细胞分化

医学细胞生物学想要高分的进！！！ 本人细生期末卷面94，功夫重在翻阅课本和导图整理，本章内容为课本较为靠后章节，课堂上老师并未过多讲解，大致从课本上整理出基本框架，希望能够帮助到大家！

细胞分化

• 细胞分化的影响因素
  • 细胞间的相互作用
    • 胚胎诱导
      • 概念：胚胎发育过程中，一部分细胞对邻近细胞产生影响并决定其分化方向的现象。（中胚层首先独立分化，促进内、外胚层向各自的组织器官方向分化）
      • 实现方式：旁分泌因子与组织细胞表面的受体相结合，将信号传递至细胞内，通过调节基因表达诱导其发育和分化
        • 成纤维细胞生长因子（FGF）
        • Hedgehog家族蛋白
        • Wnt家族蛋白
        • TGF-β超家族
    • 抑制效应：胚胎发育过程中已分化的细胞抑制邻近细胞进行相同分化而产生的负反馈调节作用。
  • 激素（远距离细胞间相互作用的分化调节因子）
  • 环境因素（物理、化学、生物）
• 细胞分化的分子基础
  • 基因的选择性表达是细胞分化的普遍规律和本质
    • 细胞分化过程中一般不伴有基因组的改变，也并不全部表达，而呈现选择性表达。
    • 细胞内的基因组按照一定的时-空顺序，在不同的细胞和同一细胞的不同阶段发生差异表达。
    • 奢侈基因（蛋白）与管家基因（蛋白）
      • 奢侈基因：编码组织特异性蛋白的基因。
      • 奢侈蛋白：由奢侈基因编码，仅存在于特定的分化细胞中，赋予分化细胞不同特征的特异性蛋白。（如：血红蛋白、角蛋白、肌动蛋白、肌球蛋白等）
      • 管家基因：各类细胞中都表达，编码为维持细胞存活和生长所必需的蛋白质的基因。
      • 管家蛋白：由管家基因编码，存在于所有的分化细胞中，维持细胞生存所需的基本蛋白。（如：细胞骨架蛋白、膜蛋白、组蛋白、核糖体蛋白等）
    • 基因组改变是细胞分化的特例
  • 细胞质中的细胞分化决定因子与传递方式
    • 母体效应基因的极性分布决定了细胞分化与发育的初始命运
    • 胚胎细胞分裂时胞质的不均等分配影响细胞的分化命运
      • 胚胎早期发育过程中，细胞质成分是不均匀的。细胞分裂时，细胞质成分被不均等地分配到子细胞中，这一特性可以调控核基因的表达，在一定程度上决定细胞的早期分化。
  • 基因选择性表达的转录水平调控
    • 基因的时序性表达
      • 时间特异性：某一特定基因表达严格按照一定的时间顺序发生
      • 阶段特异性：个体发育的各个不同阶段，都会有不同的基因严格按照特定的时间顺序开启或关闭
      • 血红蛋白的选择性表达机制
        • 脊椎动物的血红蛋白由2条α-珠蛋白链和2条β-珠蛋白链组成
        • 在个体发育过程中，依次有不同的β-珠蛋白基因的打开和关闭，这与β-珠蛋白基因簇上游的基因座控制区（LCR）有关
        • LCR距离Σ基因的5'末端约10,000bp以上，可使任何与它相连的β-家族基因高水平表达
    • 基因的组织细胞特异性表达
      • 空间特异性：一种基因产物在个体的不同组织或器官中表达
      • 组织特异性：不同组织细胞中表达的基因数量和基因表达的强度与种类不同
      • 与基因表达的调控区相互作用的转录因子
        • 通用转录因子：为大量基因转录所需要，并在许多细胞类型中都存在的因子
        • 组织细胞特异性转录因子：为特定基因或一系列组织特异性基因所需要，并在一个或很少的几种细胞类型中存在的因子
    • 细胞分化过程中基因表达调控的复杂性
      • 细胞谱系：祖细胞与分化细胞的先后连续的宗系关系。
      • 一个关键基因调节蛋白的表达能够启动特定谱系细胞的分化
      • 一些基因调节蛋白的组合能产生许多类型的细胞
    • 同源异形框基因的时空表达确定机体前-后轴结构的分化与发育蓝图
      • 同源异形框基因：广泛存在于从酵母到人类的各种真核生物的基因，其特点是基因中存在共同的180bp的DNA片段，编码高度同源的60个氨基酸。这个共同的180bp的DNA片段称为同源异形框，含有同源异型框的基因称为同源异型框基因。
      • 同源异形域蛋白：由同源异型框编码的蛋白称为同源异形域蛋白。
    • 染色质成分的化学修饰在转录水平上调控细胞的分化（了解）
      • 染色质成分的共价修饰
        • DNA——甲基化：在甲基转移酶的催化下，DNA中的胞嘧啶（C）可转变为“5-甲基胞嘧啶”。
          • 主要存在于异染色质区
          • DNA的甲基化位点阻碍转录因子结合。甲基化程度越高，DNA转录活性越低。
        • 组蛋白——乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化、糖基化、羰基化
          • 乙酰化：在组蛋白乙酰基转移酶的作用下，于组蛋白N-端尾部的赖氨酸上加上乙酰基。大多数情况下，组蛋白乙酰化有利于基因转录。
        • 染色质成分的共价修饰具有时空性
  • 基因选择性表达的转录后调控——非编码RNA与细胞分化
    • 小RNA：通过与靶基因mRNA互补结合而抑制蛋白质合成或促使靶基因mRNA降解。
      • 微小RNA（miRNA）
      • 小干扰RNA（siRNA）
    • 长链非编码RNA：与细胞分化和发育密切相关
• 细胞分裂与细胞分化
  • 细胞在分裂的基础上分化
  • 细胞分化发生在细胞分裂的G1期
  • 细胞分裂旺盛时分化变缓，分化较高时分裂速度减慢
• 细胞分化的特点
  • 可塑性
    • 细胞分化具有高度的稳定性（一般不能逆转）
    • 已分化的细胞可发生去分化
    • 特定条件下已分化的细胞可以转分化为另一种类型的细胞
    • 细胞重编程可以改变细胞的分化状态
  • 时空性
    • 时间上的分化：一个细胞在不同的发育阶段可以有不同的形态结构和功能。
    • 空间上的分化：同一种细胞的后代，由于每种细胞所处的空间位置不同，其环境也不一样，可以有不同的形态结构和功能。
• 细胞决定与细胞分化
  • 细胞决定：在个体发育过程中，细胞在发生可识别的分化特征之前就已经确定了未来的发育命运，只能向特定方向分化。
  • 细胞决定表现出遗传稳定性，典型例子是果蝇成虫盘细胞的移植实验。
• 细胞分化的潜能随个体的发育逐渐“缩窄”
  • 全能性：在一定条件下，细胞能够分化发育成完整个体（桑椹胚的8细胞期之前的细胞）
  • 多能性：在胚胎发育的三胚层形成后，细胞的分化潜能受到限制，仅能向本胚层组织和器官方向分化发育
  • 单能性：经过器官发生，各组织的细胞命运最终确定，每种细胞只发挥特定的功能
• 动物胚胎分化的三胚层
  • 内胚层：发育为消化道及其附属器官、唾液腺、胰腺、肝脏以及肺等的上皮成分
  • 中胚层：发育成骨骼、肌肉、纤维组织、真皮，以及心血管系统和泌尿系统
  • 外胚层：发育成神经系统、表皮及其附属物
• 概念：由单个受精卵产生的细胞，在形态结构、生化组成和功能等方面均有明显的差异，形成这种稳定性差异的过程称为细胞分化。