细胞生物学-细胞分化

细胞生物学之细胞分化部分，讲授了细胞分化机制概念影响等因素，从微观探索人体奥秘

细胞分化

• 实质
  • 基因选择性表达{Southern杂交(DNA与DNA杂交)与Northern杂交(DNA与RNA)实验证明}
• 概念
  • 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，产生各不相同的细胞类群的过程，是多细胞生物发育的基础与核心
• 概况
  • 1.分化关键在于特异性蛋白质合成
  • 2.合成特异性蛋白质实质在于组织特异性基因在时间和空间上的差异性表达
  • 3.差异性表达的机制是由于基因表达的组合调控
• 规律
  • 1.稳定性:一般不能逆转录到未分化状态
  • 2.可逆性:在一定条件下可以逆转(去分化)，一般为环境因素改变,eg:人为因素or肿瘤细胞
  • 3.基因调节的保守性:不同动物间的基因调节蛋白，在结构、功能、以及生化反应上具有一定的相似性，eg-小鼠小脑基因敲除
  • 4.有时间上和空间上的分化:时间性-一个细胞在不同发育阶段有不同的形态和功能;空间性-同一细胞的后代由于所处位置不同，表现不同的形态和功能
  • 5.细胞分化潜能随个体发育进程逐渐变窄
• 全能细胞
  • 定义:指细胞经分裂和分化后仍具有产生完整有机体的潜能或特性; 植物细胞具有全能性，成熟动物细胞不具备全能性，动物细胞核具有发育全能性
  • 胚胎干细胞:具有分化成多种细胞类型及构建组织的潜能——多能性；
  • 体细胞:通过已存在的分化细胞经分裂形成相同类型的子细胞——单能性
  • 干细胞:机体中未分化的细胞,一旦需要,便按照发育途径先进行细胞分裂,再分化
    • 1.自我更新；2.多向分化潜能，分为全能干细胞、多能干细胞、单能干细胞
  • 不同细胞分化潜能
• 研究的核心问题
  • 何种条件下,何种信号,通过什么途径和方式启动特异性基因的表达
• 细胞决定
  • 概念：细胞在发生可识别的形态变化之前受到一定的限制而确定细胞发展方向的现象
  • 细胞决定是早期发育事件:异位交换移植实验-原肠胚晚期细胞分化方向已决定，外界环境改变分化方向不变
  • 特性
    • 稳定性：一般情况下细胞决定后，分化方向不变，其稳定性保证细胞分化的稳定性
    • 可遗传性：细胞决定的稳定性可遗传，稳定性和遗传性不受增殖代数影响:果蝇成虫盘实验-相应的成虫盘发育成相应的成体结构.(成虫盘-幼虫体内尚未分化的细胞团)
    • 可逆性：某种特定条件下细胞决定的稳定性会发生转决定，可逆性导致细胞去分化，转决定导致【转分化】-从一种特化的细胞类型转变成为另一种分化细胞
  • 实质：是细胞在接受某种指令或信号分子作用后，导致特定基因激活或抑制，在基因组中表现出稳定的印记，细胞决定与细胞记忆密切相关
• 基因表达
  • 特殊基因
    • 管家基因:所有细胞中均要表达的一类基因，其产物是对维持细胞基本生命活动所必须的。如:糖酵解酶系基因，组蛋白基因，eg:G3PDH:甘油醛-3-磷酸脱氢酶
    • 组织特异性基因:又"奢侈基因"，是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功能。如:血红蛋白基因
  • 一、组织特异性基因在时空上差异性表达-Southern杂交(DNA-DNA杂交)与Northern杂交(DNA-RNA)→【细胞分化本质是...】，珠蛋白基因激活发育顺序
  • 1.发育阶段关键特异性基因的表达-胚胎发育和分化过程中相继出现各种不同的细胞类型是由于奢侈基因按一定顺序相继活化的结果(基因的顺序表达)
  • 2.组合调控引发组织特异性基因表达-但往往只有一两种调控蛋白在各类调控蛋白组合中起决定性作用→主要基因
  • 二、分化过程中基因表达的精密调节
  • 3.单基因调控蛋白能够引发整个器官的形成-myoD与myof-5相互补充，一者多则一者少，但myoD为关键性基因
• 影响因素
  • 内
    • 细胞核-细胞分化是由于细胞核内基因选择性表达的结果
    • 细胞质-细胞核中基因的表达潜力，受核所在细胞质环境的控制；受精卵卵裂时核物质均等分配，细胞质分配不均等...【决定子】-受精卵细胞质中一些隐蔽的mRNA/蛋白质，引导细胞向既定方向发展，其在受精卵中的特殊定位及卵裂时的不均等分裂→[细胞质定域]
  • 外
    • 1.环境因素-也可影响性别
    • 2.微环境-(1)相邻支持细胞影响细胞分化；(2)胞外基质(3)微环境中可溶性信号分子作用；(4)激素影响-胚胎发育晚期,分化受激素调节，昆虫的保幼激素、脱皮激素
    • 3.细胞相互作用
      • 诱导
        • 胚胎发育过程中，一部分细胞影响相邻细胞向一定方向分化的作用
        • 机制：涉及细胞与细胞的接触、细胞基质的接触、信号分子的传递等。相邻细胞的相互作用通过细胞旁分泌产生的细胞生长因子实现，包括成纤维细胞生长因子(FGF)、转换生长因子(TGF)、表皮细胞生长因子(EGF)... 形态发生素：通过扩散(长距离情况下)作用于靶细胞，使不同位置的细胞采取不同的模式发生变化。浓度不同，细胞分化类型不同
        • 有层次性：初级诱导、次级诱导、三级诱导0蝾螈眼晶状体诱导)
        • 有区域特性和遗传特性-爪伤有鳞片背上有羽毛(表皮细胞对，，的诱导)
      • 抑制——分化成熟的细胞可以产生抑素，抑制相邻细胞发生同样的分化
      • 协同作用,使胚胎发育有序进行,使发育器官相区别
      • 细胞识别与黏合——主要由位于细胞表面的糖复合物完成，识别与黏合均是特异性
• 肿瘤细胞
  • 病毒癌基因：存在于病毒中能引起细胞癌变的基因
  • 原癌基因或称细胞癌基因：正常细胞中与病毒癌基因同源的基因，参与机体发育过程，对细胞生长、增殖、分化和细胞内信息传递等均有重要作用
  • 抑癌基因：细胞中抑制细胞生长和肿瘤形成的基因
• 维甲酸-维生素的一种，诱导急性白血病淋巴细胞→成体细胞...(-凋亡)
• 被诱导分化
  • 诱导肿瘤细胞分化、促使肿瘤细胞逆转，是治疗肿瘤的可行途径
  • 人们对肽类生长因子和小分子物质(细胞毒抗肿瘤药物、VitD的同类物、cAMP及其衍生物、维甲酸、视黄基乙酸)诱导粒细胞白血病及红血病细胞分化