6 细胞分化

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Chap 6.,细胞分化,Cell differentiation,Cell differentiation and stem cell,Human: 10,14,cells, 200 cell types,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，产生不同细胞类群的过程。,细胞分化是多细胞生物发育的基础与核心。细胞分化发生于整个生命过程，在胚胎期最为重要。,分化过程涉及形态结构的变化、基因活性状态变化、细胞内物质组成的变化和功能的变化；,细胞分化的实质,是,细胞基因组中某些特定基因即奢侈基因被激活表达，产生组织特异性蛋白质的结果。,gene,Southern blot of total DNA,Northern blot of total RNA,Oviduct cell,Erythro-blast,Islet cell,Oviduct cell,Erythro-blast,Islet cell,ovalbumin,globin,insulin,细胞分化是基因选择性表达的结果,细胞分化的转录水平调控：奢侈基因的表达,管家基因,(house-keeping genes),： 同一个体几乎所有细胞中均持续表达的一类基因，其产物是对维持细胞基本生命活动所必需的。,奢侈基因,(luxury genes),或称组织特异性基因,(tissue-specific genes),：在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和功能。,转分化（,transdifferentiation,）,一种分化类型细胞转化为另一种分化类型细胞的现象。,转分化需经历去分化和再分化过程,哺乳动物体细胞的转分化：,克隆（核移植）借助卵胞质的重编程,iPS,直接转染关键的转录因子,再生（,regeneration,）,指生物体部分组织器官缺失后的重建过程，不同类型生物的再生能力有明显差异,再生过程有的通过转分化方式，有的通过,G0,期细胞重回细胞周期或干细胞参与,一、细胞的分化潜能,细胞全能性（,totipotency,）,：单个细胞在一定条件下分化发育为完整个体的能力。,全能性细胞（,totipotent cell,）：具有分化为完整个体潜能的细胞。,受精卵是全能性细胞，伴随着胚胎发育，细胞的分化潜能逐渐被限定，经历了,全能性多能性单能性,的过程。通常哺乳动物,8-,细胞前的卵裂球具有全能性。,体细胞克隆和,iPS,等研究表明高度分化的体细胞核仍然具有发育的全能性，即,分化细胞保持了全部基因组信息,。,Dolly,羊的诞生和动物克隆（无性繁殖）途径,二、细胞分化与决定,细胞决定,(cell determination),：,指细胞特性发生了不可逆的改变，发育潜力已经单一化。,细胞分化和决定的机制,胞质成分的不均匀分配,细胞间相互作用,胚胎诱导,：,胚胎发育过程中，组织或细胞群影响邻近细胞分化方向的作用。,分化抑制：分化成熟的细胞可以产生抑素，抑制相邻细胞发生同方向的分化。,方向分化的作用,细胞外基质（,ECM,）的影响,激素的影响,胞质决定子的不均匀分布导致子细胞不同的分化命运,以细胞自身胞质组分为主决定发育方向的胚胎发育模式为,镶嵌型发育 （,mosaic development,）,以细胞间相互作用为主决定细胞发育方向的胚胎发育模式为,调整型发育（,regulative development,），,其中存在大量的,胚胎诱导（,embryonic induction,） 。,脊索中胚层诱导外胚层形成神经管,三、干细胞（,stem cell,）,干细胞是具有自我更新和分化潜能的细胞，可以分化产生一种以上的“专业”细胞。,干细胞基本特性：,自我更新,多向分化潜能,干细胞的分裂体现自我更新特点,干细胞增殖方式：,对称分裂,不对称分裂,按干细胞生存阶段分类：,胚胎干细胞（,embryonic stem cell,，,ES cell,）,成体,/,组织干细胞：参与组织的再生和细胞修复,按干细胞分化潜能分类：,全能干细胞：,8,细胞前卵裂球,多能干细胞：内细胞团,专能干性能：如造血干细胞,单能干细胞：如表皮干细胞、精原干细胞,成体,/,组织干细胞（,adult/tissue stem cell,）,几乎所有的组织都有干细胞分布,通过对称分裂和不对称分裂维持组织干细胞的自稳定性,具有可塑性（,plasticity,），即在一定条件下可发生转分化,造血干细胞,HSC,ES cell,来源,ES,细胞通常,来源于,囊胚内细胞团（,ICM,）,ES,细胞体外培养的关键是应用饲养层细胞（,feeder cells,）和分化抑制因子（常用,LIF,）,ES,细胞的特征,形态：细胞呈集落生长，细胞间紧密堆积，无明显细胞界限，细胞体积小，核质比大，具有正常二倍体核型。,生化：表达,SSEA,、,AKP,等，端粒酶活性高。,干细胞研究的主要临床意义,细胞移植治疗或结合组织工程的人工器官移植,四、细胞分化与肿瘤,动物体内细胞分裂调节失控而无限增殖的细胞称为肿瘤细胞,(tumor cell),。,具有转移能力的肿瘤称为恶性肿瘤（,malignancy,）。上皮组织的恶性肿瘤称癌（,cancer,）。,与正常细胞相比，肿瘤细胞的形态、结构、代谢、增殖和功能都发生了深刻的变化，其基本特征是细胞生长和分裂的失控及分化的异常，而癌细胞还有另一基本特征即转移。,癌细胞的基本特征,生长与分裂失控，成为“永生”细胞,细胞黏着性下降，具有浸润性和扩散性及转移能力,细胞间相互作用改变：识别改变、表达水解酶类、产生新的表面抗原,蛋白或,mRNA,表达谱或蛋白活性改变，往往表达一些在胚胎细胞中表达的蛋白（表明分化程度低），端粒酶活性高,染色体常呈非整倍性（,aneuploidy,），出现巨核、双核或多核，核质比显著增大,细胞周期失控,接触抑制丧失，形成克隆,定着依赖性丧失，可悬浮培养,对血清依赖性降低,可移植性,体外培养的癌细胞或恶性转化细胞的特征,接触抑制（,contact inhibition,）,：正常细胞体外培养时呈贴壁生长，细胞增殖达到一定密度汇合成单层后停止分裂，细胞转入,G0,期。,细胞癌变是基因突变累积的结果,肿瘤发生的内因,原癌基因（,proto-oncogene,）或细胞癌基因（,C-onc,）：,存在于正常细胞基因组内，与病毒癌基因具有相似序列的,DNA,片断。其正常表达产物是细胞增殖所需要的，但受到其它因素的作用，也能被激活成为癌基因（,oncogene,）,。,癌基因：控制细胞生长和分裂的正常基因的一种突变形式，能导致正常细胞的癌变。,抑癌基因（,tumor-suppressor gene,）：,正常细胞中广泛存在的,影响细胞周期的负调控因子,，如,p53,基因、,Rb,基因，其产物起转录抑制因子作用，抑制细胞增殖。这类基因的突变或丢失可诱发肿瘤。,原癌基因产物：,生长因子,生长因子受体,信号转导组分,细胞周期蛋白,细胞凋亡调节蛋白,转录因子,原癌基因与抑癌基因产物协调作用，避免细胞癌变,原癌基因的类型,抑癌基因的类型,思考题：,1,细胞分化的概念和实质,2,管家基因和奢侈基因的概念,3,如何理解发育过程中细胞的全能性,4,细胞分化和决定的主要机制,5,干细胞的概念、基本特性和分类,6 ES,细胞的主要来源和特征,7,癌细胞的概念和主要特征,8,接触抑制的概念,9,原癌基因和抑癌基因的概念和意义,