最新第十四章 细胞分化与基因表达的调控——翟中和细胞生物学[PPT课件]-精品课件

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◆细胞分化是多细胞生物发育的基础与核心; 细胞分化的关键在于不同类型细胞中特异性蛋白质的 合成,而合成特异性蛋白质实质在于组织特异性基因 在时间和空间上的差异性表达; 差异性表达的机制是由于基因表达的组合调控。
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第一节 细胞分化
●细胞分化的基本概念 ●影响细胞分化的因素 ●细胞分化与胚胎发育—同源异型基因
◆概念:细胞全能性是指细胞经分裂和分化后 仍具有产生完整有机体的潜能或特性。
◆植物细胞具有全能性,在适宜的条件下可培 育成正常的植株
◆动物细胞核移植(Nuclear transfer)实验证明细 胞核具有发育全能性
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细胞的全能性(totipotency)
·如蛙红细胞核移植后发育成蝌蚪 ·Dolly羊的诞生说明高度分化的哺 乳动物体细胞核也具有发育全能性
有关
◆基因组印记(genomic imprinting)是说明甲基化作
用在基因表达中具有重要意义的最好例证,也是哺乳动物 所特有的现象。
例如:小鼠早期发育中,编码类胰岛素生长因子2的 基因只在由父亲传递下来的染色体上有活性,编码 这种蛋白受体的基因,只在母亲传递下来的染色体 上有活性。
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最新第十四章 细胞分化 与基因表达的调控——翟 中和细胞生物学[PPT课
件]-精品课件
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◆细胞分化(cell differentiation):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,产生各不相同的细胞类群的 过程。
二.加工水平的调控
大部分基因的主要调控过程发生在转录水平上, 但也有相当一部分基因表达的调控,不但发生 在转录水平上,转录后调控也起到了非常重要 的作用。转录后水平的调控或称加工水平的调 控,包括以下几个方面:
1. 初始的RNA转录产物的加工 2. 翻译水平的调控
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促进细胞增殖相关基因和抑制细胞增殖相关基因的 协同作用,共同调控细胞的正常增殖进程。
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三、癌症的发生是基因突变积累和自然选择的结果
肿瘤发生频率低的原因:
1、绝大多数基因突变位点不会致癌。 2、癌症的发生一般不是单一基因的突变,而至少在一个细胞中
发生5-6个基因突变,才能赋予细胞所有的特征,即癌细胞
◆恶性转化细胞同癌细胞一样具有无限增殖的潜能
◆在体外培养时贴壁性下降
◆失去接触抑制: 正常细胞生长到彼此相互接触时,其运动和分裂活动将
会停止,即所谓接触抑制。
◆培养时对血清依赖性降低
◆当将恶性转化细胞注入易感动物体内,往往会形成肿瘤
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二、癌基因与抑癌基因
癌症主要是由携带遗传信息的DNA的病理变化而引起的疾
分子杂交技术检测基因及其表达
细 胞 总DNA
细 胞 总RNA
输 卵 管 细 胞 成 红 细 胞胰 岛 细 胞输 卵 管 细 胞 成 红 细 胞 胰 岛 细 胞
卵 清 蛋 白 基 因 +
+
+
+
-
-
β -珠 蛋 白 基 因 +
+
+
-
+
-
胰 岛 素 基 因
+
+
+
-
-
+
实 验 方 法
Southern杂 交
Northern杂 交
果蝇的成虫盘是一些初级分 化的细胞群,在幼虫变态过 程中,不同的成虫盘发育为 成虫不同的器官,如腿、翅 和触角等。
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●癌细胞的基本特征
●癌基因与抑癌基因 ●癌症产生是基因突变积累和自然选择的结果 ●癌症能治疗吗?
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一.癌细胞的基本特征
癌症是一种严重威胁人类生命安全的疾病。动物体内 细胞分裂调节失控而无限增殖的细胞称为肿瘤细胞(tumor cell)。具有转移能力的肿瘤称为恶性肿瘤(malignancy)。上皮
初始的RNA转录产物的加工
在细胞内mRNA的前体有两种基本剪接方式:
1. 编码蛋白质的不连续基因通过RNA剪接将内含子从mRNA前
体中去除,然后规范地将外显子剪接成成熟的mRNA,这种剪
接方式称为组成型剪接,通过组成型剪接,一个基因只产生 一种成熟的mRNA,一般也只产生一种蛋白质产物。
2. 可调控的选择性剪接。外显子按照不同的方式剪接在一起,因而
●细胞分化与胚胎发育——同源异型基因
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本章小结
癌细胞 ●癌细胞的基本特征 ●癌基因与抑癌基因 ●癌症产生是基因突变积累和自然选择的结果 ●癌症能治疗吗?
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本章小结
真核细胞基因表达的调控
●转录水平的调控
1.转录因子与真核生物的基因转录
2.DNA的甲基化对真核生物基因转录的调控
3.核小体与真核生物基因转录的调控
●加工水平的调控
初始的RNA转录产物的加工 翻译水平的调控
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信号分子的有效作用时间是 短暂的,然而细胞可以将这 种短暂的作用储存起来并形 成长时间的记忆,逐渐向特 定方向分化。
果蝇体节发育中起关键作用的基因群。 含有高度保守的180bp组成的DNA序列,称同源框。编码60 个氨基酸,形成螺旋-转角- 螺旋结构,与DNA序列大沟
相互作用,启动基因表达。
同源异型基因在染色体上的排列与胚胎发育在时、空序 列上是一致的。
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第二节 癌细胞(Cancer cell)
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转录因子与真核生物的基因转录
◆基因转录水平的控制错综复杂,受多种因素影响 ◆TATA盒:位于基因转录起始位点上游-30bp附近。
CAAT盒和GC盒:位于TATA盒上游。 TATA盒决定转录起始的位点,CAAT盒和GC盒决定RNA
聚合酶转录基因的效率。这三种普遍的启动子元件的位置 见图第1行。 ◆一般情况下,真核生物基因转录,除了需要转录因子和 RNA聚合酶,还需要其他蛋白质因子的参与,以帮助通用 转录因子和RNA聚合酶在染色质上组装。这些辅助因子在 DNA上的结合元件,通常称为增强子,它们的存在能够显 著加强目的基因的转录。
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转录因子与真核生物的基因转录
典型的转录因子至少包括两个结构域: 1. DNA 结合结构域:结合特异DNA序列 2. 激活结构域:激活转录
此外,许多转录因子还含有一个促进核蛋白 形成二聚体的表面,二聚体的形成是许多不同类 型转录因子的共同特征,在基因表达调控中起重 要作用。
◆细胞记忆与决定
果蝇成虫盘(imaginal disc) ◆受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响
◆细胞间的相互作用与位置效应 ◆环境对性别决定的影响
◆染色质变化与基因重排对细胞分化的影响
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细胞分化与胚胎发育——同源异型基因 (homeotic selector gene,Hox gene)
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单细胞有机体的细胞分化
●与多细胞有机体细胞分化的不同之处:
前者多为适应不同的生活环境,而后者则通过细胞分 化构建执行不同功能的组织与器官。
●多细胞有机体在其分化程序与调节机制方面显得更 为复杂。
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转录因子与真核生物的基因转录
除了激活转录的转录因子之外,还有一些 转录因子起抑制基因转录的作用。
转录抑制因子也是有两部分组成:
1. DNA结合结构域
2. 抑制结构域
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DNA的甲基化对真核生物基因转录的调控
◆DNA甲基化(DNA methylation)与基因表达阻遏
可以由同一个基因产生不同的成熟mRNA,翻译产生不同的 蛋白质。
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Байду номын сангаас
翻译水平的调控
●mRNA的细胞质定位 ●mRNA翻译的调控 ●mRNA稳定性的调控
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本章小结
细胞分化
●细胞分化的基本概念 ●影响细胞分化的因素
全能性:植物、动物 因素:胞外信号分子对细胞分化的影响、细胞记忆与 决定、受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响、 细胞间的相互作用与位置效应、环境对性别决定的影 响、染色质变化与基因重排对细胞分化的影响
病。与遗传病不同,癌症主要是体细胞DNA突变,而不是生殖细 胞DNA突变。然而由于癌症涉及多个基因位点的突变,因此生殖 细胞某些位点的突变无疑也会加大致癌的可能性。
癌基因:控制细胞生长和分裂的正常基因的一种突变形 式,能引起正常细胞癌变。
抑癌基因实际上是正常细胞增殖过程中的负调控因 子,它编码的蛋白往往在细胞周期的检验点上起阻止周 期进程的作用。(p53)
不仅增殖速度快,而且其子代细胞能够逃脱细胞衰老的命运 ,取代相邻正常细胞的位置,不断从血液中获取营养,进而 穿越基膜与血管壁,在新的组织部位定着、存活与生长。
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四、癌症能治疗吗?
●传统思路是手术、放疗、化疗
●癌症治疗新方案
◆免疫治疗(Immunotherapy) ◆基因治疗(Gene therapy) ◆抑制癌症促进蛋白的活性
织细胞的结构和功能。 ◆细胞间相互作用改变(识别改变;表达水解酶类;产生新的表面抗原)
◆蛋白表达谱系或蛋白活性改变(胚胎细胞蛋白、端粒酶活性升高) ◆ mRNA转录谱系的改变(少数基因表达不同;突变位点不同,表型多变
) ◆染色体非整倍性
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体外培养的恶性转化细胞的特征
◆抑制肿瘤血管形成
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第三节 真核细胞基因表达的调控
◆真核细胞基因表达的调控是多级调控系统,主要发
生在四个彼此相对独立的水平上
●转录水平的调控 ●加工水平的调控
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一.转录水平的调控
●转录因子与真核生物的基因转录 ●DNA的甲基化对真核生物基因转录的调控 ●核小体与真核生物基因转录的调控
组织的恶性肿瘤称癌。
●基本生物学特征
●体外培养的恶性转化细胞的特征
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基本生物学特征
◆细胞生长与分裂失去控制,具有无限增殖能力,成为“永生”细胞。 ◆具有扩散性
·癌细胞的细胞间粘着性下降,具有侵润性和扩散性,这是癌细胞 的基本特征。 ·在分化程度上癌细胞低于良性肿瘤细胞,且失去了许多原组
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转分化与再生
●一种类型分化的细胞转变成另一种类型的分化细胞现象 称转分化(transdifferentiation)。
●转分化经历去分化(dedifferentiation)和再分化的过程。
●去分化又称脱分化,是指分化细胞失去其特有的结构与功能变成具有 未分化特征的细胞的过程。(植物体细胞在一定条件下形成未分化细 胞群组成的细胞团——愈伤组织)
●生物界普遍存在再生现象(regeneration),再生是指生物
体缺失部分后重建过程。
●不同的细胞有机体,其再生能力有明显的差异。
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二、 影响细胞分化的因素
●细胞的全能性(totipotency)
●影响细胞分化的因素
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细胞的全能性(totipotency)
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影响细胞分化的因素
◆胞外信号分子对细胞分化的影响:
在研究早期胚胎发育过程中发现,一部分会影响周围细胞使其 向一定方向分化,这种作用称近端组织的相互作用,也称为胚胎诱导。 (如眼的发生:如果把早期的视泡移植在头部的其他部位,也可诱导 与之接触的外胚体发育成晶状体)
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一、细胞分化的基本概念
●细胞分化是基因选择性表达的结果 ●组织特异性基因与管家基因
●组合调控引发组织特异性基因的表达 ●单细胞有机体的细胞分化 ●转分化与再生
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细胞分化是基因选择性表达的结果
现代分子生物学证据表明,细胞分化是由于细胞选择性地表达 各自特有的专一性蛋白质,而导致细胞形态、结构与功能的差异。
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