细胞分化细胞生物学课件313.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第十三章 细胞分化,第一节 细胞分化与个体发育 第二节 细胞分化与组织更新 第三节 细胞分化与基因表达的时空调节 第四节 细胞分化与肿瘤,干细胞,(,stem cell),是存在于人和动物发育各阶段（包括早期胚胎和成熟组织）的一类原始状态的未分化细胞，它能够自我更新并始终保持很强的分化潜能，可以产生一种、多种、甚至全部的机体细胞类型。,细胞分化（,Cell Differentiation),由同源细胞逐渐变为在形态结构、,生理功能和生化特征等方面具有稳定差异,的另一类型细胞的过程。,第一节 细胞分化与个体发育,一、发育过程中细胞分化经历一 个分化能力逐渐受限制的过程,细胞的全能性：,生物体中的一个体细胞或一个性细胞在一定条件下，有能力重新形成完整的个体，或者分化形成该个体任何种类的细胞。此特性称为“,细胞全能性”。,受精卵,、,8细胞期前的胚胎细胞是,全能细胞。,细胞的全能性,多能细胞：,只具有演变为多种细胞类型的能力。,单能细胞：,仅具有分化形成某一种类型细胞的能力。,分化过程：全能 多能 单能,已分化细胞：,全能性细胞核,细胞核的全能性,1997年2月24日：克隆羊培育成功。,随后几年中，克隆牛、克隆鼠、克隆猴相继面世。,2001年11月25日，美国先进细胞技术公司宣布，利用克隆技术首次培育出人类早期胚胎。,多名研究人员宣布克隆人计划,克隆（clone)的概念,“西游记”中的美猴王擅长克隆：拔根汗毛变出小美猴王,克隆就是无性生殖,体细胞克隆,治疗性克隆与生殖性克隆,治,疗,性,克,隆,人类进行克隆的历史,公元前5000年 谷物选种,1952年 克隆蝌蚪,1972年 基因复制,1978年 第一例试管婴儿出生,1997年 多利，你好！,1998年 克隆批量化,2004年 克隆人体胚胎,去分化（,dedifferentiation）,已分化的细胞可失去已获得的特有的结构和功能，重新获得未分化细胞的特征的过程。,转分化（,transdifferentiation）,一种分化类型的细胞可以转变成另一种类型的分化细胞的现象。,成纤维细胞转分化为其他类型的细胞,细胞决定：,细胞在发生可识别的形态特征变化之前，分化,方向就已得到决定。,二、细胞分化之前的细胞决定,移植实验显示细胞的决定状态,细胞决定,鸡胚：,移植前，肢芽（长出大腿）和翼芽（长出翅膀）两处细胞形态相同，均未分化。,肢芽组织块移植至翼芽部位，,结果,翼尖为脚趾,。,肢芽,翼芽,长出翅膀,三、细胞有多种途径产生差异,1.不对称的分裂,细胞分裂时母细胞中的某些分子不均等地分配到两个子细胞中，造成子细胞向不同方向分化。,不对称分裂：生成不同的子细胞,对称分裂：子细胞形成后因受到不同的影响而成为不同的细胞,2.细胞间的相互诱导,来自外部的信号使一群细胞中的一个或,更多的成员进入不同的发育途径，此,过程称为诱导式的相互作用。,诱导信号,细胞被导入新的发育途径,细胞间诱导式的相互作用,3.相邻细胞的侧向抑制,已分化的细胞可以产生抑制临近细胞朝,相同方向分化的物质，阻止它们成为和,自己一样。,细胞间的相互接触和侧向抑制,抑制,信号,4.信号分子的梯度效应,当信号分子从一个源头向外扩散时，往往形成一个信号的浓度梯度，使得距源头远近不同的细胞根据自己周围信号分子的浓度，表现出各种不同的行为。,成形素蛋白在小鸡四肢发育中的作用,5.细胞的内在程序,细胞内在的程序常常决定了其发育的,时间进程。,发育过程中细胞会随时间和位置的不同,而不同。,依次诱导,第二节 细胞分化与组织更新,保持亲代干细胞的特性 增殖、分化,成体干细胞,终末分化细胞 死亡,已存在的细胞通过增殖形成相同,类型的子细胞，如肝细胞,成体干细胞产生新的分化，,如表皮细胞,成体产生新的分化细胞,单能,干细胞：表皮的基底细胞,成体干细胞,多能干细胞：造血干细胞,过渡型增殖细胞 处于从干细胞到分化细胞的过渡时期，通过这些细胞的分裂，一个,干细胞所产生的子代分化细胞得到了大大的增加。,表皮细胞的分化,造血干细胞的分化过程,第三节 细胞分化与基因表达的,时空调节,一、不同类型的细胞合成不同的蛋白,管家基因,（,huose keeping gene）：,编码维持细胞最低限度的功能所不可缺少的蛋白质的基因，如组蛋白、细胞周期蛋白的基因，这些基因不参与细胞分化的定向，对细胞分化只有协助作用。,奢侈基因,(,luxury gene)：,有些蛋白和分化细胞的特殊性状,密切相关，但不是细胞基本生命活动必不可少的，编码此类蛋白的基因称为奢侈基因，与各种分化细胞的特殊性状,有直接关系。,细胞分化是奢侈基因按一定时空顺序表达的结果,细胞分化是基因按一定时空顺序,表达的结果，这种在个体发育过程,中不同的基因按照一定的时空顺序,被激活的现象称为“基因的差异表达”。,成纤维细胞被加入肌源,蛋白后分化为肌细胞,1.基因组合调控产生多种调节模式,组合调控,（,combinational control）,一些基因调节蛋白通过一定的组合形成一系列的调节模块，依次结合到调节序列上，在正确的时间和空间，表达正确的基因模式。该机制可以使为数不多的基因调节蛋白产生众多的细胞类型。,基因组合调控对发育的重要作用,2.,DNA,甲基化是一种可遗传的基因调节模式,基因转录的调节不仅可通过蛋白质与特定,DNA,序列的结合来进行，还可以通过,DNA,自身的共价修饰。,DNA,甲基化可以从一个细胞世代传到下一代细胞，所以也称“核记忆”。,DNA,甲基化可以忠实地得到遗传,二、基因调节模式的遗传 和细胞记忆,与特化细胞的特征形成有关的基因,调节模式及染色体结构变化是可以,遗传的。,正反馈环的遗传机制,三、基因表达的调节是多水平的,真核细胞基因表达调节的多重性,四、细胞质的作用,胞质记忆 由细胞质中的成分直接或间接作用于基因组，使得特定的基因被选择性表达的现象。,第四节 细胞分化与肿瘤,肿瘤发生是细胞去分化或分化阻断的结果，其分子基础是基因突变或表达异常。,一、分化异常与肿瘤,肿瘤起源于一些未分化或微分化的干细胞，主要表现出,增殖过度、分化不全的特征。,肿瘤细胞所处的分化状态决定了肿瘤的恶性,程度。,例如白血病是多能造血干细胞在某一阶段,分化发育受阻的结果。,二、诱导分化与肿瘤治疗,肿瘤细胞在一定条件和诱导分化剂的作用,下可以向正常细胞转化：维甲酸治疗白血病。,由同源细胞逐渐变为在形态结构、,生理功能和生化特征等方面具有,稳定差异的另一类型细胞的过程,称为分化。,细胞分化是胚胎发育和维持成体,生存的重要因素。,本章小节,已分化的细胞能够去分化、转分化。,细胞向哪个方向分化是由各方面因素,共同决定的。,从基因角度看细胞分化是基因按一定时空顺序表达的结果，这种在个体发育过程中不同的基因按照一定的时空顺序被激活的现象称为“基因的差异表达”。,思考题：,解释下列名词,：,细胞分化 去分化 转分化,细胞全能性 干细胞,管家基因 奢侈基因,基因的差异表达,回答下列问题：,1.为什么肠上皮细胞频繁地更新，,而大部分神经细胞的寿命可与机体,的寿命一样长？,分化、增殖状态不同的三类细胞：,持续增殖细胞：造血干细胞、表皮基底细胞、骨原细胞,暂时不增殖细胞：肝细胞、初级卵母细胞,不增殖细胞（终末细胞）：神经元、红细胞、,表皮角质细胞、骨细胞,更新速度不同的三类细胞：,不更新、接近机体寿命：神经元、骨细胞、脂肪细胞,缓慢更新：肝细胞、胃壁细胞、肾皮质细胞,快速更新：表皮细胞、红细胞、白细胞,过渡型,增殖细胞,干细胞,间质细胞,定向分化,或死亡,干细胞,维持,干细胞分裂,造,血,干,细,胞,对,间,质,细,胞,的,接,触,依,赖,细胞分化的基本特点,分化状态的稳定性和可逆性(去分化、转分化),细胞分化的时空性,一次性和持续性分化,细胞分化与细胞增殖的关系,二、细胞分化与基因表达调节,细胞分化是基因选择性表达的结果:基因按一定时空顺序,在特定环境信号作用下发生差异表达,（,differential expression)。,表达选择性：,转录水平的调节 特异性蛋白质在细胞中出现。,组织特异型基因（,tissue-specific genes),又称奢侈基因，,luxury genes,与管家基因(,house-keeping genes)。,分化是不同的奢侈基因被表达的结果。,细胞决定的本质是一部分基因的关闭和另一部分基因的开放。,转基因,（人为导入外源基因）,