【精品课件】细胞的分化与基因的表达调控
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Chapter 13 Cell differentiation and regulation
13.1 个体发育与细胞分化
13.1.1 个体发育(individual development)
从受精卵形成胚胎，而后胚胎生长发育成个体 的过程称为个体发育。从形态上看，个体发育 过 程 经 历 生 长 (growth) 、 分 化 (differentiation) 和 形 态 发 生 (morphogenesis)。
组织特异性(Tissue-specific gene)表达基因∶ 或称为奢侈基因(luxury gene)。这类基因与各 类细胞的特殊性有直接的关系,是在各种组织中 进行不同的选择性表达的基因。 细胞分化主要是奢侈基因中某种(或某些)特定 基因的选择性表达的结果。
基 因 的 选 择 性 表 达
分化细胞具有以下四个特点： 个体中所有不同种类的细胞的遗传背景完全
再生(regeneration)
生物体的整体或器官受外力作用发生创 伤而部分丢失,在剩余部分的基础上又生 长出与丢失部分在形态与功能上相同的 结构,这一修复过程称为再生。 再分化是再生的基础,在再生过程中, 有 些细胞首先要发生去分化,然后发生再分 化,形成失去的器官或组织。
13.1.3 干细胞 Fra Baidu bibliotekstem cell)
制造精原细胞
胚胎干细胞 诱导体细胞转变为干细胞
2007,11 美国,日本成功实现皮肤细胞转 变为干细胞
2007诺贝尔生理医学奖 基因打靶技术研究
基因剔除老鼠实验 利用小老鼠胚胎干细胞进行基因打靶技术
细胞在其分化过程中,常常由于高度分化而 完全失去再分裂的能力,最终衰老死亡.为了 弥补不足,机体保留了部分未分化的原始细 胞,一旦生理需要,细胞可以按照发育途径产 生分化细胞.这类具有自我更新和分化潜能 的细胞是干细胞.
干细胞及其类型
干细胞是一类成熟较慢但能自我维持增 殖的未分化的细胞，这种细胞存在于各 种组织的特定位置上，一旦需要,这些细 胞便可按发育途径,先进行细胞分裂, 然 后经过分化产生出另外一群有限而分裂 迅速的细胞群。
– 60年代的爪蟾和80年代小鼠的核移殖， 90年代末多利羊的诞生都证明了分化细胞 具有完整的DNA。
全能性(totipotency)
分化细胞保留着全部的核基因组,它具有 生物个体生长、发育所需要的全部遗传 信息,即能够表达本身基因库中的任何一 种基因,也就是说分化细胞具有发育为完 整个体的潜能,称为全能性。
海胆 受精 作用
13.1.1 个体发育
胚胎发生
受精后，受精卵经过多次有丝分裂，形成许多分 裂球，这个过程叫卵裂。它与体细胞有丝分裂比 较具有以下三个特点： 细胞增殖， 伴随着一定程度的卵内物质的重新分 配，而无细胞生长；核质比例越来越大；
细胞间期较短，分裂快，迅速形成囊胚。 经过囊胚期(blastula)之后,进入原肠胚(gastrula), 这是分化发展的过程。
蛙的胚胎发育
Embryogenes is
胎儿的发育
13.1.1 个体发育
胚后发育 这一时期在脊椎动物方面, 主要是各组 织的干细胞系的增殖和分化, 发育成为成 熟的个体。在种子植物方面, 种子萌发, 生长发育成为一个植物体。
13.1.2 细胞分化
在个体发育中, 细胞的后代在形态、结构 和功能上发生差异的过程称为细胞分化 (differentiation)，细胞分化时的主要特 征是细胞出现不同的形态结构和合成组织特 异性蛋白质，演变成特定表型的细胞类型。 其本质是基因选择性表达的结果，即基因表 达调控的结果。
Human Development
Zygote ~100,000 billion cells Mature adult
Maintains cell number with some turnover
细胞分化的基因控制
看家基因(House-keeping gene)∶是维持细 胞最低限度功能所不可少的基因,如编码组蛋白 基因、编码核糖体蛋白基因、线粒体蛋白基因、 糖酵解酶的基因等。
配子发生
受精(fertilization)
胚胎发生
胚后发育
13.1.1 个体发育
配子发生(gamete genesis) 雌雄生殖细胞的发生都要经过三个时期, 即 增殖期、生长期和成熟分裂期。
配 子 的 发 生
13.1.1 个体发育
受精(fertilization) 受精是成熟的精子与成熟的卵子相遇, 两者 相 互 作 用 后 , 经 过 顶 体 反 应 (acrosomal reaction)、皮层反应(cortical reaction)、 原核融合(pronuclei fussion)等过程,受精 作用结束。
Dedifferentiation Redifferentiation Regeneration
脱分化(dedifferentiation)
脱分化,又称去分化,是指分化细胞失去了 特有的结构和功能变为具有未分化细胞 特性的过程。在动物中,去分化细胞具有 胚胎间质细胞的功能。在植物中, 去分化 细胞成为薄壁细胞,称为愈伤组织 (callus))。去分化往往随之又发生再分化 (redifferentiation)。
干细胞具有以下几个特点:
①干细胞本身不是终末分化细胞(即干细胞不是处 于分化途径的终端); ②干细胞能无限地分裂; ③干细胞分裂产生的子细胞只能在两种途径中选 择其一:或保持亲代特征,仍作为干细胞,或不可逆 地向终末分化。 干细胞可以分为专能干细胞和多能干细胞。
①专能干细胞 ②多能干细胞
血液干细胞 ➢ 骨髓细胞制造早期精虫细胞 ➢ 女性骨髓干细胞同样可以制造精原细胞 ➢ 雌性小老鼠已经实现骨髓干细胞同样可以
一样。 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。 细胞分化中最显著的特点是分化状态的稳定
性。 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。
全能性 totipotency
Stem cell
植物细胞的全能性
成熟动物细胞不具备全能性。
13.1 个体发育与细胞分化
13.1.1 个体发育(individual development)
从受精卵形成胚胎，而后胚胎生长发育成个体 的过程称为个体发育。从形态上看，个体发育 过 程 经 历 生 长 (growth) 、 分 化 (differentiation) 和 形 态 发 生 (morphogenesis)。
组织特异性(Tissue-specific gene)表达基因∶ 或称为奢侈基因(luxury gene)。这类基因与各 类细胞的特殊性有直接的关系,是在各种组织中 进行不同的选择性表达的基因。 细胞分化主要是奢侈基因中某种(或某些)特定 基因的选择性表达的结果。
基 因 的 选 择 性 表 达
分化细胞具有以下四个特点： 个体中所有不同种类的细胞的遗传背景完全
再生(regeneration)
生物体的整体或器官受外力作用发生创 伤而部分丢失,在剩余部分的基础上又生 长出与丢失部分在形态与功能上相同的 结构,这一修复过程称为再生。 再分化是再生的基础,在再生过程中, 有 些细胞首先要发生去分化,然后发生再分 化,形成失去的器官或组织。
13.1.3 干细胞 Fra Baidu bibliotekstem cell)
制造精原细胞
胚胎干细胞 诱导体细胞转变为干细胞
2007,11 美国,日本成功实现皮肤细胞转 变为干细胞
2007诺贝尔生理医学奖 基因打靶技术研究
基因剔除老鼠实验 利用小老鼠胚胎干细胞进行基因打靶技术
细胞在其分化过程中,常常由于高度分化而 完全失去再分裂的能力,最终衰老死亡.为了 弥补不足,机体保留了部分未分化的原始细 胞,一旦生理需要,细胞可以按照发育途径产 生分化细胞.这类具有自我更新和分化潜能 的细胞是干细胞.
干细胞及其类型
干细胞是一类成熟较慢但能自我维持增 殖的未分化的细胞，这种细胞存在于各 种组织的特定位置上，一旦需要,这些细 胞便可按发育途径,先进行细胞分裂, 然 后经过分化产生出另外一群有限而分裂 迅速的细胞群。
– 60年代的爪蟾和80年代小鼠的核移殖， 90年代末多利羊的诞生都证明了分化细胞 具有完整的DNA。
全能性(totipotency)
分化细胞保留着全部的核基因组,它具有 生物个体生长、发育所需要的全部遗传 信息,即能够表达本身基因库中的任何一 种基因,也就是说分化细胞具有发育为完 整个体的潜能,称为全能性。
海胆 受精 作用
13.1.1 个体发育
胚胎发生
受精后，受精卵经过多次有丝分裂，形成许多分 裂球，这个过程叫卵裂。它与体细胞有丝分裂比 较具有以下三个特点： 细胞增殖， 伴随着一定程度的卵内物质的重新分 配，而无细胞生长；核质比例越来越大；
细胞间期较短，分裂快，迅速形成囊胚。 经过囊胚期(blastula)之后,进入原肠胚(gastrula), 这是分化发展的过程。
蛙的胚胎发育
Embryogenes is
胎儿的发育
13.1.1 个体发育
胚后发育 这一时期在脊椎动物方面, 主要是各组 织的干细胞系的增殖和分化, 发育成为成 熟的个体。在种子植物方面, 种子萌发, 生长发育成为一个植物体。
13.1.2 细胞分化
在个体发育中, 细胞的后代在形态、结构 和功能上发生差异的过程称为细胞分化 (differentiation)，细胞分化时的主要特 征是细胞出现不同的形态结构和合成组织特 异性蛋白质，演变成特定表型的细胞类型。 其本质是基因选择性表达的结果，即基因表 达调控的结果。
Human Development
Zygote ~100,000 billion cells Mature adult
Maintains cell number with some turnover
细胞分化的基因控制
看家基因(House-keeping gene)∶是维持细 胞最低限度功能所不可少的基因,如编码组蛋白 基因、编码核糖体蛋白基因、线粒体蛋白基因、 糖酵解酶的基因等。
配子发生
受精(fertilization)
胚胎发生
胚后发育
13.1.1 个体发育
配子发生(gamete genesis) 雌雄生殖细胞的发生都要经过三个时期, 即 增殖期、生长期和成熟分裂期。
配 子 的 发 生
13.1.1 个体发育
受精(fertilization) 受精是成熟的精子与成熟的卵子相遇, 两者 相 互 作 用 后 , 经 过 顶 体 反 应 (acrosomal reaction)、皮层反应(cortical reaction)、 原核融合(pronuclei fussion)等过程,受精 作用结束。
Dedifferentiation Redifferentiation Regeneration
脱分化(dedifferentiation)
脱分化,又称去分化,是指分化细胞失去了 特有的结构和功能变为具有未分化细胞 特性的过程。在动物中,去分化细胞具有 胚胎间质细胞的功能。在植物中, 去分化 细胞成为薄壁细胞,称为愈伤组织 (callus))。去分化往往随之又发生再分化 (redifferentiation)。
干细胞具有以下几个特点:
①干细胞本身不是终末分化细胞(即干细胞不是处 于分化途径的终端); ②干细胞能无限地分裂; ③干细胞分裂产生的子细胞只能在两种途径中选 择其一:或保持亲代特征,仍作为干细胞,或不可逆 地向终末分化。 干细胞可以分为专能干细胞和多能干细胞。
①专能干细胞 ②多能干细胞
血液干细胞 ➢ 骨髓细胞制造早期精虫细胞 ➢ 女性骨髓干细胞同样可以制造精原细胞 ➢ 雌性小老鼠已经实现骨髓干细胞同样可以
一样。 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。 细胞分化中最显著的特点是分化状态的稳定
性。 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。
全能性 totipotency
Stem cell
植物细胞的全能性
成熟动物细胞不具备全能性。