细胞分化与基因表达调控

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1、n细胞同步化的方法n动粒与着丝粒的区别nG1期,G/S期,G2/M期,中期到后期的调控机制1第十第十二二章章细胞分化与细胞分化与基因基因表达表达调控调控 2细胞生长细胞生长细胞生长细胞生长细胞代谢细胞代谢细胞代谢细胞代谢细胞增殖细胞增殖细胞增殖细胞增殖细胞分化细胞分化细胞分化细胞分化细胞通讯细胞通讯细胞通讯细胞通讯细胞衰老细胞衰老细胞衰老细胞衰老细胞死亡细胞死亡细胞死亡细胞死亡细胞类型形成细胞类型形成细胞类型形成细胞类型形成组织器官形成组织器官形成组织器官形成组织器官形成个体发育个体发育个体发育个体发育基因表达调控基因表达调控基因表达调控基因表达调控 细胞的重大生命活动细胞的重大生命活动细胞的

2、重大生命活动细胞的重大生命活动：细胞分化（细胞分化（细胞分化（细胞分化（cell differentiationcell differentiation）：）：）：）： 经分裂形成在形态、结构和功能上不同的稳定的细胞类群经分裂形成在形态、结构和功能上不同的稳定的细胞类群经分裂形成在形态、结构和功能上不同的稳定的细胞类群经分裂形成在形态、结构和功能上不同的稳定的细胞类群的过程；是个体发育的基础和核心。的过程；是个体发育的基础和核心。的过程；是个体发育的基础和核心。的过程；是个体发育的基础和核心。3细胞分化细胞分化细胞分化细胞分化细胞类型细胞类型细胞类型细胞类型1 1细胞类型细胞类型细胞类型细胞类

3、型2 2细胞类型细胞类型细胞类型细胞类型3 3细胞衰老细胞衰老细胞衰老细胞衰老细胞凋亡细胞凋亡细胞凋亡细胞凋亡永生细胞永生细胞永生细胞永生细胞（癌症）（癌症）（癌症）（癌症）去分化去分化去分化去分化增殖增殖增殖增殖 细胞分化与机体的正常功能细胞分化与机体的正常功能细胞分化与机体的正常功能细胞分化与机体的正常功能：细胞分化是个体行使正常功能的保证。细胞分化是个体行使正常功能的保证。细胞分化是个体行使正常功能的保证。细胞分化是个体行使正常功能的保证。 本质：细胞的基因组相同，但表达谱不同；使细胞本质：细胞的基因组相同，但表达谱不同；使细胞本质：细胞的基因组相同，但表达谱不同；使细胞本质：细胞的基因

4、组相同，但表达谱不同；使细胞 能行使不同的功能（分工）；能行使不同的功能（分工）；能行使不同的功能（分工）；能行使不同的功能（分工）； 核心：基因是如何有序表达的？（调控）。核心：基因是如何有序表达的？（调控）。核心：基因是如何有序表达的？（调控）。核心：基因是如何有序表达的？（调控）。4一一 细细 胞胞 分分 化化 一、一、一、一、基本概念基本概念基本概念基本概念 （一）基因的选择性表达（主线）（一）基因的选择性表达（主线）（一）基因的选择性表达（主线）（一）基因的选择性表达（主线） 实验证据（分子杂交）：实验证据（分子杂交）：实验证据（分子杂交）：实验证据（分子杂交）： 不同的细胞类型（不

5、同的细胞类型（不同的细胞类型（不同的细胞类型（cell types)cell types)中，中，中，中，DNADNA相同，相同，相同，相同，mRNAmRNA种种种种类不同，蛋白质种类不同。类不同，蛋白质种类不同。类不同，蛋白质种类不同。类不同，蛋白质种类不同。 结论：相同的基因组在不同细胞中的选择性表达；结论：相同的基因组在不同细胞中的选择性表达；结论：相同的基因组在不同细胞中的选择性表达；结论：相同的基因组在不同细胞中的选择性表达； 细胞分化是基因选择性表达的结果。细胞分化是基因选择性表达的结果。细胞分化是基因选择性表达的结果。细胞分化是基因选择性表达的结果。5细胞分化是基因选择性表达的结

6、果细胞分化是基因选择性表达的结果分子杂交技术检测基因及其表达分子杂交技术检测基因及其表达6 分化细胞的特点分化细胞的特点分化细胞具有以下四个特点： 个体中所有不同种类的细胞的遗传背景完全一样。 分化细胞彼此之间在形态、结构、功能方面的不同是由于其拥有不同的蛋白质所致。 细胞分化中最显著的特点是分化状态的稳定性。 虽然细胞分化是一种相对稳定和持久的过程, 但是在一定的条件下, 细胞分化又是可逆的。7（二）管家基因和奢侈基因（二）管家基因和奢侈基因（二）管家基因和奢侈基因（二）管家基因和奢侈基因 管家基因管家基因管家基因管家基因（housekeeping genes)housekeeping ge

7、nes)：维持细胞基本功能所必维持细胞基本功能所必维持细胞基本功能所必维持细胞基本功能所必需的基因，在所有细胞类型中均表达。需的基因，在所有细胞类型中均表达。需的基因，在所有细胞类型中均表达。需的基因，在所有细胞类型中均表达。e.g., e.g., 肌动蛋白、微肌动蛋白、微肌动蛋白、微肌动蛋白、微管蛋白、组蛋白、核糖体蛋白管蛋白、组蛋白、核糖体蛋白管蛋白、组蛋白、核糖体蛋白管蛋白、组蛋白、核糖体蛋白、TAC TAC 循环的关键酶，循环的关键酶，循环的关键酶，循环的关键酶，etc.etc. 组织特异性基因组织特异性基因组织特异性基因组织特异性基因（tissue-specific genes):

8、tissue-specific genes): 在不同的细胞类在不同的细胞类在不同的细胞类在不同的细胞类型中特异性地表达，使细胞形成特定的形态结构，行使特型中特异性地表达，使细胞形成特定的形态结构，行使特型中特异性地表达，使细胞形成特定的形态结构，行使特型中特异性地表达，使细胞形成特定的形态结构，行使特定的功能。定的功能。定的功能。定的功能。e.g., e.g., 卵清蛋白、胰岛素、血红蛋白，卵清蛋白、胰岛素、血红蛋白，卵清蛋白、胰岛素、血红蛋白，卵清蛋白、胰岛素、血红蛋白，etc.etc. 调节基因调节基因调节基因调节基因（regulatory genes): regulatory gene

9、s): 调节基因的表达。调节基因的表达。调节基因的表达。调节基因的表达。(?)(?)8（三）（三）（三）（三）组织特异性基因调控的基本模式组织特异性基因调控的基本模式组织特异性基因调控的基本模式组织特异性基因调控的基本模式 细胞分化过程是由一系列基因产物（细胞分化过程是由一系列基因产物（细胞分化过程是由一系列基因产物（细胞分化过程是由一系列基因产物（regulatory regulatory proteinsproteins）调控的。调控的。调控的。调控的。 i.e., i.e., 每个基因的表达都必须：每个基因的表达都必须：每个基因的表达都必须：每个基因的表达都必须： 在正确的细胞中；在正确

10、的细胞中；在正确的细胞中；在正确的细胞中； 在正确的时间；在正确的时间；在正确的时间；在正确的时间； 对正确的信号产生正确的反应；对正确的信号产生正确的反应；对正确的信号产生正确的反应；对正确的信号产生正确的反应； 产生正确的表达水平。产生正确的表达水平。产生正确的表达水平。产生正确的表达水平。 问题：细胞是如何协调（问题：细胞是如何协调（问题：细胞是如何协调（问题：细胞是如何协调（coordinatecoordinate）这一过程的？这一过程的？这一过程的？这一过程的？ 答案：一个关键的调控蛋白，可以调控一系列下游基因，答案：一个关键的调控蛋白，可以调控一系列下游基因，答案：一个关键的调控蛋

11、白，可以调控一系列下游基因，答案：一个关键的调控蛋白，可以调控一系列下游基因，完成细胞分化。完成细胞分化。完成细胞分化。完成细胞分化。 9肾上腺（糖）皮质激素受体的调控模式肾上腺（糖）皮质激素受体的调控模式肾上腺（糖）皮质激素受体的调控模式肾上腺（糖）皮质激素受体的调控模式10MyoDMyoD在骨骼肌细胞分化在骨骼肌细胞分化在骨骼肌细胞分化在骨骼肌细胞分化中的关键作用中的关键作用中的关键作用中的关键作用比喻：关键调控蛋白打比喻：关键调控蛋白打比喻：关键调控蛋白打比喻：关键调控蛋白打开组合密码锁的最后一个开组合密码锁的最后一个开组合密码锁的最后一个开组合密码锁的最后一个数字。数字。数字。数字。1

12、1组合调控：少数调组合调控：少数调组合调控：少数调组合调控：少数调控蛋白完成众多细控蛋白完成众多细控蛋白完成众多细控蛋白完成众多细胞类型的分化胞类型的分化胞类型的分化胞类型的分化比喻：调控蛋白，如比喻：调控蛋白，如比喻：调控蛋白，如比喻：调控蛋白，如同单词和文章。同单词和文章。同单词和文章。同单词和文章。Limited words Limited words unlimited meaningunlimited meaning12例子：眼形成的关键调控蛋白例子：眼形成的关键调控蛋白例子：眼形成的关键调控蛋白例子：眼形成的关键调控蛋白EyEy（果蝇）果蝇）果蝇）果蝇）eyey 基因基因基因基因

13、早期细胞（发育成腿）早期细胞（发育成腿）早期细胞（发育成腿）早期细胞（发育成腿） 腿中眼细胞分化腿中眼细胞分化腿中眼细胞分化腿中眼细胞分化 眼形成眼形成眼形成眼形成13（五）（五）（五）（五）转分化和再生转分化和再生转分化和再生转分化和再生 转分化（转分化（转分化（转分化（trans-differentiationtrans-differentiation）：由）：由）：由）：由一种分化的细胞类型转化一种分化的细胞类型转化一种分化的细胞类型转化一种分化的细胞类型转化为另一种细胞类型。为另一种细胞类型。为另一种细胞类型。为另一种细胞类型。 转分化：转分化：转分化：转分化： 去分化去分化去分化去分

14、化 再分化再分化再分化再分化 （dedifferentiationdedifferentiation） （redifferentiationredifferentiation） 再生：转分化再生：转分化再生：转分化再生：转分化 重新启动细胞周期（重新启动细胞周期（重新启动细胞周期（重新启动细胞周期（GG0 0M)M) 多能干细胞多能干细胞多能干细胞多能干细胞 例子：植物细胞例子：植物细胞例子：植物细胞例子：植物细胞 愈伤组织愈伤组织愈伤组织愈伤组织 根芽形成根芽形成根芽形成根芽形成 植株再生植株再生植株再生植株再生 动物：伤口愈合；肝再生；动物：伤口愈合；肝再生；动物：伤口愈合；肝再生；动物：

15、伤口愈合；肝再生；WolftionWolftion晶体再生；低等晶体再生；低等晶体再生；低等晶体再生；低等 生物的肢体再生；生物的肢体再生；生物的肢体再生；生物的肢体再生；etc. etc. （神经细胞分裂再生？）神经细胞分裂再生？）神经细胞分裂再生？）神经细胞分裂再生？）增殖增殖去分化去分化再分化再分化14单细胞有机体的细胞分化单细胞有机体的细胞分化与多细胞有机体细胞分化的不同之处：与多细胞有机体细胞分化的不同之处： 前者多为适应不同的生活环境，而后者则通前者多为适应不同的生活环境，而后者则通过细胞分化构建执行不同功能的组织与器官。过细胞分化构建执行不同功能的组织与器官。 多细胞有机体在其分

16、化程序与调节机制多细胞有机体在其分化程序与调节机制方面显得更为复杂。方面显得更为复杂。 15 二、二、二、二、影响细胞分化的因素影响细胞分化的因素影响细胞分化的因素影响细胞分化的因素 （一）细胞的全能性（一）细胞的全能性（一）细胞的全能性（一）细胞的全能性（totipotencytotipotency）：）：）：）：单个细胞形成完整个单个细胞形成完整个单个细胞形成完整个单个细胞形成完整个体的能力。体的能力。体的能力。体的能力。e.g.e.g.，受精卵、早期胚胎细胞；现已证实高度分受精卵、早期胚胎细胞；现已证实高度分受精卵、早期胚胎细胞；现已证实高度分受精卵、早期胚胎细胞；现已证实高度分化的细胞

17、也具有全能性。（基础、内因）化的细胞也具有全能性。（基础、内因）化的细胞也具有全能性。（基础、内因）化的细胞也具有全能性。（基础、内因） 实验证据：实验证据：实验证据：实验证据： 植物体细胞胚胎发生（植物体细胞胚胎发生（植物体细胞胚胎发生（植物体细胞胚胎发生（plant somatic embryogenesisplant somatic embryogenesis）; ; 动物克隆（动物克隆（动物克隆（动物克隆（19971997，多莉羊；，多莉羊；，多莉羊；，多莉羊；） 高度分化的动植物体细胞，在遗传背景（基因组高度分化的动植物体细胞，在遗传背景（基因组高度分化的动植物体细胞，在遗传背景（基

18、因组高度分化的动植物体细胞，在遗传背景（基因组DNA)DNA)和和和和功能上均是全能的。功能上均是全能的。功能上均是全能的。功能上均是全能的。16植物细胞具有植物细胞具有全能性全能性，在适，在适宜的条件下可宜的条件下可培育成正常植培育成正常植株株17动物细胞的全能性动物细胞的全能性如蛙红细胞核移植后发如蛙红细胞核移植后发育成蝌蚪育成蝌蚪Dolly羊的诞生羊的诞生说明高度说明高度分化的哺乳动物体细胞核分化的哺乳动物体细胞核也具有发育全能性也具有发育全能性干细胞干细胞(Stem cell)与细胞与细胞发育潜能发育潜能18干细胞的基本概念干细胞的基本概念1、定义：、定义：具有自我复制的能力，在一定条

19、件下能够分化成各种功能细胞。具有自我复制的能力，在一定条件下能够分化成各种功能细胞。2、分类、分类：（1）全能干细胞全能干细胞，包括：胚胎干细胞（，包括：胚胎干细胞（embryonic stem cells, ES细胞）细胞） 生殖干细胞（生殖干细胞（embryonic germ cells, EG细胞）细胞） 具有全能性，能够分化成全身具有全能性，能够分化成全身200多种细胞类型，多种细胞类型， 进一步形成机体的任何组织和器官。进一步形成机体的任何组织和器官。（2）多能干细胞多能干细胞：具有分化成多种细胞和组织的潜能，但却失去了发：具有分化成多种细胞和组织的潜能，但却失去了发 育成完整个体的

20、能力。育成完整个体的能力。（3）专能干细胞专能干细胞：只能向一种或密切相关的两种类型的细胞分化。：只能向一种或密切相关的两种类型的细胞分化。19 干细胞具有以下几个特点:干细胞本身不是终末分化细胞(即干细胞不是处于分化途径的终端); 干细胞能无限地分裂;干细胞分裂产生的子细胞只能在两种途径中选择其一:或保持亲代特征,仍作为干细胞,或不可逆地向终末分化。 2021横向分化：横向分化：部分干细胞在特定条件下可以转化为其它部分干细胞在特定条件下可以转化为其它细胞，如肌肉干细胞在特定条件下可以分化为细胞，如肌肉干细胞在特定条件下可以分化为各种血细胞系。各种血细胞系。221.衍生自囊胚的内细胞团或原始外

21、胚层的细胞；衍生自囊胚的内细胞团或原始外胚层的细胞；2.永生化永生化(immortal)；3.能维持稳定的正常的二倍体染色体结构；能维持稳定的正常的二倍体染色体结构；4.有稳定的发育潜能，能被诱导增殖或分化；有稳定的发育潜能，能被诱导增殖或分化；5.能参与胎儿所有组织的发育过程；能参与胎儿所有组织的发育过程； 胚胎干细胞的性质胚胎干细胞的性质23干细胞来源：干细胞来源：(1) 发育良好的囊胚，从中分离内细胞群细胞发育良好的囊胚，从中分离内细胞群细胞ES细胞细胞(2) 从从5-9周的胚胎生殖腺中分离出人的周的胚胎生殖腺中分离出人的EG细胞（细胞（embryonic germinate cells

22、）(3)恶性胚胎肿瘤或畸胎瘤细胞恶性胚胎肿瘤或畸胎瘤细胞 （embryonal carcinoma, EC)(4) 生殖克隆（治疗性克隆）：体细胞核转移（生殖克隆（治疗性克隆）：体细胞核转移（SCNT）去核卵细胞去核卵细胞 + 体细胞核体细胞核 克隆克隆 囊胚囊胚 分离内细胞群分离内细胞群 ES细胞细胞2425由由由由胚胎干细胞胚胎干细胞胚胎干细胞胚胎干细胞（ESCESC）制造嵌合鼠制造嵌合鼠制造嵌合鼠制造嵌合鼠26干细胞技术在治疗性组织工干细胞技术在治疗性组织工干细胞技术在治疗性组织工干细胞技术在治疗性组织工程中的应用程中的应用程中的应用程中的应用27造血干细胞的分化（造血干细胞的分化（造血

23、干细胞的分化（造血干细胞的分化（hemopoiesishemopoiesis）28（二）影响细胞分化的因素（外因）（二）影响细胞分化的因素（外因）（二）影响细胞分化的因素（外因）（二）影响细胞分化的因素（外因） 众多的内外因素，形成众多的内外因素，形成众多的内外因素，形成众多的内外因素，形成“ “网络网络网络网络” ”。 1 1，胞外信号，胞外信号，胞外信号，胞外信号 近端因子：细胞接触；旁分泌；自分泌；缝隙连接近端因子：细胞接触；旁分泌；自分泌；缝隙连接近端因子：细胞接触；旁分泌；自分泌；缝隙连接近端因子：细胞接触；旁分泌；自分泌；缝隙连接 环境环境环境环境 胞外信号胞外信号胞外信号胞外信号

24、 远端因子：内分泌（激素）远端因子：内分泌（激素）远端因子：内分泌（激素）远端因子：内分泌（激素） 29细胞信号的传递方式细胞信号的传递方式细胞信号的传递方式细胞信号的传递方式A gap junction A gap junction 302 2 细胞记忆和决定细胞记忆和决定细胞记忆和决定细胞记忆和决定 定义定义定义定义：细胞将信号分子的作用储藏起来，以决定分化的：细胞将信号分子的作用储藏起来，以决定分化的：细胞将信号分子的作用储藏起来，以决定分化的：细胞将信号分子的作用储藏起来，以决定分化的能力。（能力。（能力。（能力。（memory fatememory fate） 本质本质本质本质：特定

25、的基因表达谱式（：特定的基因表达谱式（：特定的基因表达谱式（：特定的基因表达谱式（profileprofile）在细胞增殖过程在细胞增殖过程在细胞增殖过程在细胞增殖过程中的传递。中的传递。中的传递。中的传递。 方式方式方式方式：a. a. 正反馈途径（正反馈途径（正反馈途径（正反馈途径（positive feedback looppositive feedback loop） b. b. 染色质构型（染色质构型（染色质构型（染色质构型（e.g., e.g., 常染色质和异染色质）常染色质和异染色质）常染色质和异染色质）常染色质和异染色质） 染色质重塑（染色质重塑（染色质重塑（染色质重塑（chr

26、omatin remodelingchromatin remodeling）的作用的作用的作用的作用 这些方式均是可传递的。这些方式均是可传递的。这些方式均是可传递的。这些方式均是可传递的。31正反馈途径正反馈途径正反馈途径正反馈途径32染色质的不均一性染色质的不均一性染色质的不均一性染色质的不均一性333 3，细胞质的影响，细胞质的影响，细胞质的影响，细胞质的影响 受精卵的细胞质受精卵的细胞质受精卵的细胞质受精卵的细胞质不均一性和不均等不均一性和不均等不均一性和不均等不均一性和不均等卵裂卵裂卵裂卵裂 细胞增殖过程中细胞增殖过程中细胞增殖过程中细胞增殖过程中产生不均等细胞的产生不均等细胞的产生

27、不均等细胞的产生不均等细胞的方式方式方式方式34细胞质不均一性的分子基础细胞质不均一性的分子基础细胞质不均一性的分子基础细胞质不均一性的分子基础 “ “决定子决定子决定子决定子” ”(determinant) (?)(determinant) (?) 细胞质成分：细胞质成分：细胞质成分：细胞质成分：mRNAmRNA；隐藏隐藏隐藏隐藏mRNAmRNA；生殖质生殖质生殖质生殖质(germ (germ plasmplasm) )354 4，细胞间的相互作用和位置效应，细胞间的相互作用和位置效应，细胞间的相互作用和位置效应，细胞间的相互作用和位置效应 细胞相互作用：信号分子的作用（见前）细胞相互作用：

28、信号分子的作用（见前）细胞相互作用：信号分子的作用（见前）细胞相互作用：信号分子的作用（见前） 细胞位置效应（细胞位置效应（细胞位置效应（细胞位置效应（position effectposition effect）：）：）：）： “ “位置信息位置信息位置信息位置信息” ”（? ?） morphogenmorphogen （形成素）；形成素）；形成素）；形成素）；“ “sonic hedgehog”sonic hedgehog”基因产物基因产物基因产物基因产物36 鸡胚肢体形成中鸡胚肢体形成中鸡胚肢体形成中鸡胚肢体形成中sonic sonic hedgehog hedgehog 产物作为一产物

29、作为一产物作为一产物作为一种种种种morphogenmorphogen 的作用的作用的作用的作用375 5，环境因素，环境因素，环境因素，环境因素 环境环境环境环境 基因表达基因表达基因表达基因表达 细胞分化细胞分化细胞分化细胞分化 性状（性状（性状（性状（e.g., e.g., 性别决定，癌）性别决定，癌）性别决定，癌）性别决定，癌） 6 6，染色质和基因重排，染色质和基因重排，染色质和基因重排，染色质和基因重排 例子：例子：例子：例子：a. a. 马蛔虫：染色体消减现象马蛔虫：染色体消减现象马蛔虫：染色体消减现象马蛔虫：染色体消减现象 b. b. 纤毛虫（生殖核和营养核）：纤毛虫（生殖核和

30、营养核）：纤毛虫（生殖核和营养核）：纤毛虫（生殖核和营养核）： 营养核营养核营养核营养核 DNADNA丢失丢失丢失丢失 DNADNA重排和多倍化（专化）重排和多倍化（专化）重排和多倍化（专化）重排和多倍化（专化） c. Bc. B淋巴细胞：淋巴细胞：淋巴细胞：淋巴细胞：DNADNA断裂和重排断裂和重排断裂和重排断裂和重排 抗体的多样化抗体的多样化抗体的多样化抗体的多样化38 三、三、三、三、细胞分化与胚胎发育细胞分化与胚胎发育细胞分化与胚胎发育细胞分化与胚胎发育 细胞分化是发育的基础；发育（个体形成）是细胞分化的结细胞分化是发育的基础；发育（个体形成）是细胞分化的结细胞分化是发育的基础；发育（

31、个体形成）是细胞分化的结细胞分化是发育的基础；发育（个体形成）是细胞分化的结果。果。果。果。 现代发育生物学（现代发育生物学（现代发育生物学（现代发育生物学（developmental biologydevelopmental biology）的核心问题：的核心问题：的核心问题：的核心问题： 发育过程中基因组表达的时空性及其调控机制；发育过程中基因组表达的时空性及其调控机制；发育过程中基因组表达的时空性及其调控机制；发育过程中基因组表达的时空性及其调控机制； 受精卵受精卵受精卵受精卵 细胞分化细胞分化细胞分化细胞分化 组织形成组织形成组织形成组织形成 器官形成器官形成器官形成器官形成 个体个体

32、个体个体 如何调控？如何调控？如何调控？如何调控？39目前的主要成果目前的主要成果目前的主要成果目前的主要成果： 同源异形基因群（同源异形基因群（同源异形基因群（同源异形基因群（homeotichomeotic selector genes, selector genes, HoxHox genes genes）的发现（果蝇）；的发现（果蝇）；的发现（果蝇）；的发现（果蝇）； HoxHox：高度保守，高度保守，高度保守，高度保守，180 180 bpbp 同源框（同源框（同源框（同源框（homeoboxhomeobox）; 60 a.a. ; 60 a.a. 同源异形结构域（同源异形结构域（同

33、源异形结构域（同源异形结构域（homeodomainhomeodomain）; “helix-turn-helix”; “helix-turn-helix” 珠蛋白（珠蛋白（珠蛋白（珠蛋白（globinglobin）基因簇在人胚胎中红系细胞发育过程中基因簇在人胚胎中红系细胞发育过程中基因簇在人胚胎中红系细胞发育过程中基因簇在人胚胎中红系细胞发育过程中的基因表达起重要调控作用。的基因表达起重要调控作用。的基因表达起重要调控作用。的基因表达起重要调控作用。40同源异形结构域与特异同源异形结构域与特异同源异形结构域与特异同源异形结构域与特异DNADNA序列的结合参与了基因调控序列的结合参与了基因调控

34、序列的结合参与了基因调控序列的结合参与了基因调控4112.2 癌细胞癌细胞癌症是一种严重威胁人类生命安全的疾病癌症是一种严重威胁人类生命安全的疾病。动物。动物体内细胞分裂调节失控而无限增殖的细胞称为肿体内细胞分裂调节失控而无限增殖的细胞称为肿瘤细胞瘤细胞(tumor cell)。具有转移能力的肿瘤称为具有转移能力的肿瘤称为恶恶性肿瘤性肿瘤（malignancy）。）。单一细胞癌变就会形成单一细胞癌变就会形成癌症。癌症。42一癌细胞的基本特征癌细胞的基本特征细胞生长与分裂失去控制，具有无限增殖能力细胞生长与分裂失去控制，具有无限增殖能力具有扩散性具有扩散性 恶恶性性肿肿瘤瘤细细胞胞（癌癌细细胞胞

35、）的的细细胞胞间间粘粘着着性性下下降降，具具有有侵侵润润性性和和和和扩扩散散性性，这这是是癌癌细细胞胞的的基基本特征本特征 在分化程度上癌细胞低于良性肿瘤细胞，且失去了许在分化程度上癌细胞低于良性肿瘤细胞，且失去了许 多原组织细胞的结构和功能多原组织细胞的结构和功能细胞间相互作用改变细胞间相互作用改变蛋白表达谱系或蛋白活性改变蛋白表达谱系或蛋白活性改变 mRNA转录谱系的改变转录谱系的改变 染色体非整倍性染色体非整倍性43扩散性扩散性：染色体非染色体非整倍性整倍性4445体外培养的恶性转化细胞的特征体外培养的恶性转化细胞的特征 恶性转化细胞同癌细胞一样具有无限增殖的潜能恶性转化细胞同癌细胞一样

36、具有无限增殖的潜能 在体外培养时贴壁性下降在体外培养时贴壁性下降失去接触抑制失去接触抑制培养时培养时对血清依赖性降低对血清依赖性降低当当将将恶恶性性转转化化细细胞胞注注入入易易感感动动物物体体内内，往往往往会会形形成肿瘤成肿瘤46体外体外培养培养的恶的恶性转性转化细化细胞胞47二、癌症产生是基因突变积累和自然选择的结果二、癌症产生是基因突变积累和自然选择的结果癌癌症症主主要要是是体体细细胞胞突突变变产产生生的的遗遗传传病病，涉涉及及到到两大类与细胞增殖相关的基因的突变。两大类与细胞增殖相关的基因的突变。促促进进细细胞胞增增殖殖相相关关基基因因突突变变：原原癌癌基基因因(proto-oncoge

37、ne)突变形成癌基因突变形成癌基因(oncogene)抑抑制制细细胞胞增增殖殖相相关关基基因因突突变变：肿肿瘤瘤抑抑制制基基因因(tumor-suppressor gene)，抑癌基因抑癌基因细细胞胞癌癌变变是是基基因因突突变变累累积积和和自自然然选选择择的的结结果果，所以患者多为年长者。所以患者多为年长者。原原癌癌基基因因与与肿肿瘤瘤抑抑制制基基因因产产物物协协调调作作用用，避避免免细胞癌变细胞癌变48原癌基因：原癌基因：存在于细胞基因存在于细胞基因组中组中(c-onc)，编码多种类型的编码多种类型的蛋白质蛋白质原癌基因功能获得性原癌基因功能获得性突变突变(显性突变显性突变)，其，其产物量增

38、加或活性升产物量增加或活性升高，促进细胞癌变高，促进细胞癌变49抑癌基因：抑癌基因：这这类类基基因因编编码码的的蛋蛋白白抑抑制制细细胞胞增增殖殖，使使细细胞胞停停留于检验点留于检验点发生功能丧失性突变发生功能丧失性突变(隐性突变隐性突变) Rb基因突变导致视网膜母细胞瘤形成。基因突变导致视网膜母细胞瘤形成。 P53基因突变将导致细胞癌变或凋亡基因突变将导致细胞癌变或凋亡50抑癌基因的功抑癌基因的功能丧失性突变能丧失性突变-阴阴性突变性突变51P53基因突变将导致细胞癌变或凋亡基因突变将导致细胞癌变或凋亡52三、致癌因素三、致癌因素多种理化因子致癌多种理化因子致癌 DNA肿瘤病毒与肿瘤病毒与RN

39、A肿瘤病毒致癌肿瘤病毒致癌 5354四、癌症能治疗吗？四、癌症能治疗吗？传统思路是手术、放疗、化疗传统思路是手术、放疗、化疗癌症治疗新方案癌症治疗新方案 免疫治疗免疫治疗(Immunotherapy) 基因治疗基因治疗(Gene therapy) 抑制癌症促进蛋白的活性抑制癌症促进蛋白的活性 抑制肿瘤血管形成抑制肿瘤血管形成55n尿液萃取物对末期癌症具疗效运用人尿中的萃取物CDA2，用来治疗九种末期癌症，结果有一成其肿瘤面积可缩小一半以上。 “细胞毒性T淋巴细胞疗法”首先是从体内循环血液或癌细胞组织中提取细胞毒性T淋巴细胞，然后在试管中利用转基因技术培植出含有一种能分辨恶性癌细胞分子的淋巴细胞

40、，使用这种新型细胞毒性T淋巴细胞可以提高酶体分泌能力，致使癌细胞膜脱落坏死。 利用细胞疗法治疗肿瘤已成为治疗癌症的方法之一。迄今为止，这种疗法主要是从血液中提取免疫细胞。但“德国海德堡癌症研究中心”的科学家经试验发现，利用从骨髓中提取的免疫细胞进行细胞疗法，效果更加明显。健康细胞上的telomerase基因一般都处于关闭状态，而80%以上的癌细胞上的这种基因都处于开启状态以保证癌细胞的生存，因此通过调整这种基因的开关状态，科学家可以欺骗癌细胞杀死自己的同类。 56 癌干细胞癌干细胞在肿瘤中的在肿瘤中的一小部分一小部分具有无限增值能力，具有无限增值能力，并形成肿瘤能力的细胞，也称并形成肿瘤能力的

41、细胞，也称肿瘤干细胞肿瘤干细胞。 癌干细胞在癌组织中所占的比例很少，具有形癌干细胞在癌组织中所占的比例很少，具有形成能力是癌干细胞的本质特征。目前已经在乳腺癌，成能力是癌干细胞的本质特征。目前已经在乳腺癌，脑瘤等实体瘤以及血液系统肿瘤中发现了癌干细胞。脑瘤等实体瘤以及血液系统肿瘤中发现了癌干细胞。 鉴定癌干细胞的方法通常是首先通过分子标志鉴定癌干细胞的方法通常是首先通过分子标志将肿瘤细胞悬液用流式细胞仪分选为若干亚群，然将肿瘤细胞悬液用流式细胞仪分选为若干亚群，然后将不同的细胞亚群移值到裸鼠的体内观察其成瘤后将不同的细胞亚群移值到裸鼠的体内观察其成瘤性，癌干细胞就存在于具有成瘤性的细胞亚群中。

42、性，癌干细胞就存在于具有成瘤性的细胞亚群中。57传统理论指导下癌症的治疗有放疗传统理论指导下癌症的治疗有放疗法，化疗法，外科切除等方法。这法，化疗法，外科切除等方法。这些方法是不加区分的消灭增殖细胞些方法是不加区分的消灭增殖细胞来达到一定的治疗。来达到一定的治疗。58 恶性肿瘤恶性肿瘤具有无限增殖和侵袭性生长具有无限增殖和侵袭性生长的特点，的特点，传统传统的观念认为肿瘤行成是所的观念认为肿瘤行成是所有肿瘤细胞有肿瘤细胞共同共同增殖的结果。然而，在增殖的结果。然而，在白血病的研究中发现，白血病的形成和白血病的研究中发现，白血病的形成和发展与正常造血系统有极大的相似之处发展与正常造血系统有极大的相

43、似之处（1997年年John Dick 等定义了第一个肿等定义了第一个肿瘤干细胞，急性髓细胞性白血病（瘤干细胞，急性髓细胞性白血病（AML)的白血病干细胞），由此提出了肿瘤形的白血病干细胞），由此提出了肿瘤形成的新模式成的新模式癌癌干细胞学说干细胞学说。59 n 是是指一个细胞分裂为两个细胞，但其中一个子指一个细胞分裂为两个细胞，但其中一个子代细胞仍然保持与亲代细胞完全相同的未分化状态；代细胞仍然保持与亲代细胞完全相同的未分化状态；而另一个细胞则定向分化，这种分裂称为不对称分而另一个细胞则定向分化，这种分裂称为不对称分裂。裂。 癌干细胞通过自我更新维持着肿瘤的持续生长。癌干细胞通过自我更新维持

44、着肿瘤的持续生长。癌干细胞积累了所在肿瘤的基因突变，正是这些基癌干细胞积累了所在肿瘤的基因突变，正是这些基因突变导致了肿瘤细胞的过度增殖，乃至转移播散。因突变导致了肿瘤细胞的过度增殖，乃至转移播散。6061 n 癌干细胞的致瘤性因肿瘤种类不同差癌干细胞的致瘤性因肿瘤种类不同差别较大，主要从两个方面进行评价：一别较大，主要从两个方面进行评价：一是癌干细胞在体外克隆形成的能力是癌干细胞在体外克隆形成的能力;二是二是癌干细胞在免疫缺陷细胞动物体内的肿癌干细胞在免疫缺陷细胞动物体内的肿瘤形成。瘤形成。62 n 具有多向分化潜能，能够重建相应组织所有具有多向分化潜能，能够重建相应组织所有的细胞成分。肿瘤

45、干细胞能够形成缺乏自我的细胞成分。肿瘤干细胞能够形成缺乏自我更新能力但具有分裂能力的子代细胞，生理更新能力但具有分裂能力的子代细胞，生理状态下称为状态下称为“分化分化”。肿瘤缺乏分化为表型。肿瘤缺乏分化为表型正常的成熟细胞的能力，但能发生不同程度正常的成熟细胞的能力，但能发生不同程度的有限的分化，从而形成组织病变学各异的的有限的分化，从而形成组织病变学各异的肿瘤。肿瘤。63n 耐药性是癌干细胞的特征之一，因而不少耐药性是癌干细胞的特征之一，因而不少报道认为癌干细胞的存在是导致肿瘤化疗失败报道认为癌干细胞的存在是导致肿瘤化疗失败的主要原因的主要原因。 6465治疗新思路n1.削弱增殖能力削弱增殖

46、能力n2.促进分化促进分化n3.破坏微环境破坏微环境n4.诱导凋亡诱导凋亡n5.增加对放疗和化疗的敏感性增加对放疗和化疗的敏感性66抑制癌干细胞信号通路和相关酶的抑制癌干细胞信号通路和相关酶的活性，削弱增殖能力。活性，削弱增殖能力。67诱导癌干细胞分化，消耗其分裂潜能，达到诱导癌干细胞分化，消耗其分裂潜能，达到抑制肿瘤发展的目的抑制肿瘤发展的目的。68破坏为癌干细胞提供养分和保护的微环境，抑制增殖破坏为癌干细胞提供养分和保护的微环境，抑制增殖和成瘤的能力和成瘤的能力。69用靶向性病毒载体携带促凋亡基因诱导癌干细胞用靶向性病毒载体携带促凋亡基因诱导癌干细胞进入凋亡程序，达到清除目的。进入凋亡程序

47、，达到清除目的。70抑制抗性相关蛋白的表达，增加对放疗和化抑制抗性相关蛋白的表达，增加对放疗和化疗的敏感性，提高放化疗的有效率。疗的敏感性，提高放化疗的有效率。711.癌干细胞的来源？癌干细胞的来源？ 肿瘤干细胞是正常的成体干细胞甚至体细胞基肿瘤干细胞是正常的成体干细胞甚至体细胞基因突变所致。因突变所致。 肿瘤干细胞主要来源于细胞融合。肿瘤干细胞主要来源于细胞融合。 肿瘤干细胞起源与病毒有关。肿瘤干细胞起源与病毒有关。 肿瘤干细胞起源于残留的静止的胚胎干细胞。肿瘤干细胞起源于残留的静止的胚胎干细胞。 727374癌干细胞的分离培养癌干细胞的分离培养技术技术n癌干细胞分离分选，培养扩增是进行癌干

48、细胞分离分选，培养扩增是进行癌干细胞特性研究的首要步骤。现有癌干细胞特性研究的首要步骤。现有不少实验室主要应用：流式分选，磁不少实验室主要应用：流式分选，磁式分选这两种手段，报道了癌干细胞式分选这两种手段，报道了癌干细胞的分离成功，但这并不意味着这些技的分离成功，但这并不意味着这些技术已经成为经典。术已经成为经典。7512.3 12.3 真核细胞基因表达的调控真核细胞基因表达的调控看家基因看家基因(House-keeping gene) 组织特异性组织特异性(Tissue-specific gene)表达基因或称为奢侈基因(luxyry gene) 细胞分化主要是奢侈基因中某种细胞分化主要是奢

49、侈基因中某种( (或某些或某些) )特特定基因的选择性表达的结果。定基因的选择性表达的结果。76基基因因的的选选择择性性表表达达77基因表达的调控基因表达的调控真核细胞基因表达的调控是多级调控系统，主要发生在真核细胞基因表达的调控是多级调控系统，主要发生在三个彼此相对独立的水平上三个彼此相对独立的水平上：转录水平的调控转录水平的调控加工水平的调控加工水平的调控翻译水平的调控翻译水平的调控 78一转录水平的调控一转录水平的调控真核细胞基因表达的调控是多级调控系统，主要发生在真核细胞基因表达的调控是多级调控系统，主要发生在三个彼此相对独立的水平上三个彼此相对独立的水平上：转录水平的调控转录水平的调

50、控加工水平的调控加工水平的调控翻译水平的调控翻译水平的调控 79 转录激活转录激活 基因转录水平的控制错综复杂，受多种因素影响基因转录水平的控制错综复杂，受多种因素影响 TATATATA盒、盒、CAATCAAT盒和盒和GCGC盒，盒，TATATATA盒决定转录起始的盒决定转录起始的 位点，位点，CAATCAAT盒和盒和GCGC盒决定盒决定RNARNA聚合酶转录基因的效聚合酶转录基因的效 率。率。 转录因子结构转录因子结构转录因子与转录因子与DNADNA序列相互作用最常见的几种序列相互作用最常见的几种结构模式结构模式80启动子元件的位置启动子元件的位置81转录因子结转录因子结构构82转录因子与转

51、录因子与DNADNA序列相互作用最常见的几种序列相互作用最常见的几种结构结构模式模式83转录激活机制的模型转录激活机制的模型84 基因表达阻遏基因表达阻遏DNADNA甲甲基基化化（DNA DNA methylationmethylation）与与基基因因表达阻遏有关表达阻遏有关 基因组印记（基因组印记（genomic imprintinggenomic imprinting） 是说明甲基化作用在基因表达中具有是说明甲基化作用在基因表达中具有 重要意义的最好例证，也是哺乳动物重要意义的最好例证，也是哺乳动物 所特有的现象所特有的现象85甲基甲基化作化作用与用与基因基因活性活性调节调节86二、转录

52、后调控转录后调控 转录后调控包括转录后加工、降解调节。 简简单单的的转转录录本本的的加加工工: :这种转录本的加工主要是切除内含子。内含子的切除按“GT-AG”规则,即内含子的切除总是在5端以GT开始, 在3端以AG结束。 复复杂杂的的转转录录本本的的加加工工这种加工的hnRNA属于基因全长转录,经不同剪接产生不同的成熟mRNA,表达不同的产物。87转录后加工的调节转录后加工的调节88 翻译水平的调控翻译水平的调控 细胞质中进行的转译水平的调控包括: mRNA稳定性的控制、差别翻译译、翻译起始的控制、下游区的控制等。 铁蛋白的翻译是细胞在mRNA水平控制基因表达的一个很好的例子。铁蛋白在细胞内

53、的作用是螯合细胞质中的游离铁原子，保护细胞免受游离金属的毒性。铁蛋白的翻译受细胞内游离铁的浓度调节的，铁离子的浓度影响一种阻遏蛋白的活性。89铁蛋铁蛋白的白的翻译翻译调控调控90 翻译后加工的控制翻译后加工的控制 在在真真核核生生物物中中许许多多激激素素的的合合成成都都是是以以一一个个共共同同的的前前体体合合成成的的，称称为为聚聚蛋蛋白白，然然后后切切割割成成不不同同的的蛋蛋白白质质。但但是是在在不不同同的的组组织织中中，切切割割的的方方式式是是不不同同的的，因因此此相相同同的的基基因因在在不不同同的的组组织织中中合合成成不不同同的的激激素素蛋蛋白白。例例如如多多肽肽蛋蛋白白阿阿黑黑皮皮素素原原(POMC)(POMC)的合成就是一例的合成就是一例。91翻翻译译后后加加工工控控制制92 其它表达调控方式其它表达调控方式 包括mRNA运输的控制、mRNA降解的控制等。93