第三章 细胞分化的分子机制——转录后的调控
基因表达的转录后调控机制
基因表达的转录后调控机制基因表达是维持生命活动需要的重要过程，它的调控涉及到多个层面，其中转录后调控机制是重要的调控方式之一。
本篇文章将从基因表达的基本过程出发，探讨转录后调控机制的研究现状和重要性。
一、基因表达的基本过程基因表达是指基因在细胞内的信息转化为蛋白质的过程，该过程包括三个基本步骤：转录、剪切和翻译。
具体来说，当细胞需要某个蛋白质时，基因的DNA序列被转录成RNA序列，然后RNA分子经过剪切生成成熟的mRNA后被送入细胞质内，最终被翻译成蛋白质。
而基因表达的调控就是通过控制这三个步骤中的每一个环节来决定是否产生某种特定的蛋白质。
二、转录后调控机制的种类转录后调控机制是一种在mRNA生成之后对其进行进一步调控的机制。
根据调控机制的不同，我们可以将转录后调控分为以下几种类型：1、剪接调控剪接是在RNA合成过程中，将前信使RNA(mRNA)的非编码区(5'端)和编码区(3'端)连结起来的过程。
在这个过程中，剪接选择性地将前体mRNA中的外显子(exon)和内含子(intron)剪切掉，从而使得生成的mRNA分子具有不同的外显子组成，从而产生不同的编码序列和蛋白质。
2、RNA编辑调控RNA编辑是一种在RNA后转录调控过程中，基于一些RNA序列的修饰而使其在翻译过程中产生结构和功能上的变化的机制。
包括C-->U、U-->C、A-->I等类型的RNA编辑过程影响mRNA的稳定性和翻译后的蛋白表达水平，从而对细胞生命活动产生影响。
3、RNA剪接后修饰调控RNA剪接后修饰是指对已切除的内含子(intron)所形成的遗留下来的RNA链的修饰。
这种修饰包括加上磷酸基、甲基化、伸长或缩短，有时还会与RNA-结合蛋白结合。
经过上述修饰调控后的RNA分子不但形态多样，而且在功能上也迥然不同。
三、转录后调控机制的研究现状转录后调控机制的研究涵盖了RNA加工、RNA稳定性和RNA转运等方面。
转录后修饰和基因转录的调控机制
转录后修饰和基因转录的调控机制在生物学中，基因转录是一个复杂的过程，负责将DNA转录成RNA，并确定RNA的结构和功能。
但是，在这一过程中，还需要考虑到一系列的调控机制，以确保转录的准确性和完整性。
其中最重要的两种机制是转录后修饰和基因转录的调控机制。
转录后修饰指的是转录完成后，RNA分子在进入细胞质之前，会被多种RNA 修饰酶进行修饰。
其中最常见的修饰包括甲基化、剪切、聚腺苷酸化、选择性降解等多种形式。
这些修饰的作用主要有三点：一是增强RNA稳定性和可识别性；二是改变RNA分子的结构和功能；三是调节RNA在翻译时的速度和效率。
其中最重要的修饰方式是甲基化，这是一种比较常见的RNA修饰方式。
甲基化会将RNA中的碱基G或A上接的氨基甲基化，从而改变RNA的结构和功能。
已知甲基化在抗病毒，免疫调节和细胞分化等方面起到了重要的作用。
剪切是另一种常见的RNA修饰方式。
基因在转录过程中会产生很多不同长度和结构的RNA，这些RNA中的内含子被剪切掉后，成为成熟的mRNA。
剪切的调控机制主要是由RNA剪切酶和RNA结合蛋白组成的复杂机制进行调节。
剪切机制在发育，传染病以及许多其他生物过程中都起到了关键作用。
特别是在许多疾病如癌症和神经退行性疾病中，剪切机制的失调会导致基因表达异常。
除了转录后修饰外，基因转录的调控机制也是基因表达的重要方面。
基因转录的过程主要包括启动子的识别和交联，RNA聚合酶的招募和激活，以及转录终止等步骤。
这些步骤中，许多转录调控因子会影响RNA聚合酶在启动子上的结合，从而影响转录的速度和效率。
其中最重要的调控因子包括转录激活因子、转录共激活因子、转录复合物和RNA结合蛋白等。
转录激活因子负责促进RNA聚合酶的正确交联和启动子的识别。
该因子可以通过对启动子序列的识别来识别激活的信号，增加活性的RNA聚合酶并进一步激活转录的选择性。
与此同时，转录共激活因子则负责进一步增强转录的活性，以及增强RNA聚合酶与其他转录因子之间的相互作用。
细胞分化的生化过程和调节
细胞分化的生化过程和调节细胞分化是细胞在特定条件下，从一个初级状态成为不同种类的成熟细胞，如心肌细胞、肝细胞等。
这个过程涉及到复杂的生化反应和调节机制。
本文将深入探究这个过程，并分析生化反应和调节机制的相关研究进展。
1.胚胎发育中的细胞分化过程胚胎发育过程中，受到多种生化因素的调节，包括营养物质、激素、细胞因子等。
这些物质会传递信号到细胞中，引导细胞逐步分化为不同类型的细胞，最终形成各种组织和器官。
2. 生化反应在细胞分化中的作用生化反应在细胞分化中发挥着重要作用。
最典型的例子是转录因子的作用。
转录因子是一种蛋白质，可以与基因启动子结合，调控基因的表达。
转录因子的表达因子的表达形式和分布位置不同，可以调控不同基因的表达，从而促进特定类型的细胞分化。
此外，细胞内的代谢过程也会影响细胞分化。
例如，代谢产生的反应产物可以调节细胞凋亡和细胞周期，进而影响细胞发育。
这些反应产物的水平和分布，会影响细胞在不同发育阶段的发展，不同类型细胞的生化反应模式也不尽相同。
3.调控细胞分化的机制在胚胎发育和成体生长过程中，细胞分化得到了严格的调控。
其主要包括以下几种方式：（1）基因调控。
在细胞分化的过程中，一些关键基因的表达会受到调控。
基因的表达模式和水平，会影响分化的进程和结果。
同时，基因的变异也会对细胞分化产生影响。
例如，一些基因缺陷可能导致胚胎发育中的异常现象，如胚胎器官缺失、畸形等。
（2）信号转导。
细胞在分化过程中主要依赖于一些外部信号的指导，包括激素、细胞因子等。
这些信号与细胞表面的受体结合，进而在细胞内部引发复杂的信号转导反应。
不同的信号通路可以调控不同的蛋白质及代谢通路，对细胞分化起到重要作用。
（3）表观遗传调控。
表观遗传调控通过改变DNA的化学标记或转录后调控，可以调节基因的表达。
例如，DNA甲基化和组蛋白修饰可以影响染色体的结构和功能，进而影响基因的表达。
表观遗传调控在细胞分化中扮演着重要角色。
总之，细胞分化的生化过程和调节机制极其复杂，包括基因的调控、代谢通路的调节、信号转导和表观遗传调控等多方面。
第三讲 转录及转录前调控
时间特异性：只在发育的某个特定时期或者某些 时期表达的基因 分析方法空表达模式
空间特异性：基因表达的组织细胞特异性 分析方法：原位杂交（in situ hybridization）
文昌鱼晚期神经 胚的横切面，示 AmphiMDF基因 在肌节区的表达。
二、核潜能的限定 2.细胞核具有潜在的全能性
关于分化细胞核潜能限定的观点长期以来存在着争议。 有些学者认为用已分化细胞核进行的移植实验在很多情况下不能获得 正常发育胚胎的原因，主要是由于核移植的方法使已分化细胞核突然 进入了一个高频率分裂的陌生胞质环境，容易引起染色体断裂。 为真正评价细胞核的潜能，人们采用核克隆技术（nuclear cloning）。 已分化细胞的核经历一系列的移植后，其中有些细胞核变得可以指导 整个有机体的发育。
分子生物学证据
附图1：胚胎学证据：已分化的细胞仍具有发育成为其它细胞的潜力
蝾螈（早期背唇） 海胆（早期细胞全能性）
附图2：转决定
生殖器
移植成虫盘（果蝇器官原基，命运已决定细胞）实验
-- 眼成虫盘移植到另一个幼虫的腹部，后者腹部长出一只眼睛。已决定的 细胞，发育命运稳定； --触角成虫盘多次移植后，部分触角成虫盘细胞分化形成成体果蝇的腿、 翅、嘴。
已决定但尚未终末分化的细胞，突然改变了它的发育程序的事件——转决定
附图3：转化（metaplasia）：已分化的细胞转分化为其它类型细胞的现象
e.g., 鸡视网膜表皮色素细胞在含透明质酸酶、血清、苯硫脲的条件下培养后转 变为晶体状细胞。
二、核潜能的限定 1.在发育中核潜能被限定
大量的证据表明，随着细胞的分化，核的潜能逐 渐被限定。
基因转录和转录后修饰的调控机制
基因转录和转录后修饰的调控机制基因转录是生命活动中非常重要的一个过程，它是从DNA到RNA的转化，也是蛋白质合成的第一步。
这个过程是非常复杂而灵活的，涉及到许多转录机制和调控因素。
其中，转录后修饰是一个非常重要的调控机制，可以影响RNA的功能和命运。
在本文中，我们将从基因转录和转录后修饰两个方面来探讨调控机制的具体原理。
基因转录的调控机制基因转录的调控机制可以分为两个方面：转录因子和染色质结构。
转录因子是调控基因转录的主要因素。
在真核生物中，转录因子包括general transcription factors和regulatory transcription factors。
其中，general transcription factors参与到转录的基本过程中，而regulatory transcription factors则是通过结合enhancer或silencer来调控转录的强弱和选择性。
这些转录因子是通过与启动子区域的相互作用来调控基因的表达。
如TFIIIA、TFIIIB、TFIIIC和RNA polymerase III就是在转录因子的共同作用下，促进RNA polymerase III的启动并介导tRNA和5S rRNA的转录。
除此以外，还有许多转录因子可以调控基因的转录。
另一个调控基因转录的因素则是染色质结构。
在染色质未被紧密包裹成染色体之前，转录因子可以直接接触到DNA，但在染色质包裹成染色体之后，转录因子就要通过染色质结构来调控基因的表达了。
细胞核内的染色质结构非常复杂，包括DNA和正负相交织的蛋白质。
在这些蛋白质中，最主要的是组蛋白，它们可以在不同的位置上发生化学修饰，如磷酸化、乙酰化和甲基化等。
这些化学修饰可以改变染色质的结构和染色体上基因的可及性，从而调控基因的转录。
转录后修饰的调控机制转录后修饰是指RNA分子在转录完成后，受到一系列化学修饰或剪切的加工过程。
这些修饰和剪切会影响RNA的功能和命运。
发育生物学试题库(答案参考)
发育生物学试题库（发育生物学教学组）目录：第一章章节知识点与重点 (1)第二章发育生物学试题总汇 (6)第三章试题参考答案 (18)第一章章节知识点与重点绪论1.发育和发育生物学2.发育的功能3.发育生物学的基础4.动物发育的主要特点5.胚胎发育的类型（嵌合型、调整型）6.研究发育生物学的主要方法第一章细胞命运的决定1.细胞分化2.细胞定型及其时相（特化、决定）3.细胞定型的两种方式与其特点（自主特化、有条件特化）4.胚胎发育的两种方式与其特点（镶嵌型发育依赖型发育）5.形态决定子6.胞质定域（海胆、软体动物、线虫）7.形态决定子的性质8.细胞命运渐进特化的系列实验9.双梯度模型10.诱导11.胚胎诱导第二章细胞分化的分子机制1.细胞表型分类2.差异基因表达的源由3.了解基因表达各水平的一般调控机制第三章转录后的调控1.RNA加工水平调控2.翻译和翻译后水平调控第四章发育中的信号传导1.信号传导2.了解参与早期胚胎发育的细胞外信号传导途径第五章受精的机制1.受精2.受精的主要过程及相关知识3.向化性4.顶体反应5.皮质反应第六章卵裂1.卵裂特点（课堂作业）2.卵裂方式3.两栖类、哺乳类、鱼类、昆虫的卵裂过程及特点4.（果蝇）卵裂的调控机制第七章原肠作用1.了解原肠作用的方式：2.海胆、文昌鱼、鱼类、两栖类、鸟类、哺乳类的原肠作用基本过程与特点第八章神经胚和三胚层分化1.三个胚层的发育命运第九章胚胎细胞相互作用-诱导1.胚胎诱导和自动神经化、自动中胚层化2.胚胎诱导、异源诱导者3.初级诱导和次级诱导、三（多）级诱导4.邻近组织相互作用的两种类型5.间质与上皮（腺上皮）的相互作用及机制第十章胚轴形成1.体形模式2.图式形成3.果蝇形体模式建立过程中沿前后轴不同层次基因的表达4.果蝇前后轴建立的分子机制5.果蝇背腹轴形成的分子机制第十一章脊椎动物胚轴的形成1.什么是胚轴2.两栖类胚轴形成过程及分子机制。
(最新整理)发育生物学基本原理
2021/7/26
13
海鞘（Phallusia mammillata）受精时胞质定域的分离
2021/7/26
14
海鞘分裂 球的决定 谱系
2021/7/26
15
• 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。
2021/7/26
③ ②
①④
图1-1 受精时细胞质决定子的隔离
25
2021/7/26
图 海鞘胚胎的镶嵌决定作用
26
• 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。
2021/7/26
18
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）
2021/7/26
19
2021/7/26
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。
2021/7/26
34
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。
2021/7/26
细胞分化的分子机制和影响因素
细胞分化的分子机制和影响因素细胞分化是指未成熟的细胞从一种细胞类型转化为另一种具有特殊结构和功能的细胞类型的过程。
分化过程包含多个分子机制，其中最重要的是基因调控。
细胞分化对个体发育、再生和维持组织结构起着至关重要的作用。
影响这一过程的因素有许多，包括内部信号、细胞外环境、发育阶段等等。
基因调控是细胞分化的核心机制。
每个细胞都含有相同的基因组，但不同细胞具有不同的基因表达模式。
基因调控有两个主要的层面：转录水平和转译后修饰。
转录水平的调控是指基因的启动子和转录因子之间的作用，基因前体被转录成mRNA，将翻译成蛋白质。
而转译后修饰则是蛋白质最终表现形式的变化，如修饰、折叠和降解。
其中最关键的是转录因子，它们可以定向识别和结合启动子区域，以启动或抑制基因转录。
不同的转录因子会驱动不同的基因表达模式，从而产生不同类型的细胞。
近些年来的研究发现，很多转录因子是在特定类型的细胞发育和分化中起到特殊的调控作用。
例如，TFEB (调解因子EB) 是一种细胞核转录因子，在细胞自噬和溶酶体生产中发挥作用。
研究表明，TFEB 激活多个脂质和溶酶体相关的基因，从而推动细胞向消化暴露的细胞垃圾的方向分化。
同样的例子还有 PAX2，所有胚层中的神经元都有 PAX2 的表达，但这个调节因子只在胚拜斯特期的胚胎形成的神经元发育中亚表达。
另一种基因组调控因素是表观遗传学修饰。
这些修饰程序不会影响DNA序列本身，而是通过改变DNA在核糖体上的方式来控制它们的可读性。
例如，甲基化可以将甲基团添加到DNA的嘌呤和胞嘧啶残基，从而抑制某些基因表达。
母源效应基因 (maternal effect genes ) 也会在其胚胎期间表达，它们在胚胎发育的早期阶段通过产生 mRNAs 将成为细胞命运决策的因素之一。
重要的是，这些mRNAs来自母体细胞转移到卵中，再通过转录和翻译作用生效。
这种基因表达的方式使细胞早期分化过程受到了严格的控制，同时还可以预先控制细胞命运的进程。
发育生物学复习资料重点总结
绪论1、发育生物学：是应用现代生物学的技术研究生物发育机制的科学。
它主要研究多细胞生物体从生殖细胞的发生、受精、胚胎发育、生长到衰老和死亡，即生物个体发育中生命现象发展的机制。
2、（填空）发育生物学模式动物：果蝇、线虫、非洲爪蟾、斑马鱼、鸡和小鼠。
第一篇发育生物学基本原理第一章细胞命运的决定1、细胞分化：从单个的全能细胞受精卵开始产生各种分化类型细胞的发育过程称细胞分化。
2、细胞定型可分为“特化”和“决定”两个阶段：当一个细胞或者组织放在中性环境如培养皿中培养可以自主分化时，可以说这个细胞或组织发育命运已经特化；当一个细胞或组织放在胚胎另一个部位培养可以自主分化时，可以说这个细胞或组织发育命运已经决定。
（特化的发育命运是可逆的，决定的发育命运是不可逆的。
把已特化细胞或组织移植到胚胎不同部位，会分化成不同组织，把已决定细胞或组织移植到胚胎不同部位，只会分化成同一种组织。
）3、（简答）胚胎细胞发育命运的定型主要有两种作用方式：第一种通过胞质隔离实现，第二种通过胚胎诱导实现。
（1）通过胞质隔离指定细胞发育命运是指卵裂时，受精卵内特定的细胞质分离到特定的裂球中，裂球中所含有的特定胞质可以决定它发育成哪一类细胞，而及邻近细胞没有关系。
细胞发育命运的这种定型方式称为“自主特化”，细胞发育命运完全由内部细胞质组分决定。
这种以细胞自主特化为特点的胚胎发育模式称为“镶嵌型发育”，因为整体胚胎好像是由能自我分化的各部分组合而成，也称自主型发育。
（2）通过胚胎诱导指定细胞发育命运是指胚胎发育过程中，相邻细胞或组织之间通过互相作用，决定其中一方或双方细胞的分化方向。
相互作用开始前，细胞可能具有不止一种分化潜能，但是和邻近细胞或组织的相互作用逐渐限制它们的发育命运，使之只能朝一定的方向分化。
细胞发育命运的这种定型方式成为“有条件特化”或“渐进特化”或“依赖型特化”，因为细胞发育命运取决于及其邻近的细胞或组织。
这种以细胞有条件特化为特点的胚胎发育模式称为“调整型发育”，也称有条件发育或依赖型发育。
细胞分化的分子机制转录和转录讲课文档
而且这种决定不能通过形态或生物化学的标准（无特殊的 亚显微结构变化，不含特异性蛋白质）来识别； ❖ ③多潜能细胞的基因表达受到一定的限制。
第六页，共95页。
概述
❖ 分化细胞：由多潜能细胞通过一系列分裂和分化发育成的 特殊细胞表型。
生活细胞的一切生命活动； ❖ ②同时，确定蛋白质的结构和蛋白质合成时间、空间次序
性的信息由特定的调控基因编码。
第二十八页，共95页。
核小体
❖ DNA与蛋白质结合，构成以核小体为基本单位的染色质结 构。
第二十九页，共95页。
染色质
❖ 染色质可根据在细胞分裂间期折叠压缩的状况分成异染色 质和常染色质。染色质结构发生变化是基因转录的前提。
第七页，共95页。
概述
❖ 细胞分化是基因差异性表达的结果，差异性基因表达产生 的原因主要来自于两方面。
❖ ①细胞内环境的差异影响核基因的表达。在早期胚胎发育 的卵裂阶段，由于卵质的不均匀分布，卵裂的结果所产生 的分裂球(细胞)存在不同的细胞内环境，引起胚胎细胞核基 因的差异表达。
❖ ②细胞外环境的影响。⑴在胚胎发育早期不同的胚胎细胞 位于不同的区域，受到不同的外界环境的影响，接受不同 的位置信息。⑵特别是邻近细胞的相互关系，如胚胎诱导 对于胚胎细胞分化具有重要意义。⑶各种细胞外信号分子 (细胞因子、激素等信号分子)，通过细胞间的通讯，特别是 信号传导间接影响细胞核基因的表达。
❖ T淋巴细胞受体基因也经历类似的基因重排产生。 ❖ 酵母细胞分化过程中也存在基因重排，有些基因还因为转
座子（可以迁移的片段，插入到基因组中带来新的信息） 的插入而改变。 ❖ 此外，在胚胎发育的某特定时期，有的特殊基因被选择性 复制出许多拷贝，产生基因扩增现象。 ❖ 以上这些遗传信息的改变是细胞分化的结果而不是细胞分 化的原因（原因：内环境胞质和外环境胚胎诱导）。
胚胎干细胞分化途径的转录调控机制
胚胎干细胞分化途径的转录调控机制胚胎干细胞是一类具有自我更新和多能性的细胞，它们可以分化为各种类型的细胞，包括神经细胞、心肌细胞、肺细胞等。
胚胎干细胞分化为特定细胞类型的过程是由一系列基因的表达和调控所控制的，其中转录因子是主要调节机制之一。
本文将从分化途径、转录因子的作用和调控机制等多个方面，探讨胚胎干细胞分化的转录调控机制。
一、胚胎干细胞分化途径在生命的早期，胚胎干细胞是多能性细胞，可以分化为所有类型的细胞。
但是，随着胚胎的发育，胚胎干细胞的多能性逐渐下降，开始朝着特定细胞类型分化。
在胚层形成后，胚胎干细胞分为内胚层、外胚层和中胚层细胞。
这些胚层细胞会分化为三个基本胚层：内胚层、外胚层和中胚层。
内胚层细胞是分化为神经和内分泌细胞的前体细胞；外胚层是分化为表皮和皮肤附属器官的前体细胞；中胚层则分化为肌肉、血管和骨骼。
二、转录因子在分化途径中的作用转录因子是一类能够调节基因表达的蛋白质，是胚胎干细胞分化不可缺少的因素。
转录因子与基因的启动子结合，调控DNA的转录过程，从而影响细胞的分化和功能。
在胚胎干细胞分化中，转录因子在不同的时间和细胞分化阶段起着不同的作用。
例如，Oct4是一个关键的转录因子，它能够抑制胚层细胞转化为外胚层细胞的分化。
在内胚层细胞中，转录因子Sox2和Nanog也是非常重要的，它们能够促进细胞相应的分化。
在转化成肌肉和心脏细胞时，Mef2转录因子，以及Gata类、MyoD类和Nkx类家族的转录因子也至关重要。
三、调控转录因子表达的机制除了转录因子的作用外，它们的表达水平在胚胎干细胞分化中也起着重要作用。
转录因子表达水平的调控可以通过多种机制实现。
1.表观遗传学调控。
表观遗传学调控主要通过DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA等调节基因表达。
例如，在分化成胚胎神经干细胞的过程中，DNA甲基化的丧失导致了转录因子的表达量的上升。
2.miRNA调控。
miRNA是短小的非编码RNA，可以与靶基因的3'非翻译区结合，导致靶基因的降解或抑制翻译。
转录和翻译的分子机制和调控
转录和翻译的分子机制和调控转录和翻译是两个基本的生物过程，这两个过程对于细胞的正常工作具有极其重要的意义。
转录是指将DNA序列转换成RNA序列的过程，而翻译是指将RNA序列翻译成蛋白质的过程。
这两个过程的分子机制和调控十分复杂，涉及到多种分子因素的参与，下面我们就一起来探讨一下这个话题。
一、转录的分子机制和调控转录是指通过RNA聚合酶酶促反应，在DNA模板上合成与其序列互补的RNA的过程。
转录的分子机制非常复杂，主要包括RNA聚合酶、转录因子和DNA序列三个方面。
RNA聚合酶是转录过程中最核心的分子因子之一，它通过特定的基序与DNA上的启动子结合，寻找到正确的起始位置，然后开始合成RNA链。
RNA聚合酶包括多种亚型，每一种亚型都负责合成不同类型的RNA，如RNA pol I主要合成rRNA，RNA pol II合成mRNA，RNA pol III合成小RNA等。
在RNA合成过程中，转录因子也起着至关重要的作用。
转录因子包括翻译因子、启动因子、调节因子等多种类型，它们与RNA聚合酶和DNA序列相互作用，参与转录基因的调控和表达。
除了RNA聚合酶和转录因子以外，DNA序列本身也对于转录过程有着很大的影响。
DNA上的启动子和增强子等特殊序列可以启动和调节基因的转录。
此外，DNA上的甲基化等化学修饰也可以影响转录的进行。
二、翻译的分子机制和调控翻译是指利用核糖体将信息载体mRNA上的编码信息转化成蛋白质的过程。
翻译的分子机制同样十分复杂，主要包括mRNA、tRNA、核糖体等多个分子因素。
在翻译过程中，mRNA起着信息传递的作用，每个mRNA分子都含有一个编码信息序列，其中每三个核苷酸对应一个氨基酸。
tRNA是翻译过程中的另一个关键分子，它们通过特定的氨基酰tRNA合成酶与相应的氨基酸结合，然后与mRNA上的相应编码序列识别配对，将氨基酸带入核糖体中参与蛋白质的合成。
核糖体是翻译过程中最核心的分子因子之一，它通过多个组成部分的配合，将tRNA上的氨基酸逐个组合成成链，合成出完整的多肽序列。
基因转录调节在细胞分化中的作用
基因转录调节在细胞分化中的作用随着时间的推移，细胞会通过分化成为不同种类的细胞，从而构成更加复杂的生物体系。
在这个过程中，基因转录调节起着至关重要的作用。
本文将探讨基因转录调节在细胞分化中的作用。
一、基因转录调节的类型基因转录调节分为两种类型：转录激活和转录抑制。
这两种类型的作用取决于调节因子的结合位置和分子机制。
转录激活通常发生在DNA上的启动子区域，通过激活转录因子和辅助蛋白的结合来促进基因的转录。
转录因子的结合位点是一个高度保守的序列，它通常包含核心序列，如TATA盒或CAAT盒。
调节蛋白也可以通过与转录因子的相互作用来发挥其转录激活作用。
转录抑制通常需要一种新的蛋白质，例如转录抑制子或转录因子的特定的抑制亚型。
这些蛋白质可以通过和调节蛋白互相作用，来限制基因的转录。
在某些情况下，调节蛋白本身可以直接限制转录。
二、在细胞分化的过程中，不同类型的细胞表现出不同的转录调节模式。
调节因子在特定的时间和位置上启动和关闭基因表达，从而促进细胞分化。
通过改变特定基因和转录因子的表达量，调节因子可以启动复杂的信号通路，进而驱动细胞分化。
在细胞分化和发育过程中，包括转录因子、miRNA和lncRNA基因转录调节分子在内的多种分子可以对特定基因的表达进行调节。
这些分子可以通过直接或间接的方式影响基因表达，从而促进行的细胞分化。
例如，在神经元分化中，基因转录调节因子Ngn1通过激活神经元特异基因的表达来推动交替二型神经元的生成。
此外，越来越多的研究表明microRNA（miRNA）和长链非编码RNA （lncRNA）也在神经元分化中担任了重要的角色。
由于基因转录调节的复杂性，研究人员通常采用基因编辑技术和复杂的转录组学分析方法，以深入探索细胞分化过程中的细节。
三、结论基因转录调节在细胞分化中的作用是非常关键的，并且它们的机制和作用还在进一步探索中。
改善对基因转录调节的理解和应用，不仅可以帮助我们更好地理解细胞分化的过程，而且可以为生物医学研究和医学治疗提供更严谨和细致的基础。
细胞分化与组织发生的调控机制
细胞分化与组织发生的调控机制细胞分化和组织发生是生物学中极其重要的两个过程，它们直接决定了生物体的发育和功能。
在不同的发育阶段和生理环境下，细胞分化和组织发生的调控机制也是非常复杂和精细的。
下面就从细胞分化和组织发生两个方面来谈谈它们的调控机制。
一、细胞分化的调控机制细胞分化是指干细胞通过一系列调控机制，最终转化成为特定的细胞类型，从而担负不同的功能和任务。
在这个过程中，主要涉及到基因表达、信号转导和外部环境的影响等方面。
1.基因表达的调控在细胞分化的过程中，关键的一步就是基因表达的调控。
基因表达是指DNA中存储的遗传信息，通过转录和翻译过程最终转化成为蛋白质形式表达出来。
因此，通过调控基因转录或翻译的过程，可以控制特定蛋白质的产生，从而影响细胞分化的过程。
在基因表达调控中，主要涉及到一些转录因子和细胞因子的参与。
转录因子是一类特殊的蛋白质，它们可以结合到DNA上的特定区域，从而激活或抑制基因的转录。
同时，细胞因子也可以通过信号转导途径激活或抑制基因的表达，从而影响细胞分化。
2.信号转导途径的调控信号转导途径是指细胞内外发生的分子信号在细胞内产生级联反应，最终影响基因表达和细胞生理活动的过程。
在细胞分化的过程中，各种信号转导途径如细胞摆脱生长抑制、调节基因表达等，都扮演着非常重要的角色。
例如，在干细胞向神经元分化的过程中，神经调节因子可以通过激活活性蛋白激酶C（PKC）途径，从而诱导神经元特有的基因表达。
此外，Wnt途径、Notch 途径等都是细胞分化过程中重要的信号分子。
3.外部环境的影响细胞分化的调控还受到外部环境的影响。
外部环境包括细胞外基质、浓度、氧气浓度、细胞与细胞之间的相互作用以及由体液和消化等过程产生的化学物质等，这些都会对细胞的行为产生一定的影响，最终影响细胞的分化。
例如，胚胎发育过程中，不同的外部环境如细胞与基质的相互作用、化学信号等都会影响干细胞的分化。
此外，细胞外分泌因子如生长因子、趋化因子等也可以通过直接影响细胞分化，使细胞最终分化为不同的细胞类型。
第三章细胞分化的分子机制——转录后的调控
（三）、mRNA向核外的运输
• 推测：RNA在核基质内完成转录和加工，然后将 mRNA运输到核膜孔，由此运出核外，但机制尚不 十分清楚。 • 然而，已知细胞分化中基因选择性表达调控的另 一种方式是细胞核以何种方式处理mRNA前体，通 过调控，有的mRNA运出核外，有的不能运出；
• 已发现：一种特殊的病毒蛋白对于mRNA运输是必 需的。
• 平衡调节机制：
两者竞争翻译起始因子 β珠蛋白mRNA具有更强的与 翻译起始因子结合的能力
4. RNA编辑
RNA编辑是指在已有的RNA 分子上改变（缺失、插入 或置换）一个特定的碱基 以改变遗传信息，使翻译 生成的蛋白质氨基酸组成， 不同于基因序列中原有的 编码信息
血清脂质携带蛋白
5、翻译后水平上的调控
rabbit 3’
β -珠蛋白RNA的3’UTR中含有3个C富集区，稳定，半衰期17h
一种生长因子mRNA的半寿期不超过30min
3. 激素对特定mRNA稳定性的影响
如Prolactin（泌乳刺激素）仅提高牛的casein（酪蛋白）基 因转录水平2倍，提高其mRNA寿命25倍，使mRNA更多次 的翻译。
（二）、前体mRNA的加工对 早期发育的调控
海胆：
• 囊胚期与长腕幼虫期细胞nRNA相同； • 囊胚期处于转录激活状态的DNA序列与长腕幼虫期 完全一致； • 随着发育进程由基因组DNA的转录所产生的细胞质 mRNA的复杂性逐渐减小；
• 早期胚胎发育的调控机制：存在加工水平的差异
早期发育对RNA信息的选择——不同类型细胞 对nRNA的选择不同
三、翻译和翻译后调控的机制
1、卵母细胞中翻译调控机制的假说
mRNA masking（掩蔽）: mRNA与其它蛋白结合成ribonucleoprotein (RNP) complex,阻止与核糖体结合；卵成熟或受精后，离子强度改变或 蛋白磷酸化等导致RNP不稳定/解体，翻译得以进行。 5’ Cap（7-甲基鸟苷酸）的调控：如某些种类(蛾)，其卵中的部分mRNA 的5`-鸟苷酸在受精后才甲基化，然后开始翻译。 mRNA sequester（隐蔽）: 指mRNA被阻隔于蛋白合成装置。如海胆未受 精卵的组蛋白 mRNA定位于原核中，受精后原核破裂，mRNA才能进入胞质 开始翻译。 Poly(A)对翻译的调控：卵母细胞减数分裂成熟前后，mRNA polyA的长度 发生变化（由3’UTR调控）。带长polyA的mRNA具翻译活性 翻译效率的调控：如将海胆卵母细胞裂解液的pH从自然状态下的pH6.9提 高到pH7.4（受精后自然状态下的pH）,蛋白质合成量急剧增加。受精后 pH升高的作用可能包括去除mRNA的封闭蛋白和激活翻译起始因子。
细胞分化的分子机制转录和转录
• 个体发育的中心问题是细胞分化，研究细胞分化的分子机制是探索发育机制的基础。
• 细胞分化是指多细胞有机体的细胞从简单、原始的状态到复杂和异样化的方向发展的过程，是通过细胞分 裂产生结构和功能有稳定差异的过程。
细胞分化
概述
• 在多细胞生物体内，每个细胞都有一定的性状，即细胞特定基因型在一定的环境条件下的表现，也称为细 胞表型。
一般核移植过程
核克隆过程
Dolly的诞生
• 克隆羊Dolly的诞生（1997）对于说明 体细胞核发育的全能性具有特别重要的 意义。
• 这是人类首次成功的用哺乳动物体细胞成年母羊乳腺上皮细胞核为供体，经过 多次核移植而获得的后代。
• 随后，克隆猴、克隆牛等一系列动物的 研究获得了成功。
Dolly的标本和伊恩博士
• 瘿[yǐng]蝇在细胞核分裂至16个时，其中14个核中有32条染色体消失，仅保留8条染色体。拥有这些核的 细胞不具有完整的基因组DNA，将分化产生瘿蝇成体的体细胞，而拥有其余两个核的细胞发育成为生殖细 胞。
三、基因组相同的例外——基因组的改变
• B淋巴细胞：分化过程中发生免疫球蛋白基因重排使基因组发生改变。原来胚胎细胞基因组中不相连的 DNA片段通过切接去掉一些DNA片段，重新装配形成抗体轻链可变区基因和重链可变区基因。此外，在B 淋巴细胞分化过程中恒定区基因发生类型转换，这两种因素使得每个B淋巴细胞都具有独特的基因组，能够 合成特异性抗体。
第一节 基因组相同和基因差异表达
• 多细胞有机体具有许多形态、功能和生物化学组成不同的细胞。这些不同的细胞都来自于一个共同的始祖 细胞——受精卵。
• 这些不同的组织细胞虽然具有相同的基因结构，但由于基因表达受到复杂的调控，发生差别基因转录，继 而合成组织专一性蛋白质，出现细胞形态和功能的分化。
细胞分化的机制
细胞分化的机制细胞分化是指在多细胞生物体内，由一种原始细胞分化为不同类型的细胞的过程。
这个过程涉及到遗传信息的表达和调控，从而使得细胞能够发展成不同的组织和器官。
细胞分化的机制涉及到多种因素，包括基因调控、信号通路和表观遗传学等。
本文将分别介绍这些机制以及它们在细胞分化中的作用。
一、基因调控基因调控是细胞分化的重要机制之一。
在细胞分化过程中，一部分基因的表达会被抑制，而另一部分基因的表达则会被激活。
这种差异的基因表达模式决定了不同细胞类型的特征。
基因调控通过转录因子和调节元件来实现。
转录因子是一类能够结合到DNA上的蛋白质，它们能够激活或抑制特定基因的转录。
在细胞分化过程中，转录因子起到了调节细胞特异性基因表达的关键作用。
例如，在胚胎发育过程中，一些特定的转录因子会结合到细胞特异性基因的启动子上，激活这些基因的转录，从而使得细胞逐渐分化为不同类型的细胞。
除了转录因子，调节元件也参与到基因调控中。
调节元件是位于基因上游或下游的DNA序列，它们可以调节基因的转录。
通过与转录因子相互作用，调节元件能够影响转录因子对基因的结合能力，从而调控基因的表达水平。
这种调控机制在细胞分化中起到了重要的作用。
二、信号通路信号通路在细胞分化过程中具有重要的作用。
细胞通过信号通路来接收和传递外界信号，从而调控基因表达和细胞命运的决定。
一个典型的信号通路包括信号分子、受体和下游信号传导分子。
信号分子是由细胞外分泌的物质，它们通过结合到细胞表面的受体上，激活受体内部的信号传导分子。
这些信号传导分子会进一步传递信号，最终调控基因的表达和细胞的分化。
例如，胰岛素信号通路在胰岛素分泌和血糖水平调节中起到重要的作用。
胰岛素是由胰岛β细胞分泌的一种激素，它能够降低血糖水平。
胰岛素结合到细胞表面的胰岛素受体上，激活下游信号传导分子，进而促使胰岛β细胞分泌胰岛素。
三、表观遗传学表观遗传学是指在细胞分化过程中，细胞的基因组结构和功能发生改变的过程。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
4. RNA编辑 编辑
RNA编辑是指在已有的RNA 分子上改变（缺失、插入 或置换）一个特定的碱基 以改变遗传信息，使翻译 生成的蛋白质氨基酸组成， 不同于基因序列中原有的 编码信息
血清脂质携带蛋白
翻译后水平上的调控 5、翻译后水平上的调控
一条长链被剪切并除去部分而激活, 胰岛素; 一条长链被剪切并除去部分而激活 胰岛素 除去某些保护/抑制性片段而激活， 除去某些保护 抑制性片段而激活，Dorsal; 抑制性片段而激活 特定的亚细胞定位，膜蛋白、核蛋白等 特定的亚细胞定位，膜蛋白、核蛋白等; 与其它蛋白质一起装配成为功能单位，血红蛋白； 与其它蛋白质一起装配成为功能单位，血红蛋白； 与某些离子结合而激活，钙调蛋白 与某些离子结合而激活，钙调蛋白; 通过蛋白质修饰（磷酸化、乙酰化）而激活，鱼精蛋白、 通过蛋白质修饰（磷酸化、乙酰化）而激活，鱼精蛋白、 晶体蛋白。 晶体蛋白。
3. 血红蛋白翻译水平的调控 • 成体血红蛋白
•
2n中 2n中，4α和2β珠蛋白基因→4肽链2α/2β 珠蛋白基因→ 肽链2α/2β
α- mRNA:β- mRNA = 1.4:1 mRNA: 珠蛋白: α珠蛋白:β珠蛋白 = 1:1
• 平衡调节机制： 平衡调节机制：
两者竞争翻译起始因子 珠蛋白mRNA mRNA具有更强的与 β珠蛋白mRNA具有更强的与 翻译起始因子结合的能力
Poly(A)对翻译的调控： 对翻译的调控： 对翻译的调控 在小鼠的未成熟卵母 细胞质中可以翻译的 mRNA具有较长的 具有较长的poly(A), 具有较长的 减数成熟分裂后poly(A)降 减数成熟分裂后 降 翻译终止。 解，翻译终止。 在减数成熟分裂前不 表达的mRNA的poly(A)较 表达的 的 较 但其3`UTR具 短(15-90A), 但其 具 有胞质多聚腺苷酸化信号 序列(CPEs)(UUUUAU in 序列 mice and frogs)。减数成 。 熟分裂后这些 mRNA迅速 迅速 加上一个长的polyA,开始 加上一个长的 开始 翻译。 翻译。
FEM-3是精子发育所必需的一种蛋白质，如果 fem-3 mRNA翻译活性被抑制，生殖细胞→卵子； 在幼虫四龄时， fem-3 mRNA 3’UTR区结合翻译 抑制因子（TRA-2），
tra-2 mRNA的3’UTR区含有2个区
域，它们可能结合在幼虫精子发 生时合成的抑制蛋白；如果这两 个区域突变，精子不能形成
UAG UAA UGA
2. mRNA寿命的不同对蛋白质合成的调控 —— 寿命的不同对蛋白质合成的调控
通过mRNA的选择性降解和 的选择性降解和mRNA稳定性不同调控蛋白质的合成 通过 的选择性降解和 稳定性不同调控蛋白质的合成 不同基因的mRNA的半衰期不同，主要受其3`UTR控制。短寿命 的半衰期不同，主要受其 控制。 不同基因的 的半衰期不同 控制 短寿命mRNA 通常含有一个或多个AU富集区 降解。 的3’UTR通常含有一个或多个 富集区，其作用是促进 通常含有一个或多个 富集区，其作用是促进Poly(A)降解。 降解
早期发育对RNA信息的选择——不同类型细胞 对nRNA的选择不同
Ect En/mes
核酸保护实验(放射性 核酸保护实验 放射性intron或 放射性 或 exon探针与总 探针与总RNA杂交后再 探针与总 杂交后再 RNase消化 表明：海胆钙结合 消化)表明 消化 表明： 蛋白基因CyIIIa在原肠胚的外 蛋白基因 在原肠胚的外 胚层中表达
（二）、前体mRNA的加工对 早期发育的调控
海胆：
• 囊胚期与长腕幼虫期细胞nRNA相同； 囊胚期与长腕幼虫期细胞nRNA相同； nRNA相同 • 囊胚期处于转录激活状态的DNA序列与长腕幼虫期 囊胚期处于转录激活状态的DNA序列与长腕幼虫期 DNA 完全一致； 完全一致； • 随着发育进程由基因组DNA的转录所产生的细胞质 随着发育进程由基因组DNA的转录所产生的细胞质 DNA mRNA的复杂性逐渐减小 的复杂性逐渐减小； mRNA的复杂性逐渐减小； • 早期胚胎发育的调控机制：存在加工水平的差异 早期胚胎发育的调控机制：
rabbit 3’ 中含有3个 富集区 稳定，半衰期17h 富集区， β-珠蛋白RNA的3’UTR中含有 个C富集区，稳定，半衰期 珠蛋白 的 中含有 一种生长因子mRNA的半寿期不超过 的半寿期不超过30min 一种生长因子 的半寿期不超过
mRNA降解性能的差异可以影响细胞的功能 降解性能的差异可以影响细胞的功能
三、翻译和翻译后调控的机制
1、卵母细胞中翻译调控机制的假说 卵母细胞中翻译调控机制的假说
masking（掩蔽） mRNA与其它蛋白结合成 与其它蛋白结合成ribonucleoprotein mRNA masking（掩蔽）: mRNA与其它蛋白结合成ribonucleoprotein complex,阻止与核糖体结合 卵成熟或受精后， 阻止与核糖体结合； (RNP) complex,阻止与核糖体结合；卵成熟或受精后，离子强度改变或 蛋白磷酸化等导致RNP不稳定/解体，翻译得以进行。 RNP不稳定 蛋白磷酸化等导致RNP不稳定/解体，翻译得以进行。 Cap（ 甲基鸟苷酸）的调控：如某些种类( 其卵中的部分mRNA 5’ Cap（7-甲基鸟苷酸）的调控：如某些种类(蛾)，其卵中的部分mRNA 5`-鸟苷酸在受精后才甲基化，然后开始翻译。 的5`-鸟苷酸在受精后才甲基化，然后开始翻译。 sequester（隐蔽） mRNA被阻隔于蛋白合成装置 被阻隔于蛋白合成装置。 mRNA sequester（隐蔽）: 指mRNA被阻隔于蛋白合成装置。如海胆未受 精卵的组蛋白 mRNA定位于原核中 受精后原核破裂，mRNA才能进入胞质 定位于原核中， 精卵的组蛋白 mRNA定位于原核中，受精后原核破裂，mRNA才能进入胞质 开始翻译。 开始翻译。 Poly(A)对翻译的调控 卵母细胞减数分裂成熟前后， 对翻译的调控： polyA的长度 Poly(A)对翻译的调控：卵母细胞减数分裂成熟前后，mRNA polyA的长度 发生变化（ UTR调控）。带长polyA的 发生变化（由3’UTR调控）。带长polyA的mRNA具翻译活性 UTR调控）。带长polyA mRNA具翻译活性 翻译效率的调控：如将海胆卵母细胞裂解液的pH从自然状态下的pH6.9 pH从自然状态下的pH6.9提 翻译效率的调控：如将海胆卵母细胞裂解液的pH从自然状态下的pH6.9提 高到pH7.4 受精后自然状态下的pH 蛋白质合成量急剧增加。 pH7.4（ pH） 高到pH7.4（受精后自然状态下的pH）,蛋白质合成量急剧增加。受精后 pH升高的作用可能包括去除mRNA的封闭蛋白和激活翻译起始因子。 升高的作用可能包括去除mRNA的封闭蛋白和激活翻译起始因子 pH升高的作用可能包括去除mRNA的封闭蛋白和激活翻译起始因子。
二、RNA加工水平的调控
（一）、同一基因的初始转录物（nRNA） ）、同一基因的初始转录物（nRNA） 同一基因的初始转录物 经选择性拼接可产生不同的成熟RNA 经选择性拼接可产生不同的成熟RNA
原肌球蛋白基因
α-原肌球蛋白基因
重链可变区（抗原结合区）在淋巴细胞形成过程中，发生基因重 排（DNA水平） 重链恒定区发生分子转换，该模式通过RNA加工完成
（三）、mRNA向核外的运输
• 推测：RNA在核基质内完成转录和加工，然后将 mRNA运输到核膜孔，由此运出核外，但机制尚不 十分清楚。 • 然而，已知细胞分化中基因选择性表达调控的另 一种方式是细胞核以何种方式处理mRNA前体，通 过调控，有的mRNA运出核外，有的不能运出； • 已发现：一种特殊的病毒蛋白对于mRNA运输是必 需的。
C-fos mRNA
5’UTR
coding sequence
3’UTR
成纤维细胞
AU富集区 富集区
肿瘤细胞
c-fos基因编码正常成纤维细胞分裂必需的一种蛋白质
3. 激素对特定 激素对特定mRNA稳定性的影响 稳定性的影响
如Prolactin（泌乳刺激素）仅提高牛的 （泌乳刺激素）仅提高牛的casein（酪蛋白）基 （酪蛋白） 因转录水平2倍 提高其mRNA寿命 倍，使mRNA更多次 寿命25倍 因转录水平 倍，提高其 寿命 更多次 的翻译。 的翻译。
二、早期发育 中母体效应因 子的影响
1、卵母细胞中合成并贮藏 大量的发育信息（mRNA和 蛋白质），这些信息在排 卵以前至早期发育过程中 逐渐被利用； 2、每个卵母细胞中贮藏 20 000 – 50 000种不同的 mRNA，每种mRNA大约1 600个拷贝； 3、贮藏的信息在卵细胞中 梯度分布或者均匀分布
RNA加工前三个胚层中的 加工前三个胚层中的 RNA量无差异。 量无差异 加工后的RNA主要存在于 主要存在于 加工后的 外胚层中。 外胚层中。
nRNA
核酸run-on(在膜上固定 在膜上固定intron序列与放射性 核酸 在膜上固定 序列与放射性 RNA探针杂交 实验表明：Spec1基因在原肠胚 探针杂交)实验表明 探针杂交 实验表明： 基因在原肠胚 的内、 外胚层细胞核中都表达， 的内、中、外胚层细胞核中都表达，但成熟的 Spec1 mRNA只存在于外胚层中。 只存在于外胚层中。 只存在于外胚层中
第三章 细胞分化的分子机制 —— 转录后的调控
第一节 RNA加工水平的调控 RNA加工水平的调控
大多数编码细胞特异性蛋白质的基因选择性表达的调控主要发 生在转录水平，但转录后调控对决定蛋白质结构和功能重要 真核生物： DNA → nRNA（核）→ mRNA （质）
一、nRNA） ）、异质性核RNA（hnRNA） 异质性核RNA 由于转录模板不同， 由于转录模板不同，nRNA的长度和性质差别较大 的长度和性质差别较大 分子量： nRNA﹥mRNA； 半寿期： nRNA﹤ mRNA； 复杂性： hnRNA﹥mRNA，核苷酸序列多样性
2. 秀丽隐杆线虫发育的翻译调控
—— mRNA 3’UTR调控配子的决定 调控配子的决定