发育生物学第四章细胞分化
发育生物学第四章细胞分化
海鞘、角贝、线虫等的决定发生得很早，因 而调整能力很低，建立者细胞不能被其它细 胞替代或重编程序补偿。这类动物卵子中的 发育决定因子呈镶嵌分布，故这种发育称镶 嵌发育(mosaic development)。 水母、海胆以及脊椎动物的决定有赖于胞间 互作，细胞程序化的时间很长，调整能力较 强，失去的细胞可由其它细胞替代和补偿， 存在发育程序重编现象，故这种发育称为调 整发育(regulative development).
分化方向的确定常早于形态分异：在形态特征 出现明显差异之前，细胞分化的方向已经确定， 这种分化定势(命运)是稳定的、可遗传的。细胞 从确定分化方向开始到特定形态结构特征出现 (终末分化)之前这段时期所处的状态称决定 (determination)。 当细胞经历由松动的指定类型转变为不可逆的 状态时就是决定。决定是细胞已进入了程序性 分化的过程，通常不受环境变化之影响，会按 预先决定进入自主发育程序。
自主特化的特点：
存在于大多数无脊椎动物；
自主特化的细胞因获得了特定的细胞质决 定因子；
相同的卵裂产生相同的细胞谱系，各分裂 球的发育定势(fates)不会改变。 为镶嵌发育(Mosaic development)，如果 卵裂球发生丢失，其它细胞不能代替或补 偿。
条件特化(conditional specification)，某细胞 分化发育的命运取决于与周围细胞相互作用的 结果。这些细胞本来具有朝多方向分化的潜能， 但在周围细胞的相互作用下限定了自身的发育 方向。这种特化取决于细胞在胚胎中所处的位 置。 如果于早期除去条件特化细胞，其它细胞会取 代被除细胞的作用，即是可以调整(节)的，故这 类发育称调整(节)发育，多见于脊椎动物和部分 无脊椎动物。
细胞生物学中的细胞分化和细胞命运决定机制
细胞生物学中的细胞分化和细胞命运决定机制细胞分化是指由未特化的细胞分化为特定类型或功能的成熟细胞的过程。
而细胞命运决定机制则是指影响细胞分化的内外因素及其相互作用。
在细胞生物学领域中，细胞分化和细胞命运决定机制是非常重要的研究方向。
一、细胞分化细胞分化是指由原始的未分化状态向特定类型或功能细胞转变的过程。
这个过程在多细胞生物的发育过程中起着至关重要的作用。
细胞分化包括细胞特化和细胞成熟两个过程。
在细胞特化阶段，原始细胞通过调控基因表达途径，选择性地转录特定的基因，从而导致细胞功能和形态的差异化。
这种差异化可以使细胞在结构和功能上适应特定生理环境和组织功能需求。
而细胞成熟是指细胞在细胞特化过程中逐渐发展和巩固其特定的细胞功能和形态。
在这个过程中，细胞会合理利用特定的细胞器和分子机制，以确保细胞能够正常运作并执行其特定的功能。
二、细胞命运决定机制细胞命运决定机制是指决定细胞分化方向的各种内外因素及其相互作用。
细胞命运往往由调控基因表达的网络所决定，而这个网络可以被内外环境信号和细胞-细胞相互作用所调节。
1. 内因素内因素主要包括细胞内的基因表达调控网络、细胞周期调控以及细胞内信号通路等。
基因表达调控网络是细胞分化的核心调控机制，通过选择性地启动或关闭特定的基因表达，决定了细胞的命运。
此外，细胞周期调控和细胞内信号通路的正常运作也对细胞命运具有重要影响。
2. 外因素外因素主要包括控制细胞分化方向的信号分子、细胞外基质以及细胞-细胞相互作用等。
在多细胞生物体内，各种细胞因子和信号分子通过细胞外基质的作用，与细胞膜上的受体结合，从而影响细胞的命运。
此外，细胞与细胞之间的相互作用，如细胞黏附、细胞间的信号传递等也会对细胞分化产生影响。
三、细胞分化和细胞命运决定机制的研究方法在研究细胞分化和细胞命运决定机制时，科学家们采用了各种方法和技术。
其中，重要的研究手段包括：1. 基因表达分析：通过测量和比较不同细胞类型或发育阶段的基因表达模式，可以揭示细胞命运决定机制的一些规律，如转录因子的表达、特定信号通路的激活等。
细胞分化分析在发育生物学中的应用
细胞分化分析在发育生物学中的应用细胞分化是指在多细胞生物体内，未分化的细胞发生特定形态和功能上的变化，最终形成具有特定功能的细胞类型。
细胞分化是发育生物学的一个重要研究领域，对于揭示生物体发育过程的机制和调控有重要意义。
细胞分化分析是通过研究细胞分化过程中的分子机制、信号通路、基因表达等方面的变化，来揭示细胞分化的规律和机制。
在发育生物学中，细胞分化分析具有以下几个应用。
1.阐明细胞命运决定的机制和调控。
细胞分化过程中，未分化的干细胞或前体细胞根据内外环境的信号调控，决定细胞发展成特定的细胞类型。
细胞分化分析可以揭示细胞命运决定的机制和调控从而为细胞治疗提供理论基础。
例如，通过特定培养条件和信号通路的激活，可以将干细胞分化为心脏组织或神经组织等特定的细胞类型，这些研究有助于干细胞在组织再生和疾病治疗方面的应用。
2.揭示细胞分化过程中的转录调控网络。
细胞分化过程中，细胞类型特异性的基因表达模式是细胞分化的关键特征。
细胞分化分析可以通过转录组学研究的手段，揭示不同细胞类型基因表达的共同和特异的调控网络。
这有助于我们理解细胞分化过程中基因表达调控的机制，从而为研究和干预细胞分化提供指导。
例如，通过对肌肉细胞分化过程中基因表达调控网络的分析，可以发现许多细胞增殖和分化调控的关键转录因子，从而为肌肉疾病治疗提供新的靶点。
3.研究组织发生和器官形成的机制。
在动物发育过程中，组织发生和器官形成是细胞分化的一个重要环节。
细胞分化分析可以通过研究细胞迁移、细胞亚型形成、细胞与基质相互作用等方面的变化，来揭示组织发生和器官形成的机制。
例如，通过研究胚胎发育过程中细胞迁移的规律和机制，可以揭示出胚胎各个发育阶段细胞迁移所依赖的分子因子和信号通路，为人工合成组织和再生医学提供理论基础。
4.研究癌症发生和发展的机制。
癌症形成是细胞分化失控的结果，细胞分化分析可以揭示癌细胞分化异常的机制和调控，从而为癌症治疗提供新的靶点。
发育生物学第四周
调整型胚胎发育的形态发生决定 子与细胞质定域
在发育的初始阶段，采用调整型发育动物的胚 胎细胞可能具有不止一种分化潜能，但在和邻近 细胞的相互作用过程中逐渐限制了它们的发育命 运，使其只能朝一定方向分化。
在胚胎发育的早期，从采用调整型发育的胚 胎上分离出一个卵裂球，则胚胎上的其他相 邻的卵裂球可以调整和改变发育命运，填补 分离掉的卵裂球所留下的空缺，使其仍然可 以发育成一个完整的胚胎。
1. 细胞核在细胞分化过程中具主导作用
实验一 施佩曼将受精卵结扎，一半球含细胞核， 另一半球不含细胞核。结果有核半球能进行 正常卵裂，无核则不能。在16或32细胞期， 让一胞核通过结扎处进入无核半球，结果这 个半球也开始卵裂，并且发育成正常胚胎。
实验二 核移植实验 取一羊乳腺 取另一羊 细胞细胞核 去核卵细胞
细胞产生特异性蛋白从而导致分化
总的来说 发育问题归根结底依赖于 基因在发育过程中按一定时间和一定空间 有秩序、有选择地表达
第三节 细胞分化的基因控制
一、主导基因如何控制一种组织和一个 完整器官的形成
主导基因(master gene)或选择者基因(selector gene)即为一些能够启动和控制一系列下游基 因表达的基因。
诱导实验一
1912年 施佩曼 最早发现： 两栖类发育中眼泡 能诱导覆盖它的 表皮形成晶状体
诱导实验二
过程：将迁移到内部之前 的背唇切下来，移植到另 一正常原肠胚腹部。
结果： 移植物发育成第二条脊索 在移植物上方出现了一条 神经板最后这个原肠胚发 育成一双头怪物。
实验二表明：在移植物作用下，移植物周围胚 层改变了原来发育方向 施佩曼因此获得1935诺贝尔生理学或医学奖。
only one-half of the embryo.
发育生物学中的细胞增殖和分化调节
发育生物学中的细胞增殖和分化调节发育生物学是一门关于生物个体发育和演化的学科，研究从受精卵开始，到成体形成的各个发育阶段，强调个体各个发育阶段之间的关系和过程。
其中细胞增殖和分化是发育生物学研究的重要方向之一，也是生物发育和演化过程中的核心问题。
细胞增殖和分化调节的研究离不开生物化学、分子生物学和遗传学等学科的支持，因此本文将结合多个学科领域，对细胞增殖和分化调节进行深入探讨。
一、细胞增殖调节细胞增殖是细胞进化的基本方式之一，是生物体增长过程中必不可少的环节。
细胞增殖不仅涉及到基因的表达和调控，还与外部环境和内部代谢状态紧密相关。
目前已经发现许多控制细胞增殖的关键调节因子，如肿瘤抑制因子、增殖促进因子等。
肿瘤抑制因子是一组参与细胞生长和增殖调节的基因。
其中，p21、p27等CDK抑制剂可抑制CDK-4/6和CDK-1的活性，从而阻止细胞周期进程，抑制细胞增殖；p53是另一个重要的肿瘤抑制基因，它能够通过调节MDM2的表达抑制细胞增殖，促进细胞凋亡；RB1是调节细胞增殖和分化的重要因子，可以与E2F结合，抑制细胞周期进程，同时也是紫细胞质毒素的靶点。
此外，细胞增殖还受到多种细胞因子的调节，包括EGF、FGF、TGF-β等，它们通过信号转导路径介导配体-受体结合，调节细胞增殖和分化。
二、细胞分化调节细胞分化是指某些原始细胞在生长和分裂过程中，逐渐转化为不同类型的细胞或组织，形成成熟细胞或组织的过程。
在这一过程中，细胞不仅表型特化，还表现出不同的功能和生物学行为。
细胞分化的调节是非常复杂的，涉及到细胞内多个遗传调节层次。
在细胞分化过程中，各种转录因子起着非常重要的作用。
转录因子是控制基因表达和分化的关键因子，具有多种不同的作用方式。
其中，Hox基因家族是调控多种细胞区域化分化的重要调节因素。
Hox基因在生物个体早期发育阶段，特别是胚胎形态发生和器官形成过程中，对于形态横跨感知、转导、细胞增殖和分化等多个发展阶段起着重要作用。
动物发育生物学中的细胞分化过程
动物发育生物学中的细胞分化过程动物发育生物学是研究动物从受精卵到成体发育过程的学科，其中细胞分化是这一过程中的关键环节之一。
细胞分化是指原始胚胎细胞根据其命运的不同而分化为各种特定类型的细胞，形成不同的组织和器官。
本文将探讨动物发育生物学中的细胞分化过程。
一、细胞分化的定义和意义细胞分化是指原始胚胎细胞根据其命运的不同而分化为各种特定类型的细胞。
在细胞分化过程中，原始细胞通过一系列的细胞分裂、分化和定向迁移等活动，最终形成不同功能的细胞，如神经细胞、心肌细胞、肝细胞等。
细胞分化是动物体内器官和组织形成的基础，对于维持生命活动和保障生物体正常发育至关重要。
二、细胞分化的过程细胞分化过程可以分为三个阶段：细胞命运决定、分化过程和细胞定位。
1.细胞命运决定：在动物发育早期，胚胎细胞并没有明确的命运，可以根据周围环境的影响分化为各种类型的细胞。
这一阶段的细胞具有较高的可塑性，被称为多潜能细胞或原始细胞。
细胞命运决定主要受到基因表达调控和信号分子的作用。
2.分化过程：细胞分化是指原始细胞根据其命运的不同而分化为特定类型的细胞。
在分化过程中，细胞经历一系列的细胞分裂、分化和定向迁移等活动，同时伴随着细胞形态、功能和基因表达的改变。
分化过程是一个复杂的调控网络，包括转录因子的激活、基因表达的调控、信号通路的激活等。
3.细胞定位：细胞定位是指分化后的细胞在胚胎中的特定位置。
不同类型的细胞会根据其功能和结构的需要被定位在不同的位置，参与特定组织和器官的形成。
细胞定位是通过细胞间的相互作用和信号分子的影响实现的。
三、细胞分化的调控机制细胞分化是一个复杂的过程，受到多种因素的调控。
1.基因表达调控：细胞分化过程中，转录因子的表达和调控起着至关重要的作用。
转录因子可以促进或抑制特定基因的转录，从而影响细胞的分化命运。
例如，MyoD是调控肌肉细胞分化的转录因子，其作用是激活特定的肌肉基因的转录。
2.信号通路调控：细胞分化过程中，信号通路的活化和抑制对于细胞的命运决定和分化过程起着重要的调控作用。
生物的发育生物学和细胞分化
生物的发育生物学和细胞分化生物的发育生物学和细胞分化是生物学中重要的领域，涉及到生物个体从受精卵开始，经过一系列的发育过程，最终形成成熟个体的全过程。
这个过程中，细胞经历了分裂、分化和特化，从而形成不同功能和结构的细胞类型。
本文将从发育生物学和细胞分化两个方面介绍生物的发育过程。
一、发育生物学发育生物学是研究生物个体从受精卵发展到成熟个体的过程和规律的学科。
发育生物学主要包括胚胎学和后生发育学两个方面。
胚胎学研究从受精卵开始到胚胎形成的过程，后生发育学研究从胚胎到成熟个体的形成过程。
在胚胎发育过程中，胚胎细胞通过细胞分裂不断增加，形成细胞团，随着细胞的分化和特化，形成不同生物组织和器官的原基。
在发育过程中，胚胎细胞的分裂、移动和形成复杂的结构，受到遗传和环境因素的调控。
这些调控因素作用于胚胎细胞的基因表达，从而决定了细胞的分化和特化方向。
二、细胞分化细胞分化是指胚胎发育过程中未分化细胞转变为特殊功能细胞的过程。
细胞分化是通过基因表达的调控来实现的。
在胚胎发育过程中，胚胎细胞会逐渐丧失其多能性，降低了分化的潜能，最终形成特定功能和结构的细胞类型。
细胞分化的过程中，细胞通过转录因子和信号分子的作用，激活或抑制不同基因的表达，从而使细胞在形态和功能上发生差异。
这些转录因子和信号分子在发育过程中起着关键的调控作用，它们促进特定基因的表达，从而导致特定细胞类型的形成。
细胞分化过程中，细胞逐渐形成不同的细胞类型，如神经细胞、心肌细胞、肝细胞等。
每种细胞类型都有特定的形态和功能，完成不同的生理活动。
这些细胞类型之间的协作和组织构建，最终形成成熟的个体。
细胞分化的机制受到多个因素的调控，包括细胞内部的基因调控、细胞外的信号分子和环境因素的调控。
这些调控因素相互作用，共同决定细胞的分化和特化方向。
总结：生物的发育生物学和细胞分化是生物学研究的重要方向。
发育生物学研究生物从受精卵到成熟个体的发育过程，而细胞分化研究胚胎细胞如何通过基因表达的调控，形成不同的细胞类型。
发育生物学中的细胞分化与组织形成
发育生物学中的细胞分化与组织形成发育生物学是研究生物体从受精卵到成熟个体的过程中，细胞分化和组织形成的学科。
在发育过程中，细胞分化和组织形成是相互关联、相互作用的。
细胞分化是指细胞从原始状态发展成为特定类型的细胞，而组织形成则是指不同类型的细胞按照一定的规律和顺序组合成组织和器官。
细胞分化是发育生物学中一个重要的过程，它决定了不同细胞类型的形成和功能。
在发育过程中，细胞会经历一系列的分化过程，从而形成不同的组织和器官。
细胞分化是通过基因表达的调控来实现的。
在发育过程中，细胞会选择性地激活或抑制特定的基因，从而决定细胞的命运和功能。
这个过程被称为基因表达调控网络。
通过这个网络，细胞可以在特定的时间和空间上表达特定的基因，从而分化成特定类型的细胞。
细胞分化的过程是非常复杂和精确的。
在发育过程中，细胞会接受多种信号，包括细胞外信号和细胞内信号。
这些信号会触发一系列的反应，从而导致细胞的分化。
例如，细胞外信号可以通过细胞外基质的成分和结构来影响细胞的形态和功能。
细胞内信号则是通过细胞内的信号传导通路来实现的。
这些信号传导通路可以调控细胞的基因表达，从而影响细胞的分化。
在细胞分化的过程中，细胞会逐渐失去多能性，即只能分化成特定类型的细胞。
细胞分化和组织形成是相互关联、相互作用的。
在发育过程中，细胞分化和组织形成是紧密相连的。
细胞分化决定了不同类型的细胞的形成，而组织形成则是不同类型的细胞按照一定的规律和顺序组合成组织和器官。
组织形成是通过细胞间的相互作用和相互调控来实现的。
在发育过程中，细胞会通过细胞间的信号传导和相互黏附来形成组织和器官。
这些信号传导和相互黏附可以调控细胞的形态和功能，从而实现组织的形成。
细胞分化和组织形成的研究对于理解生物体的发育过程和功能具有重要意义。
通过研究细胞分化和组织形成的机制，可以揭示生物体发育的规律和原理。
这对于研究生物体的发育缺陷和疾病具有重要意义。
例如，细胞分化和组织形成的异常会导致胚胎发育的异常和先天性疾病的发生。
发育生物学名词解释
发育生物学名词解释
发育生物学是研究生物体的发生发育规律和机理的学科，是现代生
物学的一个重要分支。
在发育生物学中有许多专业术语，下面对一些
常用的名词进行解释：
1. 细胞分化：指同一细胞群中某些未分化细胞在遇到一定的刺激后，发生结构和功能的差异化，成为特定细胞类型的过程。
2. 细胞增殖：指细胞个体数量的增加，可以是细胞大小、体积的增加或细胞数的增加。
3. 重编程：通过人工手段改变體細胞某些表現，使它们重新具有胚胎发育潜力的过程。
4. 间充质干细胞：是指存在于成体组织中且能够自我更新并分化成多种特定细胞类型的细胞。
5. 基因激活：指一个或多个基因的特定序列启动并表达的过程，从而产生基因产物或功能。
6. 空间分化：在发育过程中，由于细胞本身状态和受到环境刺激等因素的影响，使得不同细胞之间功能和结构差异逐渐显现的过程。
7. 时序分化：在发育过程中，由于不同基因的逐渐表达、调控以及生长环境等因素的影响，使得同一类型细胞的结构和功能渐进性的发
生差异的过程。
8. 原胚层：在胚胎形成过程中，形成于受精卵分裂后初次分化形成的外围细胞群，形成了胚层的外源性细胞，包括外胚层、中胚层和内胚层。
9. 转录因子：是指调控基因转录的蛋白质，能够通过结合到DNA 上的特定序列来调控基因的启动和表达。
10. 表观遗传学：指非遗传性改变导致表观基因组发生变化的现象和机制的研究，包括DNA甲基化、组蛋白修饰和调控性RNA等。
以上是发育生物学中常用的一些名词，这些名词的解释对于理解生物体的发育规律和机制具有重要意义，也是相关领域科研工作者必须掌握的知识点。
(最新整理)发育生物学基本原理
2021/7/26
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海鞘（Phallusia mammillata）受精时胞质定域的分离
2021/7/26
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海鞘分裂 球的决定 谱系
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• 第二种方式的细胞定型是通过胚胎诱导实 现的。胚胎发育过程中，相邻细胞或组织 之间通过相互作用，决定其中一方或双方 的分化方向，也就是发育命运。
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③ ②
①④
图1-1 受精时细胞质决定子的隔离
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图 海鞘胚胎的镶嵌决定作用
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• Reverberi和Minganti（1946）证明海鞘裂球的发育命 运在8细胞期已经决定，此时的裂球分离后能够自我 分化。
• 不过神经系统的发育例外，只有当动物极前面一对 裂球A4.1和植物极前面一对裂球a4.2配合后，才形成 神经组织。
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例1 爪蟾
卵裂、囊胚期细胞数目相对少，可以根据大小 、形状和位置将卵裂球区分，追踪卵裂球的来源 及其发育命运。（细胞系谱）
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爪蟾晚期囊胚的发育 命运图
上：侧面观，外胚层 形成上皮和神经系统， 沿着背腹轴的带状区 域为中胚层，由它形 成脊索、体节、心脏、 肾和血液。爪蟾中胚 层表面还覆盖有一薄 层外胚层。
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第 1次卵裂：AB、CD（含极叶） 第 2 次卵裂： D（含极叶） 此后，极叶不在出现。
极叶形成是卵裂期间过渡性的一种形 态变化，是由于卵内部物质流动引起。 极叶中含有控制 D裂球特定分裂节奏、 分裂方式以及中胚层分化所必需的决 定子。
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(发育生物学)第4章2中胚层分化
• 血管新生是指内皮细胞从已经存在的初级血管以向 外出芽、迁移的方式形成不同的毛细血管网、动脉 和静脉。
• 体内绝大部分的血管是以血管新生的方式形成的。
• 在羊膜动物中，初级血管网络在两个区域 产生：
• （1）胚外血管形成是在卵黄囊的血岛处发 生的。首先，由未分化的间充质细胞聚集 形成血管的细胞簇，即血岛。血岛的中央 再形成血细胞，外周细胞形成血管内皮细 胞。
卵黄囊的血管形成
• （2）胚胎内的血管形成主要在每个器官内 进行。
血管形成需要三种生长因子：
• （1）碱性成纤维细胞生长因子（Fgf2）， 它负责造血血管母细胞的产生。
• 脊椎动物的心脏起源于脏壁中胚层的两个区域 （心原基），分别位于身体的两侧。这两个区域 与周围临近组织的相互作用决定心脏发育。
鸡胚两个心原基区域
心脏发育的主要阶段：
• 预定心脏形成区的形成（预定心脏形成 细胞通过原条迁移形成心脏原基）。
• 心脏细胞的分化。 • 心脏回路形成。
（1）心原基的形成
• 在这两种细胞系中，旁分泌因子诱导它们合 成MyoD蛋白，从而指导它们形成肌肉。
• 生肌的bHLH（碱性的螺旋-环-螺旋）转录因 子蛋白家族都结合DNA上的相同位点，激活 肌肉特异的基因。
• 任何产生生肌的bHLH转录因子（如：MyoD 或Myf5）的细胞都将发育为肌肉细胞。
• MyoD的作用：
前 端
侧板中 胚层
后 端
• 鸡胚心脏形成的细胞及分子途径
心原 性中 胚层 (心脏) 成血 管中 胚层 (血细 胞、 血管)
• Cerberus蛋白和BMP2通过诱导其临近心区 细胞的Nkx2-5转录因子的表达而使这些细 胞变成心脏形成细胞。
高中生物第四章细胞的增殖与分化4.2细胞的分化2素材浙科
第2节细胞的分化细胞分化细胞分化示意图目录在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态结构和生理功能上发生稳定性的差异的过程称为细胞分化(cellular differentiation )。
细胞分化是一种持久性的变化，细胞分化不仅发生在胚胎发育中，而是在一生都进行着，以补充衰老和死亡的细胞•如：多能造血干细胞分化为不同血细胞的细胞分化过程。
一般来说，分化了的细胞将一直保持分化后的状态，直到死亡。
导言也可以说，细胞分化是同一来源的细胞逐渐发生各自特有的形态结构、生理功能和生化特征的过程。
其结果是在空间上细胞之间出现差异，在时间上同一细胞和它以前的状态有所不同。
细胞分化是从化学分化到形态、功能分化的过程。
从分子水平看，细胞分化意味着各种细胞内合成了不同的专一蛋白质(如水晶体细胞合成晶体蛋白，红细胞合成血红蛋白，肌细胞合成肌动蛋白和肌球蛋白等) ，而专一蛋白质的合成是通过细胞内一定基因在一定的时期的选择性表达实现的。
因此，基因调控是细胞分化的核心问题。
特点受精卵外胚层精子胛细胞妁胞中胚层皿胞ir瞬皿瞬厂内讐「1 1 J fKe爨胚正常情况下，细胞分化是稳定、不可逆的。
一旦细胞受到某种刺激发生变化，开始向某一方向分化后，即使引起变化的刺激不再存在，分化仍能进行，并可通过细胞分裂不断继续下去。
胚胎细胞在显示特有的形态结构、生理功能和生化特征之前，需要经历一个称作决定的阶段。
在这一阶段中，细胞虽然还没有显示出特定的形态特征，但是内部已经发生了向这一方向分化的特定变化。
细胞在整个生命进程中, 在胚胎期分化达到最大限度.细胞决定的早晚，因动物及组织的不同而有差异，但一般情况下都是渐进的过程。
例如，在两栖类，把神经胚早期的体节从正常部位移植到同一胚胎的腹部还可改变分化的方向，不形成肌肉而形成肾管及红细胞等。
但是到神经胚晚期移植体节，就不能改变体节分化的方向。
可见，这时期体节的分化已稳定地决定了。
分化与细胞核在细胞分化中，细胞核起决定作用。
发育生物学与细胞分化的研究进展
发育生物学与细胞分化的研究进展发育生物学是研究生物发育过程的科学分支。
生物体的发育过程中涉及到细胞数目的增加、细胞形态的变化和细胞功能的分化等一系列复杂过程。
细胞分化是细胞发展成为有特定功能细胞的过程，不同的细胞分化出现了不同的形态和功能。
近年来，随着科学技术的不断进步，发育生物学与细胞分化的研究取得了很大的进展。
本文将从以下几个方面展开。
1. 信号通路生物体的发育与分化是一个复杂的过程，需要在细胞水平上精确地控制多个信号通路。
在细胞分化中，信号通路起着至关重要的作用。
在一些研究中发现，细胞分化过程中，存在一系列分子信号传递系统，比如细胞外受体和依赖性酪氨酸蛋白激酶等等。
这些信号通路能够细胞内外的让信号相互作用，从而获得更多信息并作出相应的反应，促进胚胎发育过程的顺利进行。
2. 基因组编辑技术CRISPR-Cas9基因组编辑技术是在近年来最受关注的技术之一，以其高效、准确、低成本的特点，被广泛应用于细胞分化的研究。
该技术通过抑制或增强特定基因表达来实现对细胞的分化控制。
通过CRISPR-Cas9技术对基因进行编辑，可以使得细胞在分化时转化为目标细胞。
最近一项研究表明，该技术还可以在整个胚胎发育过程中操纵细胞分化方向，从而促进特定细胞类型的形成。
3. 线粒体的角色线粒体是细胞分化过程中的一个重要组成部分。
线粒体通过细胞呼吸为细胞提供能量，并控制一系列生理过程。
线粒体在胚胎发育和细胞分化中的功能备受研究者关注。
线粒体DNA的变异被认为与某些常见的细胞分化疾病有关。
最近，一些研究也揭示了线粒体在细胞分化中发挥的重要作用，同时也向我们提出了未来更深入地探究线粒体在细胞分化中的作用之路。
4. 染色体核小体染色体核小体是染色体上的基本结构单位，其中核小体组蛋白在包裹DNA时发挥着关键的作用。
在细胞分化过程中，从前体细胞到特定细胞类型的转化，常常与核小体组蛋白的变化有关。
近年来的一些研究表明，通过改变染色体核小体所编码的基因的表达，可以直接影响细胞分化的方向，并推动胚胎发育过程。
细胞分化与发育过程
细胞分化与发育过程细胞分化与发育是生物学中重要的研究领域之一，涉及到生物体从受精卵到成熟个体的生长和发育过程。
在这个过程中，细胞经历一系列变化和特化，逐渐形成组织、器官和系统，最终构成完整的生物体。
本文将探讨细胞分化与发育的基本概念、生理机制以及未来研究的潜力。
一、细胞分化的基本概念细胞分化是指细胞从“未分化状态”转变为“分化状态”的过程。
在受精卵发育的早期阶段，所有细胞都具有相同的遗传物质，但随着发育的进行，细胞会逐渐发生差异化，变得特化，并形成不同的细胞类型。
这些特化细胞会按照一定的顺序组织起来，最终形成组织和器官。
二、细胞分化的生理机制细胞分化的生理机制非常复杂，涉及到基因表达调控、信号通路传导以及环境因素等多个层面的调控作用。
以下是几个重要的生理机制：1. 转录调控：转录调控是指通过一系列转录因子的作用，控制特定基因的转录活性。
在细胞分化过程中，一些基因会被特定转录因子的结合所调控，使其转录活性发生改变，从而导致细胞特化。
2. 表观遗传学：表观遗传学是指通过化学修饰改变染色体DNA和蛋白质的结构及功能，从而影响基因的表达。
在细胞分化过程中，表观遗传学修饰可以使得某些基因的表达被启动或抑制，进而促进细胞特化。
3. 信号通路：细胞分化过程中，各种细胞间的相互作用和信号通路起着关键的调控作用。
例如，封闭的细胞之间可以通过细胞外信号分子的作用，触发细胞内信号通路的激活，进而调控细胞的分化和发育。
三、发育过程的阶段细胞分化与发育过程包括一系列阶段，每个阶段都具有特定的特征和生理变化。
以下是常见的发育阶段：1. 受精和胚胎发育：受精卵在受精后会发生细胞分裂，逐渐形成多细胞胚胎。
这个阶段包括原初胚胎、囊胚和胚胎植入等。
2. 器官形成：在胚胎发育的过程中，细胞会逐渐特化为各种细胞类型，形成不同的组织和器官。
例如，在动物中，胚胎发育会逐渐形成神经系统、心脏、肺等重要器官。
3. 成熟个体：经过一系列发育阶段，胚胎最终发育为成熟个体。
(发育生物学)第4章2中胚层分化
• 脊索分泌Noggin和chordin，在胚胎中央阻止 BMP的信号。
• 从神经管而来的Wnt蛋白，特别是Wnt3a和Wnt8， 抑制心脏形成。
• 然而，前部的内胚层产生Wnt抑制子，如： Cerberus，它们阻止Wnts与其受体结合。
• 因此心脏前体细胞只能在BMPs和Wnt拮抗子共 同存在的地方形成。
前 端
侧板中 胚层
后 端
• 鸡胚心脏形成的细胞及分子途径
心原 性中 胚层 (心脏) 成血 管中 胚层 (血细 胞、 血管)
• Cerberus蛋白和BMP2通过诱导其临近心区 细胞的Nkx2-5转录因子的表达而使这些细 胞变成心脏形成细胞。
• Nkx2-5在心脏发生中的作用在不同种 属之间都相当保守。人的Nkx2-5基因 的突变将导致先天性心脏发育缺陷。
• MyoD直接与基因（包括它本身）的一定的 调节区直接结合，激活这些基因表达。
• MyoD也能激活其他一些基因（如p38 ）， 这些基因产物能够辅助MyoD结合到后续的 一组基因的增强子上，从而激活后续的肌 肉特异性基因。
• 肌肉形成过程：
• 产生生肌的bHLH蛋白的生肌节细胞是成肌 细胞。
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4.3 分化细胞基因组的可逆性和全能性
4.3.1细胞分化的可逆性 4.3.2分化细胞基因组的全能性 4.3.3分化细胞基因组全能性的应用
分化(differentiation):在个体发育过程中，同 一细胞的后代在形态、结构和功能上出现差异 的现象。 细胞分化发育方向的确定分两步进行，即特化 (specification)和决定(determination)。
核内的DNA 为发育提供信息 已知的某些例外
分化细胞中不用的基因并未毁坏或突变，仍具有表 达的潜能
存在少数例外
每个细胞基因组中仅有少数基因表达，其中部分基 因的表达为不同细胞类型所特有。 除了转录调控 外，基因的活性还在多个水平上受到控制
2).发育的后成控制(Epigenetic Control)
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造血干细胞
(增殖)
有核红细胞
(增殖并转录)
网织红细胞
(失核) (翻译)
不同发育阶 段各种血红 蛋白的表达 顺序
哺乳动物共有 6种编码不同血 红蛋白分子的 基因，它们分 别是：a、b、g、 d、e、z，它们 在不同的发育 阶段的表达状 态不同
红细胞
(失核糖体)
4.2.1 细胞分化的实质是基因在时 空上的选择性表达
对激素的特异应答决定于靶细胞
研究表明，对于激素的特异应答来 自于靶细胞自身，而且这种特异性并不 是通常意义的细胞类型的区分（如上皮 细胞、肌肉细胞），也不决定于它与激 素分泌器官距离的远近
4.2 细胞分化的遗传基础
人的一个受精卵通过有丝分裂，增殖而形成包含 约200种细胞类型，总共约1014个细胞所构成的 统一整体。在个体发育过程中，同一细胞的后代 在形态、结构和功能上发生分异，出现专一化的 过程称分化(differentiation)。 细胞分化可以表现在细胞之间，在空间上不同的 细胞类型采取不同的发育途径；也可以表现在不 同的时间上出现差异，每种细胞类型以其特异性 方式和途径达到成熟(终末分化)。
4.1.3影响细胞分化的因素
1).不同基因的活化导致分化
存在于多数昆虫；
身体各部位的特化有赖于细胞化 (cellularization)之前不同细胞质区域之间 的相互作用；
特定的细胞核并无严格的发育定势，即细 胞核的发育潜能随着所处的细胞质环境而 改变； 细胞化之后则演变为条件特化。
所有细胞具有相同的 DNA
(particular commitment)，稍后在分化 时才表现出来。
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旁泌素和细胞的近端诱导分化
旁泌素（paracrine）又称生长分化因子（GDF），通 常是蛋白质成分。旁泌素可以归纳为4个大的家族，它们在 发育中有广泛和重要的功能，不少同功的旁泌素在不同物种 间有着高度的同源性（如哺乳动物与果蝇的眼、心脏的诱导 因子） 1 纤维母细胞生长因子（FGF）家族 已知有9个成员，而每个成员因起始密码和拼接不同可有不 同产物构成一个大家族 2 Hedgehog家族 发现于果蝇，3个脊椎动物中的同源基因分别是shh、dhh、 ihh 3 Wnt家族 命名来自果蝇wingless和脊椎动物integrated基因名称的组 合，起码有15个成员，都是富含半胱胺酸的糖蛋白 4 TGF-b 超家族 包括TGF-b、BMP、活化素等30多个成员的超家族
条件特化的特点：
哺乳动物胚发育的调整能力
存在于所有脊椎动物和少数无脊椎动物； 通过细胞间的相互作用完成，细胞所处的相对 位置很重要； 细胞重新排列时，特化发生于迁移之后或者边 迁移边特化； 属调整(节)发育，具调整发育的能力，允许细胞 获得不同功能。如果细胞发生丢失，其它细胞 能补偿、替代失去细胞的功能。
合胞特化(syncytial specitication)，在合 胞胚盘(syncytial blastoderm)核尚未被细 胞质膜分隔成细胞之前，细胞分化发育的 命运由母体效应基因的产物(RNA or protein)所决定，多见于昆虫。当细胞形成 后，常见的是条件特化。
合胞特化的特点：
细胞间质对近端诱导的实现发 挥重要的作用
近端诱导不是单纯的细胞与细胞之 间的分化作用关系，细胞间质在近端诱 导中往往发挥着重要的作用，这一点在 分支器官的形成中表现得很突出
激素和细胞的远程控制分化
脊椎动物激素共分五大类
1 氨基酸类：如肾上腺素、甲状腺素 2 小肽类：如生长激素释放因子、加压素 3 蛋白质类：如胰岛素、生长素 4 糖蛋白类：如促卵泡激素、促黄体激素 5 甾醇类：如睾酮、皮质酮
3).后成变化的几种原因
基因表达模式的改变不涉及DNA 序列的变 化。 后成变化可以通过细胞分裂而遗传。 细胞的承诺(Commitment) 表现为后成变化 (epigenetic change)
细胞能够分裂并保持一种特殊的承诺
局部化的决定因子(Localized determinants)
4.1.2细胞特化的方式及其特征
自主特化(autonomous specification)，合 子细胞质内某些成分分布局部化，因卵裂使 子细胞得到合子细胞质的不同部分，导致不 同的子细胞有着不同的发育命运。 若在卵裂早期除去自主特化的某个卵裂球就 会因丧失某类细胞而使发育受阻或出现畸型。 这类细胞成分或卵裂球在整体中呈嵌合状态 存在，故这类发育称镶嵌发育(mosaic development)，多见于无脊椎动物。
子细胞可以从亲细胞继承其程序，所承袭的发 育程序也不一定立即执行，甚至通过一段很长 的时间后才启动该程序。 只有完成终末分化，细胞才能积累足够的特征 性分子，获得特异的形态、结构与功能。如成 肌细胞(myoblast)合成肌动、肌球、肌钙蛋白 等，终末分化为肌细胞(myocyte)，成红细胞 (erythroblast)合成血红蛋白、血影蛋白、碳酸 酐酶等，终末分化为红细胞(erythrocyte)等。
激素在远程控制细胞分化中 具有多效能性
例如，变态是一个十分复杂的形态和生理改造和再 建的过程，它不仅涉及多种不同类型细胞的分化， 包括多种器官结构的发育或退变，还可能发生代谢 类型的深刻改造，这一切都源于有限的物质成分— 激素的起始作用。 这表明，由激素诱导的远程控制细胞分化具有同一 激素可作用于不同的靶细胞，并诱发不同的分化和 发育，即激素具有多功效性
海鞘、角贝、线虫等的决定发生得很早，因 而调整能力很低，建立者细胞不能被其它细 胞替代或重编程序补偿。这类动物卵子中的 发育决定因子呈镶嵌分布，故这种发育称镶 嵌发育(mosaic development)。 水母、海胆以及脊椎动物的决定有赖于胞间 互作，细胞程序化的时间很长，调整能力较 强，失去的细胞可由其它细胞替代和补偿， 存在发育程序重编现象，故这种发育称为调 整发育(regulative development).
为了确定一个分化程序，必须激活一套特定的 下游基因，即选择和控制一套特定的细胞类型 和区域发育特异性的基因。在此决定过程中由 选择基因(Selector gene)或主导基因(master gene)控制，是启始选择，实现选择和保持特定 分化状态的关键。这些基因可能是持续开启、 维护其活性的。
从理论上来说，多细胞生物的受精卵通过有丝分 裂所产生的所有子细胞，除了少数情况如多倍化， 多线化，基因扩增，重排，染色体消减等例外， 基因组应是等同的(equatability)，每个细胞均含 有一套相同的完整的遗传指令。 细胞的分化主要不是源自基因组组成的改变，而 是基因组内不同基因的选择性表达。哪些遗传信 息在什么细胞内，在什么时候开启、使用，哪些 在适当的时间和地点封闭、不用，是由细胞决定 程序确定的。
在早期胚胎发育过程中，细胞分化发育的方向 有赖于环境的提示(如位置值的梯度分布等)， 能随着外界信号的变化而改变，细胞所处的这 种可变通的状态即是特化。 特化(Specification)是细胞具分化倾向性的一种 初步状态，但还没有进入程序性分化过程，若 环境改变，特化状态亦会随之改变。 特化是按所处的环境进行发育，该环境为其提 供了发育的决定信号。 Slack(1991)据蛙胚研 究结果认为：细胞在中性环境中能稳定已经存 在的发育定向性为特化。
自主特化的特点：
存在于大多数无脊椎动物；
自主特化的细胞因获得了特定的细胞质决 定因子；
相同的卵裂产生相同的细胞谱系，各分裂 球的发育定势(fates)不会改变。 为镶嵌发育(Mosaic development)，如果 卵裂球发生丢失，其它细胞不能代替或补 偿。
条件特化(conditional specification)，某细胞 分化发育的命运取决于与周围细胞相互作用的 结果。这些细胞本来具有朝多方向分化的潜能， 但在周围细胞的相互作用下限定了自身的发育 方向。这种特化取决于细胞在胚胎中所处的位 置。 如果于早期除去条件特化细胞，其它细胞会取 代被除细胞的作用，即是可以调整(节)的，故这 类发育称调整(节)发育，多见于脊椎动物和部分 无脊椎动物。
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第四章：细胞分化与决定
4.1 细胞特化与决定
4.1.1细胞分化的基本概念 4.1.2细胞特化的方式及其特征 4.1.3影响细胞分化的因素
4.1 细胞特化与决定
4.1.1细胞分化的基本概念
4.2 细胞分化的遗传基础
4.2.1细胞分化的实质是基因在时空上的选择性表达 4.2.2肌细胞的决定和分化 4.2.3 体细胞重组与淋巴细胞发育
短距离信号: 诱导细胞产生诱导因子，并通过扩散
或者直接接触的方式将分化信息传达到靶细胞，触 发靶细胞的分化，诱导因子统称旁泌素，这一方式 称为细胞的近端诱导分化，近端诱导模式广泛地存 在于发育的各个阶生长因子或者激