干细胞概述(完整)PPT课件.ppt

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1、干细胞 1 干细胞 stemcell 干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞 1 2 干细胞分类 1 胚胎干细胞 指胚胎早期的干细胞 这类干细胞分化潜能宽 具有分化为机体任何组织细胞的能力 如囊胚期内细胞团的细胞 2 成体干细胞 指成体各组织器官中的干细胞 成体干细胞具有自我更新能力 但分化潜能窄 只能分化为相应 或相邻 组织器官组成的细胞 如神经干细胞 表皮干细胞 2 第一节干细胞生物学 1 组织自体稳定性 特定组织通过使自身细胞死亡和增生的方式保持组织细胞数量动态平衡的特征称组织自稳定性 2 干细胞是个体发育和组织再生的基础 3 一 干细胞的形态和生化特征 4 1 干细胞的形态特征 干细

2、胞形态共性 细胞呈圆形或卵圆形 体积小 核质比大 增殖力强 干细胞的固定组织位置 有的干细胞有固定存在部位与方式 如表皮干细胞与其周围的子细胞形成增殖结构单元 但许多组织的干细胞没有这种分布特点 5 2 干细胞的生化特性 端粒酶活性高 如造血干细胞具癌细胞的端粒酶活性 增殖能力强 随着增殖与分化 端粒酶活性下降 蛋白标志分子 不同干细胞有各异的蛋白质标志分子 可作为确定干细胞位置 分离提纯干细胞的标志 如 巢素蛋白 神经干细胞 角蛋白15 表皮干细胞 6 二 干细胞的增殖特征 7 一 增殖缓慢性 1 干细胞增殖速度慢 细胞动力学研究表明 干细胞的增殖速度较慢 组织中快速分裂的细胞是过渡放大细胞

3、 如小肠干细胞的分裂速度 Tc 11小时 比过渡放大细胞 Tc 24小时 慢一倍 8 2 过渡放大细胞 过渡放大细胞是介于干细胞和分化细胞之间的过渡细胞 过渡放大细胞经若干次分裂产生分化细胞 通过这种方式 机体可用较少干细胞获得较多分化细胞 9 3 干细胞增殖缓慢的意义 1 利于干细胞对外界信号作出反应 以决定细胞的发展方向 增殖或分化 2 减少基因突变的危险 增殖缓慢使干细胞有时间发现并纠正处于增殖周期过程中的错误 10 二 干细胞的自稳定性 1 自稳定性 自稳定性是干细胞的基本特征之一 指干细胞可在个体生命过程中自我更新并维持其自身数目恒定 干细胞的自稳定性是区别肿瘤细胞的本质特征 干细胞

4、通过其特有的分裂方式维持自稳定性 11 2 干细胞的分裂方式 干细胞有对称与不对称两种分裂方式 12 不对称分裂的结果使两个子细胞一个成为功能专一的分化细胞 另一个保持干细胞的特征 3 不对称分裂发生原因 系列基因调控 细胞质物质不均等分配 13 4 无脊椎动物通过不对称分裂维持自稳定性 如 果蝇的Insc基因是感官前体细胞的不对称分裂的调控基因之一 通过三个途径进行调控 不对称分配质膜上的细胞定向决定因子 不对称分配细胞内的mRNA 决定细胞分裂时纺锤体的取向 14 5 哺乳动物的种群不对称分裂 1 种群不对称分裂 哺乳动物有几种不同的干细胞群 分裂后产生不同细胞 15 2 哺乳动物种群不对

5、称分裂的意义 使机体对干细胞的调控更灵活 以适应机体的生理变化 要求机体对干细胞分裂的调控更精确 以保持干细胞数目恒定 如 正常肠腺有250个细胞组成 如果额外多一个干细胞 则可能多产生64 128个子代细胞 16 3 哺乳动物种群不对称分裂的调控 哺乳动物通过多层次多角度调控 保持自稳定性 正调控 促进与细胞增殖 生存有关的基因表达 负调控 促进与细胞凋亡有关的基因表达 如转基因小鼠长期造血干细胞高表达Bcl 2后 使长期造血干细胞的数目显著增加 说明细胞凋亡也是干细胞的调控方式 17 三 干细胞的分化特征 18 一 干细胞的分化潜能 根据其分化潜能大小 干细胞可分为三类 19 1 全能性干

6、细胞 胚胎干细胞 具有形成完整个体的分化潜能 如胚胎干细胞 ES 具有很强的分化能力 可无限增殖并分化为全身200多种细胞类型 及机体的各种组织 器官 图全能干细胞 20 2 多能性干细胞 多能干细胞具有分化出多种细胞组织的潜能 但失去了发育成完整个体的能力 如骨髓多能造血干细胞 它可分化出至少十二种血细胞 但不能分化出造血系统以外的其它细胞 图多能干细胞 21 3 专能性干细胞 成体干细胞 专能干细胞 也称单能 偏能干细胞 这类干细胞只能向一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化 如上皮组织基底层的干细胞 肌肉中的成肌细胞 卫星细胞 图 表皮干细胞 22 二 干细胞的转分化和去分化 1 干细胞

7、的转分化 一种组织类型的干细胞在适当条件下分化为另一种组织类型的细胞的过程称干细胞的转分化 23 实验 C57BL 6J 成年小鼠造血干细胞WBB6F J KitW KitW V 鼠 亚致死剂量同位素照射 在 鼠的神经胶质细胞中检测到Y染色体 即 鼠的造血干细胞移植到 鼠中分化为脑星形胶质细胞 24 2 干细胞去分化 一种干细胞向其前体细胞的逆向转化称干细胞去分化 实验 成体鼠造血干细胞鼠卵泡的内细胞团表达胎鼠的珠蛋白基因 参与胚胎造血系统的发育 25 3 干细胞的可塑性 1 干细胞的横向分化 在干细胞移植时 供体干细胞在受体中通常分化为与其组织来源一致的细胞 但有时供体干细胞会分化出与其组织

8、来源不一致的其它细胞 这种现象称干细胞横向分化 trans differentiation 26 干细胞横向分化表明成体干细胞被移植入受体中具有很强的可塑性 为干细胞治疗提供了可能 2 实验 小鼠肌肉干细胞 体外培养5天 少量骨髓间质细胞接受致死量辐射的小鼠中各种血细胞系 27 3 横向分化的调控机制 与干细胞的微环境有关 干细胞进入新的微环境后 对分化信号的反应受到周围正在进行分化细胞的影响 从而对新的微环境中的调节信号做出反应 28 四 干细胞增殖与分化的微环境 干细胞巢 stemcellnich 干细胞在组织中的居所 干细胞生存的微环境 指干细胞巢中控制干细胞增殖与分化的外部信号 29

9、如 这些物质可以介导干细胞 干细胞的相互作用 以及细胞与细胞外基质的作用 影响干细胞的增殖和分化 30 一 分泌因子 分泌因子是由细胞自分泌或旁分泌的生长因子 有的分泌因子对维持干细胞的增殖 分化和存活具有调节作用 如转化生长因子 和Wnt家族的成员 在不同组织甚至不同种属中都发挥重要作用 31 1 转化生长因子 TGF transforminggrowthfactor 是TGF 超家族的成员之一 具有调节细胞生长和分化的作用 因为TGF 能使正常成纤维细胞的表型发生转化 即在EGF同时存在时 改变成纤维细胞贴壁生长特性而获得在琼脂中生长的能力 并失去密度依赖的抑制作用 故命名 32 TGF

10、的作用 TGF 对细胞的生长 分化和免疫功能都有重要的调节作用 一般对间充质起源的细胞起刺激作用 而对上皮或神经外胚层来源的细胞起抑制作用 如TGF 家族成员Dpp可维持果蝇雌性生殖干细胞的增殖 33 2 Wnt家族的分泌信号分子 1 Wnt基因 Wnt基因最初是在小鼠乳腺癌克隆出来的原癌基因 因病毒基因在其旁边插入可激活该基因 称为Int基因 后发现其与果蝇的无翅基因 Wingless wg 高度同源 故合称为Wnt基因 34 2 Wnt信号分子 是Wnt基因编码的长度为350 400个氨基酸的分泌型糖蛋白 它与细胞表面及细胞外基质有联系 在小范围内 几个细胞直径 起信使的作用 35 3 W

11、nt信号途径 是由Wnt参与的将信号由细胞表面传至细胞核内的信号传导途径 主要包括Wnt信号蛋白 跨膜受体 Frizzled 辅受体LRP 低密度脂蛋白受体有关的跨膜蛋白 Dishevelled 糖原合成酶激酶3 GSK3 APC Axin 连环蛋白及T细胞因子 淋巴结增强因子 TCF LEF 家族转录调节因子等 36 4 Wnt信号途径的作用 在生物的正常发育中起重要作用 是组织发育 分化所必需的关键信号通路 5 Wnt信号途径的作用机理 通过TCF LEF和 cat对C myc的表达进行调控 即Wnt通路的靶基因为c myc 37 TCF LEF是Wnt信号通路的中间介质 可与 连环蛋白

12、catenin cat 结合成复合物 将 catenin由胞浆 核内 cat是Wnt信号通路中最重要的信号分子 cat具有两种功能 细胞粘附及信号转导 其C 端参入信号转导 N 端参入细胞粘附 38 正常情况下 APC GSK 3 Axin等调节下 胞浆内 catenin处于平衡状态 当Wnt因子与其受体结合 Wnt信号传导使GSK3被抑制 使 catenin不能正常水解而积累 过量的 catenin与Lef Tcf结合并入核 与DNA结合蛋白Tcf3结合 激活c myc cyclinD1等基因转录 促进细胞增殖分化 39 如Tcf Lef转录因子家族对上皮干细胞的分化 Tcf Lef与 Ca

13、tenin形成转录复合物后 促使角质细胞转化为多能状态并分化为毛囊 40 二 受体介导的细胞 细胞相互作用 如果蝇的Notch基因产物Notch受体 Notch的配体为Delta基因产物 两者均为细胞表面跨膜蛋白 两者结合后在果蝇刚毛器的发育中起调节作用的蛋白质 图 果蝇刚毛 41 Notch受体 果蝇的每个刚毛器由一个神经前体细胞发育成 而神经前体细胞又是从含多个神经原细胞的细胞群分化出来的 这种有选择地发育过程 依赖于Notch和Delta的基因调节 42 Notch与其配体Delta结合后 通过细胞间相互作用 向细胞核传递抑制信号 对相邻细胞侧向抑制 只使某个神经原细胞获得较强的竞争能力

14、 被选择发育为神经前体细胞 即当Notch与其配体结合时 干细胞进行非分化性增殖 当Notch活性被抑制时 干细胞进入分化程序 发育为功能细胞 43 三 胞间基质和整合素 1 胞间基质 即细胞外基质 指分布于细胞外空间 由细胞分泌蛋白和多糖构成的网络结构 2 作用 细胞外基质可以将细胞粘连在一起 同时还提供一个细胞外网架维持组织结构 通过结合与传递信号分子对细胞存活 增殖 分化 迁移等具有重要影响 44 3 细胞外基质的种类 举几个与干细胞增殖分化有关的例子 45 1 胶原 胶原是细胞外基质中的主要框架结构 目前发现的胶原至少19种 每种胶原的结构特性均与其特定功能相适应 可形成胶原纤维 型

15、三维网络结构 型 的片层胶原 46 胶原是构成基底膜的主要成分之一 并与细胞基质中的其它成分一起构成结构与功能的统一体 为干细胞生存及生命活动提供微环境 47 2 层粘连蛋白 laminin LN 层粘连蛋白是基膜的主要功能成分 也是胚胎发育中出现最早的细胞基质成分 在成体 它存在于上皮下和内皮下紧靠细胞的基底 以及肌细胞和脂肪细胞周围等 48 层粘连蛋白的功能 作为基膜的主要结构成分 促进基膜组装 介导细胞粘着胶原进而铺展 促进生长增殖 诱导细胞分化 是个体发生中出现最早的细胞基质 如成肌细胞分化为肌细胞 间质细胞分化为肾细胞 上皮细胞等 49 3 纤粘连蛋白 fibronectin FN

16、纤粘连蛋白分血浆FN和细胞FN 血浆FN存在于血浆及各种体液中 细胞FN存在于细胞外基质 包括某些基膜 及细胞表面 50 细胞FN为多聚体 有20种以上 是同一基因的编码产物 转录后由于RNA拼接不同形成多种异型分子 拼接方式依细胞类型及发育状态而定 从而使细胞产生适合组织需要的FN形式 即细胞通过控制FNRNA的拼接方式 使其与不同细胞结合及产生特异效应 51 FN的功能 主要是介导细胞粘着 以此调节细胞形状和细胞骨架的组装 促进细胞铺展 迁移 并可通过迁移途径决定细胞的分化方向 如沿富含FN途径迁移的神经脊细胞最终分化为肾上素能神经元 形成神经节 52 4 整合素 1 是一种通过识别并结合相邻细胞的粘附分子和细胞外基质成分 介导细胞 细胞以及细胞 细胞外基质间的相互作用的受体蛋白质 属于细胞粘连分子 2 整合素对干细胞的作用 是促进干细胞的非分化增殖 53 3 作用机理 作为细胞外基质的受体 与配体结合后 启动胞内信号传递的连锁反应 最终影响基因表达 为促进干细胞的非分化增殖提供微环境 将干细胞置于组织中的正确位置 使干细胞维持非分化性增殖 54 整合素是由 和 两个亚单位形成异二