细胞生物学课件：第八章－分化

1、第八章 细胞分化,细胞分裂细胞数目 细胞分化细胞类型、不同组织和器官 Cell differentiation在个体发育中，由一种相同的细胞 类型经多次细胞分裂后，逐渐在形态、结构和功能上形成 稳定性差异，从而产生不同的细胞类群的过程。异化过程 它是多细胞有机体发育的基础和核心，也是单细胞有机体 适应不同生活环境的基础。 细胞分化的关键在于特异性蛋白质的合成，而特异性 蛋白质合成的实质在于基因选择性表达。,第一节 细胞分化的基本概念 分化是基因选择性表达的结果 选择性丢失选择性表达 输卵管上皮细胞（卵清蛋白）、成红细胞（珠蛋白）和胰岛细胞（胰岛素）的DNA（Southern）和RNA（Nort

2、hern）杂交试验表明： 不同类型的细胞在发育过程中表达一套特异的基因，其产物不仅决定细胞的形态结构，而且执行各自的生理功能。 分化细胞基因组的表达 House-keeping gene / luxury gene(tissue-specific gene) / regulatory gene tissue-specific gene 在时间和空间上的差异表达，造就细胞分化。,组合调控引发 tissue-specific gene表达 每种类型的细胞分化是由多种 调控蛋白共同调控完成的。但 启动这种组合调控往往是只有 一两种关键调控蛋白起作用。 级联启动，高效而经济。 MyoD 肌细胞分化的关

3、键调控 蛋白，但来自皮肤的成纤维细 胞在MyoD的调控下，也可激 活或启动一系列后续调控蛋白 组合，最终使成纤维细胞分 化为骨骼肌纤维。 Ey蛋白 眼器官发育的关键调控蛋白，但将Ey基因转入到将要发育成腿的细胞中表达，将会诱导ey的异常表达，引起一系列级联启动，最终发育成眼。,转分化与再生 Transdifferentiation: 骨髓细胞 神经细胞 淋巴样细胞 dedifferentiationredifferentiation 植物体细胞 愈伤组织 根、茎、叶 Regeneration: 生物体缺失一部分后再建的过程。 蟾蜍肢体切除、 蝾螈晶状体摘除（虹膜平滑肌细胞） 再生能力：植物 低

4、等动物 高等动物 / 幼龄 老龄 肝细胞的再生特殊，并不涉及去分化和再分化，而是从G0期直接进入细胞周期。,第二节 细胞的分化潜能 Totipotency 受精卵和早期胚胎细胞具有全能性细胞全能性 pluripotency (stem cell) monopotential cell (directional stem cell),体细胞克隆产生的多利羊,所有细胞的细胞核始终保 持其分化的全能性细胞 核全能性。Dolly羊。,爪蟾的细胞核移植实验，证明细胞核的全能性,第三节 影响细胞分化的因素 调控蛋白的组合是影响细胞分化的直接因素， 但这种影响又受其它因素的调控 、胞外信号分子 近距离的旁泌

5、素：FGF、TGF、Hedgehog家族、Wnt家族 以及 Juxtacrine家族 远距离的激素：蝌蚪变态（甲状腺素）、昆虫变态（羟蜕皮素） 、细胞记忆与决定 信号分子的作用是短暂的，但这种短暂的作用可以形成长时间的记忆， 调控细胞向特定方向分化。细胞的决定与细胞的记忆密切相关。果蝇 成虫盘细胞体外连续移植1800代后，没有失去记忆，仍能分化成相应 的器官。,、受精卵细胞质的不均一性 决定细胞向某一方向分化的初始信息储存于卵细胞中。在卵母细胞的细胞质中, 除了贮存有营养物质和多种蛋白质外，还含有许多mRNA，大多数的mRNA与 蛋白质结合处于非活性状态，成为隐蔽mRNA，它在卵细胞质中呈不均

6、匀的分 布。随着卵裂的进行，隐蔽mRNA不均一地分布到不同的卵裂球中，从而决定 未来细胞的分化命运，产生分化方向的差异。 、位置效应 Embryonic induction. 位置信息（Sonic hedgehog）【后图】 、环境 温度影响爬行类性别分化；卵细胞上下叠压排列影响蜗牛性别分化。 、染色质变化与基因重排（特例） 马蛔虫卵裂过程中体细胞染色体消减（丢失）；纤毛虫大核基因丢失与重排；B淋巴细胞基因断裂丢失与重排，可以利用有限的免疫球蛋白基因，表达出数百亿种抗体。,在眼的发育过程中细胞间相互作用（诱导）,癌细胞 癌变是细胞分化领域的一个特殊问题，癌细胞可以看 作是正常细胞分化机制失控，

7、成为不死的永生细胞。 癌细胞与正常分化细胞不同。前者的细胞类型与特征相近，但基因组却发生不同形式的突变；而后者虽然细胞类型不同，但具有相同的基因组。 癌症也与遗传病不同，前者主要是体细胞DNA突变，而后者是生殖细胞DNA突变所致。,癌细胞具有如下基本特征 细胞生长与分裂失去控制，变成“不死”的永生细胞。 具有浸润性和扩散性，粘着性下降。 细胞间相互作用改变，冲破了正常细胞之间识别的约 束。 蛋白表达谱系或蛋白活性改变，如表达胚胎细胞的多 种蛋白；具有较高的端粒酶活性。 mRNA转录谱系改变，基因表达和调控方向改变。,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

8、引起正常细胞癌变。 已发现近百种癌基因，主要包括：生长因子、生长因子受体、信号 转导通路中的分子、基因转录调节因子和细胞周期调控蛋白。 原癌基因（proto-oncogenes）存在于正常细胞中，其 产物都是细胞生长分裂的调控因子。但这些基因突变，就有可能致 癌。它们的发现，往往源于病毒癌基因，且与病毒癌基因高度同源。 抑癌基因（tumor-suppressor gene）是支持细胞增殖 过程中的负调控因子，它编码的蛋白往往在细胞周期的检验点上起 阻止细胞周期进程的作用。但这些基因突变失活，丧失其细胞增殖 的负性调控作用，则导致细胞周期失控而过度增殖。 癌症的发生，并不是单一基因的突变，而至少

9、在一个细胞中发生56 个基因突变，才能赋予癌细胞所有的特征。所以，癌症是一种典型的 老年性疾病，它涉及一系列的原癌基因和抑癌基因的突变的积累。,第四节 真核细胞基因表达的调控 真核细胞DNA信息量大，合成的蛋白质种类繁多。其 基因表达调控非常复杂。 真核细胞基因表达与调控，更多地表现为细胞分化和 细胞“社会化”的协同与稳定。（而原核细胞基因表达 与调控在很大程度上取决于环境诱导和对环境的适应） 红细胞中血红蛋白占其蛋白总量的95，但血红蛋白 基因仅占红细胞总DNA的不到百万分之一。 导致特定蛋白质合成的系列事件是由若干步骤组成的， 造成真核细胞基因表达的调控是相对独立的多级调控 系统（multistage regulation system）：,转录水平的调控 决定某个基因是否被转录、转录的频率 真核细胞在特定时间通过差别基因转录选择性地 合成蛋白质。转录水平调控包括转录的激活和转 录的阻抑，既与顺式调控元件有关，又与反式作 用因子有关。,加工水平的调控 决定初始mRNA转录物（hnRNA）被加工为能翻译 成多肽的信息RNA(mRNA)。 选择性剪切是一种广泛存