细胞生物学第12章细胞分化与基因表达调控(精)

第十二章细胞分化与基因表达调控

一、基本概念

1、基本专业词汇 cell differentiation , cell determination , totipotency, pluripotency 、 unipotentce 、 luxury gene, house-keeping gene、 dedifferentiation 、trasdifferentiation

2、基本概念分化、去分化、细胞决定、管家基因、奢侈基因、细胞的全能性

二、重点和难点 :

(一有关概念

l 细胞分化受精卵产生的同源细胞,在形态、功能和蛋白质合成方面发生稳定性差异的过程。是选择性转录的结果。

2 细胞决定 (determination 胚胎三胚层期,在细胞之间出现可识别的形态和功能的差异之前, 细胞受到约束而向着特定的方向分化, 最终形成一定表型的细胞的能力; 是细胞潜能逐渐受限的过程, 是有关分化的基因选择性表达前的过渡阶段, 具有高度的遗传稳定性。

3 细胞全能性 (totipotency 是指单个细胞在一定条件下分化发育成为完整个体的能力。

4 全能性细胞应该具有完整的基因组,可以表达基因库中任何基因,分化形成该个体任何种类细胞,如受精卵表现出最高的全能性。

5 多能细胞 (pluripotency 受精卵发育到原肠胚细胞排列成三胚层后,分化潜能上开始出现一定的局限性, 倾向干只发育为本胚层的组织器官, 但仍具有发育成多种表型的能力的细胞。

6 单能细胞 (unipotentce 多能细胞经器官发生, 各种组织细胞在形态上特化、功能上专一化,这时的细胞从多能转为稳定的单能细胞。

7 细胞分化的实质细胞分化是基因选择性表达,产生特异性蛋白的过程

8 持家基因 (housekeepin gene 维持细胞最低限度的功能所不可缺少的基因,对细胞分化一般只起协助作用, 这类基因在各类细胞的任何时间中持续表达, 其表达不受时空的限制, 如编码细胞分裂等蛋白的基因,由这些基因编码的蛋白称为持家蛋白

9 奢侈基因 (luxury gene

与各种分化细胞的特殊性状有直接关系的基因, 丧失这种基因对细胞的生存并无直接影响.只在特定的分化细胞中表达,常受时间和空间的限制,如编码血虹蛋白的基因,由这些基因编码的蛋白称为奢侈蛋白。

l0 去分化 (dedifferentiation 已高度分化的细胞可以重新分裂而回复到未分化的状态, 丧失细胞分化的特点。

l1 转分化 (trasdifferentiation 即细胞从一种分化状态变为另一种分化状态。

l2 基因差异性表达 (differential gene express 在个体发育分化时过程中,这些基因并不全部表达,而是按一定的时空顺序转录生成不同的 mRNA ,翻译出不同的蛋白质,即决定细胞特殊性状的基因 (奢侈基因按一定顺序相继活化表达的现象。

l3 分化诱导 (differentiation induction 在胚胎发育过程中,一部分细胞对邻近细胞的形态发生影响,并决定其分化方向的作用。

l4 分化抑制 (differentiation inhibition 在胚胎发育过程中,分化的细胞受到邻近的细胞产生的抑制物质的影响,其作用与诱导相对。

第一节细胞分化

一、细胞分化的基本概念

⒈细胞分化是基因选择性表达的结果

⒉组织特异性基因与当家基因

1 当家基因 (house-keeping genes:是指所有细胞中均要表达的一类基因,其产物是对维持细胞基本生命活动所必需的;

2 组织特异性基因 (tissue-specific genes,或称奢侈基因 (luxury genes:是指不同的细胞类型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异的功能;

3 调节基因产物用于调节组织特异性基因的表达,起激活或者起阻遏作用; ⒊组合调控引发组织特异性基因的表达

1 组合调控(combinational control概念: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。即每种类型的细胞分化是由多种调控蛋白共同调节完成的。

2 生物学作用:于组合调控, 一旦某种关键性基因调控蛋白与其它调控蛋白形成适当的调控蛋白组合,不仅可以将一种类型的细胞转化成另一种类型的细胞, 而且遵循类似的机制,甚至可以诱发整个器官的形成(如眼的发育。

3 分化启动机制:靠一种关键性调节蛋白通过对其他调节蛋白的级联启动⒋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。

⒌转分化与再生

1 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 。

2 转分化经历去分化(dedifferentiation 和再分化的过程。

3 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。

4 不同的细胞有机体,其再生能力有明显的差异。

二、影响细胞分化的因素

⒈细胞的全能性 (totipotency

1 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。

2 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

3 动物细胞核移植 (Nuclear transfer实验证明细胞核具有发育全能性

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

2. 干细胞 (Stem cell与细胞发育潜能

干细胞分化模式

胚胎干细胞 (embryo stem cell:具有分化成多种细胞类型及构建组织的潜能

造血干细胞

单能干细胞(monopotential cell

3. 影响细胞分化的因素