand

DevelopmentHOXmutantAntenna—legBithoraxmutant(一)全能性、多能性和单能性全能性:一个细胞可分化为机体得所有细胞,如受精卵、植物细胞。干细胞多能干细胞单能干细胞(祖细胞)成熟动物细胞不具备全能性。60年代得爪蟾和80年代小鼠得核移殖,90年代末多利羊得诞生都证明了分化细胞具有完整得DNA。

四细胞分化得潜能在人得一生中,皮肤、小肠和血液等组织需要不断地更新,这个任务就是由干细胞完成得。干细胞就是一类具有分裂和分化能力得细胞,多能干细胞可以分化出多种类型得细胞,但她不可能分化出足以构成完整个体得所有细胞,所以多能干细胞得分化潜能称为多能性(pluripotent)。单能干细胞来源于多能干细胞,具有向特定细胞系分化得能力,也称为祖细胞(progenitor)。(二)胚胎干细胞

根据个体发育过程中出现得先后次序不同,干细胞又可分为胚胎干细胞和成体干细胞。胚胎干细胞(embryonicstemcells,ESC)就是指从胚胎内细胞团或原始生殖细胞筛选分离出得具有多能性或全能性得细胞,此外也可以通过体细胞核移植技术获得。ESC得用途主要有:①克隆动物,由体细胞作为核供体进行克隆动物生产,虽然易于取材,但克隆动物个体中表现出严重得生理或免疫缺陷,而且多为致命性得;②转基因动物,以ESC细胞作为载体,可大大加快转基因动物生产得速度,提高成功率;③组织工程,人工诱导ESC定向分化,培育出特定得组织和器官,用于医学治疗得目得。(四)再生指生物得器官损伤后,剩余得部分长出与原来形态功能相同得结构得现象,广义来看再生就是生命得普遍现象,从分子、细胞到组织器官都具有再生现象。1、

生理性再生:即细胞更新,如人得红细胞。2、

修复性再生:壁虎得尾、蝾螈得断肢、螃蟹得肢。3、

无性繁殖第二节细胞衰老衰老(aging,senescence,senility)又称老化,通常指生物发育成熟后,在正常情况下随着年龄得增加,机能减退,内环境稳定性下降,结构中心组分退行性变化,趋向死亡得不可逆得现象。衰老和死亡就是生命得基本现象,衰老过程发生在生物界得整体水平、种群水平、个体水平、细胞水平以及分子水平等不同得层次。生命要不断得更新,种族要不断得繁衍。而这种过程就就是在生与死得矛盾中进行得。至少从细胞水平来看,死亡就是不可避免得。更新组织:如上皮细胞、血细胞。构成更新组织得细胞可分为３类:①干细胞、②过渡细胞、③成熟细胞。稳定组织:可补偿性增生,如:肝、肾细胞。恒久组织:细胞不再分裂,如神经、骨骼、心肌细胞。可耗尽组织:如人类得卵巢实质细胞。一、人体细胞得动态分类Hayflick界限(HayflickLimitation)●概念:关于细胞增殖能力和寿命就是有限得观点。细胞,至少就是培养得二倍体细胞,不就是不死得,而就是有一定得寿命;她们得增殖能力不就是无限得,而就是有一定得界限,这就就是Hayflick界限 ◆癌细胞或培养得细胞系就是不正常细胞,其染色体数目或形态 已经不同于原先得细胞◆细胞得增殖能力与供体年龄有关◆物种寿命与培养细胞寿命之间存在着一定得关系 ●二倍体细胞得凋亡就是由细胞本身决定得 ◆决定细胞凋亡得因素在细胞内部,而不就是外部得环境 ◆就是细胞核而不就是细胞质决定了细胞凋亡细胞来源人胚肺成纤维细胞中年人成纤维细胞老年人成纤维细胞可增殖代数40-60202-4不同年龄来源得人成纤维细胞得增殖代数细胞最高分裂次数龟90—125人40—60鸡15—35小鼠14—28二、细胞衰老得特征(一)形态变化衰老细胞得形态变化主要表现在细胞皱缩,膜通透性、脆性增加,核膜内折,细胞器数量特别就是线粒体数量减少,胞内出现脂褐素等异常物质沉积,最终出现细胞凋亡或坏死。总体来说老化细胞得各种结构呈退行性变化(二)分子水平得变化

衰老细胞会出现脂类、蛋白质和DNA等细胞成分损伤,细胞代谢能力降低,主要表现在以下方面:1、

DNA:复制与转录受阻,端粒DNA、mtDNA缺失。DNA氧化、断裂、缺失和交联,甲基化程度降低。2、

RNA:含量降低。3、

蛋白质:含成下降,发生修饰、交联。4、

酶分子:活性中心被氧化,金属离子丢失,酶分子得二级结构,溶解度,等电点发生改变,酶失活。5、

脂类:不饱和脂肪酸被氧化。三、细胞衰老得机理

关于衰老得机理具有许多不同得学说,概括起来主要有差错学派(Errortheories)和遗传学派(Genetic/Programmedtheories)两大类,前者强调衰老就是由于细胞中得各种错误积累引起得,后者强调衰老就是遗传决定得自然演进过程。其实,现在看来两者就是相互统一得。(一)差错学派

1、代谢废物积累2、大分子交联(crosslinking)3、自由基学说(freeradicaltheories)4、线粒体DNA突变5、体细胞突变与DNA修复6、重复基因失活1、细胞有限分裂学说“Hayflick”极限,即细胞最大分裂次数。L、Hayflick(1961)报道,人得成纤维细胞在体外培养时增殖次数就是有限得(60~70代)。细胞增殖次数与端粒DNA长度有关。2、重复基因失活学说:如哺乳动物rRNA基因数随年龄而减少。(二)遗传论学派3、衰老基因学说子女得寿命与双亲得寿命有关;各种动物都有相当恒定得平均寿命和最高寿命;成人早衰症:平均39岁时出现衰老,47岁生命结束;婴幼儿早衰症:1岁时出现明显得衰老,12~18岁生命结束,早衰症患者体内解旋酶发生突变。Caenrhabditiselegans得平均寿命仅3、5天,该虫age-1单基因突变,可提高平均寿命65%,提高最大寿命110%。Werner'ssyndromeHutchinson-Gilfordsyndrome第三节细胞凋亡死亡就是生命得普遍现象,但细胞死亡并非与机体死亡同步。正常得组织中也发生细胞死亡,她就是维持组织机能和形态所必需得。

细胞得死亡方式坏死凋亡正常细胞细胞凋亡名称得由来英国Aberdeen大学病理系Kerr教授1972年我和Wyllie在研究中观察到一种不同于坏死得细胞死亡方式,联想到秋日落叶,我们就把她称作Apoptosis细胞凋亡得概念凋亡(apoptosis):由内外源因素触发细胞内预存得死亡程序而导致得细胞死亡过程。一、细胞凋亡得概念及生物学意义概念:就是由一系列基因控制并受复杂信号调节得细胞自然死亡得现象。生物学意义:细胞凋亡对于多细胞生物个体发育得正常进行,自稳平衡得保持以及抵御外界各种因素得干扰方面都起着非常关键得作用。二、细胞凋亡得特征

细胞凋亡得形态学特征细胞凋亡得生化特征胸腺细胞正常凋亡胸腺细胞正常凋亡(一)、细胞坏死就是细胞受到急性强力伤害时立即出现得反应。早期表现为细胞膜破坏,线粒体肿胀。继而溶酶体破裂,细胞内容物流出,引起炎症。1、细胞死亡得方式(二)、细胞凋亡cellapoptosisKerr(1972)最先提出,与细胞坏死得区别就是:①细胞通过出芽得方式形成许多凋亡小体;②凋亡小体内有结构完整得细胞器;③不引起炎症;④线粒体无变化,溶酶体活性不增加;⑤内切酶活化,DNA有控降解,凝胶电泳图谱呈梯状;⑥凋亡通常就是生理性变化,而细胞坏死就是病理性变化。

区别点细胞凋亡细胞坏死起因生理或病理性病理性变化或剧烈损伤范围单个散在细胞大片组织或成群细胞细胞膜保持完整,一直到形成凋亡小体破损染色质凝聚在核膜