第15章 细胞分化与胚胎发育
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第十五章细胞分化与胚胎发育
（六） 染色质变化与基因重排对细胞分化的影响
染色体丢失 （马蛔虫、原生动物纤毛虫的营养核） 基因重排（B淋巴细胞分化为浆细胞并表达抗体）
（二）胞外信号分子对细胞分化的影响 近旁组织相互作用(proximate tissue interaction), 也称胚胎诱导(embryonic induction) - 主要通过细胞旁分泌产生的信号分子来实现（FGF、TGF、Wnt等）
远距离细胞间相互作用 - 主要是通过激素来调节的（甲状腺分泌甲状腺素和三碘甲状腺原氨酸）
Lineage Potential
已分化的细胞特别是细胞核中的染色质如何重新“编程”回到初始未分化的细胞状态？
Gene delivery methods for generating iPSCs [Retroviral or Lentiviral Transduction (A), Adenoviral Transduction (B), Plasmid Transfection (C), Transposon-based Transfection (D)].
（五）环境对性别决定的影响
短吻鳄及锦龟就是由温度决定性别。产下的卵还没有所谓的性别之分，等到发 育期中的某个关键时刻，这些卵才会因为巢中的温度而产生雌雄之别。若温度 高于特定温度，卵会孕育出雌龟，而较冷的温度则会使胚胎变成雄性。
许多热带鱼，例如小丑鱼，在生命后期才有性别之分。所有的小丑鱼在出生时 都是雄性，逐渐长大成熟时会变成雌性。另外，鱼群中只有最优势、最大只的 雌鱼，与最优势的小雄鱼能交配，若这只雌鱼死去，那么方才那只鱼群中体型 大、最具优势的雄鱼就会立刻转而变成雌鱼。
海胆卵不同卵块发育成不同幼虫，是由于分得的卵细胞质不同。在正常发育中不同 性质卵质通过细胞分裂被分配到不同子细胞中，进而不同细胞分化出了不同组织。
细胞生物学-第15章-细胞分化与胚胎发育
分子杂交技术检测基因及其mRNA 的表达
卵清蛋白 基因探针 β-珠蛋白 基因探针 胰岛素基 因探针 实验方法
输卵管 细胞
成红细胞 胰岛β细胞
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Southern杂交
输卵管 细胞
成红细胞 胰岛β细胞
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Northern杂交
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 高等教育出版社 2011
（七） Regeneration
Regeneration (再生） 广义再生涉及细胞，组
织，器官以及个体水平。一 般指生物体缺失部分后重建 过程。
蝾螈肢体的切除再生
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 高等教育出版社 2011
Main content
• Cell differentiation
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 高等教育出版社 2011
Main content
• Cell differentiation
– Basic conception – Cell tortipotency – Stem cell – The facors affecting
cell differentiation
/bls/stemcells/types-of-stem-cells.shtml
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 高等教育出版社 2011
Category of stem cell
卵清蛋白 基因探针 β-珠蛋白 基因探针 胰岛素基 因探针 实验方法
输卵管 细胞
成红细胞 胰岛β细胞
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Southern杂交
输卵管 细胞
成红细胞 胰岛β细胞
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Northern杂交
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 高等教育出版社 2011
（七） Regeneration
Regeneration (再生） 广义再生涉及细胞，组
织，器官以及个体水平。一 般指生物体缺失部分后重建 过程。
蝾螈肢体的切除再生
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 高等教育出版社 2011
Main content
• Cell differentiation
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 高等教育出版社 2011
Main content
• Cell differentiation
– Basic conception – Cell tortipotency – Stem cell – The facors affecting
cell differentiation
/bls/stemcells/types-of-stem-cells.shtml
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 高等教育出版社 2011
Category of stem cell
胚胎发育与细胞分化
卵裂
受精卵的卵裂中的有丝分裂与体细胞有丝分裂比较具有以下3个特点： 1、细胞增殖，伴随着一定程度的卵内物质的重新分配，但无细胞生长。 2、由于第一个特点而产生的核质比例越来越大。 3、细胞间期较短，分裂快，迅速形成囊胚。
细胞分化、细胞决定、形态发生
细胞分化：胚胎细胞分裂后，未定形的细胞在形态和生化组成上向专一性 或特异性方向发展，或由原来较简单具有可塑性的状态向异样化稳定状态 发展的过程。 细胞决定是指细胞在发生可识别的形态变化之前，就已受到约束而向特定 方向分化，这时细胞内部已发生变化，确定了未来的发育命运。 细胞决定可看作分化潜能逐渐限制的过程，决定先于分化。
13.胚胎发育与细胞分化
班级：2014级生科5班 姓名：秦柯
学号：201411140513
前言
对于多细胞真核生物来说，每个个体都是由多种类型细胞组成，如人的细 胞就达200多种。虽然不同类型细胞的形态和功能特异但他们都是由同一个 受精卵产生的细胞后代分化增殖而来，即卵细胞在受精后迅速进入反复的 有丝分裂，生成后代细胞，这些细胞将循不同的发育方向，按一定规律变 化，包括生长、增殖和凋亡，并组成机体的各种组织和器官。
果蝇的生活史
同源异形基因对果蝇体节调控
在果蝇中，有个基因复合体称为Bithorax Complex（BX-C，双胸复合体） ，其DNA序列突变后可出现结果是一个节段的身份变成另一节段的身份。第 一个bithorax（bx）突变是摩尔根的学生Calvin Bridges于1915年发现、 由Bridges和Morgan（1923）报道，果蝇成虫第三胸节段（T3）的残翅变成 像正常果蝇第二胸节段（T2）才有的翅膀，使bx突变种果蝇有两对翅膀。
滤泡细胞
精子发生
动物的雄配子称为精子，是在睾丸中通过精子发生过程产生的，为精子发 育提供营养和保护的是支持细胞。精子发生开始于精原细胞的有丝分裂， 然后再进行减数分裂，其中精原细胞有丝分裂在成年后的生命过程中是持 续发生的，因而能够不断产生大量的精细胞。 其中在精子发生的初级阶段，精子细胞的染色质要进行紧密压缩和包装， 压缩包装的细胞核最终定位到细胞一端，形成精细胞的头，在头的顶端有 一个特化的小泡，叫做顶体，它是由高尔基体小泡发育而来。顶体含有各 种水解酶类。
胚胎发育中的细胞分化
这说明，PGCs本身对其最终的分化命运十分重要，性别特异的 DNA甲基化（如基因组印记）以及组蛋白的修饰对生殖细胞的分化必 不可少。
早期胚胎发育中的细胞分化
ectodermin
VegT Xwnt8 Xnr （TGF-β家族） BMP4（TGF-β家族） β-catenin（Wnt）
爪蟾原肠胚形成中的信号分子
Alberts et al, Molecular Biology of the Cell, 4th
胚胎发育的过程，就是一个精密调控的细胞分裂、迁移、分化和凋 亡的过程，而分化是发育的核心。虽然细胞分化不是胚胎发育所特有的， 单细胞生物也会产生细胞分化，但是最重要、最吸引人的细胞分化无疑 存在于后生动物的胚胎发育过程中。
随着发育生物学和干细胞研究的深入，人们越来越认识到 各不相同的细胞分化过程，其实还是有许多的共同特征：
影响细胞分化的因素
受精卵细胞质的不均一性
胞外信号分子及其浓度
细胞自身的“记忆”与决定
受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响
胞外信号分子对细胞分化的影响——胚胎诱导
诱 导：胚胎发育中，一部分细胞对其邻近的另一部分细胞产生影 响，并决定其分化方向的作用，称为胚胎诱导。
基因印记
PGCs进入生殖嵴后的细胞分裂
小 鼠 的 PGCs 在 10.5dpc 进 入 生 殖 嵴 ， 而后其细胞周期在雌雄之间出现很大差 异 。 在 卵 巢 原 基 中 ， PGCs 继 续 进 行 有 丝分裂，并且在13.5dpc进入减数分裂I （ 此 时 PGCs 实 际 上 已 经 分 化 为 初 级 卵 母细胞），经历细、偶和粗线期，进入 双线期。胚胎出生后，初级卵母细胞进 入终变期，直到性成熟后，才依次完成 减数分裂I，进入减数分裂II，并停留在 中期。这时卵子从卵巢排出，受精后减 数分裂II完成，排出极体，成为受精卵。
早期胚胎发育中的细胞分化
ectodermin
VegT Xwnt8 Xnr （TGF-β家族） BMP4（TGF-β家族） β-catenin（Wnt）
爪蟾原肠胚形成中的信号分子
Alberts et al, Molecular Biology of the Cell, 4th
胚胎发育的过程，就是一个精密调控的细胞分裂、迁移、分化和凋 亡的过程，而分化是发育的核心。虽然细胞分化不是胚胎发育所特有的， 单细胞生物也会产生细胞分化，但是最重要、最吸引人的细胞分化无疑 存在于后生动物的胚胎发育过程中。
随着发育生物学和干细胞研究的深入，人们越来越认识到 各不相同的细胞分化过程，其实还是有许多的共同特征：
影响细胞分化的因素
受精卵细胞质的不均一性
胞外信号分子及其浓度
细胞自身的“记忆”与决定
受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响
胞外信号分子对细胞分化的影响——胚胎诱导
诱 导：胚胎发育中，一部分细胞对其邻近的另一部分细胞产生影 响，并决定其分化方向的作用，称为胚胎诱导。
基因印记
PGCs进入生殖嵴后的细胞分裂
小 鼠 的 PGCs 在 10.5dpc 进 入 生 殖 嵴 ， 而后其细胞周期在雌雄之间出现很大差 异 。 在 卵 巢 原 基 中 ， PGCs 继 续 进 行 有 丝分裂，并且在13.5dpc进入减数分裂I （ 此 时 PGCs 实 际 上 已 经 分 化 为 初 级 卵 母细胞），经历细、偶和粗线期，进入 双线期。胚胎出生后，初级卵母细胞进 入终变期，直到性成熟后，才依次完成 减数分裂I，进入减数分裂II，并停留在 中期。这时卵子从卵巢排出，受精后减 数分裂II完成，排出极体，成为受精卵。
细胞分化与胚胎发育《细胞生物学》知识点总结
细胞分化与胚胎发育《细胞生物学》知识点总结●第一节细胞分化●一.细胞分化的基本概念●（一）定义及实质●1.细胞分化(cell differentiation)：在个体发育中，由一种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，产生不同细胞类群的过程。
●2.细胞分化的实质：组织特异性基因在时间与空间上的差异表达(differentialexpress)。
●这种差异表达不仅涉及到基因转录水平和转录后加工水平上的精确调控，而且还涉及染色体和DNA水平（如DNA与组蛋白修饰），蛋白质翻译和翻译后加工与修饰水平上的复杂而严格的调控过程。
细胞分化的关键在于特异性蛋白质的合成，其实质在于基因选择性表达。
●（二）细胞分化是基因选择性表达的结果●1.实验证据（分子杂交）●●2.实验结果●不同类型的细胞各自表达一套特异的基因，其产物不仅决定细胞的形态结构，而且执行特定的生理功能。
●3.实验方法●（1）基因表达谱——RNA测序(RNA sequence,RNAseq); ATACseq。
●（2）蛋白表达谱——Mass spectrometry●（三）管家基因与组织特异性基因●1.管家基因(house-keeping genes)●是指几乎所有细胞中均表达的一类基因，其产物是维持细胞基本生命活动所必需的；如微管蛋白基因、糖酵解酶系基因与核糖体蛋白基因等。
持续失活的基因甲基化程度一般较高，持续表达的管家基因甲基化程度一般较低。
●2.组织特异性基因(tissue-specific genes)，或称奢侈基因(luxury genes)●是指不同细胞类型中进行特异性表达的基因，其产物赋予各种类型细胞特异的形态结构特征与特定的功能；如卵清蛋白基因、上皮细胞的角质蛋白基因和胰岛素基因等。
●（四）组合调控引发组织特异性基因的表达●1.组合调控 (combinational control)●有限的少量调控蛋白启动为数众多的特异细胞类型基因表达。
15章细胞分化与胚胎发育
脊椎动物胚胎发育过程中，细胞的分化命运大 部分由其所处环境决定，细胞附近的组织对细 胞分化发挥了巨大作用，这就是调整型发育。 大部分无脊椎动物发育时，其细胞分化命运大 部分是由细胞本身所决定的，对细胞所处环境 依赖较小，这称为镶嵌型发育。
眼的发生
视泡诱导晶状体 的形成
视杯与晶状体共同 诱导角膜的形成
第十五章 细胞分化与胚胎发育
细胞分化(cell differentiation)概念：P318
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， 产生不同的细胞类型的过程称之为细胞分化。
◆ 细胞分化的关键在于特异性蛋白质合成。
◆ 合成特异性蛋白质实质在于基因的选择性表达。
◆细胞分化的实质是奢侈基因在时间与空间上的差异表达
(三)组合调控引发组织特异性基因的表达
(三)组合调控引发组织特异性基因的表达
组合调控（combinational control）概念：
每种类型的细胞分化是由多种调控蛋白共同参与完成 的。 意义:有限的少量调控蛋白启动为数众多的特异细胞 类 型的分化 的调控机制。
dpc：days postcoitum
PGC迁入生殖嵴 后的分裂方式， 主要取决于生殖 嵴的体细胞人。
图 PGC进入生殖嵴后的细胞分裂
PGC向生殖细胞的分化
生殖嵴的PGC
中肾分泌视黄酸(RA)
XY生殖嵴支持细胞 分泌降解RA的Cyp26b1
XX生殖嵴PGC 接受RA信号作用 卵原细胞有丝分裂并进行减数分裂 停留于减Ⅰ前期的双线期
植物组织 （已分化）
愈伤组织 （脱分化）
根或芽 （再分化）
●生物界普遍存在再生现象。
第十五章 细胞分化与胚胎发育
TDF终于水落石出，就是SRY了。
2.SRY与性腺细胞的分化
• 性腺是生殖细胞生存和分化成熟的地方。哺乳动物的性
腺原基在胚胎发育早期（人类为第4周时）由体腔上皮和
间充质细胞形成。而生殖细胞的前体—原生殖细胞(PGC) 则由胚外的尿囊组织逐渐迁移进入生殖嵴原基（人第6周 ） 。但直到第7周，男女两性的生殖嵴等结构也未显示出 任何差别。人类的SRY基因的表达最初出现于胚胎发育 第41天的部分生殖嵴细胞中，与PGC到达生殖嵴的时间 相符。表达SRY基因的细胞最终分化为睾丸中最主要的
• 干细胞增殖表现为2种方式，对称性分裂和不对称性
分裂。前者多用于干细胞自身数目的增加，而后者除 了自身更新外，还产生了分化细胞。
三 影响细胞分化的因素及特点
• （一）受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响
• 在卵母细胞的细胞质中除了储存有营养物质和各种蛋白质外，
还含有多种mRNA，其中多数mRNA与蛋白质结合处于非活性状
第十五章 细胞分化与 胚胎发育
内容提要
• 第一节 细胞分化(Cell differentiation) • 第二节 胚胎发育中的细胞分化
• 第一节 细胞分化(Cell differentiation)
一、细胞分化的基本概念：
细胞分化是指在个体发育
过程中，由一种细胞类型
经分裂后逐渐形成在形态、
结构和功能上有稳定性差
• 再生现象从另一个方面反应了细胞的全能性。
二、细胞的全能性与 多功能干细胞
（一）细胞全能性(totipotent)是指细胞经过分裂和分
化后仍具有产生完整有机体的潜能或特性。一个细胞能 够分化出各种细胞、组织，形成一个完整个体，所以把 这个细胞的分化潜能称为全能性。 随着分化发育的进程，细胞逐渐丧失其分化潜能。从全
细胞分化与胚胎发育优秀课件
“返老还童”
二、重要的问题
1、分化细胞的特点？
① 个体中所有不同种类的细胞的遗传背景完全一 样；
② 分化细胞彼此之间在形态、结构、功能方面的 不同是由于其拥有不同的蛋白质所致；
③ 细胞分化中最显著的特点是分化状态的稳定性； ④ 虽然细胞分化是一种相对稳定和持久的过程, 但
是在一定的条件下, 细胞分化又是可逆的。
优点：有潜力在体内发育成任何细胞类型。 缺点：
(l)供体卵母细胞的来源困难, ES细胞建系效率 低；
(2)免疫排斥反应； (3)ES细胞具有成瘤性； (4)体外保持ES细胞全能性的条件非常复杂； (5)伦理学争论。
诱导多能干细胞（iPS）
通过基因转染技术(gene transfection)将某些转录 因子导入动物或人的体细胞, 使体细胞直接重构成 为胚胎干细胞（embryonic stem cell, ESC）细胞 样的多潜能细胞。
植物细胞的全能性
干细胞（stem cell ）
定义：具有无限制自我更新能力、同时也可分化成特定 组织的细胞，在细胞发育过程中处于较原始阶段。 包括：
胚胎干细胞 成体干细胞： 上皮干细胞
造血干细胞 神经干细胞 肌肉干细胞
细胞重编程(Reprogrammingv Cells)
• 指分化的细胞在特定的条件下被逆转后恢复到全能性状态, 或者形成胚胎干细胞系, 或者进一步发育成一个新的个体 的过程。
人类治疗性克隆与再生医学的设想
人的胚胎干细胞诱导分化成胰岛β细 胞
5、影响细胞分化的因素？
受精卵细胞质的不均一性； 胞外信号分子； 胞间相互作用与位置效应； 细胞记忆与决定； 环境； 染色质变化与基因重组。
第二节 胚胎发育中的细胞分化
二、重要的问题
1、分化细胞的特点？
① 个体中所有不同种类的细胞的遗传背景完全一 样；
② 分化细胞彼此之间在形态、结构、功能方面的 不同是由于其拥有不同的蛋白质所致；
③ 细胞分化中最显著的特点是分化状态的稳定性； ④ 虽然细胞分化是一种相对稳定和持久的过程, 但
是在一定的条件下, 细胞分化又是可逆的。
优点：有潜力在体内发育成任何细胞类型。 缺点：
(l)供体卵母细胞的来源困难, ES细胞建系效率 低；
(2)免疫排斥反应； (3)ES细胞具有成瘤性； (4)体外保持ES细胞全能性的条件非常复杂； (5)伦理学争论。
诱导多能干细胞（iPS）
通过基因转染技术(gene transfection)将某些转录 因子导入动物或人的体细胞, 使体细胞直接重构成 为胚胎干细胞（embryonic stem cell, ESC）细胞 样的多潜能细胞。
植物细胞的全能性
干细胞（stem cell ）
定义：具有无限制自我更新能力、同时也可分化成特定 组织的细胞，在细胞发育过程中处于较原始阶段。 包括：
胚胎干细胞 成体干细胞： 上皮干细胞
造血干细胞 神经干细胞 肌肉干细胞
细胞重编程(Reprogrammingv Cells)
• 指分化的细胞在特定的条件下被逆转后恢复到全能性状态, 或者形成胚胎干细胞系, 或者进一步发育成一个新的个体 的过程。
人类治疗性克隆与再生医学的设想
人的胚胎干细胞诱导分化成胰岛β细 胞
5、影响细胞分化的因素？
受精卵细胞质的不均一性； 胞外信号分子； 胞间相互作用与位置效应； 细胞记忆与决定； 环境； 染色质变化与基因重组。
第二节 胚胎发育中的细胞分化
胚胎发育和细胞分化过程的调控机制研究
胚胎发育和细胞分化过程的调控机制研究胚胎发育和细胞分化过程是指在一个受精卵细胞不断分裂、成长和发育的过程中，形成各种具有特定生物功能的细胞类型。
这是一项非常复杂的过程，它涉及到许多不同的生物学机制，包括基因表达调控、细胞信号传递等等。
这些机制共同作用，促使细胞分化成为不同类型的细胞，并最终形成成熟的器官和组织。
近年来，研究人员一直在探索这些机制，以增进对胚胎发育和细胞分化的理解，并为诊断和治疗某些疾病提供可能的解决方案。
基因表达调控基因表达调控是指通过多种方式控制基因表达的过程。
这是胚胎发育和细胞分化的基本机制之一。
在胚胎发育早期阶段，大多数细胞具有相同的遗传信息，但它们会以不同的方式表达这些基因。
这是因为不同的组织和细胞类型需要表达不同的基因。
基因表达调控涉及到一系列过程，包括转录、RNA加工、转运和转化等。
转录是指将DNA信息转换为RNA信息的过程。
这是控制基因表达的第一步。
在转录过程中，DNA上的信息被转录为mRNA信息，然后被转移至核外。
转录调控的关键因素包括核酸酶、调节因子、核糖体和RNA聚合酶等。
RNA加工是指将mRNA的先导序列以及其他不需要的RNA序列进行剪切和修饰的过程。
这是控制基因表达的第二步。
RNA加工涉及到一系列过程，包括内含子剪切、polyA尾修饰、RNA修饰和RNA编辑等。
转运是指将RNA分子从核内运输到细胞质中的过程。
这是控制基因表达的第三步。
转运过程中，RNA分子在通过细胞质时会与其他蛋白质相互作用，包括种种RNA绑定蛋白、微管束和运输复合物等。
转化是指在细胞质中将RNA信息转化为蛋白质信息的过程。
这是控制基因表达的第四步。
转化过程中，RNA分子被翻译成蛋白质，通过不同的机制将其定位在不同的细胞器中。
细胞信号传递细胞信号传递指细胞内和细胞间传递信息的过程。
这是细胞分化的另一个关键机制。
细胞信号传递包括两种类型的信号转导方式：细胞内和细胞外信号传递。
细胞内信号传递是指通过细胞内信号传递网络调控基因表达的过程。
第15章+细胞分化
28
5. 环境对性别决定的影响
外界环境对性别决定具有重要影响。
如蜥蜴类的A. agama，在较低温度 (24℃)
下全部发育为雌性，而温度提高 (32℃) 则全部发育为雄性。龟类的 T. graetta 情 况与此刚好相反，即在较低温度条件下 全部发育为雄性，而温度提高则全部发 育为雌性。
29
6. 染色质变化与基因重排对细胞分化的影响
8
4. 单细胞有机体的细胞分化
• 单细胞生物甚至原核 生物为适应外界生活 环境的改变也存在细 胞分化 粘菌繁殖过程示意图
5. 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。去分化实际上是细胞 全能性的恢复，去分化和再分化中涉及 DNA和组蛋白修改的改变。
2
一、细胞分化的基本概念 二、细胞的全能性与多能干细胞 三、影响细胞分化的因素
3
一、细胞分化的基本概念
1. 细胞分化是基因选择性表达的结果
分子杂交技术表明不同分化细胞中基因转录不同
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
＋
＋
＋
＋
－
－
-珠蛋 白基因
卵母细胞的细胞质中除储存有营养物质和多种蛋 白质外，还含有多种mRNA，其中多数mRNA与蛋白 质结合处于非活性状态，成为隐蔽mRNA，不能被核 糖体识别；同时它们在细胞质中呈不均匀分布。受精 后卵细胞质重新定位，早期卵裂过程中细胞质的分布 并不十分均匀，有的物质在细胞质中有一定的区域分 布。这种不均匀性，对胚胎的早期发育产生很大影响， 在一定程度上决定了细胞的早期分化，这些特殊物质 称为决定子 (determinant)。
5. 环境对性别决定的影响
外界环境对性别决定具有重要影响。
如蜥蜴类的A. agama，在较低温度 (24℃)
下全部发育为雌性，而温度提高 (32℃) 则全部发育为雄性。龟类的 T. graetta 情 况与此刚好相反，即在较低温度条件下 全部发育为雄性，而温度提高则全部发 育为雌性。
29
6. 染色质变化与基因重排对细胞分化的影响
8
4. 单细胞有机体的细胞分化
• 单细胞生物甚至原核 生物为适应外界生活 环境的改变也存在细 胞分化 粘菌繁殖过程示意图
5. 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。去分化实际上是细胞 全能性的恢复，去分化和再分化中涉及 DNA和组蛋白修改的改变。
2
一、细胞分化的基本概念 二、细胞的全能性与多能干细胞 三、影响细胞分化的因素
3
一、细胞分化的基本概念
1. 细胞分化是基因选择性表达的结果
分子杂交技术表明不同分化细胞中基因转录不同
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
＋
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－
－
-珠蛋 白基因
卵母细胞的细胞质中除储存有营养物质和多种蛋 白质外，还含有多种mRNA，其中多数mRNA与蛋白 质结合处于非活性状态，成为隐蔽mRNA，不能被核 糖体识别；同时它们在细胞质中呈不均匀分布。受精 后卵细胞质重新定位，早期卵裂过程中细胞质的分布 并不十分均匀，有的物质在细胞质中有一定的区域分 布。这种不均匀性，对胚胎的早期发育产生很大影响， 在一定程度上决定了细胞的早期分化，这些特殊物质 称为决定子 (determinant)。
第十五章细胞分化与胚胎发育概况课件
细胞特化
后代细胞会通过基因选择性表 达，获得特定的形态、结构和
功能。
细胞分化的调节
细胞分化受到多种因素的调节 ，包括遗传因素、表观遗传因
素和环境因素等。
02 细胞分化的分子机制
CHAPTER
基因表达与细胞分化
基因表达的调控
基因表达的调控是细胞分化的基 础，通过调控特定基因的表达， 细胞能够获得新的功能和形态。
在个体发育过程中，由原始组织细 胞分化形成各种特化细胞的过程。
肿瘤细胞分化
肿瘤细胞在形态、结构和功能上与 正常细胞相似，但存在异常的分化 过程。
细胞分化的过程01ຫໍສະໝຸດ 020304
细胞决定
在胚胎发育过程中，某些细胞 会根据遗传信息和环境信号被
决定为特定类型的细胞。
细胞增殖
被决定的细胞会进行有丝分裂 ，产生更多的后代细胞。
转录因子
转录因子是调控基因表达的关键 因子，它们能够与特定的DNA序 列结合，促进或抑制相关基因的
转录。
染色质重塑
染色质重塑是基因表达调控的重 要机制之一，它通过改变染色质
的结构，影响基因的表达。
细胞信号转导与细胞分化
信号转导通路
G蛋白偶联受体
细胞信号转导通路是指细胞在接受外 界信号刺激后，通过一系列的化学反 应，将信号传递到细胞内部的过程。
细胞信号转导的调控
生长因子信号
生长因子与受体结合后，通过信号转导通路激活或抑制相关基因的表达，影响胚 胎细胞的增殖、分化和迁移。
激素信号
激素与受体结合后，通过信号转导通路对胚胎发育进行调节，如甲状腺激素、肾 上腺皮质激素等。
表观遗传学的调控
DNA甲基化
通过DNA甲基化对基因的表达进行调 控，影响胚胎发育过程中基因的沉默 或激活。
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雄性第 二性征 雌性第 二性征
雄性X染色体的Tfm表达--受体→男性
雄性X染色体的tfm突变表达--无受体→女性
性腺细胞分化中的信号途径
原胚细胞，胚囊细胞
生 殖 细 胞 的 形 成 与 成 熟
原生殖细胞的产生
原生殖细胞向生殖细胞的分化
受孕天数
（二）早期胚胎发育过程中的细胞分化
• • • • 受精 卵裂 囊胚 原肠胚：三胚层
第15章 细胞分化与胚胎发育
讲授的内容：
第一节：细胞分化 一、细胞分化的基本概念 二、细胞的全能性与多能干细胞 三、影响细胞分化的因素 第二节 胚胎发育中的细胞分化 一、生殖细胞的分化 二、早期胚胎发育过程中的细胞分化 三、果蝇胚胎早期发育中的细胞分化
细胞分化与有机体细胞的复杂性
第一节
细胞分化
◆环境对性别决定的影响（p326）
◆染色质变化与基因重排对细胞分化的影响（p327）
第二节 胚胎发育中的细胞分化 一、生殖细胞的分化
发育：后生生物经 历一个由单细胞到 多细胞的过程，最 终形成成熟的个体。 发育过程：单细胞 的受精卵（合子） →多细胞的胚胎→ 成体；细胞分裂、 迁移和分化、凋亡 等过程。 细胞分化是整个发 育过程的基础与核 心。
图15-1 组合调控的作用机制示意图分化
（四）单细胞有机体的细胞分化
单细胞变形体→多细胞的蛞蝓形假原质团
图15-2 黏菌繁殖过程示意图
（五）转分化与再生
转分化 （transdifferentiation ）：一种类型的分化细胞转变成 另一种类型的分化细胞现象。 转分化经历去分化（dedifferentiation，或称脱分化）和再分化的 过程。
组织特异性基因：指不同类型细胞中特异性表达的 基因（细胞类型特异性基因），其产物赋予各种类 型细胞特异的形态结构特征与特异的功能。
占基因总数的绝大多数，调控并参与细胞分化和组织器 官的建成。
（三）组合调控引发组织特异性基因的表达 有限少量调控蛋白 启动了为数众多的 特异细胞类型的分 化程序。 其机制就是每种类 型的细胞分化是有 多种调控蛋白共同 参与完成的。 通过细胞分化构建 执行不同功能的组 织器官
二、细胞的全能性与多能干细胞
（一）细胞的全能性
指细胞经分裂和分化后 仍具有形成完整有机体 的潜能或特性。 动物全能性细胞：受精 卵、卵裂早期的胚胎细 胞。 植物体细胞：培养过程 中的外植体组织或愈伤 细胞
图15-3 造血干细胞逐级分化为各种类型的血细胞
（二）干细胞
诱导多能干细胞的研究
小鼠成纤维细胞 高等动物的细胞，随 着胚胎的发育和细胞分 化，细胞逐渐丧失了发 育个体的能力，仅具有 分化成多种细胞类型及 构建组织的潜能--多能。 具有分化潜能的细胞 称为干细胞
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（三）胚胎干细胞
体外培养的人胚胎干细胞 红色：滋养层细胞 （经处理后，不能 继续分裂的小鼠成 纤维细胞）
干细胞是机体中能进行 自我更新（产生与自身 相同的子细胞）和多向 分化潜能（分化形成不 同细胞类型）并具有形 成克隆能力的一类细胞。 干细胞：全能干细胞； 多能干细胞；单能干细 胞。又可分为：胚胎干 细胞、成体（组织）干 细胞（造血、骨髓间充 质、神经、肌肉等干细 胞）。 终末分化：干细胞最终 形成特化细胞类型的过 程。
一、细胞分化的概念
（一）细胞分化是基因选择性表达的结果
◈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，生各不相同的细胞类群的过程。
◈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特异性蛋白质合成；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。
细胞克隆与再生医学
人的胚胎干细胞定向诱导分化
体外诱导产生的经3种特异 标志蛋白染色的胰岛β细胞
移植到糖尿病模型小鼠体内
三、影响细胞分化的因素
◆受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响 （p324）
◆胞外信号分子对细胞分化的影响
◆细胞间的相互作用与位置效应
◆细胞记忆与决定（果蝇成虫盘，imaginal disc；p326)
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，广义的再生可包括分子水平、 细胞水平、组织与器官水平及整体水平的再生。
不同的细胞有机体，其再生能力有明显的差异。 植物比动物再生能力强，低等动物比高等动物再生能力强。 人和其他动物只有组织水平（除肝外）的再生能力，并随 个体年龄增大而下降。
Oct3/4，Sox2、c-Myc和Klf4这四种转 录因子基因克隆入病毒载体，然后引入 小鼠成纤维细胞，发现可诱导其发生转 化，产生的iPS细胞在形态、基因和蛋 白表达、分化能力等方面与胚胎干细胞 相似。
诱导多能干细胞 (induced pluripotent stem cells iPS）
图15-4 iPS 细胞建系过程示意图
图15-10 原生殖细胞（PGC）的迁移
染色体 上的性 别决定 区域
性别决定－SRY（决定睾丸发育的转录因子）
雄配子 雄配子决定因子 睾丸素，雄激素
产生雄性 激素信号 受体 X染色体 上能够使 正常雄性 基因表达 的Tfm基 因
雄激素 分化的 信号受 体复合 物
X染色体 上不能够 使正常雄 性基因表 达的tfm 基因
细胞分化是基因选择性表达的结果
表15-2 结果表明，不同类型的细胞各自表达一套特异的 基因，其产物不仅决定细胞的形态，而且执行特定的生理功能。
（二）管家基因与组织特异性基因
分化基因组所表达的基因分为两种基本类型类： 管家基因：指细胞中均表达的一类基因，其产物是 维持细胞基本生命活动所必须的。
占整个基因组的3%左右，转录起始部位无TATA框，仅 有CG岛，内含子相对很短。编码的产物多为细胞基础代谢 所需酶类、核糖体蛋白、膜转运蛋白，周期调控蛋白等。
人上、下胚层发育命运关系图
神经胚
神 经 管 的 形 成
调控脊髓神经细胞增殖的信号系统
体节表达因子
成纤维细胞生长因子
调控神经前体细胞的分裂与分化
神经元前体细胞通过侧向抑制而特化
脊髓背腹分化中的信号网络
（三）果蝇胚胎早期发育中的细胞分化
作业： 一、基本概念 细胞分化 去分化 胚胎诱导 组织特异性基因 管家基因 干细胞 全能性 多能细胞 单能细胞 二、简答题与论述题 1、为什么说细胞分化是基因选择性表达的结果? 2、组织特异性基因的表达是以何种方式调控的? 3、影响细胞分化的因素有哪些？请予说明。 4、什么是干细胞？它有哪几种基本类型和各自的基本特征？ 5、什么是诱导多能干细胞？试论述其在理论与医学实践中的重要 意义？ 6、从PGC到精子的分化过程中，有哪些重要信号途径是必不可少 的？它们如何作用以保证精子的形成？ 7、从PGC到卵子的分化过程中，有哪些重要信号途径是必不可少 的？它们如何作用以保证卵子的形成？ 8、生殖细胞进入减速分裂与否是如何调控的？ 9、什么是神经管细胞分化过程中的旁侧抑制？ 10、举例说明BMP分子、Shh分子如何通过浓度梯度来调控细胞分 化。