第十章 分化

母体基因→ 间隙基因→ 成对基因→体节极性基因→同源异形
基因（homeotic gene，Hox）
© 河北大学生命科学学院 李振秋
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homeotic gene/ 同源异型基因 该基因的突变引起机体某一部位的细胞表现得像处 于另一部位,引起一种细胞、组织或某机体部位向另 一种的转化。
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以组合调控的方式启动组织特异性基因的表达。 1 细胞分化是基因选择性表达的结果 二、细胞分化的机理 不同类型的细胞在发育过程中表达一套特异的 基因，其产物决定细胞的形态结构和功能。 2 管家基因和奢侈基因（组织特异性基因） 管家基因（持家基因）：维持基本生命活动 奢侈基因：不同细胞类型特异表达的基因
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癌细胞的多基因逐渐突变积累和单基因控制的争论
肿瘤是的多基因逐渐突变积累结果
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肿瘤（tumor）在致瘤因素作用下，细胞在基因水平 上失去对其生长的正常调控，导致异常增生。

良性肿瘤：生长缓慢，与周围组织边界明显。


恶性肿瘤：癌症(cancer)，生长快、具有迁移性。


在II型胶原及软骨粘连蛋白上发育为软骨细胞。

5、激素的作用

如昆虫的保幼激素和蜕皮激素。
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（三）细胞核与细胞分化

1、染色体结构的变化
1）基因删除：原生动物、昆虫、甲壳动物。
2）基因扩增：果蝇多线染色体。
3）基因重排：免疫球蛋白基因（106~108种抗体）。
4）DNA的甲基化与异染色质化：胞嘧啶的甲基化使
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人类对肿瘤的认识历史 流行病学研究

1910年左右：日本山际克三郎在兔子的耳朵上反 复涂抹煤焦油。好多个月后，兔耳上生了皮肤癌
1950 X线和某些化学物质可以致癌。X线和化学物质也 能导致基因突变。因此，这些致癌因素导致受其影 响的动物发生基因突变。
埃姆斯试验（Ames Test） 沙门菌诱变 致癌物质一诱变因素理论赢得了有力支持 基因？？
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人类对肿瘤的认识历史
癌症系由化学和物理因素损害人体组织内部的细胞基因引起的
另一部分人认为： 癌症成是一种传染病，经由微生物传播，而非诱变化学物或辐 射引起 1909年纽约洛克菲勒研究所的佩顿· 劳斯发现了首例肿瘤病毒
把一只鸡的结缔组织中提取的病毒颗粒注入另一只鸡时， 后者也会产生肿瘤
基因失活。
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2、基因与细胞分化 无论是母体mRNA的作用还是细胞间的相互作用，其结果是 启动特定基因的表达。

根据对果蝇、家蚕等实验动物的研究表明：

卵受精后，首先表达的是母体基因；母体基因的产物是转录因
子，沿胚的前后轴形成一个浓度梯度，决定了胚的前后位置和 头尾区域；控制其它基因的表达：

3、细胞数量效应

小鼠胚胎胰腺原基在体外进行组织培养时，可发育成具有功能 的胰腺组织，但如果把胰原基切成8小块分别培养，则都不能 形成胰腺组织，如果再把分开的小块合起来，又可形成胰腺组 织。
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4、细胞外基质的影响

干细胞在IV型胶原和层粘连蛋白上分化为上皮细胞；
在I型胶原和纤粘连蛋白上形成纤维细胞；
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人类对肿瘤的认识历史
双方都承认，在细胞内部运作着一个基因小群体，它们使得细 胞及其后代失控生长。它们将这类癌症基因称作“oncogenes” （癌基因），同表示探讨肿瘤的专业“oncology”（肿瘤学）一词 相呼应，在希腊语中，“onkos”意指一块或一团。堕落的良民 。 病毒癌基因发现 劳斯肉瘤病毒 1966年，已届耄年的劳斯，因为他在半个多世纪前的研究 工作，获得了诺贝尔医学和生理学奖。 src基因
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THE TUMOR CELL
Breast Epithelial Tumor Cell © 河北大学生命科学学院 李振秋
人类对肿瘤的认识历史 流行病学研究

伦敦医生珀西瓦尔· 波特在1775年描述早年曾干过扫烟囱 活计的男人易患阴囊癌。 沥青铀矿上，矿工们患肺癌死亡 20世纪初，那些与新发现的X线打交道的人被发现易患皮 肤癌和白血病 手表工易患舌癌 吸烟人群的肺癌发病 癌症不是人体组织随机、自发的恶化而是被激活的

卵裂后的细胞质的特性决定了子细胞核的分化命运。

昆虫以表面卵裂的方式形成胚层细胞的。迁入卵的后端极质部
的细胞发育为原始生殖细胞，用紫外线照射这一区域，破坏极 质，卵将发育为无生殖细胞的不育个体。
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（二）细胞间的相互作用

1、胚胎诱导(embryonic induction) ： 胚胎发育过程中，一部分细胞影响相邻细胞向一定方向分化的作用。
拟 南 芥
金 鱼 草
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拟 南 芥
金鱼草
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拟 南 芥
金 鱼 草
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二、细胞分化的机理
一）细胞分裂的不对称性

卵细胞具有极性，细胞核靠近北极。
结构的现象，广义来看再生是生命的普遍现象，从分子、细胞
到组织器官都具有再生现象。

1. 生理性再生：即细胞更新，如人的红细胞。 2. 修复性再生：壁虎的尾、蝾螈的断肢、螃蟹的肢。沃尔夫
晶体再生

3.
无性繁殖
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转分化 一种类型的分化细胞转变成为另一种类型 的分化细胞的现象叫转分化。 去分化（脱分化） 再分化

北极或动物极：极体释放的部位；
南极或植物极：相对北极而言，母体物质主要储存在于 植物极。

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动物卵细胞中贮存有大量mRNA，呈非均匀分布；

用转录抑制剂放线菌素D处理海胆受精卵，胚胎发育仍能进行 至囊胚期

用蛋白质翻译抑制剂嘌呤霉素处理受精卵，受精卵停止发育。
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细胞分化定义 在个体发育中，由一种相同的细胞类型经细胞 分裂后逐渐在形态、结构和功能上形成稳定性差异， 产生不同的细胞类群的过程。它是多细胞生命体发 育的基础和核心。
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一、细胞分化潜能

全能性：totipotency 细胞经分裂和分化后的具核细胞仍会具有产

诱导者(inductor) ：对其它细胞起诱导作用的细胞：

脊索可诱导其顶部的外胚层发育成神经板，神经沟和神经管； 视胞可诱导其外面的外胚层形成晶体，而晶体又可诱导外胚层形成角膜。

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2、分化抑制： 分化成熟的细胞可以产生抑素，抑制相邻细胞发生同样的分
化。

如含有成蛙心组织的培养液培养蛙胚，则蛙胚不能发育出正常 的心脏。
管细 胞 成红细胞 胰岛细胞 输卵管 细胞 成红细胞 卵清蛋白 基因 细胞总DNA 细胞总RNA
管家基因（持家基因）：维持基本生命活动 ＋ ＋ ＋ ＋ － － 奢侈基因：不同细胞类型特异表达的基因
＋ ＋ ＋ ＋ Southern杂交 ＋ ＋ － － ＋ － Northern杂交 － ＋
胰岛细 胞
β珠蛋白基 因 胰岛素基 因 实验方法
据2001年卫生事业发展情况统计公报，恶性肿瘤为
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1976年，发现原癌基因src 1982年。此时，使用基因克隆新技术，人们已经能够分离 某些人类肿瘤癌基因。研究者把从膀胱癌中分离出的一个 癌基因同逆转录酶病毒研究人员早先克隆的一大批原癌基 因相比较。比较之下，反映出惊人的联系：人类膀胱癌基 因实际上和逆转录酶病毒研究人员发现的ras癌基因分毫不 差。 某些化学诱变剂进入膀胱细胞后，使ras原癌基因发生突变， 变成活性癌基因。一旦发生突变后，ras 癌基因就驱使突变 细胞以及该细胞的直系后代踏上扩张之路，产生大量拥有突 变的ras癌基因的膀胱癌细胞。 脊椎动物的细胞似乎都携带着一套共同的原癌基因。 这些基因可以被逆转录酶病毒或者非病毒诱变因子变 成有效的致癌基因。
生完整的生命体的潜能或特性。如受精卵、早期的胚胎细胞，植物
细胞。

60年代的爪蟾和80年代小鼠的核移殖，90年代末多利羊的诞生都证明了
分化细胞具有完整的DNA。

多能性 pluripotency 随着胚胎的发育，细胞逐渐丧失了发育成个 体的能力，仅具有分化成有限细胞类型及构建组织的潜能。
干细胞 stem cell 多潜能性的细胞
三、成体中的细胞分化

①已存在的细胞功能由弱、强、减退到丧失。经历了 新生→成熟→衰老→死亡的过程。

②已有的分化细胞通过分裂产生两个功能相同的细胞， 如血管内皮细胞。

③干细胞的分裂与分化，如多能造血干细胞。
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四、再生

指生物的器官损伤后，剩余的部分长出与原来形态功能相同的
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人类对肿瘤的认识历史
肿瘤病毒能够侵入体内某处的一个细胞。病毒并不是 在该细胞内部繁殖，而后杀死细胞，相反，病毒允许 这个细胞继续存活。病毒放下屠刀非为成佛，这只是 病毒为了在新宿主内部长期居留的一步棋。一旦它在 细胞内安顿好了，病毒就开始篡改宿主的生长控制机 制，驱使细胞以及后代细胞不懈扩张。尽管病毒颗粒 要比受感染的细胞小好几千倍，它却能篡夺细胞的控 制权，操纵细胞的行为。一个传染性的肿瘤病毒颗粒， 通过驱使细胞无穷生长、分裂，使得细胞增生形成肿 瘤。 大多数人类癌症的表现不同于传染病

多能干细胞 单能干细胞（定向干细胞） 仅具有分化形成某一类型能力细胞 此分化过程称 终末分化
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全能细胞
胚泡
原生殖细胞
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二、细胞分化的机理
细胞分化的本质 以组合调控的方式启动组织特异性基因的表达。 1 细胞分化是基因选择性表达的结果 不同类型的细胞在发育过程中表达一套特异的 基因，其产物决定细胞的形态结构和功能。 2 管家基因和奢侈基因（组织特异性基因） 输卵
第十二章
细胞分化
CELL DIFFERENTIATION
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第一节 细胞分化

细胞后代在形态、结构和功能上发生差异的过程。 每个人的一生中都在进行着细胞分化。 细胞分裂的不对称性和细胞间的相互作用是细胞分 化的两个基本机制。
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HOX mutant Antenna—leg
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Bithorax mutant
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(四)外界环境对发育的影响
性别决定 高温 蜥蜴 雄性 龟 雌性
位置信息
黄瓜：
蜗牛
夜间温度较高和日照较长会促
进黄瓜的雄花分化
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核糖体蛋白基因 糖酵解相关酶基因 微管蛋白基因 肌动 蛋白基因
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3 组合调控引发的奢侈基因表达
1 ）花瓣建成：
A+B+E
2 ）影响雄蕊建成： B+C+E 3 ）影响心皮建成： C+E
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The classical ABC model
(Enrico S. Coen. 1991, Nature, Vol 353, p31-37)
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拟南芥
金鱼草
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影响花器官发生的同源异型突变



TYPE1：影响第一和第二 轮器官（花被） TYPE2: 影响第二和第三 轮器官改变。 TYPE3：影响第三和第四 轮器官（生 殖器官）伴随 最内两轮器官数量和轮数 的增加。
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同源异型框(homeobox) 简称同源框，是同源异型基因中一段高度保守的 DNA序列，最初是通过对果蝇的同源异型突变和体 节突变体的杂交分析发现的。同源框由180个碱基对 组成的序列，可编码60个氨基酸。同源框普遍存在 于果蝇、鼠、人、蛙等生物中。
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Gene and Development