细胞分化

细胞生物学：细胞分化，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即细胞分化，可作为复习使用。

细胞分化

• 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即细胞分化
    • 分裂--增加细胞数目 分化--增加细胞类型
    • 具有可逆性
  • 多细胞生物个体发育过程与细胞分化潜能
    • 动物胚胎的三胚层代表不同类型细胞 的分化方向
      • 受精卵→囊胚→原肠胚→
        • 细胞分化开始于原肠胚形成之后
        • 内胚层
          • 发育成消化道及其附属器官、唾液腺、胰腺、肝脏及肺等的上皮成分
        • 中胚层
          • 发育成骨骼、肌肉、纤维组织、真皮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
    • 细胞分化的潜能随个体发育逐渐减弱
      • 全能细胞
        • 受精卵及哺乳动物桑葚胚的8细胞期以前的细胞
        • 可以形成所有细胞，分化潜能最大，具有全能型
      • 多能细胞
        • 三胚层细胞
        • 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的细胞
      • 单能细胞
        • 原红细胞，精原细胞......
        • 分化方向单一
    • 终末分化细胞的细胞核仍具有全能性
      • 即全能性细胞核
      • 由①爪蟾核移植实验②哺乳动物核移植实验（多莉羊）证明
  • 细胞决定与细胞分化
    • 细胞决定
      • 概念：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的状态
      • 具有遗传稳定性
      • 细胞的分化去向起始于细胞决定
    • 细胞分化
      • 特性
        • 稳定性
          • 在正常的生理条件下，已分化的终末细胞在形态结构和功能上的特性不易改变
          • 是一种单向的，相对稳定，持久的过程，在一定条件下，是可逆的
        • 可塑性
          • 在一定条件下可以返回到胚细胞状态（去分化），并可通过再分化发育成机体
          • 转分化：特定条件下从一种分化状态转变到另一种分化状态，称为转分化
          • 细胞重编程
            • 将成熟终末分化细胞逆转为原始的多能，甚至全能性干细胞状态的过程
            • 改变细胞的分化状态
            • IPS(诱导多能干细胞)的制备：将四个转录因子基因导入皮肤纤维细胞中，即获得IPS细胞
        • 时空性（时间和空间上的分化）
          • 时间上：一个细胞在不同发育阶段可以有不同的形态结构和功能
          • 空间上：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，可以有不同的形态和功能
        • 普遍性
          • 个体发育中普遍存在
    • 细胞分裂与分化
      • 分化发生在分裂的基础上
      • 分化发生与细胞分裂的G1期，当G1期很短或几乎没有时，细胞分化减慢
      • 分裂旺盛分化慢，分化较高分裂慢
• 细胞分化的分子基础
  • 基因
    • 管家基因
      • 核小体组蛋白，微管蛋白
    • 奢侈基因
      • 血红蛋白，角蛋白，胶原蛋白，血红蛋白，卵清蛋白
  • 基因的差异表达
    • 在个体发育过程中基因有选择地相继活化表达的现象，即基因差别表达，顺序表达，差次表达
    • 实质：组织特异性基因选择性表达的结果
  • 细胞分化的调控
    • 转录水平(主要)
      • 染色质成分的化学修饰
        • 引起染色质结构和基因转录活性的变化，可遗传
        • DNA的甲基化
          • 在甲基转移酶的催化下，DNA分子中的胞嘧啶可转变为5-甲基胞嘧啶
          • 分布：富含CG的CpG岛，主要集中于异染色质区，其余则散在于基因组中
          • 含量：哺乳动物中约70%-80%的CpG位点是甲基化的
          • 作用：阻碍转录因子结合，甲基化程度越高，DNA转录活性越低
        • 组蛋白的乙酰化，甲基化，磷酸化，泛素化，糖基化，羰基化
          • 乙酰化：组蛋白乙酰化，有利于基因转录
    • 转录后水平
    • 翻译水平
• 细胞分化的影响因素
  • 胞质中细胞分化决定因子
    • 母体效应基因产物
      • 在卵质中呈极性分布，在受精后被翻译为胚胎发育中起重要作用的转录因子和翻译调节蛋白的mRNA分子，他们在细胞发育命运的决定中起重要作用
      • 其的极性分布决定了细胞分化与发育的初始命运
    • 胚胎细胞分裂时的不均等分配
      • 受精卵的不同区域，胞质成分有差异 子细胞胞质多少和成分不同 胞质影响核基因的表达
      • 不对称分裂：细胞质成分不均质，胞质中的某些成分有区域性
  • 细胞间相互作用
    • 胚胎诱导
      • 是指在胚胎发育过程中，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
      • 特点：相互诱导作用是有层次的，在三个胚层中，中胚层首先独立分化，并对相邻胚层有很强的分化诱导作用，促进内胚层，外胚层各自向相应的组织器官分化
      • 分子基础：释放各种旁分泌因子，以诱导组织为中心形成由近及远的浓度梯度，它们与反应组织细胞表面的受体结合，将信号传递至细胞内，通过调节反应组织细胞的基因表达而诱导其发育和分化；旁分泌因子在胚胎的不同发育阶段以及处于不同位置的胚胎细胞中的表达差异，提供胚胎发育过程中的位置信息
  • 激素
    • 远距离细胞相互作用的分化调节因子，是个体发育晚期的细胞分化调控方式
  • 环境
    • 物理，化学，生物
• 分化与医学（了）
  • 肿瘤
    • 低分化，高增殖
    • 是异常分化的细胞
    • 是丧失接触性抑制的“永生”细胞
    • 分化起源：
      • 干细胞
        • 肿瘤细胞群体的起源，具有无限分裂增殖及自我更新的能力，维持整个群体的更新和成长
      • 过度细胞
        • 干细胞分化而来，具备有限分裂增殖的能力，但丧失自我更新的特征
      • 终末细胞
        • 分化成熟细胞，已彻底丧失分裂增殖能力
      • G0期细胞
        • 有潜能但不分裂
    • 向正常细胞的诱导分化
      • 在高浓度的分化信号诱导下，增殖减慢，分化加强，走向正常的终末分化，这种诱导分化信号分子称为分化诱导剂
  • 再生医学
    • 部分丢失，在剩余部分又长出来在形态结构和功能上相同的组织和器官
    • 机体在正常生理条件下由组织特异性成体干细胞完成的组织或细胞的更新