细胞分化与干细胞

细胞生物学，干细胞应用有人多潜能干细胞的定向诱导分化，为细胞治疗和再生医学的临床应用打下基础。

细胞分化与干细胞

• 细胞分化
  • 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mRNA的表达——实验结果表明:不同类型的细胞各自表达一套特异的基因因此细胞分化是基因选择性表达的结果。
    • 管家基因与组织特异性基因-根据基因选择性表达的特点
      • 管家基因
        • 是指所有细胞中均要表达的一类基因，其产物是维持细胞基本生命活动所必需的。如: 肌动蛋白、微管蛋白、组蛋白核糖体蛋白、TAC 循环的关键酶等。
      • 组织特异性基因
        • 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生理功能如:编码卵清蛋白、胰岛素、血红蛋白的基因。
    • 细胞分化过程中基因表达调控的复杂性
      • 细胞谱系: 动物受精卵从第一次卵裂时起，到分化为各组织和器官的终末分化细胞时为止的发育史，因其母代细胞和子代细胞之间世代相承的关系类似于人类族谱，故又被称为“细胞世系”
      • 细胞分化主导基因 (master gene) : 在启动细胞分化的各类调控蛋白中，往往存在一两种起决定作用的调控蛋白，编码这种蛋白的基因称为主导基因。细胞分化主导基因编码产物为关键基因调控蛋白。
        • 在特定谱系细胞形成过程中，关键基因调控蛋白比较普遍的作用方式是:
          • (1) 单一主导基因的表达可能启动整个细胞的分化过程(2) 通过组合调控，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，甚至诱发整个器官的形成。
        • 组合调控的作用机制:3种调控蛋白可以调控产生8种不同类型的细胞
    • 转分化与再生
      • 转分化
        • 概念：一种类型的细胞转变成另一种类型的分化细胞的现象。
        • 动物细胞的转分化
          • 去分化和再分化:基于细胞核移植技术进行的动物克隆实验(细胞重编程)。
            • 细胞重编程概念:指的是细胞在特定的条件下被逆转恢复到全能性状态或多能性状态，或者形成多能干细胞系，或者进一步发育成一个新的个体的过程。
          • 直接转分化:通过导入基因或通过化学小分子直接激活关键转录因子，实现转分化。
          • 无论是动物还是植物，细胞分化的稳定性是普遍存在的，而分化的可逆性，即发生细胞的转分化或去分化是有条件的。
        • 植物细胞的转分化往往经历去分化和再分化过程。
      • 再生
        • 再生:指生物体缺失部分后的重建过程。往往经历去分化和再分化过程。
        • 一般来说，高等动物的再生能力低于低等动物，脊椎动物低于无脊椎动物，而哺乳动物的再生能力很低。
  • 影响因素
    • 受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响
      • 随着受精卵早期细胞分裂，隐蔽mRNA不均一地分配到子细胞中。
      • 受精卵细胞mRNA的不对称分布使姐妹细胞产生了差异。在细胞分裂时些重要的分子被不均等地分配到两个子细胞中，产生分化方向的差异
    • 信号分子及细胞的位置信息决定细胞分化的命运
      • 胞外信号
        • 近旁组织的相互作用
          • 细胞旁分泌产生的信号分子(旁分泌因子)
            • 短程诱导作用---信号细胞和靶细胞相距5-10个细胞以内。如EGF,FGF。
            • 长程诱导作用--- TGF B，Wnt
          • 非分泌性的膜蛋白配体
            • 极短程诱导作用，仅作用于相邻细胞
        • 远距离细胞间相互作用--- 激素
          • 激素是远距离细胞间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
      • 细胞所处的位置不同对细胞分化的命运有明显的影响改变细胞所处的位置可导致细胞分化方向的改变，这种现象称为位置效应
        • 原因:位置不同导致，细胞所感受的外界调控信号浓度不同，从而产生不同的分化命运
    • 细胞记忆与决定
    • 染色质变化与基因重排对细胞分化的影响
• 干细胞
  • 分类
    • 按照干细胞的发育潜能分:
      • 全能干细胞、多潜能干细胞、多能干细胞、单能于细胞
    • 按照干细胞来源分
      • 胚胎干细胞、成体干细胞
  • 细胞命运重编程与诱导性多潜能干细胞
    • 细胞重编程::一般将成熟终末分化细胞逆转为原始的多能，甚至是全能性干细胞状态的过程称为细胞重编程 (cellularreprogramming)
    • 诱导多潜能干细胞 (induced pluripotent stem cells，iPS细胞) 的制备:向小鼠的成纤维细胞中转入4种基因 (Oct4,Sox2,c-myc，KLF4) 就可以诱导产生一种多能干细胞，称为“诱导多能干细胞”
  • 谱系重编程
    • 谱系重编程:一种类型已分为的细胞转变成为另一谱系的分化细胞。转分化是谱系间重编程的一种方式。
  • 干细胞应用
    • 人多潜能干细胞的定向诱导分化，为细胞治疗和再生医学的临床应用打下基础。