细胞生物学之细胞分化

细胞生物学之细胞分化，细胞生物学各章知识总结。

细胞分化

• 细胞的全能性与多能干细胞
  • 细胞的全能性（totipotency）
    • 细胞的全能性指细胞经分裂和分化后仍具有形成完整有机体的潜能或特性
    • 仅具有分化成多种细胞类型及构建组织的潜能，丧失了发育成个体的能力，这种潜能称为多能性
    • 动物细胞细胞核具有全能性
    • 已分化的动物体细胞不具备全能性，只有在卵母细胞中进行“重编程”回到初始未分化的细胞状态，才有可能沿正常的发育程序分化成为各种类型的细胞
  • 干细胞（stem cell）
    • 概念：机体中能进行自我更新（产生与自身相同的子代细胞）和多向分化潜能（分化形成不同细胞类型）并具有形成克隆能力的一类细胞
    • 干细胞的类型
      • 根据分化潜能的不同
        • 全能干细胞
          • 哺乳动物的受精卵和卵裂早期的细胞
        • 多能干细胞
          • 局限于分化产生同一胚层的细胞类型
          • 造血干细胞、骨髓间充质干细胞
        • 单能干细胞
          • 仅能分化产生一种或几种类型的细胞
          • 小肠上皮中的干细胞能分化为柱状细胞、杯状细胞、腺细胞、潘氏细胞
      • 根据来源不同
        • 胚胎干细胞
        • 成体干细胞
      • 干细胞最终形成特化细胞类型的过程称为终末分化
    • 干细胞的增殖方式
      • 对称性分裂
        • 分裂后的 2 个细胞仍然是干细胞
      • 不对称性分裂
        • 分裂后，一个细胞是干细胞，另一个细胞是分化细胞
  • 胚胎干细胞
    • 具有分化成各种胚胎组织、细胞能力，属于未分化细胞，具有发育的全能性
  • 诱导多能干细胞
    • 通过导入特定的转录因子将终末分化的体细胞重编程为多能性干细胞
• 影响细胞分化的因素
  • 受精卵细胞质的不均一性
    • 细胞质中多数mRNA 在卵细胞质中不均匀分配，受精后随卵裂被分配到不同的子细胞中，决定未来细胞分化的命运，产生分化方向的差异。这些影响卵裂细胞向不同方向分化的细胞质成分，被称为细胞质决定子。
  • 细胞外信号分子
    • 一部分细胞会影响周围细胞向一定方向分化，这种作用称为近旁组织的相互作用，主要通过细胞旁分泌产生的信号分子来实现
  • 细胞间的相互作用与位置效应
    • 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
  • 细胞记忆与决定
    • 细胞的决定与细胞记忆有关。信号分子的有效作用时间是短暂的，然而细胞可以将这种短暂的作用储存起来并形成长时间的记忆，逐渐向特定方向分化
  • 环境对性别决定的影响
    • 某些爬行动物的胚胎在不同温度孵化时，其性别比例不同
  • 染色质变化与基因重排对细胞分化的影响
• 细胞分化的基本概念
  • 细胞分化（cell differentiation）：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
  • 细胞分化是基因选择性表达的结果
    • 实质是基因在特定的时间和空间中选择性的表达
    • 不同类型的细胞各自表达一套特异的基因，其产物不仅决定细胞的形态结构，而且执行特定的生理功能
  • 管家基因与组织特异性基因
    • 管家基因
      • 维持细胞最低限度功能所不可少的基因
      • 所有细胞中均表达的一类基因，仅占基因总数很少的一部分
      • 只协助细胞分化，没有细胞分化的定向决定作用
    • 组织特异性基因
      • 又称细胞类型特异性基因、奢侈基因
      • 编码的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
      • 占基因总数的绝大多数
      • 调控并参与细胞分化和组织与器官的构建
  • 组合调控引发组织特异性基因的表达
    • 组合调控：每种类型的细胞分化是由多种调控蛋白共同参与完成的
    • 在启动细胞分化的各类调节蛋白中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
  • 单细胞有机体的细胞分化
    • 单细胞有机体多为适应外界的生活环境的改变，而多细胞有机体则通过细胞分化构建执行不同功能的组织与器官
  • 转分化与再生
    • 一种类型的分化细胞转变成另一种类型的分化细胞的现象称为转分化。转分化经历了去分化和再分化的过程
    • 去分化又称脱分化，是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
    • 已分化细胞的细胞核需要在卵细胞质中才能完成去分化的程序，这一过程又称为重编程，其中涉及 DNA 与组蛋白修饰的改变。这一技术的实现将能避免异体移植产生的免疫排斥反应
    • 再生是指生物体缺失部分后重建的过程。再生过程常有干细胞的参与并涉及细胞凋亡。有些细胞再生过程并不涉及转分化。