细胞分化和凋亡课件.ppt
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1、关于细胞分化和凋亡现在学习的是第1页,共59页第一节第一节 细胞分化细胞分化n细胞后代在形态、结构和功能上发生差异的过程。细胞后代在形态、结构和功能上发生差异的过程。n每个人的一生中都在进行着细胞分化。每个人的一生中都在进行着细胞分化。n细细胞胞分分裂裂的的不不对对称称性性和和细细胞胞间间的的相相互互作作用用是是细细胞胞分分化化的的两两个个基基本本机制。机制。现在学习的是第2页,共59页一一 细胞分化的基本概念细胞分化的基本概念nCell differentiationCell differentiation:个体发育中,由一种相同的:个体发育中,由一种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在细胞类型
2、经细胞分裂后逐渐在形态、结构和功能形态、结构和功能上形上形成稳定性差异产生不同的细胞类群的过程。简言之:成稳定性差异产生不同的细胞类群的过程。简言之:细胞后代在形态结构和功能上发生差异的过程。细胞后代在形态结构和功能上发生差异的过程。n细胞分化不仅发生在胚胎发育中,而是在一生都进行着,细胞分化不仅发生在胚胎发育中,而是在一生都进行着,以补充衰老和死亡的细胞以补充衰老和死亡的细胞。现在学习的是第3页,共59页n通过细胞分化,使具有通过细胞分化,使具有相同遗传组成相同遗传组成的细胞,的细胞,选择性选择性地表达地表达不同的基因,不同的基因,产生不同的结构蛋白产生不同的结构蛋白、执行不同、执行不同的功
3、能,共同参与构成一个复杂的细胞社会的功能,共同参与构成一个复杂的细胞社会个体,个体,所以所以细胞分化的实质是基因选择性表达。细胞分化的实质是基因选择性表达。n选择性表达,又称差异性表达:个体发育过程中,选择性表达,又称差异性表达:个体发育过程中,有的基因按一定时空顺序转录生成不同有的基因按一定时空顺序转录生成不同mRNAmRNA,翻译,翻译出不同蛋白质,既决定细胞特殊性状的基因按一定出不同蛋白质,既决定细胞特殊性状的基因按一定顺序相继活化的现象。顺序相继活化的现象。现在学习的是第4页,共59页分化细胞基因组中所表达的基因可分为两类:分化细胞基因组中所表达的基因可分为两类:n持家基因持家基因(h
4、ousekeepinggene):维持细胞最低限:维持细胞最低限度的功能不可缺少的基因,在各类细胞中任何时间度的功能不可缺少的基因,在各类细胞中任何时间持续表达,其表达不受时空限制。持续表达,其表达不受时空限制。n奢侈基因奢侈基因(luxurygene):与各分化细胞的特殊性状有直:与各分化细胞的特殊性状有直接关系的基因,丧失该基因对细胞生存无影响,只在特定接关系的基因,丧失该基因对细胞生存无影响,只在特定的分化细胞中表达,受时空的限制。的分化细胞中表达,受时空的限制。现在学习的是第5页,共59页n细胞分化的机理及其复杂,概括而言细胞的分化命运取细胞分化的机理及其复杂,概括而言细胞的分化命运取
5、决于两个方面:决于两个方面:一是细胞的内部特性一是细胞的内部特性,二是细胞的外二是细胞的外部环境部环境,前者与细胞的不对称分裂(,前者与细胞的不对称分裂(asymmetric asymmetric divisiondivision)以及随机状态有关,尤其是不对称分裂使)以及随机状态有关,尤其是不对称分裂使细胞内部得到不同的基因调控成分,表现出一种不同细胞内部得到不同的基因调控成分,表现出一种不同于其它细胞的核质关系和应答信号的能力;后者表现于其它细胞的核质关系和应答信号的能力;后者表现为细胞应答不同的环境信号,启动特殊的基因表达,为细胞应答不同的环境信号,启动特殊的基因表达,产生不同的细胞的行
6、为,如分裂、生长、迁移、粘附、产生不同的细胞的行为,如分裂、生长、迁移、粘附、凋亡等,这些行为在形态发生中具有极其重要的作用。凋亡等,这些行为在形态发生中具有极其重要的作用。二、细胞分化的机理二、细胞分化的机理现在学习的是第6页,共59页n卵细胞具有极性,细胞核靠近北极。卵细胞具有极性,细胞核靠近北极。北极或动物极:极体释放的部位;北极或动物极:极体释放的部位;南极或植物极:相对北极而言,母体物质主要储存在于植物极。南极或植物极:相对北极而言,母体物质主要储存在于植物极。(一)细胞分裂的不对称性(一)细胞分裂的不对称性现在学习的是第7页,共59页n动物卵细胞中贮存有动物卵细胞中贮存有大量大量m
7、RNA,呈非均匀分布;,呈非均匀分布;用转录抑制剂放线菌素用转录抑制剂放线菌素D处理海胆受精卵,胚胎发育仍能进行至囊胚期处理海胆受精卵,胚胎发育仍能进行至囊胚期用蛋白质翻译抑制剂嘌呤霉素处理受精卵,受精卵停止发育。用蛋白质翻译抑制剂嘌呤霉素处理受精卵,受精卵停止发育。n卵裂后的细胞质的特性决定了子细胞核的分化命运。卵裂后的细胞质的特性决定了子细胞核的分化命运。昆昆虫虫以以表表面面卵卵裂裂的的方方式式形形成成胚胚层层细细胞胞的的。迁迁入入卵卵的的后后端端极极质质部部的的细细胞胞发发育育为为原原始始生生殖殖细细胞胞,用用紫紫外外线线照照射射这这一一区区域域,破破坏坏极极质质,卵卵将将发育为无生殖细
8、胞的不育个体。现在学习的是第8页,共59页n1、胚胚胎胎诱诱导导(embryonicinduction):胚胚胎胎发发育育过过程程中中,一一部分细胞影响相邻细胞向一定方向分化的作用。部分细胞影响相邻细胞向一定方向分化的作用。n诱导者诱导者(inductor):对其它细胞起诱导作用的细胞:对其它细胞起诱导作用的细胞:脊索可诱导其顶部的外胚层发育成神经板,神经沟和神经管;脊索可诱导其顶部的外胚层发育成神经板,神经沟和神经管;视视胞胞可可诱诱导导其其外外面面的的外外胚胚层层形形成成晶晶体体,而而晶晶体体又又可可诱诱导导外外胚胚层层形形成成角角膜。膜。(二)细胞间的相互作用(二)细胞间的相互作用现在学
9、习的是第9页,共59页n2、分分化化抑抑制制:分分化化成成熟熟的的细细胞胞可可以以产产生生抑抑素素,抑抑制制相相邻邻细细胞胞发生同样的分化。发生同样的分化。如如含含有有成成蛙蛙心心组组织织的的培培养养液液培培养养蛙蛙胚胚,则则蛙蛙胚胚不不能能发发育育出出正正常常的的心心脏。脏。n3、细胞数量效应、细胞数量效应小小鼠鼠胚胚胎胎胰胰腺腺原原基基在在体体外外进进行行组组织织培培养养时时,可可发发育育成成具具有有功功能能的的胰胰腺腺组组织织,但但如如果果把把胰胰原原基基切切成成8小小块块分分别别培培养养,则则都都不不能能形形成成胰胰腺腺组组织织,如如果果再再把把分开的小块合起来,又可形成胰腺组织。分开
10、的小块合起来,又可形成胰腺组织。现在学习的是第10页,共59页n4 4、细胞外基质的影响、细胞外基质的影响干细胞在干细胞在IVIV型胶原和层粘连蛋白上分化为上皮细胞;型胶原和层粘连蛋白上分化为上皮细胞;在在I I型胶原和纤粘连蛋白上形成纤维细胞;型胶原和纤粘连蛋白上形成纤维细胞;在在IIII型胶原及软骨粘连蛋白上发育为软骨细胞。型胶原及软骨粘连蛋白上发育为软骨细胞。n5 5、激素的作用、激素的作用如昆虫的保幼激素和脱皮激素。如昆虫的保幼激素和脱皮激素。现在学习的是第11页,共59页n1 1、染色体、染色体结结构的构的变变化化n1 1)基因删除:原生动物、昆虫、甲壳动物。)基因删除:原生动物、昆
11、虫、甲壳动物。n2 2)基因扩增:果蝇多线染色体。)基因扩增:果蝇多线染色体。n3 3)基因重排:免疫球蛋白基因()基因重排:免疫球蛋白基因(10106 610108 8种抗体)。种抗体)。n4 4)DNADNA的甲基化与异染色质化:胞嘧啶的甲基化使基因失活。的甲基化与异染色质化:胞嘧啶的甲基化使基因失活。(三)细胞核与细胞分化(三)细胞核与细胞分化现在学习的是第12页,共59页n2、基因与细胞分化、基因与细胞分化n无无论论是是母母体体mRNA的的作作用用还还是是细细胞胞间间的的相相互互作作用用,其其结结果果是是启启动动特定基因的表达。特定基因的表达。n根据对果蝇、家蚕等实验动物的研究表明:根
12、据对果蝇、家蚕等实验动物的研究表明:卵卵受受精精后后,首首先先表表达达的的是是母母体体基基因因;母母体体基基因因的的产产物物是是转转录录因因子子,沿沿胚胚的的前前后后轴轴形形成成一一个个浓浓度度梯梯度度,决决定定了了胚胚的的前前后后位位置置和和头头尾尾区区域域;控制其它基因的表达:控制其它基因的表达:母母体体基基因因 间间隙隙基基因因 成成对对基基因因体体节节极极性性基基因因同同源源异异形形基基因因(homeoticgene,Hox)现在学习的是第13页,共59页三三 分化研究的模式生物分化研究的模式生物果蝇果蝇n我们可以比较清晰的看到受精卵发育为新个体,是我们可以比较清晰的看到受精卵发育为新
13、个体,是受一系列基因调控的,这些基因在发育过程中,按受一系列基因调控的,这些基因在发育过程中,按照时间、空间顺序启动和关闭,互相协调,对胚胎照时间、空间顺序启动和关闭,互相协调,对胚胎细胞的生长和分化进行调节。细胞分化的实质是在细胞的生长和分化进行调节。细胞分化的实质是在外界信号的作用下,胞内核质相互作用的结果。外界信号的作用下,胞内核质相互作用的结果。现在学习的是第14页,共59页GeneandDevelopment现在学习的是第15页,共59页HOX mutantAntennaleg现在学习的是第16页,共59页Bithorax mutant现在学习的是第17页,共59页(一)全能性、多能
14、性和单能性(一)全能性、多能性和单能性n全能性:一个细胞可分化为机体的所有细胞,如受精卵、植物细胞。全能性:一个细胞可分化为机体的所有细胞,如受精卵、植物细胞。干细胞干细胞 多能干细胞多能干细胞 单能干细胞(祖细胞)单能干细胞(祖细胞)n成熟动物细胞不具备全能性。成熟动物细胞不具备全能性。60年年代代的的爪爪蟾蟾和和80年年代代小小鼠鼠的的核核移移殖殖,90年年代代末末多多利利羊羊的的诞诞生生都都证证明明了了分分化化细细胞具有完整的胞具有完整的DNA。四四 细胞分化的潜能细胞分化的潜能现在学习的是第18页,共59页现在学习的是第19页,共59页现在学习的是第20页,共59页n在人的一生中,皮肤
15、、小肠和血液等组织需要不断在人的一生中,皮肤、小肠和血液等组织需要不断地更新,这个任务是由干细胞完成的。干细胞是一地更新,这个任务是由干细胞完成的。干细胞是一类具有分裂和分化能力的细胞,多能干细胞可以分类具有分裂和分化能力的细胞,多能干细胞可以分化出多种类型的细胞,但它不可能分化出足以构成化出多种类型的细胞,但它不可能分化出足以构成完整个体的所有细胞,所以多能干细胞的分化潜能完整个体的所有细胞,所以多能干细胞的分化潜能称为多能性(称为多能性(pluripotentpluripotent)。单能干细胞来源于多)。单能干细胞来源于多能干细胞,具有向特定细胞系分化的能力,也称为祖细能干细胞,具有向特
16、定细胞系分化的能力,也称为祖细胞(胞(progenitorprogenitor)。)。现在学习的是第21页,共59页现在学习的是第22页,共59页(二)胚胎干细胞胚胎干细胞 n根据个体发育过程中出现的先后次序不同,干细胞根据个体发育过程中出现的先后次序不同,干细胞又可分为胚胎干细胞和成体干细胞。又可分为胚胎干细胞和成体干细胞。胚胎干细胞胚胎干细胞(embryonic stem cellsembryonic stem cells,ESCESC)是指从胚胎内细胞)是指从胚胎内细胞团或原始生殖细胞筛选分离出的具有多能性或全能性的团或原始生殖细胞筛选分离出的具有多能性或全能性的细胞细胞,此外也可以通过
17、体细胞核移植技术获得。,此外也可以通过体细胞核移植技术获得。现在学习的是第23页,共59页ESC的用途主要有的用途主要有:n克隆动物,由体细胞作为核供体进行克隆动物生产,克隆动物,由体细胞作为核供体进行克隆动物生产,虽然易于取材,但克隆动物个体中表现出严重的生理虽然易于取材,但克隆动物个体中表现出严重的生理或免疫缺陷,而且多为致命性的;或免疫缺陷,而且多为致命性的;n转基因动物,以转基因动物,以ESCESC细胞作为载体,可大大加快转基因细胞作为载体,可大大加快转基因动物生产的速度,提高成功率;动物生产的速度,提高成功率;n组织工程,人工诱导组织工程,人工诱导ESCESC定向分化,培育出特定的组
18、定向分化,培育出特定的组织和器官,用于医学治疗的目的。织和器官,用于医学治疗的目的。现在学习的是第24页,共59页(四)再生(四)再生n指指生生物物的的器器官官损损伤伤后后,剩剩余余的的部部分分长长出出与与原原来来形形态态功功能能相相同同的的结结构构的的现现象象,广广义义来来看看再再生生是是生生命命的的普普遍遍现现象象,从从分分子子、细细胞到组织器官都具有再生现象。胞到组织器官都具有再生现象。n1.生理性再生:即细胞更新,如人的红细胞。生理性再生:即细胞更新,如人的红细胞。n2.修复性再生:壁虎的尾、蝾螈的断肢、螃蟹的肢。修复性再生:壁虎的尾、蝾螈的断肢、螃蟹的肢。n3.无性繁殖无性繁殖现在学
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