第十二章 细胞分化与基因表达调控

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1、第十二章细胞分化与基因表达调控第一节细胞分化一、细胞分化的基本概念：1.什么是细胞分化？（细胞differntiaton）由受精卵开始在胚胎发育中演变出各种类型的组织细胞，细胞之间的形态，结构和功能都发生了稳定的差异变化，这种差异形成过程被称为细胞分化。胚胎发育及个体发育都是通过高度精确有序的细胞分化过程来实现的。·例1：原肠胚期三个胚层的发育趋势。·例2：红骨髓中的多能造血干细胞分化。2.细胞分化特点：①细胞分化是稳定单向演变的，一般来说是不会逆转的；②分化的方向和程序都是预见确定的，例鳞翅目，双翅目昆虫的变态发育，幼虫体节中有不同的成虫

2、盘（or称器官芽）人工诱发使果虫蝇某个成虫盘突变，羽化后将出现某种organ畸变，如“触角足”，现已知成虫盘的细胞分化由一系列的“同源异源盒型基因”hemeobox基因Hoxs调控。③细胞生理状态常随分化程度而改变：例分化程度增多，对电离辐射的耐受能力亦增强。二、细胞分化中发育潜能变化：1.   发育潜能的演变规律：多能干细胞→单能干细胞→终末分化细胞。全能性(totipotenuy)→多能性(pluripotercy)→单能性(rwonopoency)。动物个体发育中随着细胞分化程度深入使其发育潜能逐渐变窄，变专一性。例成熟红细胞是高度分

3、化，是发育到尽头了，因此称为终端分化细胞or称特化细胞。2.发育潜能演变机制的探讨：weismann根据马蛔虫及小麦，瘿蚊胚胎中发现chr消减现象(chromosomediminutin)，提出“体细胞分化是由于遗传特质丢失造成的，每一种组织只保留了其专有遗传物质”的学术观点。20世纪60-70年代，植物组织体外培养能发育成完整植株，证实高度分化的植物组织细胞仍keep全能性，亦证明，细胞分化过程中并没有丢失遗传物质。3.发育潜能与动物克隆：clone：无性繁殖系cloning无性繁殖（纯系）方式三、胞核移植证实了animal特化细胞的细胞

4、核，仍保持全能性：动物成体上高度分化细胞整体已不具备全能性，但其细胞核仍保持有该物种遗传特性必须的全套基因组，即细胞核仍具有全能性的遗传基础。2个有关的认识论难点：①既然动物特化细胞的细胞核仍保持有全能性，那么为什么说动物的发育潜能都是随着细胞分化的深入而越变越窄呢？②既然动物特化细胞的细胞核仍保持着全能性，那么又为什么动物特化细胞的整体却表现为丧失了全能性呢？四、细胞分化与基因时空表达：1.差别基因表达和基因时空表达：同一个体中不同组织(tissue)细胞进行细胞分化的进程与方向的决定，归根结底就是在于严格按照一定的遗传程序发生了差别基因

5、表达。·管家基因（housekeeping基因）；·奢侈基因（huxury基因）—组织特异性基因。通常结构基因都是受着严格的时空表达调控，从而导致基因组完成相同的不同组织细胞的显形（phenotype）上发生差异变化，引起细胞分化，这被称为差别基因表达（differentialgeneexpress）。e.g.:成人血红蛋白是22，胚胎是22，胎儿是2r2。这种基因时空表达调控的实质，是由有限的少量调控蛋白以组合调控方式来顺序启动众多特异细胞的分化，即关键调控蛋白先启动部分特异基因的表达（express），诱导部分细胞分化，而被启

6、动的基因表达产物又成为其他基因的调控启动因子，从而诱导更多的细胞走向分化，最终由这种级联方式启动分化构成有序的三维细胞群体，导致了器官（organ）形成，e.g.:对果蝇眼基因转导入早期发育细胞，居然诱导其腿部形成了眼。理论推算，n个调控蛋白的组合调控可级联启动2n个分化细胞类型。2.细胞分化程度与基因时空表达的关系：高度分化细胞：尽管其细胞核中仍具有完整的基因，但依照基因时空表达的程序表，它还能发生差别基因表达的可能性已极少了。所以该特化细胞的发育潜能已变得十分有限了。五、细胞质在细胞分化中的重要作用:1.动物特化细胞全能性丧失的原因:细

7、胞全能性——细胞核全能性+细胞质全能发育base众多试验证明了动物特化细胞本身的细胞质是丧失了发育潜能的，只有细胞核移植到具有全能性发育潜能的卵细胞质中，才有了能实现整个杂交细胞的全能性，这就是该问题的症结。2.动物卵细胞质对细胞分化的调控胚胎学家发现受精卵中，从动物极到植物极之间的卵细胞质呈现分区现象，其中物质的不均一性决定了随后卵裂细胞的不同分化命运。·决定子·性细胞决定子生殖质、极质3.细胞分化决定子的分子性质：细胞分化决定子实质是来源于母体的遗传调控。信息是贮存在成熟卵母细胞细胞质中的多种类型的隐蔽mRNA（maskedmRNA）（

8、大量存在多copy）。4.隐蔽mRNA的特点：是早在受精之前的卵母细胞阶段转录合成而贮存；贮存中的隐蔽mRNA无活性（与蛋白质结合，以RNP存在,无活性）受精引起胞内的Na+浓度