第十四章_细胞分化与基因表达调控分析
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根据干细胞所处的发育阶段分为胚胎干细胞 (embryonic stem cell，ES细胞)和成体干细胞 (somatic stem cell)。 胚胎干细胞(ESC)：从胚胎内细胞团或原始生殖细 胞筛选分离出的具有多能性或全能性的细胞。
根据干细胞的发育潜能分为三类： 全能干细胞(totipotent stem cell,TSC)-- ES细胞 多能干细胞（pluripotent stem cell）--成体干细胞 例：骨髓中造血干细胞 单能干细胞（unipotent stem cell
过程：去分化和再分化 去分化：指分化细胞失去其特有的结构和功能变 成具有未分化细胞特征的过程。 例植物愈伤组织，动物细胞核必须在卵细胞质中 去分化重编程。
再生(Regeneration) 再生（Regeneration）：指生物体缺失一部分后 发生重建的过程，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。
细胞类型 基因 卵清蛋白基因 β －珠蛋白基因 胰岛素基因
细胞总ＤＮＡ（ｓｏｕｔｈｅｒｎ杂交） 细胞总ＲＮＡ（ｎｏｒｔｈｅｒｎ杂交）
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
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分化的细胞虽然结构功能不同，但遗传信息相同。
（二）组织特异性基因与管家基因
的细胞类型经过细胞分裂逐渐产生在形态、结构和功能上
具有稳定性差异的不同细胞类群的过程。
永生细胞 （癌症）
去分化 增殖
细胞分化
细胞类型1 细胞类型2 细胞类型3 ……
细胞分化是个体正常行使功能的基础
(一)细胞分化是基因选择性表达的结果
不同类型的细胞在发育过程中表达一套特异 的基因，并且表达产物决定细胞的形态结构和功 能。 鸡不同细胞中基因表达的检测结果
（三）组合调控引发组织特异性基因的表达
多种调控蛋白共同调控完成分化
调控蛋白n 调控组合理论上启动分化的细胞类型2n 主导基因（起决定作用的1-2种）+其他调控基因 ↓ 一种类型细胞分化 ↓ 启动诱导分化更多的细胞类型 ↓ 器官形成
MyoD可使来自皮肤结缔组织的成纤维细 胞表现出骨骼肌细胞的特征。 组合调控，可将一种类型的细胞转化成另 一种类型的细胞，或诱发出整个器官的形 成。 例如在果蝇眼部器官的发育中，关键性的 调控蛋白Ey，可诱导腿中形成眼。
第十四章 细胞分化与基因表达调控
细胞分化（cell differentiation ）(重点） 癌细胞（cancer cell）
第一节 细胞分化
细胞分化的基本概念
影响细胞分化的因素
一. 细胞分化的基本概念
细胞分化(cell differentiation)：在个体发育中，由一种相同
干细胞 ①终生保持未分化或低分化特征； ②在机体的中的数目、位置相对恒定； ③具有自我更新能力； ④能无限制的分裂增殖； ⑤具有多向分化潜能； ⑥分裂的慢周期性，绝大多数干细胞处于 G0期； ⑦通过两种方式分裂，对称分裂和不对称 分裂。
(二)影响细胞分化的因素
1、胞外信号分子对细胞分化的影响 (1)细胞旁分泌 早期胚胎发育过程中，一部分细胞会影响 周围细胞使其向一定方向分化，这种作用 称为胚胎诱导。 通过细胞旁分泌产生的信号分子旁泌素来 实现的。
持家基因(house-keeping genes)：又称 管家基因，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。如微管蛋白基因、糖酵解酶 系基因与核糖体蛋白基因等。 始终保持着低水平的甲基化并且一直处于 活性转录状态。
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的形态结构 特征与特异的生理功能。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。 调节基因:（regulatory gene）少量，组合 调控（激活、阻遏） 细胞分化实质：组织特异性基因在时间与空 间上的差异表达。
如：水螅，从中部切断后能再生完整躯体；壁虎，
尾巴断后能重新长出。
不同生物再生能力规律：植物＞低等动物＞低龄
高等动物＞高龄高等动物
二、影响细胞分化的因素
(一)细胞的全能性与干细胞 1、全能性、多能性和单能性
正常生物体内的细胞依据分化能力分为四种类型：
全能细胞：受精卵
多能细胞：骨髓中的多功能造血干细胞（红细胞、
血小板、巨噬细胞）
专能细胞：精原细胞、卵原细胞
终末细胞：不能再分化的细胞例：神经细胞、肌肉
细胞
高等动物细胞随胚胎发育，先失去全能性→多能性 →单能性→终末分化。
干细胞：干细胞(stem cells, SC)是一类具有自 我复制能力(self-renewing)的多潜能细胞，在一 定条件下，它可以分化成多种功能细胞。是一种 未充分分化，尚不成熟的细胞，具有再生各种组 织器官和人体的潜在功能，医学界称为“万用细 胞”。 应用：细胞治疗、再生医学（组织器官移植）
（四）单细胞有机体的细胞分化
单细胞生物也存在细胞分化。较简单，可
作为研究材料
单细胞生物：为适应不同的生活环境。
多细胞生物：构建执行不同功能的组织与
器官，更加复杂。
（五）转分化与再生
1、转分化 一种类型的分化细胞转变成另一种类型的分化细 胞的现象。如：水母，其横纹肌细胞可转变成神 经细胞。
(2)激素调节
动植物体内都有激素，植物激素有生长激 素、赤霉素、细胞分裂素；动物激素，如 甲状腺素，肾上腺素和5-羟色胺等等。 性激素对性分化的影响。 蛙的变态，必须要有激素的参与。 昆虫的保幼激素和脱皮激素。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(3)胞外基质调节 细胞外基质对干细胞的增殖和分化具有诱导作用。 干细胞：IV型胶原和层粘连蛋白 ——上皮细胞； I型胶原和纤粘连蛋白 ——纤维细胞； II型胶原及软骨粘连蛋白 ——软骨细胞。 在发育与创伤组织中，透明质酸合成旺盛。
根据干细胞的发育潜能分为三类： 全能干细胞(totipotent stem cell,TSC)-- ES细胞 多能干细胞（pluripotent stem cell）--成体干细胞 例：骨髓中造血干细胞 单能干细胞（unipotent stem cell
过程：去分化和再分化 去分化：指分化细胞失去其特有的结构和功能变 成具有未分化细胞特征的过程。 例植物愈伤组织，动物细胞核必须在卵细胞质中 去分化重编程。
再生(Regeneration) 再生（Regeneration）：指生物体缺失一部分后 发生重建的过程，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。
细胞类型 基因 卵清蛋白基因 β －珠蛋白基因 胰岛素基因
细胞总ＤＮＡ（ｓｏｕｔｈｅｒｎ杂交） 细胞总ＲＮＡ（ｎｏｒｔｈｅｒｎ杂交）
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
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分化的细胞虽然结构功能不同，但遗传信息相同。
（二）组织特异性基因与管家基因
的细胞类型经过细胞分裂逐渐产生在形态、结构和功能上
具有稳定性差异的不同细胞类群的过程。
永生细胞 （癌症）
去分化 增殖
细胞分化
细胞类型1 细胞类型2 细胞类型3 ……
细胞分化是个体正常行使功能的基础
(一)细胞分化是基因选择性表达的结果
不同类型的细胞在发育过程中表达一套特异 的基因，并且表达产物决定细胞的形态结构和功 能。 鸡不同细胞中基因表达的检测结果
（三）组合调控引发组织特异性基因的表达
多种调控蛋白共同调控完成分化
调控蛋白n 调控组合理论上启动分化的细胞类型2n 主导基因（起决定作用的1-2种）+其他调控基因 ↓ 一种类型细胞分化 ↓ 启动诱导分化更多的细胞类型 ↓ 器官形成
MyoD可使来自皮肤结缔组织的成纤维细 胞表现出骨骼肌细胞的特征。 组合调控，可将一种类型的细胞转化成另 一种类型的细胞，或诱发出整个器官的形 成。 例如在果蝇眼部器官的发育中，关键性的 调控蛋白Ey，可诱导腿中形成眼。
第十四章 细胞分化与基因表达调控
细胞分化（cell differentiation ）(重点） 癌细胞（cancer cell）
第一节 细胞分化
细胞分化的基本概念
影响细胞分化的因素
一. 细胞分化的基本概念
细胞分化(cell differentiation)：在个体发育中，由一种相同
干细胞 ①终生保持未分化或低分化特征； ②在机体的中的数目、位置相对恒定； ③具有自我更新能力； ④能无限制的分裂增殖； ⑤具有多向分化潜能； ⑥分裂的慢周期性，绝大多数干细胞处于 G0期； ⑦通过两种方式分裂，对称分裂和不对称 分裂。
(二)影响细胞分化的因素
1、胞外信号分子对细胞分化的影响 (1)细胞旁分泌 早期胚胎发育过程中，一部分细胞会影响 周围细胞使其向一定方向分化，这种作用 称为胚胎诱导。 通过细胞旁分泌产生的信号分子旁泌素来 实现的。
持家基因(house-keeping genes)：又称 管家基因，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。如微管蛋白基因、糖酵解酶 系基因与核糖体蛋白基因等。 始终保持着低水平的甲基化并且一直处于 活性转录状态。
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的形态结构 特征与特异的生理功能。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。 调节基因:（regulatory gene）少量，组合 调控（激活、阻遏） 细胞分化实质：组织特异性基因在时间与空 间上的差异表达。
如：水螅，从中部切断后能再生完整躯体；壁虎，
尾巴断后能重新长出。
不同生物再生能力规律：植物＞低等动物＞低龄
高等动物＞高龄高等动物
二、影响细胞分化的因素
(一)细胞的全能性与干细胞 1、全能性、多能性和单能性
正常生物体内的细胞依据分化能力分为四种类型：
全能细胞：受精卵
多能细胞：骨髓中的多功能造血干细胞（红细胞、
血小板、巨噬细胞）
专能细胞：精原细胞、卵原细胞
终末细胞：不能再分化的细胞例：神经细胞、肌肉
细胞
高等动物细胞随胚胎发育，先失去全能性→多能性 →单能性→终末分化。
干细胞：干细胞(stem cells, SC)是一类具有自 我复制能力(self-renewing)的多潜能细胞，在一 定条件下，它可以分化成多种功能细胞。是一种 未充分分化，尚不成熟的细胞，具有再生各种组 织器官和人体的潜在功能，医学界称为“万用细 胞”。 应用：细胞治疗、再生医学（组织器官移植）
（四）单细胞有机体的细胞分化
单细胞生物也存在细胞分化。较简单，可
作为研究材料
单细胞生物：为适应不同的生活环境。
多细胞生物：构建执行不同功能的组织与
器官，更加复杂。
（五）转分化与再生
1、转分化 一种类型的分化细胞转变成另一种类型的分化细 胞的现象。如：水母，其横纹肌细胞可转变成神 经细胞。
(2)激素调节
动植物体内都有激素，植物激素有生长激 素、赤霉素、细胞分裂素；动物激素，如 甲状腺素，肾上腺素和5-羟色胺等等。 性激素对性分化的影响。 蛙的变态，必须要有激素的参与。 昆虫的保幼激素和脱皮激素。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(3)胞外基质调节 细胞外基质对干细胞的增殖和分化具有诱导作用。 干细胞：IV型胶原和层粘连蛋白 ——上皮细胞； I型胶原和纤粘连蛋白 ——纤维细胞； II型胶原及软骨粘连蛋白 ——软骨细胞。 在发育与创伤组织中，透明质酸合成旺盛。