医学细胞生物学：第十五章 细胞分化
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终末分化细胞的细胞核具有全能性
全能性细胞核 （totipotent nucleus）， 证据 ---核移植实验。
爪蟾核移植实验
终末分化细胞的细胞核具有全能性
基本概念
哺乳动物核移植实验——“多莉”（Dolly）羊的诞生
二、细胞决定与细胞分化
基本概念
细胞决定先于细胞分化并制约着分化的方向
细胞决定(cell determination)：在个体发育过程中，细胞在发 生可识别的分化特征之前就已经确定了未来的发育命运，只能向 特定方向分化的状态。 原肠期的三胚层形成时，形成各器官的预定区已经确定，只能按 一定的规律发育分化成特定的组织、器官和系统。
1. 基因表达的时序性和空间特异性
时序性：基因表达严格按照一定的时间顺序发生。 空间特异性/组织特异性：基因产物在个体的不同组织或 器官中表达/不同组织细胞中不仅表达的基因数量不同，而 且基因表达的强度和种类也各不相同。（奢侈基因）
分子基础
时序性：个体发育过程中血红蛋白的表达特点 --- 脊椎动物 的血红蛋白由2条α-珠蛋白链和2条β-珠蛋白链组成，其在个 体发育不同时期表达不一样。
2. 基因组改变是细胞分化的特例
分子基础
➢ 基因组扩增：见于果蝇的腺细胞和卵巢滤泡细胞，染色体多 次复制，形成多倍体（polyploid）和多线体（polyteny）。
➢ 基因组丢失：在马蛔虫发育过程中，只有生殖细胞得到了完 整染色体，而体细胞中的染色体只是部分染色体片段。哺乳 动物（除骆驼外）的红细胞以及皮肤、羽毛和毛发的角化细 胞则丢失了完整的核。
➢ 二倍体生物在某些情况下，某一个基因的表达与其来源有关， 即只允许表达来自父源或母源染色体的其中之一，这种现象叫 基因组印记，与之相关的基因叫印记基因 （imprinted gene）。
➢ 印记基因在哺乳类发育中普遍存在，仅在特定发育阶段和特定 组织中，表达等位基因中的一个（仅从父源或母源染色体上表 达）。
五、细胞分裂与细胞分化
基本概念
细胞分裂和细胞分化是多细胞生物个体发育过程中的两个 重要事件，两者之间有密切的联系。
➢通常细胞在增殖（细胞分裂）的基础上进行分化
➢细胞分化发生于细胞分裂的G1期，当G1期很短或几乎 没有G1期时，细胞分化减慢。
➢细胞分裂旺盛时分化变缓，分化较高时分裂速度减慢— —个体生长发育的一般规律。
➢ 基因重排：在B淋巴细胞分化过程中，DNA通过体细胞重组 （somatic recombination）, 使DNA序列中不同部位的部 分 基 因 片 段 连 接 在 一 起 ， 组 成 产 生 抗 体 mRNA 的 DNA 序 列 （使机体能够适应不同抗原产生多样化抗体）。
分子基础
二、细胞分化的基因表达调控主要发生在转录 水平
在正常生理条件下，已经分化为某种特异的、稳定类型的细 胞一般不可能逆转到未分化状态或者成为其他类型的分化细 胞。已分化的终末细胞在形态结构和功能上保持稳定是个体 生命活动的基础。
2. 细胞分化具有可塑性
已分化的细胞在特殊条件下重新进入未分化状态或转分化 为另一种类型细胞的现象（研究热点）。
基本概念 诱导多能干细胞(iPS)---去分化（重编程）
分子基础
➢ 例如，在哺乳动物的成肌细胞向肌细胞分化过程中， myoD基因起重要作用。
脊椎动物骨骼肌细胞分化机制
分子基础
同源异形框基因规划机体前－后体轴结构的分化 与发育蓝图
同源异形框基因：广泛存在于从酵母到人类的各种真核生 物中的基因，其特点是基因中存在共同的180bp的DNA 片 段 ， 编 码 高 度 同 源 的 60 个 氨 基 酸 。 这 个 共 同 的 180bpDNA片段被称为同源异形框（homeobox），含 有 同 源 异 形 框 的 基 因 称 为 同 源 异 形 框 基 因 （ homeobox gene），例如果蝇的HOM 基因，动物和人类的Hox基因。
细胞分化的稳定性：普遍存在 细胞分化的可逆性（转分化或去分化）：条件性存在
四、细胞分化的时-空性
基本概念
在个体发育过程中，多细胞生物细胞既有时间上的分化，也 有空间上的分化。
➢一个细胞在不同的发育阶段可以有不同的形态结构和功能， 即时间上的分化；
➢同一种细胞的后代，由于每种细胞所处的空间位置不同， 其环境也不一样，可以有不同的形态和功能，即空间上的分 化。
不同生物同源异形框编码的氨基酸序列比较
HOM或Hox基因在染色体上 的排列顺序与其在体内的不同 时空表达模式相对应：
分子基础
果蝇和小鼠同源异形框基因 及其表达模式
分子基础
HOM或Hox基因在染色体上的排列顺序与其在体内的不 同时空表达模式相对应：
➢基因激活的时间顺序 --- 越靠近前部的基因表达越早， 而靠近后部的基因表达较迟。
分子基础
奢侈基因（luxury gene）：编码组织细胞特异性蛋白。 奢侈蛋白：由奢侈基因编码，仅存在于特定的分化细胞中， 赋予分化细胞不同特征的特异性蛋白。如红细胞中的血红 蛋白、皮肤表皮细胞中的角蛋白、肌细胞中的肌动蛋白和 肌球蛋白。
管 家 基 因 (housekeeping gene) ： 编 码 管 家 蛋 白 (housekeeping protein)，存在于所有分化类型细胞中， 维持细胞生存所必需的基本蛋白，如细胞骨架蛋白、膜蛋 白、染色质的组蛋白、核糖体蛋白。
多能性细胞：在胚胎发育的三胚层形成后，细胞的分化潜 能受到限制，仅能向本胚层组织和器官方向分化发育的细胞。
经过器官发生，各种组织细胞的命运最终确定，呈单能化。
细胞分化的一般规律： 全能多能单能
胚胎干细胞-全能性细胞
基本概念 囊胚
胚胎干细胞的来源及应用
胚胎干细胞
成体干细胞-多能性细胞
基本概念
基本概念
去分化 (dedifferentiation)：一般情况下，细胞分化过程是不可 逆的。然而在某些条件下，分化了的细胞也不稳定，其基因活动 模式也可发生可逆性的变化，又回到未分化状态，这一变化过程 称为去分化。
iPS克隆
Oct4, Sox2, Klf4,Myc
基本概念
转分化（transdifferentiation）: 在高度分化的动物细胞 中还可见到另一种现象，即从一种分化状态转变为另一种分 化状态，这种情况称为转分化。
分子基础 DNA甲基化在转录水平上调控细胞分化的基因表
达
DNA甲基化：
在甲基转移酶催化下，DNA分子中的胞嘧啶可转变成5-甲 基胞嘧啶，这称为DNA甲基化。
分布：常见于富含CG二核苷酸的CpG岛，主要集中于 异染色质区，其余则散在于基因组中。
含量：哺乳动物基因组中约70%～80%的CpG位点是 甲基化的。
细胞分化主导基因：
➢细胞分化过程中，一些作为转录因子的基因产物本身起正反馈 调节蛋白作用。维持一系列细胞分化基因的活动只需要激活基因 表达的起始事件（即特异地参与某一特定发育途径的起始基因）。 ➢该基因一旦打开，它就维持在活化状态，表现为能充分的诱导 细胞沿着某一分化途径进行，从而导致特定谱系细胞的发育。具 有这种正反馈作用的起始基因通常称为细胞分化主导基因 （master control gene）。
细胞生物学
第十五章 细胞分化
主要内容
细胞分化
第一节 细胞分化的基本概念 第二节 细胞分化的分子基础 第三节 细胞分化的影响因素 第四节 细胞分化的医学意义
基本概念
第一节 细胞分化的基本概念
细胞分化 (cell differentiation) ： 个体发育过程中，细胞 在结构和功能上发生差 异的过程。
➢ 印记基因选择表达或关闭，可能机制是印记基因的甲基化。
➢ 人类的巴氏小体，就是整条X染色体DNA甲基化的结果；如果 去除甲基化，可使异染色质化的X染色体基因重新激活。
分子基础
F0
F1
F2
分子基础
组蛋白的乙酰化和去乙酰化影响转录因子与DNA 的结合
➢ 组蛋白中被修饰氨基酸的种类、位置和修饰类型被称为 组蛋白密码（histone code），它决定了染色质转录 活跃或沉默的状态。
同源异形域蛋白：由同源异形框基因编码的蛋白称为同源 异形域蛋白（homeodomain protein）。
分子基础
高度保守的60个氨基酸片段，为一种螺旋-环-螺旋（HLH） 结构，其中的9个氨基酸（第42～50位）与DNA的大沟相结合， 能识别其所控制的基因启动子中的特异序列，引起特定基因表达 的激活或阻抑。
胚胎期L（C卵R黄控囊制）的β-珠蛋胎白儿基肝因脏 活化的可能成机人制骨髓
2. 细胞分化过程中的基因表达调控
分子基础
细胞谱系（cell lineage）：在个体发育中通过细胞分裂产 生大量多代各种成体细胞，祖细胞与分化细胞的先后连续的 宗系关系。
脊椎动物骨骼肌细胞分化
分子基础
关键基因调节蛋白的表达能够启动特定谱系细胞的分化
小结：细胞分化的基本概念
基本概念
一、个体发育过程与细胞分化潜能 二、细胞决定与细胞分化 三、细胞分化的可塑性 四、细胞分化的时-空性 五、细胞分化与细胞的分裂状态和速度相适应
分子基础
第二节 细胞分化的分子基础
一、细胞分化的本质是基因组中不同基因的选择性 表达 二、细胞分化的基因表达调控主要发生在转录水平 三、非编码RNA在细胞分化中的作用
➢基因表达的空间顺序 --- 头区的最前叶只表达该基因簇 的第一个基因，而身体最后部则表达基因簇的最后一个 基因。
分子基础
3. 染色质成分的共价修饰制约基因的转录
染色质成分的共价修饰包括： ➢ DNA的甲基化 ➢ 组蛋白的乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化、糖基化和
羰基化
DNA和组蛋白的修饰都会引起染色质结构和基因转录活性 的变化。染色质成分的共价修饰在基因转录调控上的作 用是可遗传的（表观遗传）。
人 珠 蛋 白 基 因 结 构
分子基础
血红蛋白选择性表达机制： ➢ 在个体发育过程中依次有不同的β-珠蛋白基因的打开和
关闭，这与β-珠蛋白基因簇上游的基因座控制区（locus control region, LCR）有关。 ➢ LCR距离ε基因的5’末端约10,000碱基对以上，可使任 何与它相连的β-家族基因高水平表达。
基本概念
一、多细胞生物个体发育与细胞分化
多细胞生物的个体发育：胚胎发育和胚后发育 细胞分化的明显改变开始于原肠胚形成之后。
动物胚胎的三胚层细胞分化
基本概念
脊椎动物细胞分化示意图
基本概念 细胞分化的潜能随个体发育进程逐渐“缩窄”
全能性细胞：在一定条件下，能够分化发育成为完整个体 的细胞，如哺乳动物的八细胞期桑葚胚之前的细胞 。
基本概念
细胞决定先于细胞分化并制约着分化的方向
胚胎移植实验
细胞决定具有遗传稳定性
典型例子： 果蝇成虫盘 细胞的连续 多次移植实 验。
基本概念
细胞决定具有遗传稳定性
特例：转决定（transdetermination）
基本概念
发育为非ຫໍສະໝຸດ Baidu应 的成体结构
机制？
三、细胞分化的可塑性
基本概念
1. 细胞分化具有高度的稳定性
➢ 组蛋白乙酰化：在组蛋白乙酰基转移酶作用下，于组蛋 白N-端尾部的赖氨酸加上乙酰基。
分子基础 一、细胞分化的本质是基因组中不同基因的选择性
表达
1.基因的选择性表达是细胞分化的普遍规律
➢ 细胞分化过程中一般并不伴有基因组的改变。 ➢ 多细胞生物个体发育与细胞分化过程中，其基因组DNA并不全
部表达，而呈现选择性表达，它们按照一定的时-空顺序，在不 同细胞和同一细胞的不同发育阶段发生差异表达（differential expression）。
基因的选择性表达是细胞分化的普遍规律
经典实验：全能性细胞核，细胞融合，转分化
分子基础
基因的选择性表达是细胞分化的普遍规律
经典实验：全能性细胞核，细胞融合，转分化
分子基础
细胞融合 产生多能 干细胞
基因的选择性表达是细胞分化的普遍规律
经典实验：全能性细胞核，细胞融合，转分化
分子基础
细胞分化的本质：基因的选择性表达（一些基因处于活化 状态，同时另一些基因被抑制而不活化）。
作用：甲基化程度越高，DNA转录活性越低。
分子基础
人类胚胎红细胞中珠蛋白基因启动子区域的甲基化
分子基础
DNA 甲基化导致基因失活/沉默的可能机制
➢ 甲基化直接干扰转录因子与启动子中特定的结合位点 的结合；
➢ 特异的转录抑制因子直接与甲基化DNA结合； ➢ 染色质结构的改变。
分子基础
DNA 甲基化与基因组印记（genomic imprinting)
全能性细胞核 （totipotent nucleus）， 证据 ---核移植实验。
爪蟾核移植实验
终末分化细胞的细胞核具有全能性
基本概念
哺乳动物核移植实验——“多莉”（Dolly）羊的诞生
二、细胞决定与细胞分化
基本概念
细胞决定先于细胞分化并制约着分化的方向
细胞决定(cell determination)：在个体发育过程中，细胞在发 生可识别的分化特征之前就已经确定了未来的发育命运，只能向 特定方向分化的状态。 原肠期的三胚层形成时，形成各器官的预定区已经确定，只能按 一定的规律发育分化成特定的组织、器官和系统。
1. 基因表达的时序性和空间特异性
时序性：基因表达严格按照一定的时间顺序发生。 空间特异性/组织特异性：基因产物在个体的不同组织或 器官中表达/不同组织细胞中不仅表达的基因数量不同，而 且基因表达的强度和种类也各不相同。（奢侈基因）
分子基础
时序性：个体发育过程中血红蛋白的表达特点 --- 脊椎动物 的血红蛋白由2条α-珠蛋白链和2条β-珠蛋白链组成，其在个 体发育不同时期表达不一样。
2. 基因组改变是细胞分化的特例
分子基础
➢ 基因组扩增：见于果蝇的腺细胞和卵巢滤泡细胞，染色体多 次复制，形成多倍体（polyploid）和多线体（polyteny）。
➢ 基因组丢失：在马蛔虫发育过程中，只有生殖细胞得到了完 整染色体，而体细胞中的染色体只是部分染色体片段。哺乳 动物（除骆驼外）的红细胞以及皮肤、羽毛和毛发的角化细 胞则丢失了完整的核。
➢ 二倍体生物在某些情况下，某一个基因的表达与其来源有关， 即只允许表达来自父源或母源染色体的其中之一，这种现象叫 基因组印记，与之相关的基因叫印记基因 （imprinted gene）。
➢ 印记基因在哺乳类发育中普遍存在，仅在特定发育阶段和特定 组织中，表达等位基因中的一个（仅从父源或母源染色体上表 达）。
五、细胞分裂与细胞分化
基本概念
细胞分裂和细胞分化是多细胞生物个体发育过程中的两个 重要事件，两者之间有密切的联系。
➢通常细胞在增殖（细胞分裂）的基础上进行分化
➢细胞分化发生于细胞分裂的G1期，当G1期很短或几乎 没有G1期时，细胞分化减慢。
➢细胞分裂旺盛时分化变缓，分化较高时分裂速度减慢— —个体生长发育的一般规律。
➢ 基因重排：在B淋巴细胞分化过程中，DNA通过体细胞重组 （somatic recombination）, 使DNA序列中不同部位的部 分 基 因 片 段 连 接 在 一 起 ， 组 成 产 生 抗 体 mRNA 的 DNA 序 列 （使机体能够适应不同抗原产生多样化抗体）。
分子基础
二、细胞分化的基因表达调控主要发生在转录 水平
在正常生理条件下，已经分化为某种特异的、稳定类型的细 胞一般不可能逆转到未分化状态或者成为其他类型的分化细 胞。已分化的终末细胞在形态结构和功能上保持稳定是个体 生命活动的基础。
2. 细胞分化具有可塑性
已分化的细胞在特殊条件下重新进入未分化状态或转分化 为另一种类型细胞的现象（研究热点）。
基本概念 诱导多能干细胞(iPS)---去分化（重编程）
分子基础
➢ 例如，在哺乳动物的成肌细胞向肌细胞分化过程中， myoD基因起重要作用。
脊椎动物骨骼肌细胞分化机制
分子基础
同源异形框基因规划机体前－后体轴结构的分化 与发育蓝图
同源异形框基因：广泛存在于从酵母到人类的各种真核生 物中的基因，其特点是基因中存在共同的180bp的DNA 片 段 ， 编 码 高 度 同 源 的 60 个 氨 基 酸 。 这 个 共 同 的 180bpDNA片段被称为同源异形框（homeobox），含 有 同 源 异 形 框 的 基 因 称 为 同 源 异 形 框 基 因 （ homeobox gene），例如果蝇的HOM 基因，动物和人类的Hox基因。
细胞分化的稳定性：普遍存在 细胞分化的可逆性（转分化或去分化）：条件性存在
四、细胞分化的时-空性
基本概念
在个体发育过程中，多细胞生物细胞既有时间上的分化，也 有空间上的分化。
➢一个细胞在不同的发育阶段可以有不同的形态结构和功能， 即时间上的分化；
➢同一种细胞的后代，由于每种细胞所处的空间位置不同， 其环境也不一样，可以有不同的形态和功能，即空间上的分 化。
不同生物同源异形框编码的氨基酸序列比较
HOM或Hox基因在染色体上 的排列顺序与其在体内的不同 时空表达模式相对应：
分子基础
果蝇和小鼠同源异形框基因 及其表达模式
分子基础
HOM或Hox基因在染色体上的排列顺序与其在体内的不 同时空表达模式相对应：
➢基因激活的时间顺序 --- 越靠近前部的基因表达越早， 而靠近后部的基因表达较迟。
分子基础
奢侈基因（luxury gene）：编码组织细胞特异性蛋白。 奢侈蛋白：由奢侈基因编码，仅存在于特定的分化细胞中， 赋予分化细胞不同特征的特异性蛋白。如红细胞中的血红 蛋白、皮肤表皮细胞中的角蛋白、肌细胞中的肌动蛋白和 肌球蛋白。
管 家 基 因 (housekeeping gene) ： 编 码 管 家 蛋 白 (housekeeping protein)，存在于所有分化类型细胞中， 维持细胞生存所必需的基本蛋白，如细胞骨架蛋白、膜蛋 白、染色质的组蛋白、核糖体蛋白。
多能性细胞：在胚胎发育的三胚层形成后，细胞的分化潜 能受到限制，仅能向本胚层组织和器官方向分化发育的细胞。
经过器官发生，各种组织细胞的命运最终确定，呈单能化。
细胞分化的一般规律： 全能多能单能
胚胎干细胞-全能性细胞
基本概念 囊胚
胚胎干细胞的来源及应用
胚胎干细胞
成体干细胞-多能性细胞
基本概念
基本概念
去分化 (dedifferentiation)：一般情况下，细胞分化过程是不可 逆的。然而在某些条件下，分化了的细胞也不稳定，其基因活动 模式也可发生可逆性的变化，又回到未分化状态，这一变化过程 称为去分化。
iPS克隆
Oct4, Sox2, Klf4,Myc
基本概念
转分化（transdifferentiation）: 在高度分化的动物细胞 中还可见到另一种现象，即从一种分化状态转变为另一种分 化状态，这种情况称为转分化。
分子基础 DNA甲基化在转录水平上调控细胞分化的基因表
达
DNA甲基化：
在甲基转移酶催化下，DNA分子中的胞嘧啶可转变成5-甲 基胞嘧啶，这称为DNA甲基化。
分布：常见于富含CG二核苷酸的CpG岛，主要集中于 异染色质区，其余则散在于基因组中。
含量：哺乳动物基因组中约70%～80%的CpG位点是 甲基化的。
细胞分化主导基因：
➢细胞分化过程中，一些作为转录因子的基因产物本身起正反馈 调节蛋白作用。维持一系列细胞分化基因的活动只需要激活基因 表达的起始事件（即特异地参与某一特定发育途径的起始基因）。 ➢该基因一旦打开，它就维持在活化状态，表现为能充分的诱导 细胞沿着某一分化途径进行，从而导致特定谱系细胞的发育。具 有这种正反馈作用的起始基因通常称为细胞分化主导基因 （master control gene）。
细胞生物学
第十五章 细胞分化
主要内容
细胞分化
第一节 细胞分化的基本概念 第二节 细胞分化的分子基础 第三节 细胞分化的影响因素 第四节 细胞分化的医学意义
基本概念
第一节 细胞分化的基本概念
细胞分化 (cell differentiation) ： 个体发育过程中，细胞 在结构和功能上发生差 异的过程。
➢ 印记基因选择表达或关闭，可能机制是印记基因的甲基化。
➢ 人类的巴氏小体，就是整条X染色体DNA甲基化的结果；如果 去除甲基化，可使异染色质化的X染色体基因重新激活。
分子基础
F0
F1
F2
分子基础
组蛋白的乙酰化和去乙酰化影响转录因子与DNA 的结合
➢ 组蛋白中被修饰氨基酸的种类、位置和修饰类型被称为 组蛋白密码（histone code），它决定了染色质转录 活跃或沉默的状态。
同源异形域蛋白：由同源异形框基因编码的蛋白称为同源 异形域蛋白（homeodomain protein）。
分子基础
高度保守的60个氨基酸片段，为一种螺旋-环-螺旋（HLH） 结构，其中的9个氨基酸（第42～50位）与DNA的大沟相结合， 能识别其所控制的基因启动子中的特异序列，引起特定基因表达 的激活或阻抑。
胚胎期L（C卵R黄控囊制）的β-珠蛋胎白儿基肝因脏 活化的可能成机人制骨髓
2. 细胞分化过程中的基因表达调控
分子基础
细胞谱系（cell lineage）：在个体发育中通过细胞分裂产 生大量多代各种成体细胞，祖细胞与分化细胞的先后连续的 宗系关系。
脊椎动物骨骼肌细胞分化
分子基础
关键基因调节蛋白的表达能够启动特定谱系细胞的分化
小结：细胞分化的基本概念
基本概念
一、个体发育过程与细胞分化潜能 二、细胞决定与细胞分化 三、细胞分化的可塑性 四、细胞分化的时-空性 五、细胞分化与细胞的分裂状态和速度相适应
分子基础
第二节 细胞分化的分子基础
一、细胞分化的本质是基因组中不同基因的选择性 表达 二、细胞分化的基因表达调控主要发生在转录水平 三、非编码RNA在细胞分化中的作用
➢基因表达的空间顺序 --- 头区的最前叶只表达该基因簇 的第一个基因，而身体最后部则表达基因簇的最后一个 基因。
分子基础
3. 染色质成分的共价修饰制约基因的转录
染色质成分的共价修饰包括： ➢ DNA的甲基化 ➢ 组蛋白的乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化、糖基化和
羰基化
DNA和组蛋白的修饰都会引起染色质结构和基因转录活性 的变化。染色质成分的共价修饰在基因转录调控上的作 用是可遗传的（表观遗传）。
人 珠 蛋 白 基 因 结 构
分子基础
血红蛋白选择性表达机制： ➢ 在个体发育过程中依次有不同的β-珠蛋白基因的打开和
关闭，这与β-珠蛋白基因簇上游的基因座控制区（locus control region, LCR）有关。 ➢ LCR距离ε基因的5’末端约10,000碱基对以上，可使任 何与它相连的β-家族基因高水平表达。
基本概念
一、多细胞生物个体发育与细胞分化
多细胞生物的个体发育：胚胎发育和胚后发育 细胞分化的明显改变开始于原肠胚形成之后。
动物胚胎的三胚层细胞分化
基本概念
脊椎动物细胞分化示意图
基本概念 细胞分化的潜能随个体发育进程逐渐“缩窄”
全能性细胞：在一定条件下，能够分化发育成为完整个体 的细胞，如哺乳动物的八细胞期桑葚胚之前的细胞 。
基本概念
细胞决定先于细胞分化并制约着分化的方向
胚胎移植实验
细胞决定具有遗传稳定性
典型例子： 果蝇成虫盘 细胞的连续 多次移植实 验。
基本概念
细胞决定具有遗传稳定性
特例：转决定（transdetermination）
基本概念
发育为非ຫໍສະໝຸດ Baidu应 的成体结构
机制？
三、细胞分化的可塑性
基本概念
1. 细胞分化具有高度的稳定性
➢ 组蛋白乙酰化：在组蛋白乙酰基转移酶作用下，于组蛋 白N-端尾部的赖氨酸加上乙酰基。
分子基础 一、细胞分化的本质是基因组中不同基因的选择性
表达
1.基因的选择性表达是细胞分化的普遍规律
➢ 细胞分化过程中一般并不伴有基因组的改变。 ➢ 多细胞生物个体发育与细胞分化过程中，其基因组DNA并不全
部表达，而呈现选择性表达，它们按照一定的时-空顺序，在不 同细胞和同一细胞的不同发育阶段发生差异表达（differential expression）。
基因的选择性表达是细胞分化的普遍规律
经典实验：全能性细胞核，细胞融合，转分化
分子基础
基因的选择性表达是细胞分化的普遍规律
经典实验：全能性细胞核，细胞融合，转分化
分子基础
细胞融合 产生多能 干细胞
基因的选择性表达是细胞分化的普遍规律
经典实验：全能性细胞核，细胞融合，转分化
分子基础
细胞分化的本质：基因的选择性表达（一些基因处于活化 状态，同时另一些基因被抑制而不活化）。
作用：甲基化程度越高，DNA转录活性越低。
分子基础
人类胚胎红细胞中珠蛋白基因启动子区域的甲基化
分子基础
DNA 甲基化导致基因失活/沉默的可能机制
➢ 甲基化直接干扰转录因子与启动子中特定的结合位点 的结合；
➢ 特异的转录抑制因子直接与甲基化DNA结合； ➢ 染色质结构的改变。
分子基础
DNA 甲基化与基因组印记（genomic imprinting)