细胞分化与基因表达调控

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。
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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。
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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）。
◆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
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组合调控引发组织特异性基因的表达
组合调控概念：
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
生物学作用：
借助于组合调控，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。
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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
第十四章
细胞分化与基 因表达调控
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14.1 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) ， 其 本 质 是 基 因 选 择 性 表达的结果，即基因表达调控的结果。
细胞分化的关键在于组织特异性基因在时 间、空间上的选择性表达，导致特异性蛋白 质的合成
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卵细 胞与 体细 胞的 比较
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细胞决定
卵细胞质决定子在细胞决定中的作用
从受精卵第一次卵裂开始,细胞核就受到内环 境(即不同的卵细胞质)的影响。这些特殊细胞 质 组 分 称 为 细 胞 质 决 定 子 (cytoplasmic determinants)。决定子支配着细胞分化的途 径。受精卵在数次卵裂中,决定子一次次地被重 新改组、分配。卵裂后,决定子的位置固定下来, 并分配到不同的细胞中,子细胞便产生差别。
细胞的全能性(totipotency)：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。
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植物细胞具有全能 性，在适宜的条件 下可培育成正常植 株
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动物细胞的全能性
➢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
➢干细胞(Stem cell)与细胞 发育潜能
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细 胞 分 化
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分化细胞的特点
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 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。
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激素和细胞因子的作用
激素对细胞分化的影响可看作是远距离细胞间 的相互作用,这种作用出现在发育的晚期,激素引 起的反应是按预先决定的分化程序进行的,其作 用主要是引起靶细胞进行分化。例如,激素和某 些细胞因子对哺乳动物性别分化的调节。
无尾两栖类的幼体发育要经过一变态阶段 (metamorphosis), 在 此 阶 段 中 发 生 的 变 化 有 蝌 蚪的尾鳍和尾部被吸收,前后肢形成等。这些变 化与甲状腺分泌的甲状腺素(thyroxine,T4)和三 碘甲状腺氨酸(triiodothyronine,T3)有关系。
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实 验 方 法
Southern杂 交
Northern杂 交
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组织特异性基因与管家基因
◆管家基因(house-keeping genes)： 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；
◆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
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细胞决定
性细胞决定子
果蝇卵在受精后的2小时内只进行核分裂, 细 胞质不分裂,形成合胞体胚胎。随后核向卵边缘 迁移,细胞的分化命运决定于核迁入不同的细胞 质区域。迁入卵后端极质中的形成极细胞,最后 分化为生殖细胞。
极质中含有膜包裹的颗粒装物质,称为极粒 (polar ganule)。当核进入极质后,极粒围绕 在核周围,诱导极细胞分化为生殖细胞。因此, 生殖细胞的分化决定于细胞质中的极质。
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细胞分化中的核质关系
细胞决定(cell determination) 细胞决定是指细胞在发生可识别的形态 变化之前,就已受到约束而向着特定方向 分化,这时细胞内部已发生变化,确定了未 来的发育命运,这就是决定。
胚胎细胞分化的潜能与决定
细胞决定可看作分化潜能逐渐限制的过 程,决定先于分化。
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一、细胞分化的基本概念
细胞分化是基因选择性表达的结果
分子杂交技术检测基因及其表达
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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β -珠 蛋 白 基 因 +
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胰 岛 素 基 因
●转分化经历去分化（dedifferentiation）和再分化的过程。
●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。
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二、 影响细胞分化的因素
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影响细胞分化的因素
胎儿的发育
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影响细胞分化的因素ຫໍສະໝຸດ Baidu
◆胞外信号分子对细胞分化的影响, 如眼的发生
◆细胞记忆与决定
果蝇成虫盘(imaginal disc)
◆受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响
◆细胞间的相互作用与位置效应
◆环境对性别决定的影响 ◆染色质变化与基因重排对细胞分化的影响