细胞的分化 (4)讲稿.ppt
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1、关于细胞的分化(4)第一页,讲稿共四十三页哦概述概述 细胞分化细胞分化(cell differentiation)(cell differentiation):在个体发育:在个体发育中,由一种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在中,由一种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在形态、结构和功能上形成稳定性差异,形态、结构和功能上形成稳定性差异,产生不同的产生不同的细胞类群的过程细胞类群的过程.特点特点:形态形态/结构结构/功能功能第二页,讲稿共四十三页哦-细胞分化是多细胞生物发育的基础与核心;细胞分化是多细胞生物发育的基础与核心;-细胞分化的关键在于特异性蛋白质合成;细胞分化的关键在于特异性蛋白质合成;合
2、成特异性蛋白质实质在于组织特异性基因合成特异性蛋白质实质在于组织特异性基因 在时间和空间上的差异性表达;在时间和空间上的差异性表达;差异性表达的机制是由于基因表达的组合差异性表达的机制是由于基因表达的组合 调控调控 细胞癌变是正常细胞分化机制失控的表现细胞癌变是正常细胞分化机制失控的表现第三页,讲稿共四十三页哦第一节第一节 细胞分化细胞分化(Cell differentiation)(Cell differentiation)一一细胞分化的基本概念细胞分化的基本概念二二 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 组织特异性基因与当家基因组织特异性基因与当家基因 组合调控引发
3、组织特异性基因的表达组合调控引发组织特异性基因的表达 单细胞有机体的细胞分化单细胞有机体的细胞分化 转分化与再生转分化与再生第四页,讲稿共四十三页哦 1.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 在个体发育过程中基因按照一定程序相继活化的在个体发育过程中基因按照一定程序相继活化的现象,称为基因的差次表达现象,称为基因的差次表达(differential expression)或顺序表达)或顺序表达(Sequential expression)。分子杂交技术检测基因及其表达表明:分子杂交技术检测基因及其表达表明:细胞分化并不是由于在发育过程中遗传物质选择性细胞分化并不是由于在
4、发育过程中遗传物质选择性丢失所致丢失所致,而是由于基因选择性的表达各自特有的专而是由于基因选择性的表达各自特有的专一性蛋白质而导致细胞形态、结构和功能的差异一性蛋白质而导致细胞形态、结构和功能的差异.第五页,讲稿共四十三页哦2.2.组织特异性基因与管家基因组织特异性基因与管家基因 管家基因管家基因(house-keeping genes)(house-keeping genes):是指所有细是指所有细胞中均要表达的一类基因,其产物是对维持细胞基胞中均要表达的一类基因,其产物是对维持细胞基本生命活动所必需的本生命活动所必需的.组织特异性基因组织特异性基因(tissue-specific gene
5、s)(tissue-specific genes),或,或称称奢侈基因奢侈基因(luxury genes)(luxury genes):是指不同的细胞类型进行:是指不同的细胞类型进行特异性表达的基因,其产物赋予各种类型细胞特异的形态特异性表达的基因,其产物赋予各种类型细胞特异的形态结构特征与特异的功能结构特征与特异的功能.调节基因产物用于调节组织特异性基因的表调节基因产物用于调节组织特异性基因的表 达,起激活或者起阻遏作用达,起激活或者起阻遏作用.第六页,讲稿共四十三页哦 3.组合调控引发组织特异性基因的表达组合调控引发组织特异性基因的表达 组合调控(组合调控(combinational co
6、ntrolcombinational control)概念:)概念:有限的少量调控蛋白启动为数众多的特异细胞类型有限的少量调控蛋白启动为数众多的特异细胞类型的分化的调控机制。即每种类型的细胞分化是由多种调的分化的调控机制。即每种类型的细胞分化是由多种调控蛋白共同调节完成的。控蛋白共同调节完成的。生物学作用:生物学作用:借助于组合调控,一旦某种关键性基因调控蛋白与借助于组合调控,一旦某种关键性基因调控蛋白与其它调控蛋白形成适当的调控蛋白组合,不仅可以将一其它调控蛋白形成适当的调控蛋白组合,不仅可以将一种类型的细胞转化成另一种类型的细胞,而且遵循类似种类型的细胞转化成另一种类型的细胞,而且遵循类似
7、的机制,甚至可以诱发整个器官的形成(如眼的发育)。的机制,甚至可以诱发整个器官的形成(如眼的发育)。分化分化启动机制:启动机制:靠一种关键性调节蛋白通过对其他调节蛋白的级联靠一种关键性调节蛋白通过对其他调节蛋白的级联启动。启动。EyEy基因对于眼睛发生的调节作用基因对于眼睛发生的调节作用第七页,讲稿共四十三页哦4.4.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,而后者则通过细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。胞分化构建执行不同功能的组织与器官。多细胞有机
8、体在其分化程序与调节机制方面显得更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。为复杂。第八页,讲稿共四十三页哦5.5.转分化与再生转分化与再生 一一种种类类型型的的分分化化细细胞胞转转变变成成另另一一种种类类型型的的分分化化细细胞胞现现象称象称转分化转分化(transdifferentiationtransdifferentiation)。)。转转分分化化经经历历去去分分化化(dedifferentiationdedifferentiation)和和再再分分化化的过程。的过程。细细胞胞的的重重编编程程:分分化化的的动动物物细细胞胞核核在在卵卵细细胞胞质质中中进进行行的去分化过程的去分化
9、过程.(.(涉及涉及DNA DNA 和组蛋白修饰的改变和组蛋白修饰的改变)生生物物界界普普遍遍存存在在再再生生现现象象(regenerationregeneration),再再生生是是指指生生物物体体缺缺失失部部分分后后重重建建过过程程,广广义义的的再再生生可可包包括括分分子子水平、细胞水平、组织与器官水平及整体水平的再生。水平、细胞水平、组织与器官水平及整体水平的再生。不同的细胞有机体,其再生能力有明显的差异不同的细胞有机体,其再生能力有明显的差异 第九页,讲稿共四十三页哦 再生往往涉及去分化和再分化的过程,但有些再生往往涉及去分化和再分化的过程,但有些细胞只是从细胞只是从G0期细胞进入细胞
10、周期(如肝细胞)。期细胞进入细胞周期(如肝细胞)。再生的形式:再生的形式:生理性再生:即细胞更新,如人体内每秒中约有生理性再生:即细胞更新,如人体内每秒中约有600 万个新生的红细胞替代相同数量死亡的红细胞。万个新生的红细胞替代相同数量死亡的红细胞。修复性再生:许多无脊椎动物用这种方式来形成失修复性再生:许多无脊椎动物用这种方式来形成失去的器官,如壁虎的尾和螃蟹的肢。去的器官,如壁虎的尾和螃蟹的肢。重建:是人工实验条件下的特殊现象。如人为将水重建:是人工实验条件下的特殊现象。如人为将水螅的一片组织分散成单个细胞。在悬液中,这些细胞螅的一片组织分散成单个细胞。在悬液中,这些细胞重新聚集,在几天至
11、几周以后,形成一条新的水螅。重新聚集,在几天至几周以后,形成一条新的水螅。第十页,讲稿共四十三页哦二二 影响细胞分化的因素影响细胞分化的因素 1.1.细胞的全能性细胞的全能性(totipotency)(totipotency)是指细胞经分裂是指细胞经分裂 和分化后仍具有产生完整有机体的潜能或特性和分化后仍具有产生完整有机体的潜能或特性.植物细胞具有全能性,在适宜的条件下可培育成正植物细胞具有全能性,在适宜的条件下可培育成正常的植株常的植株.动物细胞核移植动物细胞核移植(Nuclear transfer)(Nuclear transfer)实验证明实验证明动物动物细胞核具有发育全能性细胞核具有发
12、育全能性.干细胞干细胞(Stem cell)(Stem cell)与细胞发育潜能与细胞发育潜能.第十一页,讲稿共四十三页哦 Dolly羊羊-没有父亲的羊没有父亲的羊说明高度分化的哺乳动物体细说明高度分化的哺乳动物体细胞核也具有发育全能性胞核也具有发育全能性第十二页,讲稿共四十三页哦干细胞干细胞(Stem cell)(Stem cell)与细胞发育潜能与细胞发育潜能胚胎干细胞胚胎干细胞(embryo stem cell):具有分化成多种:具有分化成多种 细胞类型及构建组织的潜能细胞类型及构建组织的潜能造血干细胞造血干细胞(多能干细胞多能干细胞,pluripotent stemcell)单能干细胞
13、(单能干细胞(monopotential cell)第十三页,讲稿共四十三页哦干细胞的分类干细胞的分类 根据个体发育过程中出现的先后次序不同,干根据个体发育过程中出现的先后次序不同,干细胞可分为胚胎干细胞(细胞可分为胚胎干细胞(embryonic stem cells,ES cell)和成体干细胞()和成体干细胞(Somatic stem cell)。)。ES cell:是指从早期胚胎(如囊胚期)内细胞团或:是指从早期胚胎(如囊胚期)内细胞团或原始生殖细胞筛选分离出的具有原始生殖细胞筛选分离出的具有多能性或全能性多能性或全能性的细的细胞。胞。第十四页,讲稿共四十三页哦 根据干细胞的分化能力,可
14、以分为全能干细胞、多能根据干细胞的分化能力,可以分为全能干细胞、多能干细胞和单能干细胞。干细胞和单能干细胞。全能干细胞全能干细胞(totipotent stem cell,TSC)可以分化为机体内的任何一种细胞,直至形成一个复杂的可以分化为机体内的任何一种细胞,直至形成一个复杂的有机体。有机体。多能干细胞多能干细胞(pluripotent stem cell)可以分化为多种可以分化为多种类型的细胞,如造血多能干细胞可以分化为类型的细胞,如造血多能干细胞可以分化为12种血细种血细胞。胞。单能干细胞单能干细胞(monopotential/unipotent stem cell)或称定向干细胞或称定
15、向干细胞(directional stem cell),只能分化,只能分化为一种类型的细胞。为一种类型的细胞。由定向干细胞最终形成特化细胞类型的过程称为由定向干细胞最终形成特化细胞类型的过程称为终末分化终末分化(terminal differentiation)第十五页,讲稿共四十三页哦胚层分化和中轴器官形成胚层分化和中轴器官形成:(1)外胚层分化及胚体的形成外胚层分化及胚体的形成:脊索背侧的外胚层首先加厚形成脊索背侧的外胚层首先加厚形成神经板神经板(neuralplate),神经板两侧隆起形成神经褶神经板两侧隆起形成神经褶(neural flod),中央下陷成为神中央下陷成为神经沟经沟(ne
16、ural groove),神经褶在背侧靠拢合并形成两端开口的神经管神经褶在背侧靠拢合并形成两端开口的神经管(neural tube).神经管的前、后开口以后都封闭起来,前端膨大形成神经管的前、后开口以后都封闭起来,前端膨大形成脑的原基,后端形成脊髓。整个脊索区的三个胚层都随着神经管的脑的原基,后端形成脊髓。整个脊索区的三个胚层都随着神经管的形成向背侧隆起,从而使前粗后细的圆筒状胚体,在胚盘前部明显形成向背侧隆起,从而使前粗后细的圆筒状胚体,在胚盘前部明显突出。胚体前端发育成头部并向下弯曲。突出。胚体前端发育成头部并向下弯曲。(2)内胚层的分化和消化呼吸器官的形成内胚层的分化和消化呼吸器官的形成
17、:随着胚体伸长,原肠也相应地伸随着胚体伸长,原肠也相应地伸长,当胚体与胚层胚外部分之间建立分界的同时,原肠便分为胚内长,当胚体与胚层胚外部分之间建立分界的同时,原肠便分为胚内(原始消化管)和胚外(卵黄囊)两部分(原始消化管)和胚外(卵黄囊)两部分,随着胚体的发育随着胚体的发育,原肠分为前肠、原肠分为前肠、中肠和后肠,分别形成以后的消化器官和呼吸器官的上皮和腺体。中肠和后肠,分别形成以后的消化器官和呼吸器官的上皮和腺体。(3)中胚层的分化和循环、泌尿生殖器官的形成中胚层的分化和循环、泌尿生殖器官的形成:体节是肌肉、皮肤、以:体节是肌肉、皮肤、以及脊索周围中轴骨骼的原基。中段中胚层和下段中胚层的一
18、部分形成心脏、及脊索周围中轴骨骼的原基。中段中胚层和下段中胚层的一部分形成心脏、泌尿、生殖系统和体壁的皮肤真皮和肌肉。泌尿、生殖系统和体壁的皮肤真皮和肌肉。第十六页,讲稿共四十三页哦 干细胞的特征:干细胞的特征:-终生保持未分化或低分化特征终生保持未分化或低分化特征 -在机体的中的数目、位置相对恒定在机体的中的数目、位置相对恒定 -具有自我更新能力具有自我更新能力 -能无限制的分裂增殖能无限制的分裂增殖 -具有多向分化潜能具有多向分化潜能 -分裂的慢周期性,绝大多数处于分裂的慢周期性,绝大多数处于G0期期 -可行不对称分裂可行不对称分裂第十七页,讲稿共四十三页哦 根据个体发育过程中出现的次序,
19、干细胞又可分为胚根据个体发育过程中出现的次序,干细胞又可分为胚胎干细胞和成体干细胞。胎干细胞和成体干细胞。胚胎干细胞(胚胎干细胞(ESC)是从胚胎内细胞团或原始生殖)是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细胞。细胞筛选分离出的具有多能性或全能性的细胞。ESC的用途主要有:的用途主要有:-动物克隆动物克隆 -动物转基因动物转基因 -组织工程组织工程第十八页,讲稿共四十三页哦1.胚胎干细胞来源于胚胎早期的胚泡中的内细胞群,保持未分化状态,具有自我复制的能力,具有向胚胎三个胚层来源的所有细胞分化的潜能。2.胚胎干细胞可通过单细胞克隆建立有相同遗传特性的胚胎干细胞系。3.胚胎干
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