医学细胞生物学细胞分化.pptx

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1、一、细胞分化的基本概念一、细胞分化的基本概念(一一)细胞分化细胞分化(cell differentiation)是指从受精卵开始的个体发育过程中，细胞之是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。间逐渐产生稳定性差异的过程。细胞分化是渐进的、长期变化的过程，在有机体整个生命过程中都有细胞分化活动，但在胚胎期表现的最典型、最显著。第1页/共27页(二二)细胞分化的特征细胞分化的特征1.1.细胞分化具有高度的稳定性细胞分化具有高度的稳定性 在一般情况下，经过分化形成的某种稳定类型细胞（形态结构和功能上保持稳定的细胞），不能逆转到未分化状态。如，神经元细胞。2.2.细胞决定先

2、于细胞分化并制约着分化的方向细胞决定先于细胞分化并制约着分化的方向 细胞决定细胞决定（cell determination）:在个体发育过程中，在细胞发生可识别的分化特征之前就已经确定了未来的命运，即只能向特定的方向分化，这种预先做出的选择称细胞决定。细胞决定发生以后，分化方向一般不会改变。第2页/共27页细胞决定实验示意图原肠胚原肠胚原肠胚早期原肠胚早期原肠胚晚期原肠胚晚期明显分化之后明显分化之前第3页/共27页3.3.细胞生理状态随着细胞分化水平的提高而变化细胞生理状态随着细胞分化水平的提高而变化（1）细胞分化水平越高，细胞的分裂能力越低。（2）细胞分化水平越高，细胞对环境因素的反应能力越

3、低。4.4.细胞分化具有时间性和空间性细胞分化具有时间性和空间性 （1）时间性：一个细胞，在发育的不同时间阶段，其形态结构和功能不同。（2）空间性：同一细胞的后代，由于所处空间位置不同，其环境也不同，其形态结构也不同。第4页/共27页 二、细胞的分化潜能二、细胞的分化潜能 全能性全能性(totipotency)：细胞在一定条件下具有发育成完整个体的潜能，称为细胞的全能性(totipotency blastocyst)。全能性细胞：受精卵细胞，8细胞期之前的卵裂球第5页/共27页 二、细胞的分化潜能二、细胞的分化潜能多能性多能性(pluripotency)随着胚胎发育进行，细胞逐渐丧失了发育成个

4、体的能力，仅具有分化成有限细胞类型的潜能，这种潜能称为细胞的多能性，这种细胞称为多能性细胞。如：三胚层细胞 全能性(totipotency)第6页/共27页受精卵卵裂分化外胚层神经管表皮腺脑脊髓毛、齿甲、爪疏松结缔组织致密结缔组织中胚层软骨骨肌肉形成血的组织髓样组织淋巴组织泌尿生殖系统内胚层呼吸系统上皮消化道上皮胰肝腺甲状腺甲状旁腺外胚层中胚层内胚层第7页/共27页 二、细胞的分化潜能二、细胞的分化潜能单能性(unipotency)细胞只具有向特定细胞系分化的能力，这种细胞分化的潜能是单能性。全能性(totipotency)多能性(pluripotency)1.在发育过程中细胞分化潜能逐渐变窄

5、第8页/共27页体细胞与体细胞与受精卵细胞核相比受精卵细胞核相比（1）分化细胞的DNA含量没有发生变化（2）分化细胞中染色体的数量没有发生变化（3）分化细胞的基因数目没有变化第9页/共27页2.2.分化细胞的细胞核具有全能性分化细胞的细胞核具有全能性 1952年,R.Briggs等人的核移植实验。（1）去除爪蟾卵的细胞核。（2）将爪蟾蝌蚪小肠上皮细胞核移植到去除细胞核的卵细胞中。（）接受小肠上皮细胞核和去核卵可以发育为具有生殖能力的爪蟾。第10页/共27页蛙红细胞移植后发育成蝌蚪 1978 1978年，年，童第周童第周成功的将黑斑蛙成成功的将黑斑蛙成体红细胞核移植到体红细胞核移植到卵细胞中，并

6、发育卵细胞中，并发育成正常的蝌蚪。成正常的蝌蚪。在在19511951年年-1959-1959年，朱洗用涂血针刺破万计的蟾蜍卵细年，朱洗用涂血针刺破万计的蟾蜍卵细胞，得到胞，得到2525只小蟾蜍，其中两支（雌性）长到成体，只小蟾蜍，其中两支（雌性）长到成体，19601960年年死去一支，死去一支，19611961年，另一只与正常的雄体配对，产生年，另一只与正常的雄体配对，产生800800多多只小蟾蜍登陆。只小蟾蜍登陆。第11页/共27页 1996年，在苏格兰，由罗斯林研究所的伊恩威尔穆特教授等人通过体细胞克隆法培育的克隆羊-”多利”问世，是世界上首只成年体细胞克隆动物。第12页/共27页体细胞核

7、全能性第13页/共27页体细胞核全能性第14页/共27页三、细胞分化与基因表达三、细胞分化与基因表达细胞总细胞总细胞总细胞总DNADNA细胞总细胞总细胞总细胞总RNARNA输卵输卵输卵输卵管管管管细细细细 胞胞胞胞成红成红成红成红细胞细胞细胞细胞胰岛胰岛胰岛胰岛输卵管输卵管输卵管输卵管细细细细 胞胞胞胞成红成红成红成红细胞细胞细胞细胞胰岛胰岛胰岛胰岛卵清蛋白基因卵清蛋白基因卵清蛋白基因卵清蛋白基因珠蛋白基因珠蛋白基因珠蛋白基因珠蛋白基因胰岛素基因胰岛素基因胰岛素基因胰岛素基因实验方法实验方法实验方法实验方法SouthernSouthern印迹印迹印迹印迹NorthernNorthern印迹印迹

8、印迹印迹v细胞分化是基因选择性表达的结果第15页/共27页管家基因管家基因(house keeping gene)是维持细胞生存所必需的，在各种细胞中处于活性表达状态，这类基因称为管家基因。如，细胞骨架蛋白、膜蛋白、染色质组蛋白、核糖体蛋白以及参与能量代谢的糖酵解酶。这类基因与细胞分化的关系不大。奢侈基因奢侈基因(luxury gene)在不同组织中进行选择性的表达，用来维持组织的特异性功能，又称组织特异基因。这类基因是细胞分化的基础。如，红细胞中的血红蛋白、皮肤表皮细胞的角蛋白、肌细胞中的肌动蛋白和肌球蛋白等。第16页/共27页细胞分化的实质：细胞分化的实质：基因选择性表达基因选择性表达细胞

9、分化的标志：细胞分化的标志：细胞内合成新的特异性蛋白细胞内合成新的特异性蛋白质质 在真核细胞，基因表达的调控可以发生在不同的水平上，主要发生在三个彼此相对独立的水平上：（一）转录水平的调控（一）转录水平的调控 （二）转录后的加工调节（二）转录后的加工调节 （三）翻译水平的调控（三）翻译水平的调控 （四）（四）蛋白质形成后活性调节水平蛋白质形成后活性调节水平等等第17页/共27页四、影响细胞分化的因素四、影响细胞分化的因素v细胞核对细胞分化的影响细胞核对细胞分化的影响v细胞质对细胞分化的影响细胞质对细胞分化的影响v细胞间的相互作用细胞间的相互作用v激素和细胞粘合分子对分化的作用激素和细胞粘合分子

10、对分化的作用第18页/共27页激素激素（1）甾类激素：脂溶性，分子小，能够通过细胞膜扩散到靶细胞内，与靶蛋白结合后进入细胞核，激活特定基因的表达。（2）多肽类激素：水溶性的，分子大，与细胞膜表面受体结合，通过胞内信号通路激活靶蛋白，靶蛋白与基因调控点结合，激活特定基因的转录。细胞粘合细胞粘合(cell adhension):(cell adhension):是指在细胞发育分化过程中，细胞间的特异亲和性，是指在细胞发育分化过程中，细胞间的特异亲和性，包括细胞识别，细胞迁移，细胞聚集。包括细胞识别，细胞迁移，细胞聚集。细胞粘合依赖于细胞粘合依赖于细胞粘附因子细胞粘附因子 (cell adhensi

11、on molecule,(cell adhension molecule,CAM)CAM)。第19页/共27页当当鸡鸡的的红红细细胞胞与与培培养养的的人人Hela细细胞胞(去去分分化化的的癌癌细细胞胞)融融合合后后,核核的的体体积积增增大大2020倍倍,染染色色质质松散松散,出现出现RNA和和DNA合成。合成。结果说明：结果说明：Hela细胞质重新激活鸡红细胞核。细胞质重新激活鸡红细胞核。将将培培养养的的爪爪蟾蟾肾肾细细胞胞核核注注入入蝾蝾螈螈的的卵卵母母细细胞胞内内,分分析析蛋蛋白白质质合合成成情情况况发发现现,原原来来在在肾肾细细胞胞中中表表达达的的基基因因,这这时时不不表表达达,而而原原

12、来来不不表表达达的基因的基因,这时却被激活。这时却被激活。第20页/共27页卵细胞质的母体效应卵细胞质的母体效应 母体效应母体效应(maternal-effect)卵卵母母细细胞胞中中贮贮存存的的mRNAmRNA和和蛋蛋白白质质的的分分布布是是不不均均匀匀的的,各各种种mRNAmRNA在在细细胞胞中中都都有有定定位位分分布布,并并随随卵卵裂裂进进入入不不同同的子细胞中。的子细胞中。第21页/共27页卵细胞中的母体信息卵细胞中的母体信息第22页/共27页 细胞诱导细胞诱导(induction)胚胚胎胎发发育育过过程程中中,一一部部分分细细胞胞对对相相邻邻细细胞胞产产生生影影响并决定其分化方向的现

13、象，称为胚胎诱导。响并决定其分化方向的现象，称为胚胎诱导。细胞抑制细胞抑制（inhibition）已已分分化化的的细细胞胞抑抑制制邻邻近近细细胞胞进进行行相相同同分分化化而而产产生的负反馈调节作用。生的负反馈调节作用。作用：避免相同器官重复发生。作用：避免相同器官重复发生。与细胞诱导共同协调，维持细胞的正常分化。与细胞诱导共同协调，维持细胞的正常分化。第23页/共27页PP初级诱导初级诱导：脊索脊索诱导表面覆盖的外胚层形成神经诱导表面覆盖的外胚层形成神经 板，神经板卷曲形成神经管。板，神经板卷曲形成神经管。眼球发育过程中多级诱导作用前脑（神经管上皮）头部外胚层结缔组织中胚层（脊索）原脑第24页/共27页胚胎诱导PP次级诱导次级诱导：视杯：视杯诱导上方的外胚层表皮内陷，诱导上方的外胚层表皮内陷，形成形成晶状体晶状体PP初级诱导初级诱导头部外胚层结缔组织中胚层（脊索）原脑视杯视杯第25页/共27页细胞诱导PP初级诱导初级诱导PP次级诱导次级诱导PP三级诱导三级诱导：晶状体诱导外胚层细胞，形成角膜。：晶状体诱导外胚层细胞，形成角膜。第26页/共27页感谢您的观看！第27页/共27页