《細(xì)胞分化 》PPT課件

《《細(xì)胞分化 》PPT課件》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《細(xì)胞分化 》PPT課件（41頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、http:/ 第 十 四 章 細(xì) 胞 分 化CELL DIFFERENTIATION 不 同 生 物 具 有 不 同 的 發(fā) 育 模 式 ， 但 都 涉 及 ： 細(xì) 胞 增 殖 細(xì) 胞 分 化 細(xì) 胞 間 的 相 互 作 用 。 細(xì) 胞 分 化 （ differentiation） 是 指 細(xì) 胞 后 代 在 形 態(tài) 、結(jié) 構(gòu) 和 功 能 上 發(fā) 生 差 異 的 過 程 。 http:/ 第 一 節(jié) 細(xì) 胞 分 化 的 特 點 一 、 細(xì) 胞 的 分 化 潛 能 細(xì) 胞 分 化 能 力 的 強(qiáng) 弱 稱 為 分 化 潛 能 。 動 物 受 精 卵 的 分 化 潛 能 稱 為 全 能 性 。 干

2、細(xì) 胞 ： 有 分 化 潛 能 的 動 物 細(xì) 胞 。 分 為 ： 全 能 干細(xì) 胞 、 多 能 干 細(xì) 胞 、 單 能 干 細(xì) 胞 。 單 能 干 細(xì) 胞 只 能 分 化 為 一 種 類 型 的 細(xì) 胞 ， 也 稱 為祖 細(xì) 胞 ， 自 我 更 新 能 力 有 限 。 Fertilized ovum has totipotency Well differentiated plant cells keep their totipotency Strachan T, Read A 2 0 0 3 干 細(xì) 胞 的 特 征 ： 終 生 保 持 未 分 化 或 低 分 化 特 征 ； 在 機(jī) 體 的

3、中 的 數(shù) 目 、 位 置 相 對 恒 定 ； 具 有 自 我 更 新 能 力 ； 能 無 限 制 的 分 裂 增 殖 ； 具 有 多 向 分 化 潛 能 ； 分 裂 的 慢 周 期 性 ， 絕 大 多 數(shù) 處 于 G0 期 ； 可 行 不 對 稱 分 裂 。 根 據(jù) 個 體 發(fā) 育 過 程 中 出 現(xiàn) 的 次 序 ， 干 細(xì) 胞 又 可 分為 胚 胎 干 細(xì) 胞 和 成 體 干 細(xì) 胞 。 胚 胎 干 細(xì) 胞 （ ESC） 是 從 胚 胎 內(nèi) 細(xì) 胞 團(tuán) 或 原 始 生 殖細(xì) 胞 篩 選 分 離 出 的 具 有 多 能 性 或 全 能 性 的 細(xì) 胞 。 ESC的 用 途 主 要 有 ： 動

4、 物 克 隆 ； 動 物 轉(zhuǎn) 基 因 ； 組 織 工 程 。 二 、 細(xì) 胞 分 化 的 特 點 1 . 時 空 性 細(xì) 胞 分 化 的 實 質(zhì) 是 在 細(xì) 胞 質(zhì) （ 信 號 系 統(tǒng) ） 和 細(xì) 胞核 （ 基 因 組 ） 共 同 作 用 下 ， 選 擇 性 地 表 達(dá) 特 定 的基 因 ， 稱 為 差 別 基 因 表 達(dá) 。 已 分 化 細(xì) 胞 的 胞 質(zhì) RNA與 核 DNA雜 交 率 低 于 1 0 。 細(xì) 胞 表 達(dá) 的 基 因 分 為 ： 管 家 基 因 、 組 織 特 異 性 基因 或 奢 侈 基 因 。 高 度 分 化 的 動 物 細(xì) 胞 也 具 有 完 整 的 基 因 組 。

5、證 明 方 法 ： 原 位 雜 交 、 核 移 植 。 Briggs和 King（ 1 9 5 2 ， 1 9 6 0 ） ， 豹 蛙 （ Rana pipiens）核 移 植 。 Gurdon等 （ 1 9 7 5 ） ， 成 蛙 蹼 上 皮 細(xì) 胞 核 移 植 。 童 第 周 等 2 0 世 紀(jì) 6 0 年 代 ， 魚 類 核 移 植 。 Ian Wilmut（ 1 9 9 7 ） 克 隆 Do1 1 y sheeep。 2 .定 向 性 隨 著 細(xì) 胞 的 分 裂 和 分 化 ， 發(fā) 育 方 向 逐 漸 被 限 定 ，稱 為 決 定 （ determination） 。 決 定 意 味

6、著 基 因 活 動 模 式 改 變 。 例 ： 哺 乳 動 物 桑 椹 胚 的 內(nèi) 細(xì) 胞 團(tuán) 和 外 圍 細(xì) 胞 ， 前 者 形成 胚 胎 、 后 者 形 成 滋 養(yǎng) 層 。 無 脊 椎 動 物 早 期 的 卵 裂 球 已 經(jīng) 決 定 ， 每 個 卵 裂 球只 能 形 成 身 體 的 一 部 分 。 3 . 穩(wěn) 定 性 動 物 細(xì) 胞 發(fā) 生 分 化 之 后 ， 其 遺 傳 表 型 保 持 穩(wěn) 定 ，通 常 是 不 可 逆 的 。 例 ： 果 蠅 幼 蟲 的 成 蟲 盤 移 植 到 成 蟲 體 內(nèi) 不 發(fā) 生 細(xì)胞 分 化 ， 可 繼 續(xù) 增 殖 或 移 植 。 如 將 其 再 移 植 回

7、變態(tài) 期 幼 蟲 體 內(nèi) 則 又 能 按 原 來 已 決 定 的 命 運 分 化 。 4 . 條 件 可 逆 性 在 特 定 條 件 下 ， 分 化 細(xì) 胞 的 基 因 活 動 模 式 可 發(fā) 生可 逆 的 變 化 ， 又 回 到 未 分 化 狀 態(tài) ， 稱 為 去 分 化 。 例 1 ： 植 物 愈 傷 組 織 。 例 2 ： 果 蠅 觸 角 成 蟲 盤 經(jīng) 多 次 移 植 后 ， 部 分 成 蟲盤 可 分 化 為 成 體 的 腿 、 翅 或 口 器 ， 這 種 現(xiàn) 象 稱 為轉(zhuǎn) 決 定 。 5 . 普 遍 性 個 體 一 生 中 都 進(jìn) 行 著 細(xì) 胞 分 化 。 干 細(xì) 胞 是 細(xì) 胞

8、更新 和 組 織 修 復(fù) 的 基 礎(chǔ) 。 一 種 組 織 的 成 體 干 細(xì) 胞 傾 向 于 分 化 成 該 組 織 的 各種 細(xì) 胞 ， 但 特 定 條 件 下 ， 可 分 化 成 其 它 組 織 的 功能 細(xì) 胞 ， 稱 為 轉(zhuǎn) 分 化 或 橫 向 分 化 。 高 度 分 化 的 細(xì) 胞 不 再 分 裂 ， 對 電 離 輻 射 敏 感 性 低 ，而 各 種 干 細(xì) 胞 則 不 然 。 三 、 細(xì) 胞 分 化 和 增 殖 的 關(guān) 系 增 殖 信 號 和 分 化 信 號 同 時 作 用 于 干 細(xì) 胞 ， 表 現(xiàn) 為邊 分 化 邊 增 殖 （ 反 之 亦 然 ） ； 增 殖 和 分 化 分 別

9、 獨 立 進(jìn) 行 ， 一 些 干 細(xì) 胞 只 增 殖 不分 化 ， 另 一 些 同 類 干 細(xì) 胞 進(jìn) 入 終 末 分 化 ； 細(xì) 胞 分 化 與 分 裂 平 行 進(jìn) 行 ， 干 細(xì) 胞 進(jìn) 行 不 對 稱 分裂 ， 產(chǎn) 生 的 子 細(xì) 胞 一 個 保 持 原 有 干 細(xì) 胞 特 性 ， 一個 則 進(jìn) 入 終 末 分 化 。 http:/ 第 二 節(jié) 細(xì) 胞 分 化 的 主 要 機(jī) 制 autonomous mechanism： 胚 胎 發(fā) 育 的 早 期 細(xì) 胞 分裂 由 受 精 卵 中 的 細(xì) 胞 質(zhì) 控 制 ， 不 涉 及 細(xì) 胞 通 信 。 inductive mechanism： 隨

10、 著 胚 胎 發(fā) 育 的 進(jìn) 行 細(xì) 胞 之間 主 要 通 過 信 號 系 統(tǒng) 協(xié) 調(diào) 分 裂 、 分 化 和 細(xì) 胞 的 行為 ， 稱 為 。 細(xì) 胞 的 分 化 命 運 主 要 取 決 于 ： 細(xì) 胞 的 內(nèi) 部 特 性 ，外 部 環(huán) 境 。 卵 細(xì) 胞 具 有 極 性 ， 細(xì) 胞 核 靠 近 北 極 。 卵 細(xì) 胞 中 貯 存 有 大 量 mRNA， 是 母 源 基 因 的 產(chǎn) 物 ， 維 持 卵 細(xì) 胞 和 早 期 胚 胎 代 謝 ； 呈 非 均 勻 分 布 ， 決 定胚 胎 發(fā) 育 的 圖 式 （ pattern） 。 合 子 基 因 在 卵 裂 后 期 才 發(fā) 揮 作 用 。一 、

11、 細(xì) 胞 分 裂 的 不 對 稱 性 用 放 線 菌 素 D處 理 海 膽 受 精 卵 ， 胚 胎 發(fā) 育 能 進(jìn) 行至 囊 胚 期 ； 嘌 呤 霉 素 處 理 ， 受 精 卵 停 止 發(fā) 育 。 果 蠅 母 源 基 因 在 滋 養(yǎng) 細(xì) 胞 中 轉(zhuǎn) 錄 后 ， 輸 入 卵 細(xì) 胞， 沿 微 管 轉(zhuǎn) 運 到 特 定 部 位 。 基 因 產(chǎn) 物 沿 卵 的 前 后和 背 腹 軸 形 成 濃 度 梯 度 ， 決 定 胚 胎 形 態(tài) ， 稱 為 成形 素 （ morphogen） 。 卵 裂 后 的 細(xì) 胞 質(zhì) 特 性 決 定 了 子 細(xì) 胞 的 分 化 命 運 。 二 、 誘 導(dǎo) 機(jī) 制 誘 導(dǎo) （

12、 induction） 是 一 部 分 細(xì) 胞 誘 導(dǎo) 其 它 細(xì) 胞 向特 定 方 向 分 化 的 現(xiàn) 象 ， 也 叫 胚 胎 誘 導(dǎo) 。 對 其 它 細(xì) 胞 起 誘 導(dǎo) 作 用 的 細(xì) 胞 稱 誘 導(dǎo) 者 (inductor)，如 脊 索 可 誘 導(dǎo) 其 頂 部 的 外 胚 層 發(fā) 育 成 神 經(jīng) 板 ， 神經(jīng) 溝 和 神 經(jīng) 管 。 響 應(yīng) 誘 導(dǎo) 信 號 的 同 類 細(xì) 胞 叫 做 形 態(tài) 發(fā) 生 場 。 三 、 分 化 抑 制 分 化 成 熟 的 細(xì) 胞 可 以 產(chǎn) 生 “ 抑 素 ” ， 抑 制 相 鄰 細(xì)胞 發(fā) 生 同 樣 的 分 化 。 如 含 有 成 蛙 心 組 織 的 培

13、養(yǎng) 液培 養(yǎng) 蛙 胚 ， 則 蛙 胚 不 能 發(fā) 育 出 正 常 的 心 臟 。 “ 抑 素 ” 是 TGF-家 族 的 成 員 。 如 myostatin是 肌肉 生 長 的 負(fù) 調(diào) 控 因 子 ， GDF1 1 （ Wu等 2 0 0 3 ） 通 過上 調(diào) 細(xì) 胞 周 期 抑 制 因 子 p2 7 抑 制 神 經(jīng) 組 織 生 長 。 Mouse myostatin mutant (right) Double-muscled mouse Function of the myostain The so called chalone is the protein belonging to TGF

14、- family, such as myostain Belgian Blue bull Double-muscled cattle 四 、 細(xì) 胞 數(shù) 量 效 應(yīng) 例 1 . 小 鼠 胚 胎 胰 腺 原 基 在 體 外 培 養(yǎng) ， 可 發(fā) 育 成 胰腺 組 織 ， 如 切 成 8 小 塊 分 別 培 養(yǎng) ， 則 不 能 。 再 把 分開 的 小 塊 合 起 來 ， 又 可 形 成 胰 腺 組 織 。 例 2 . Fisher（ 1 9 6 7 ） 將 大 量 腫 瘤 細(xì) 胞 注 射 到 小 鼠 肝臟 門 靜 脈 ， 小 鼠 很 快 死 于 腫 瘤 。 只 注 射 5 0 個 腫 瘤細(xì) 胞 時

15、 ， 小 鼠 正 常 生 存 ， 手 術(shù) 檢 查 未 發(fā) 現(xiàn) 任 何 腫瘤 。 術(shù) 后 關(guān) 腹 飼 養(yǎng) ， 發(fā) 現(xiàn) 小 鼠 很 快 死 于 肝 腫 瘤 。 五 、 細(xì) 胞 外 基 質(zhì) 的 影 響 ECM能 與 細(xì) 胞 表 面 的 整 合 素 相 互 作 用 ， 激 活 粘 著斑 激 酶 （ FAK） ， FAK可 以 通 過 接 頭 蛋 白 Grb2 啟 動Ras信 號 途 徑 ， 引 起 細(xì) 胞 增 殖 。 干 細(xì) 胞 在 IV型 膠 原 和 層 粘 連 蛋 白 上 形 成 上 皮 細(xì) 胞 ；在 I型 膠 原 和 纖 粘 連 蛋 白 上 分 化 為 成 纖 維 細(xì) 胞 ； 在II型 膠 原

16、及 軟 骨 粘 連 蛋 白 上 發(fā) 育 為 軟 骨 細(xì) 胞 。 六 、 激 素 的 作 用 例 1 . 哺 乳 動 物 雄 性 激 素 促 進(jìn) 烏 爾 夫 氏 管 ， 抑 制 繆勒 氏 管 的 發(fā) 育 ， 摘 除 胚 胎 睪 丸 ， 則 促 進(jìn) 謬 勒 氏 管的 發(fā) 育 ， 形 成 雌 性 生 殖 管 道 。 例 2 . 昆 蟲 的 保 幼 激 素 和 脫 皮 激 素 ， 兩 者 保 持 一 定的 比 例 時 ， 幼 蟲 脫 皮 而 長 大 ； 當(dāng) 保 幼 激 素 含 量 減少 時 ， 幼 蟲 化 蛹 ， 成 蟲 器 官 發(fā) 育 。 成 蟲 期 又 開 始合 成 保 幼 激 素 ， 促 進(jìn) 性

17、 腺 發(fā) 育 。 七 、 細(xì) 胞 核 與 細(xì) 胞 分 化 （ 一 ） 染 色 體 結(jié) 構(gòu) 的 變 化 1 . 基 因 刪 除 ： 原 生 動 物 、 節(jié) 肢 動 物 。 2 . 基 因 擴(kuò) 增 ： 多 線 染 色 體 、 爪 蟾 卵 母 細(xì) 胞 rDNA。 3 . 基 因 重 排 ： 如 Ig基 因 (1 0 6 1 0 8 種 抗 體 )。 4 . DNA甲 基 化 與 異 染 色 質(zhì) 化 ： 基 因 失 活 。 5 . 基 因 印 跡 Genomic imprinting， 特 點 ： 性 別 特 異 ， 同 一 等 位 基 因 僅 表 達(dá) 父 或 母 本 基 因 ； 印 跡 發(fā) 生 于

18、配 子 形 成 過 程 中 ； 在 胚 胎 的 有 絲 分 裂 中 能 穩(wěn) 定 傳 遞 給 子 細(xì) 胞 ； 遺 傳 給 下 一 代 時 消 除 上 一 代 遺 傳 的 印 跡 ， 建 立新 的 與 性 別 有 關(guān) 的 印 跡 。 印 跡 基 因 的 形 成 可 能 與 差 別 修 飾 有 關(guān) ， 如 染 色 體特 異 性 CpG島 的 甲 基 化 作 用 。 甲 基 轉(zhuǎn) 移 酶 純 和 缺失 的 小 鼠 H1 9 、 IGF2 及 IGF2 R印 跡 基 因 表 達(dá) 異 常 。 父 源 表 達(dá) 和 母 源 表 達(dá) 的 印 跡 基 因 對 胚 胎 發(fā) 育 的 影響 不 同 。 例 .葡 萄 胎

19、（ hydatidiform mole） 父 本 印 跡 ； 卵巢 畸 胎 瘤 （ ovarian teratoma） 母 本 印 跡 。 （ 二 ） 基 因 對 果 蠅 的 胚 胎 早 期 發(fā) 育 的 調(diào) 控 調(diào) 控 基 因 ： 母 源 基 因 ， 分 節(jié) 基 因 和 同 源 異 形 基 因（ homeotic gene， hox） 。 母 源 基 因 的 產(chǎn) 物 是 轉(zhuǎn) 錄 因 子 ， 控 制 其 它 基 因 表 達(dá) 。 前 部 系 統(tǒng) ， Bicoid（ bcd） 后 部 系 統(tǒng) ， Nanos（ nos） 末 端 系 統(tǒng) ， Torso（ tor） 背 腹 系 統(tǒng) ， 背 Dorsal

20、（ dl） ， 腹 cactus（ cat） 合 子 基 因 ： 分 節(jié) 基 因 、 同 源 異 形 基 因 。 分 節(jié) 基 因 ： 控 制 胚 胎 分 節(jié) ， 分 為 ： 間 隙 基 因 、 對 控 基因 、 體 節(jié) 極 性 基 因 。 間 隙 基 因 ， 產(chǎn) 物 將 胚 分 為 相 當(dāng) 于 3 個 體 節(jié) 的 區(qū) 域 。 對 控 基 因 ， 將 間 隙 基 因 分 成 的 區(qū) 域 劃 分 為 體 節(jié) 。 體 節(jié) 極 性 基 因 ， 在 每 個 體 節(jié) 的 前 、 后 部 細(xì) 胞 中 表 達(dá) ，激 活 HOX基 因 ， 以 形 成 和 維 持 體 節(jié) 結(jié) 構(gòu) 。 HOX基 因 ， 決 定 每

21、 一 體 節(jié) 的 性 質(zhì) 與 形 態(tài) 特 征 。 HOX的 產(chǎn) 物 含 含 螺 旋 -環(huán) -螺 旋 結(jié) 構(gòu) ， 基 因 突 變 會 引起 同 源 形 態(tài) 結(jié) 構(gòu) 變 異 。 特 點 ： 1 ） 基 因 呈 簇 存 在 ， 形 成 連 鎖 群 ； 2 ） DNA序 列 相 似 ； 3 ） 進(jìn) 化 上 高 度 保 守 ； 4 ） 基 因 表 達(dá) 程 序 化 ： 5 端 的 基 因 表 達(dá) 空 間 靠 近 胚 胎 尾部 區(qū) 域 ； 反 之 ， 靠 近 胚 胎 前 部 區(qū) 域 。例 ： 缺 趾 小 鼠 （ Hoxa-1 3 基 因 的 雜 合 ） 、 果 蠅 突 變 型 。 HOX mutantAnt

22、enna leg Bithorax mutant 八 、 同 工 結(jié) 構(gòu) 的 變 化 同 工 置 換 ： 在 某 一 特 定 時 期 ， 一 種 細(xì) 胞 或 分 子 被另 一 種 相 似 、 而 能 更 好 適 應(yīng) 環(huán) 境 的 同 工 型 取 代 。 例 ， 哺 乳 動 物 個 體 發(fā) 育 中 ： 有 核 紅 細(xì) 胞 無 核 紅 細(xì) 胞 透 明 軟 骨 長 骨 恒 齒 乳 齒 血 紅 蛋 白 從 胚 胎 型 、 胎 兒 型 到 成 年 型 過 渡 。 九 、 成 體 中 的 細(xì) 胞 分 化 已 存 在 的 細(xì) 胞 功 能 由 弱 、 強(qiáng) 、 減 退 到 喪 失 。 經(jīng)歷 新 生 成 熟 衰 老

23、 死 亡 的 過 程 ， 如 表 皮 細(xì) 胞 。 已 有 的 分 化 細(xì) 胞 通 過 分 裂 產(chǎn) 生 兩 個 功 能 相 同 的細(xì) 胞 ， 如 血 管 內(nèi) 皮 細(xì) 胞 。 干 細(xì) 胞 的 分 裂 與 分 化 ， 如 多 能 造 血 干 細(xì) 胞 。 十 、 再 生 廣 義 來 看 再 生 是 生 命 的 普 遍 現(xiàn) 象 ， 從 分 子 、 細(xì) 胞到 組 織 器 官 都 具 有 再 生 現(xiàn) 象 。 1 . 生 理 性 再 生 ： 即 細(xì) 胞 更 新 ， 如 人 的 紅 細(xì) 胞 。 2 . 修 復(fù) 性 再 生 ： 如 壁 虎 、 蠑 螈 、 螃 蟹 、 海 參 。 3 . 無 性 繁 殖 。 http:/ Class over