细胞分化与干细胞

细胞生物学的细胞分化与干细胞，细胞分化是在个体发育中，由一种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在形态，结构和功能上形成稳定性差异，产生不同的细胞类群的过程。

细胞分化 与干细胞

• 细胞分化
  • 在个体发育中，由一种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在形态，结构和功能上形成 稳定性差异，产生不同的细胞类群的过程.
  • 实质是特异性基因在发育的特定时间和空间中选择性的表达（调控主要发生在转录水平）
  • 管家基因
    • 几乎所有细胞中均表达：产物是维持细胞基本生命活动所必需的， 如糖酵解酶系基因等
  • 组织特异性基因/奢侈基因
    • 是指不同类型细胞中特异性表达的基因， 其产物赋予各种类型细胞特异的形态结构特征与特异的功能
  • 组合调控，即每种类型的细胞分化 是由多种调控蛋白共同参与完成
    • 生物学作用 借助于组合调控，一旦某种关键性基因调控蛋白 与其它调控蛋白形成适当的调控蛋白组合， 不仅可以将一种类型的细胞转化成另一种类型的细胞， 而且遵循类似的机制，甚至可以诱发整个器官的形成
  • 主导基因：编码细胞分化启动过程中 起决定作用调控蛋白的基因； 主导基因的表达就有可能启动 整个细胞的分化过程
    • 分化启动机制：靠一种关键性调节蛋白 通过对其他调节蛋白的级联启动，
  • 单细胞有机体 的细胞分化
    • 多为直接适应外界环境的改变
  • 细胞谱系
    • 指受精卵从第一次卵裂时起，到分化为各组织和器官的终末细胞时为止的发育史
  • 转分化
    • 去分化
      • 又称脱分化，指分化细胞失去其特有的结构与功能 变成具有未分化细胞特征的过程
    • 再分化
  • 影响因素
    • 基因的选择性表达主要是由调节蛋白所启动 调节蛋白的组合是影响细胞分化的主要的直接因素。 一般来说，这种影响主要受胞外信号系统的调控， 而胞外信号及细胞微环境又是通过细胞的信号转导调控网络来起作用
    • 受精卵细胞质的不均匀性
      • 区域性分布的母体基因产物通过级联反应， 激活或抑制相应的合子基因表达， 从而决定了果蝇胚胎的前后轴、背腹轴和体节的形成
    • 信号分子及细胞的位置信息 决定细胞分化的命运
      • 胚胎诱导：即近端组织的相 互作用，指早期胚胎发育过 程中，一部分细胞影响周围 细胞使其向一定方向分化的 作用。
      • 细胞所处的位置即细胞的微环境对细胞状态的维 持以及分化的命运起着决定性作用
    • 细胞记忆 与决定
      • 细胞记忆
        • 细胞可将信号分子短暂的有效作用 储存起来形成长时间的记忆， 逐渐向特定方向分化
          • 果蝇的成虫盘
        • 正反馈途径
          • 细胞接受信号刺激后，激活转录调节因子、 该因子不仅诱导自身基因的表达， 还诱导其他组织特异性基因的表达
        • 染色体结构变化
          • DNA与蛋白质相互作用及其修饰 的信息传到子代细胞
      • 决定 早于分化
        • 指一个细胞接受了某种指令，在发育中这一细胞及其子代细胞将区别 于其他细胞而分化成某种特定的细胞类型，或者说在形态，结构与功能等 分化特征尚未显现之前就已确定了细胞的分化命运。
    • 染色体变化 与基因重排
      • 染色体丢失是细胞分化的特例：马蝴虫发育过程中，只有生殖细胞得到了完整染色体， 而体细胞中的染色体只是部分染色体片段
      • 基因重排是细胞分化的另一种特殊方式： 在B淋巴细胞分化过程中，DNA通过体细胞重组， 使DNA序列中不同部位的部分基因片段连接在一起， 组成产生抗体mRNA的DNA序列
• 干细胞
  • 概念
    • 机体中能进行自我更新（产生与自身相同的子代细胞） 并具有多向分化潜能（分化形成不同细胞类型）的一类细胞
    • 增殖方式
      • 对称性分裂
      • 不对称分裂
  • 分类
    • 根据分 化潜能
      • 全能干细胞
        • 在一定条件下，能够分 化发育成完整个体的细胞， 如哺乳动物桑葚胚的 8细胞期之前的细胞
      • 多潜能干细胞
        • 在一定条件下， 能分化产生三个胚层中各 种类型的细胞并形成器官 的一类干细胞，如胚胎干细胞
      • 多能干细胞
        • 仅具有分化形成 多种细胞类型的能力。
      • 单能干细胞
        • 只能向一种或密切相关的 几种终末细胞类型分化的干细胞
      • 在胚胎发育过程中， 细胞逐渐由全能”到“多能”， 最后向“单能”的趋向。
    • 根据来源
      • 胚胎干细胞
      • 成体干细胞
  • 胚胎干细胞ESC
    • 主要来源：内细胞团
    • 再生医学
    • 主要用途
      • 克隆动物
      • 转基因动物
      • 组织工程
  • 成体干细胞ASC
    • 基本功能：分化产生某些类型或某些种类的终末分化细胞。
    • 广泛地存在于多种组织， 如造血系统、皮肤、肠、卵巢、墨丸和肌肉中， 甚至成年脑的某部位。
    • 成体干细胞可以均等分裂成两个子代干细胞， 也可通过不均等分裂行成一个干细胞和一个祖细胞
    • 成体干细胞需要特定的微环境来维持它们的特性， 这种提供特定胞外信号的微环境称为干细胞巢
    • 成体干细胞通常细胞分裂很慢， 有些是受到外界信号刺激才会分裂
    • 造血干细胞
      • 成体哺乳动物的造血干细胞大部分存在于骨髓中， 多数造血干细胞处于相对静止的状态，即GO期
    • 神经干细胞
      • 胚胎神经干细胞 ，将发育成整个中枢神经系统 胚胎神经干细胞可通过对称分裂方式形成两个子代干细胞， 也可以不对称分裂形成一个干细胞和另一个向外迁移的细胞， 称之为短暂增殖细胞 。
      • 短暂增殖细胞可以形成神经祖细胞，向外迁移形成连续的神经层。 成年哺乳动物的脑中也存在神经干细胞。
    • 肠干细胞
      • 肠干细胞存在于肠壁深处的隐窝中， 可连续不断地产生肠上皮细胞。 W nt信号对肠干细胞的维持有重要作用。 ·潘氏细胞作为肠干细胞分化而来的一群细胞， 其分布在干细胞周围并形成干细胞巢来维持肠干细胞
  • 细胞命运重编程 与诱导多功能干细胞
    • 同时转入4种基因（Oct 4、Sox 2、c-my c和KL F 4） 就可诱导产生一种多能干细胞，称“诱导性多潜能干细胞”
    • 体外重编程 的新途径
      • 化学诱导的多潜能干细胞
  • 谱系重编程
    • 谱系重编程方式：转分化
    • 细胞命运转变的实质是 细胞原有表观遗传修饰的擦除和 新的细胞命运表观遗传修饰的重新建立
  • 应用
    • CCR5基因缺陷的造血干细胞移植治愈艾滋病
    • 细胞治疗是人多潜能干细胞技术中最引人瞩目的应用方向 ·干细胞体外定向分化为胰岛细胞为I型糖尿病治疗提供一种可能

细胞分化 与干细胞

• 细胞分化
  • 在个体发育中，由一种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在形态，结构和功能上形成 稳定性差异，产生不同的细胞类群的过程.
  • 实质是特异性基因在发育的特定时间和空间中选择性的表达（调控主要发生在转录水平）
  • 管家基因
    • 几乎所有细胞中均表达：产物是维持细胞基本生命活动所必需的， 如糖酵解酶系基因等
  • 组织特异性基因/奢侈基因
    • 是指不同类型细胞中特异性表达的基因， 其产物赋予各种类型细胞特异的形态结构特征与特异的功能
  • 组合调控，即每种类型的细胞分化 是由多种调控蛋白共同参与完成
    • 生物学作用 借助于组合调控，一旦某种关键性基因调控蛋白 与其它调控蛋白形成适当的调控蛋白组合， 不仅可以将一种类型的细胞转化成另一种类型的细胞， 而且遵循类似的机制，甚至可以诱发整个器官的形成
  • 主导基因：编码细胞分化启动过程中 起决定作用调控蛋白的基因； 主导基因的表达就有可能启动 整个细胞的分化过程
    • 分化启动机制：靠一种关键性调节蛋白 通过对其他调节蛋白的级联启动，
  • 单细胞有机体 的细胞分化
    • 多为直接适应外界环境的改变
  • 细胞谱系
    • 指受精卵从第一次卵裂时起，到分化为各组织和器官的终末细胞时为止的发育史
  • 转分化
    • 去分化
      • 又称脱分化，指分化细胞失去其特有的结构与功能 变成具有未分化细胞特征的过程
    • 再分化
  • 影响因素
    • 基因的选择性表达主要是由调节蛋白所启动 调节蛋白的组合是影响细胞分化的主要的直接因素。 一般来说，这种影响主要受胞外信号系统的调控， 而胞外信号及细胞微环境又是通过细胞的信号转导调控网络来起作用
    • 受精卵细胞质的不均匀性
      • 区域性分布的母体基因产物通过级联反应， 激活或抑制相应的合子基因表达， 从而决定了果蝇胚胎的前后轴、背腹轴和体节的形成
    • 信号分子及细胞的位置信息 决定细胞分化的命运
      • 胚胎诱导：即近端组织的相 互作用，指早期胚胎发育过 程中，一部分细胞影响周围 细胞使其向一定方向分化的 作用。
      • 细胞所处的位置即细胞的微环境对细胞状态的维 持以及分化的命运起着决定性作用
    • 细胞记忆 与决定
      • 细胞记忆
        • 细胞可将信号分子短暂的有效作用 储存起来形成长时间的记忆， 逐渐向特定方向分化
          • 果蝇的成虫盘
        • 正反馈途径
          • 细胞接受信号刺激后，激活转录调节因子、 该因子不仅诱导自身基因的表达， 还诱导其他组织特异性基因的表达
        • 染色体结构变化
          • DNA与蛋白质相互作用及其修饰 的信息传到子代细胞
      • 决定 早于分化
        • 指一个细胞接受了某种指令，在发育中这一细胞及其子代细胞将区别 于其他细胞而分化成某种特定的细胞类型，或者说在形态，结构与功能等 分化特征尚未显现之前就已确定了细胞的分化命运。
    • 染色体变化 与基因重排
      • 染色体丢失是细胞分化的特例：马蝴虫发育过程中，只有生殖细胞得到了完整染色体， 而体细胞中的染色体只是部分染色体片段
      • 基因重排是细胞分化的另一种特殊方式： 在B淋巴细胞分化过程中，DNA通过体细胞重组， 使DNA序列中不同部位的部分基因片段连接在一起， 组成产生抗体mRNA的DNA序列
• 干细胞
  • 概念
    • 机体中能进行自我更新（产生与自身相同的子代细胞） 并具有多向分化潜能（分化形成不同细胞类型）的一类细胞
    • 增殖方式
      • 对称性分裂
      • 不对称分裂
  • 分类
    • 根据分 化潜能
      • 全能干细胞
        • 在一定条件下，能够分 化发育成完整个体的细胞， 如哺乳动物桑葚胚的 8细胞期之前的细胞
      • 多潜能干细胞
        • 在一定条件下， 能分化产生三个胚层中各 种类型的细胞并形成器官 的一类干细胞，如胚胎干细胞
      • 多能干细胞
        • 仅具有分化形成 多种细胞类型的能力。
      • 单能干细胞
        • 只能向一种或密切相关的 几种终末细胞类型分化的干细胞
      • 在胚胎发育过程中， 细胞逐渐由全能”到“多能”， 最后向“单能”的趋向。
    • 根据来源
      • 胚胎干细胞
      • 成体干细胞
  • 胚胎干细胞ESC
    • 主要来源：内细胞团
    • 再生医学
    • 主要用途
      • 克隆动物
      • 转基因动物
      • 组织工程
  • 成体干细胞ASC
    • 基本功能：分化产生某些类型或某些种类的终末分化细胞。
    • 广泛地存在于多种组织， 如造血系统、皮肤、肠、卵巢、墨丸和肌肉中， 甚至成年脑的某部位。
    • 成体干细胞可以均等分裂成两个子代干细胞， 也可通过不均等分裂行成一个干细胞和一个祖细胞
    • 成体干细胞需要特定的微环境来维持它们的特性， 这种提供特定胞外信号的微环境称为干细胞巢
    • 成体干细胞通常细胞分裂很慢， 有些是受到外界信号刺激才会分裂
    • 造血干细胞
      • 成体哺乳动物的造血干细胞大部分存在于骨髓中， 多数造血干细胞处于相对静止的状态，即GO期
    • 神经干细胞
      • 胚胎神经干细胞 ，将发育成整个中枢神经系统 胚胎神经干细胞可通过对称分裂方式形成两个子代干细胞， 也可以不对称分裂形成一个干细胞和另一个向外迁移的细胞， 称之为短暂增殖细胞 。
      • 短暂增殖细胞可以形成神经祖细胞，向外迁移形成连续的神经层。 成年哺乳动物的脑中也存在神经干细胞。
    • 肠干细胞
      • 肠干细胞存在于肠壁深处的隐窝中， 可连续不断地产生肠上皮细胞。 W nt信号对肠干细胞的维持有重要作用。 ·潘氏细胞作为肠干细胞分化而来的一群细胞， 其分布在干细胞周围并形成干细胞巢来维持肠干细胞
  • 细胞命运重编程 与诱导多功能干细胞
    • 同时转入4种基因（Oct 4、Sox 2、c-my c和KL F 4） 就可诱导产生一种多能干细胞，称“诱导性多潜能干细胞”
    • 体外重编程 的新途径
      • 化学诱导的多潜能干细胞
  • 谱系重编程
    • 谱系重编程方式：转分化
    • 细胞命运转变的实质是 细胞原有表观遗传修饰的擦除和 新的细胞命运表观遗传修饰的重新建立
  • 应用
    • CCR5基因缺陷的造血干细胞移植治愈艾滋病
    • 细胞治疗是人多潜能干细胞技术中最引人瞩目的应用方向 ·干细胞体外定向分化为胰岛细胞为I型糖尿病治疗提供一种可能