1、受精卵,卵裂,分化,受精卵,囊胚,原肠胚,第十一章 细 胞 分 化,细胞分化/cell differentiation：指从受精卵开始的个体发育过程中,细胞之间逐渐产生稳定性差异的过程。 受精卵发育成多细胞动物是通过细胞增殖和分化而实现的。,第一节 细胞分化的基本概念,运输O2和CO2,肌肉收缩,血红蛋白 Hb,细胞分化的标志： 合成新的特异性蛋白质 出现新组装的亚细胞结构 特定功能,肌动蛋白和肌球蛋白,一、细胞分化特点 1.稳定性 2.转分化与去分化 3.分化的时空性 4.普遍性：在整个个体发育过程中均有细胞 分化活动，但胚胎期是最重要的细胞分化时期。,细胞决定/cell determina
2、tion：个体发育中，细胞在发 生可识别的分化特征之前，就已确定未来的发育命运，并向特定方向分化，细胞预先作出的分化选择。 1. 细胞决定制约分化方向 细胞决定是细胞预先做出的分化选择，而细胞分化则是细胞 在形态、结构、功能方面的稳定差异。 2. 细胞决定具有遗传稳定性,二、细胞决定,原肠胚早期,原肠胚晚期,供体,受体,预定发育成表皮,预定发育成脑,脑,三、 具备全能性的细胞与细胞核 （一）全能性的细胞 全能性细胞/totipotency cell 多能性细胞的/pluripotency cell 单能性/unipotency 细胞分化的规律： 全能 多能 单能,（二）细胞核保持分化全能性 在
3、发育过程中： 细胞的全能性 降低 全能性细胞核/totipotent nucleus：含全套的遗传信息 证明：,20世纪60年代：蛙的核移植实验 1997年：Dolly羊,?,显微注射,蛙的核移植实验,肠上皮细胞 皮肤上皮细胞,A,B,C,体细胞克隆技术示意图,多利和她的女儿邦妮,多利和其代理妈妈,四、 分化与分裂的关系 细胞在分化前多次分裂 同源群的细胞分裂前可处在不同的分化程度 分化在G1期进行 增殖快则分化慢 分裂能力随分化程度提高而下降 高度分化的细胞不再分裂 两者伴随发生但不完全平行,基本概念 持家基因/housekeeping gene： 维持细胞生命活动所必需的，各类细胞普遍共有
4、的， 与细胞分化关系不大， 对细胞分化只起协助作用。 奢侈基因/luxury gene： 编码决定细胞性状的特异蛋白， 决定细胞分化的物质基础。,第二节 细胞分化的分子基础,一、细胞分化是基因选择性表达 基因差异表达/differential gene expression： 细胞分化并不是基因组DNA全部表达，而是奢侈基因按一定的程序，有选择地相继活化。 某些基因 开/关 组织特异性,Southern 杂交实验 检测DNA的存在 Northern 杂交实验 从mRNA水平检测 检测基因是否表达,分子杂交技术检测基因及其表达,二、 细胞分化相关基因表达的调节 基因差异表达的调控主要发生在转录水
5、平 顺式调控元件（启动子、增强子、沉默子） 反式调控因子（通用转录因子 特异转录因子） 活性染色质结构的特异调控区 DNA甲基化：甲基化位点可阻碍转录因子结合， 甲基化程度越高,DNA转录活性越低。 同源异形框基因：同源异形框基因表达的同源蛋白是 一类非常重要的转录调节因子。,（同源盒基因）,Antenna leg,Normal,HOX mutant,Bithorax mutant,Normal,一、细胞质在分化中的作用,第三节 细胞分化的影响因素,感觉性神经母细胞,Numb 蛋白,早期胚胎细胞不对称分裂示意图,二、诱导和抑制对分化的影响 诱导/induction：胚胎发育过程中胚层之间相互促
6、进 分化的正向作用。 抑制/inhibition：分化的细胞抑制邻近细胞 进行相同分化，是一种负反馈调节。 Induction inhibition协调作用，维持分化和发育。,诱导是有层次的，先生成的结构 可以作为导物来诱导下一个结构产生 分化诱导的三个层次： 初级诱导：中胚层的脊索外胚层神经板 次级诱导：外胚层的神经板 视泡 外胚层眼晶状体 三级诱导：外胚层晶状体外胚层角膜,三个胚层中，以中胚层首先分化，诱导出现早、作用强,抑素/chalone 是一种化学介质； 由分化完成的细胞产生； 抑制附近的细胞进行同样的分化；,旁侧抑制和细胞的多样性,三、激素对分化的影响,激素：细胞分泌的多种信息分子
7、的总称 远距离进行分化调节,特点：特异性相同激素对不同靶细胞产生不同作用 高效性痕量可促发级联放大效应 适应性可协调复杂的发育过程,甾体激素 肽类激素 脂溶性 水溶性 分子小，可穿过胞膜 分子大，不可穿过胞膜 与胞内受体结合 入核、结合到染色质上 与膜上特异性受体结 合，激活一系列酶。 活化抑制DNA转录 影响DNA转录 生成新的mRNA 生成新的mRNA 翻译出新的蛋白质,激 素 类 型,四、位置信息对细胞分化的影响,位置信息在胚胎发育过程中一直在起作用吗?,五、环境因素对细胞分化的影响,癌细胞：细胞分化失控或分化异常导致细胞恶性变。 分化受阻 回复到未分化状态 增殖失控 永生性/immor
8、tality：在体外培养条件下无限次的传 代生长不死亡的特性。 侵袭和转移：合成和分泌蛋白水解酶 肿瘤细胞可被诱导向正常细胞分化。,第四节 细胞分化的医学意义,凋亡异常 代谢异常 形态学改变 接触抑制消失,Invasion and metastasis,M,M,N,N,M,N,白藜芦醇作用前后髓母细胞瘤细胞的形态变化,Cell differentiation: the process that a cell changes to carry out a specialized function. Marked by: morphology / structure / function Tran
9、sdifferentiation: from one type of cell into another type. Dedifferentiation: loss of differentiated characteristics. Cell totipotency ：the ability of a cell develops into a complete organism. Animal cloninga new organism created by the process of nuclear transplantation,Summary,House-keeping genes
10、and luxury genes Why a fertilized egg can develop into different cells: gene differentiated express. contain the same DNA, express different mRNA, synthesize different sets of proteins. Gene expression can be regulated at multiple steps in the pathway from DNA to RNA to protein. The factors that inf
11、luence cell differentiation: cytoplasmic asymmetry of fertilized egg cell, induction and inhibition, hormones, position effect, extracellular environments and so on .,细胞分化、细胞决定、转分化、去分化等概念 细胞分化的标志? 解释细胞分化的全能性，如何证明已分化的细胞核仍具有全能性？ 持家基因，奢侈基因，分化诱导，抑制。 细胞分化的实质。 为什么说细胞分化是基因选择性表达的结果。 何谓基因的差异表达？有何意义？ 影响细胞分化的因
12、素有哪些？请予说明。,思 考 题,去分化/ dedifferentiation： 一定条件下，已分化的细胞仍有可能重新获得分化潜能，回到未分化状态。,转分化/ transdifferentiation：从一种分化状态转变为另一种分化状态的现象。,单细胞生物: 时间上的分化 多细胞生物：时间上的分化 空间上的分化 时间上的分化：一个细胞在不同发育阶段可有不同 的形态结构和功能。 空间上的分化： 不同空间位置 确定发育命运 形成组织、器官,全能性细胞：单个细胞分裂、分化后仍具有发 育成完整个体的能力。 全能性细胞 植物细胞 哺乳动物受精卵8-Cells前的细胞 多能性细胞：细胞具有分化为有限细胞类型 的能力。 单能性细胞：形态上特化、功能上专一的终末 分化细胞。,
