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1、孙元田 生物教研室,第十三章 细胞分化,1.掌握细胞分化的概念; 2.了解细胞分化的规律与特征； 3.掌握细胞分化的实质及细胞分化差别基因表达的调控； .了解细胞分化、细胞周期与肿瘤的关系。,本章重点提示,人体有四大基本组织，八大功能系统，250多种具有不同功能的细胞类型,人体部分细胞类型、特征产物及其功能,细胞分化（cell differentiation）指由一个受精卵细胞经过增殖和分裂产生在形态、结构和生理功能上保持稳定的细胞类群的过程。,二、 细胞分化的分子基础,通过测量各种动物分化细胞的含量，结果显示：同种动物的不同组织细胞有相同的含量。,1、同种动物的不同组织细胞有相同的 2、分化
2、成熟的体细胞核如同受精卵一样，具有全套基因，在发育上是全能的。,细胞分化的原因、机制？,含量？,遗传信息的丢失、突变的不可逆变化？,植物细胞的全能性,动物细胞的全能性 蛙体细胞的细胞核移植试验：,Dolly的标本和伊恩博士,Dolly：1996.7.5.世界上第一只克隆羊Dolly由英国爱丁堡大学的伊恩博士研制成功，2003.2.14.由于肺结核而被安乐死，它的标本于2003年4月9日陈列于苏格兰首都爱丁堡国家博物馆。,原因：个体发育与细胞分化中，其细胞基因组中的基因不全表达，只有5%左右按照一定的时空进行表达。即在不同分化类型或同一细胞的不同发育阶段发生了基因差异表达（differentia
3、l gene expression）,细胞分化,形态变化,结构变化,生理功能变化,细胞分化的主要特征: 新的、特异的蛋白质合成。,（一）基因组活动模式是细胞分化的基础,1、基因的选择性表达是细胞分化的普遍规律,基因差异表达（ differential gene expresion）： 多细胞生物个体发育与细胞分化过程中，在任何一个特定的时间点上，细胞基因组中通常只有很少的一部分基因在活动，它们按照一定的时空顺序，在不同分化类型细胞和同一细胞的不同发育阶段发生基因不同的表达。基因的这种选择活动称为差别基因表达，也称选择性基因表达。,细胞分化的本质：,是细胞基因组按照一定时空顺序发生的基因的选择性
4、表达。,维持细胞基本活动所必需的基因几乎在所有细胞 中都持续表达。（编码核糖体蛋白、膜蛋白、线粒体 蛋白、染色质的组蛋白等）,基因分类,管家基因（house keeping gene）：,在各种组织中有不同选择表达的基因。这类基因编码细胞特异蛋白质,对细胞生存无直接影响,但对细胞分化、决定细胞特异性方面起重要作用。（编码血红蛋白、分泌蛋白、收缩蛋白等。）,奢侈基因（luxury gene）：,细胞分化的实质是细胞在一定时空顺序上奢侈基因差异性表达的结果。细胞自身对基因表达的调控发生在基因表达的各个水平：,2、基因调控,（）基因表达的转录前水平调控 （）基因表达的转录水平调控 （）基因表达的转录
5、后水平调控,基因失活、基因组丢失、基因组扩增、基因重排,（） hnRNA选择性剪接 加工 （）选择性将mRNA移出细胞核,(3)翻译水平的调控 （对翻译起始因子的调节）,转录水平的调控最重要的调控,转录水平的调节,在不同 的时空上调控分化基因的表达,转录水平的调控最重要的调控,导致不同细胞向不同的特定谱系的发育,顺式调控元件 (启动子、沉默子、增强子) 反式调控因子 (转录因子),DNA甲基化,组蛋白乙酰化,转录起始复合物,分布：常见于富含CG二核苷酸的CpG岛，主要集中于异染色质区，其余则散在于基因组中。 含量：哺乳动物基因组中约70%80%的CpG位点是甲基化的。 作用：DNA的甲基化位点
6、阻碍转录因子结合，甲基化程度越高，DNA转录活性越低。,DNA甲基化在转录水平上调控细胞分化的基因表达,DNA甲基化：在甲基转移酶催化下，DNA分子中的胞嘧啶可转变成5-甲基胞嘧啶，这称为DNA甲基化。,组蛋白修饰是指组蛋白在相关酶作用下发生甲基化、乙酰化、磷酸化、腺苷酸化、泛素化、ADP核糖基化等修饰的过程。 组蛋白中被修饰氨基酸的种类、位置和修饰类型被称为组蛋白密码（histone code），它决定了染色质转录活跃或沉默的状态。,组蛋白修饰,转录因子对基因转录的调控,例子： 母源效应基因 同源框基因,母源效应基因（maternal effect gene）,母体效应基因：是胚胎基因组激活
7、前，控制胚胎中母性产物表达的基因。该类基因不仅影响卵母细胞的生长，而且对受精后胚胎的早期发育起着决定性作用。,母体效应基因（maternal effect gene）产物：在卵质中呈极性分布、在受精后被翻译为在胚胎发育中起重要作用的转录因子和翻译调节蛋白的mRNA分子,母源ZAR1 mRNA,ZAR1 蛋白,母源ZAR1 mRNA,ZAR1 蛋白,4、同源框基因,同源框基因（同源异形框基因） （homeobox gene） ： 其特点是基因中存在共同的180bp的DNA片段，编码高度同源的60个氨基酸。这个共同的180bp DNA片段被称为同源异形框（homeobox），含有同源异形框的基因谓
8、之同源异形框基因。编码的蛋白称为同源异形域蛋白 同源异形域蛋白作用：作为转录因子启动或抑制发育过程中的其他基因，进而决定动物胚胎前后轴上不同部位的细胞分化的命运。,母体基因,背复轴a,分节基因,前后轴a,裂缺基因b,配对规则基因c,体节极性基因d,同源异形基因,ANT-C（触角足复合体）,BX-C（双胸复合体）,母源效应基因、同源异形框基因对分化的影响,（二）分化过程中细胞间的相互作用,1、诱导作用（induction） 是一部份细胞诱导其他细胞向特定方向分化的现象，也叫胚胎诱导(embryonic induction) 。 诱导分子基础：,信号传导,级联信号、梯度信号、拮抗信号、组合信号、侧
9、向信号等。,2、抑制作用(inhibition）,细胞诱导：一部分细胞对邻近细胞的形态发生影响，并决定其分化方向的现象。,中胚层脊索诱导覆盖其表面的外胚层形成神经板。 神经板卷成神经管，神经管形成原脑，原脑的视杯诱导外胚层形成晶状体。 晶状体诱导外胚层形成角膜。,细胞抑制：在胚胎发育中，细胞的分化方向受邻近细胞产生的抑制物质的限制。,三、转分化、去分化现象,去分化dedifferentiation:,分化的细胞在特定条件下失去特有的结构和功能,变为具有未分化细胞的特性,即去分化。,转分化transdifferentiation:,指从一种特化的细胞类型转变为另一种类型的分化细胞的现象。,四、
10、细胞分化的影响因素,一、激素调节对细胞分化的作用 二、环境因素对细胞分化的影响,一、激素调节对细胞分化的作用,甾体激素,激素与核受体形成复合物,进入核内与非组蛋白结合,导致基因开放,翻译特异性蛋白质合成,细胞分化,特点：激素是远距离细胞间相互作用的分化调节因子，是个体发育晚期的细胞分化调控方式。,激素作用原理： 激素作用于基因，使其开放而合成特异性蛋白质，调节细胞分化。,物理的、化学的和生物性因素影响 两栖类动物受精卵的背-腹轴决定，与重力有关； 在低等脊椎动物，性别决定与分化受环境因素的影响较大，如温度。 哺乳类动物（包括人类）B淋巴细胞的分化与发育则依赖于外来性抗原的刺激。,细胞分化的方向及胚胎发育可因环境影响而改变,胚胎早期大剂量辐射,50%畸形 受精后2W - 受精后3-8W 胎儿期-,胚泡早期死亡或流产（较少畸形）,致畸因子敏感度减低，微型结构异常和功能降低,严重畸形或死亡,环境因子可调控或影响人类胚胎细胞分化与发育方向,
