《细胞生物学》140 细胞分化与基因表达调控

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二、细胞分化的内因分析
？
请推测决定细胞分化因素的在哪里？
？
受精卵
？
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第十四章 细胞分化与基因表达调控
举例
你能从多莉推断出细胞核和细胞质
与细胞分化的关系的一些结论吗？
细胞核：
高度分化细胞的细胞核具有分化成完整 个体所需的全部遗传信息（DNA）。
细胞质： 与细胞分化有关的能力之所在。
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1
受精卵
个体
?
细胞数量增加 细胞分裂 细胞类型增加 细胞分化
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2
第十四章
细胞分化与基因表达
CELL DIFFERENTIATION AND GENE EXPRESSION
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第十四章 细胞分化与基因表达调控
提要
细胞分化：概念、机理、影响因素 癌 细 胞：癌基因学说，致癌因素，生活中防癌
giant mRNA 22
第十四章 细胞分化与基因表达调控
决定子作用机制 C 梯度组合
前-后梯度 背-腹梯度 侧-中梯度
众多基因产物梯度分布的结果？ 组合调控成为可能
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第十四章 细胞分化与基因表达调控
决定子作用机制 D 接力：级联调控
母 体 基 母体效应基因 因
（Gap gene）缺口基因
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第十四章 细胞分化与基因表达调控
向卵前端注入核糖核酸酶，可使卵发育为双腹部畸胎； 注入其他酶则无此现象。
结论： 卵中决定子是RNA性质的物质。
直接依据：生化和分子证据。
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第十四章 细胞分化与基因表达调控
4 决定子来源
实验事实
结果
结论
亚胺环已酮 处理受精卵 抑制蛋白质翻译
滤泡 细胞
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第十四章 细胞分化与基因表达调控
母体效应基因 Maternal effect gene
在卵母细胞成熟过程中，转录mRNA，定位于卵母 细胞的不同区域，在早期胚胎发育中起调控作用。
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第十四章 细胞分化与基因表达调控
5 决定子作用机制 A 受精激活
mRNA （隐蔽）
活受 精 激
蛋白质
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第十四章 细胞分化与基因表达调控
决 定 子 作 用 机 制
B 作梯 用度 阈分 值布
mRNA （隐蔽
受精激活
蛋白质
特定部位
渗透、扩散
浓度梯度
卵质不均一性
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第十四章 细胞分化与基因表达调控
举例
bicoid基因蛋白梯度
nanos基因蛋白梯度
A 卵子发生期
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第十四章 细胞分化与基因表达调控
第一节
细胞分化 cell differentiation
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第十四章 细胞分化与基因表达调控
个体发育过 程中，细胞 后代在形态、 结构和功能 上发生稳定 性差异的过 程。
人类 >200种
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第十四章 细胞分化与基因表达调控
前提
？
卵完全 不发育
早期胚胎发育依 赖蛋白质翻译
需要mRNA
？
无需转录mRNA
放线菌素D 卵发育 早期发育无需胚
处理受精卵 到囊胚 胎基因组转录
抑制RNA转录
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第十四章 细胞分化与基因表达调控
果蝇早期胚胎发育依赖的 mRNA从何而来？
卵母细胞成熟过程中，由滋养 细胞合成后迁移进卵子。
a
滋养细胞 卵细胞
破坏极质（紫外线照射卵后 端），卵将发育成不育个体
当核进入极质，则形 成极细胞，分化为生 殖细胞。
结论：极质（极粒）具有性 细胞分化的决定子。
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第十四章 细胞分化与基因表达调控
3 决定子性质
前半部：形成头部 和胸部3个体节
决定子对紫外线敏感
后半部：形成 腹部8个体节
用紫外线照射摇蚊卵的前部，则发育为双腹部畸胎。 照射果蝇卵的后端，则发育为无生殖细胞的个体。
（Pair-rule gene）成对控制基因 合
子
基 (segment polarity gene) 体节极性基因 因
(homeotic gene) 同源异型基因
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果
母体效应基因形成前-后梯
蝇
度
胚
胎 发
缺口基因将胚胎划分宽的
育
regions
中
细
成对控制基因将胚胎分成
胞
约2个体节宽的stripes
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第十四章 细胞分化与基因表达调控
同源异型基因： 触角足基因 基因突变使头上的触
角变成一对足（5个编码基因）
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第十四章 细胞分化与基因表达调控
果蝇细胞分化研究离人类自身很远吗
同源异型基因突变： 器官形态与正常相同，但生长的位置却完全不同
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第十四章 细胞分化与基因表达调控
分
化
级
体节极性基因将体节分成
联
前、后两部分
调
控 同源异型基因特化每个体
编辑版ppt节特征
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第十四章 细胞分化与基因表达调控
同源异型基因：
腹胸节基因
基因突变将 第三胸节转 变成第二胸 节，平衡器 转变成多余 的翅膀(3个 编码基因）
果蝇幼虫、成虫结构
复胸节基因使平衡器转变成一对翅膀 复胸节基因使平衡器转变成一对翅膀
滋养 细胞
卵子发生期vv bcd mRNA
B nos mRNA askar mRNA
成熟卵
bcd mRNA
未成熟卵 hb mRNA
STAUFEN蛋白
合胞体胚胎 细胞化胚胎
BCD蛋白
HB蛋白
HB蛋白浓度
CAUDAL蛋白 极细胞
缺口基因RNA
体细胞 编辑版ppt
nos mRNA
NOS蛋白 knirps RNA
同源异型基因突变： 无头鼠
得克萨斯大学研究人员，在鼠胚胎中发现了控制胚 胎长出头部的基因，他们将这些基因从老鼠胚胎中 敲除，将处理后的1000多个鼠胚胎植入鼠子宫中， 最后有4只“无头鼠”生了出来。。
由 “无头鼠”，到“无头人”
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第十四章 细胞分化与基因表达调控
四、细胞分化的影响因素 1 细胞间的相互作用对细胞分化的影响
内因 ？ 细胞
？
外因
分化
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第十四章 细胞分化与基因表达调控
一、细胞分化前提
具有分化出不同类型 细胞的潜能或特性
细胞分化需要什么前提？
全能细胞
依分化潜能 的细胞类型
多能细胞 单能细胞
终端分化细胞
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第十四章 细胞分化与基因表达调控
动物细胞：成熟动物细胞不具备全能性。
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第十四章 细胞分化与基因表达调控
1 细胞分化的决定因素
决定子 determinant
决定细胞分化方向的因子
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第十四章 细胞分化与基因表达调控
细胞ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ化 研究模式 生物： 果蝇
果蝇早期胚胎发育示意
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第十四章 细胞分化与基因表达调控
2 决定子的证实
把极质注入卵前端，则 前端细胞分化生殖细胞