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1、第第15章章 细胞分化与细胞分化与胚胎发育胚胎发育第一节：细胞分化第一节：细胞分化 一、细胞分化的基本概念一、细胞分化的基本概念 二、细胞的全能性与多能干细胞二、细胞的全能性与多能干细胞 三、影响细胞分化的因素三、影响细胞分化的因素第二节第二节 胚胎发育中的细胞分化胚胎发育中的细胞分化 一、生殖细胞的分化一、生殖细胞的分化 二、早期胚胎发育过程中的细胞分化二、早期胚胎发育过程中的细胞分化 三、果蝇胚胎早期发育中的细胞分化三、果蝇胚胎早期发育中的细胞分化讲授的内容：细胞分化与有机体细胞的复杂性细胞分化与有机体细胞的复杂性第一节第一节 细胞分化细胞分化（一）细胞分化是基因选择性表达的结果（一）细胞
2、分化是基因选择性表达的结果细细胞胞分分化化(cell differentiation)：在在个个体体发发育育中中，由由一一种种相相同同的的细细胞胞类类型型经经细细胞胞分分裂裂后后逐逐渐渐在在形形态态、结结构构和和功功能能上上形形成成稳定性差异稳定性差异，产生，产生各不相同的细胞类群各不相同的细胞类群的过程。的过程。细胞分化是多细胞生物发育的基础与核心；细胞分化是多细胞生物发育的基础与核心；细细胞胞分分化化的的关关键键在在于于特特异异性性蛋蛋白白质质合合成成；合合成成特特异异性性蛋蛋白白质质实质实质在于在于组织特异性基因组织特异性基因在在时间和空间时间和空间上的上的差异性差异性表达；表达；差异性
3、表达的差异性表达的机制机制是由于基因表达的是由于基因表达的组合调控组合调控。一、细胞分化的概念一、细胞分化的概念细胞分化是基因选择性表达的结果细胞分化是基因选择性表达的结果 表表15-2 15-2 结果表明，不同类型的细胞各自表达一套特异的结果表明，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，而且执行特定的生理功能。基因，其产物不仅决定细胞的形态，而且执行特定的生理功能。（二）管家基因与组织特异性基因分化基因组所表达的基因分为两种基本类型类：分化基因组所表达的基因分为两种基本类型类：管家基因管家基因：指细胞中均表达的一类基因，：指细胞中均表达的一类基因，其产物其产物是是维持
4、细胞基本生命活动所必须的。维持细胞基本生命活动所必须的。占整个基因组的占整个基因组的3%3%左右，转录起始部位无左右，转录起始部位无TATATATA框，仅框，仅有有CGCG岛，内含子相对很短。编码的产物多为细胞基础代谢岛，内含子相对很短。编码的产物多为细胞基础代谢所需酶类、核糖体蛋白、膜转运蛋白，周期调控蛋白等所需酶类、核糖体蛋白、膜转运蛋白，周期调控蛋白等。组织特异性基因组织特异性基因：指不同类型细胞中特异性表达的：指不同类型细胞中特异性表达的基因（细胞类型特异性基因），其基因（细胞类型特异性基因），其产物赋予产物赋予各种类各种类型细胞特异的型细胞特异的形态结构特征形态结构特征与与特异的功能
5、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器占基因总数的绝大多数，调控并参与细胞分化和组织器官的建成。官的建成。图图15-1 组合调控的作用机制示意图分化组合调控的作用机制示意图分化（三）组合调控引发组织特异性基因的表达（三）组合调控引发组织特异性基因的表达有限少量调控蛋白启动了为数众多的特异细胞类型的分化程序。其机制就是每种类型的细胞分化是有多种调控蛋白共同参与完成的。通过细胞分化构建执行不同功能的组织器官（四）（四）单细胞单细胞有机体的细胞有机体的细胞分化分化图15-2 黏菌繁殖过程示意图单细胞变形体单细胞变形体多细胞的蛞蝓形假原质团多细胞的蛞蝓形假原质团为了适应外界的生活
6、环境的改变（五）转分化与再生（五）转分化与再生转转分分化化（transdifferentiationtransdifferentiation）：一一种种类类型型的的分分化化细细胞胞转转变变成成另另一种类型的分化细胞现象一种类型的分化细胞现象。转转分分化化经经历历去去分分化化（dedifferentiationdedifferentiation，或或称称脱脱分分化化）和和再再分分化化的的过程。过程。生物界普遍存在再生现象（生物界普遍存在再生现象（regenerationregeneration），），再生再生是指生是指生物体物体缺失部分缺失部分后重建后重建过程，广义的再生可包括过程，广义的再生可
7、包括分子水平分子水平、细胞水平细胞水平、组织组织与与器官器官水平及水平及整体整体水平的再生。水平的再生。不同的细胞有机体，其再生能力有明显的差异。不同的细胞有机体，其再生能力有明显的差异。植物比动物再生能力强，低等动物比高等动物再生能力强。植物比动物再生能力强，低等动物比高等动物再生能力强。人和其他动物只有组织水平（除肝外）的再生能力，并随人和其他动物只有组织水平（除肝外）的再生能力，并随个体年龄增大而下降。个体年龄增大而下降。二、细胞的全能性与多能干细胞二、细胞的全能性与多能干细胞图图15-3 造血干细胞逐级分化为各种类型的血细胞造血干细胞逐级分化为各种类型的血细胞（一）细胞的全能性指细胞经
8、分裂和分化后仍具有形成完整有机体的潜能或特性。动物全能性细胞：受精卵、卵裂早期的胚胎细胞。植物体细胞：培养过程中的外植体组织或愈伤细胞图图15-4 iPS 细胞细胞建建系系过程示意图过程示意图诱导多能干细胞诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells iPS）Oct3/4Oct3/4，Sox2Sox2、c-Mycc-Myc和和Klf4Klf4这四种转这四种转录因子基因录因子基因克隆入病毒载体克隆入病毒载体，然后引入，然后引入小鼠成纤维细胞，发现可诱导其发生转小鼠成纤维细胞，发现可诱导其发生转化，产生的化，产生的iPSiPS细胞在形态细胞在形态、基因和蛋、基因和蛋
9、白表达、分化能力等方面与胚胎干细胞白表达、分化能力等方面与胚胎干细胞相似。相似。诱导多能干细胞的研究诱导多能干细胞的研究小鼠成纤维细胞小鼠成纤维细胞高等动物的细胞，随着胚胎的发育和细胞分化，细胞逐渐丧失了发育个体的能力，仅具有分化成多种细胞类型及构建组织的潜能-多能。具有分化潜能的细胞 称为干细胞（二）干细胞（二）干细胞（三）胚胎干细胞体外培养的人胚胎干细胞体外培养的人胚胎干细胞红色：红色：滋养层细胞滋养层细胞（经处理后，不能（经处理后，不能继续分裂的小鼠成继续分裂的小鼠成纤维细胞）纤维细胞）干细胞是机体中能进行干细胞是机体中能进行自我更新自我更新（产生与自身（产生与自身相同的子细胞）和相同的
10、子细胞）和多向多向分化潜能分化潜能（分化形成不（分化形成不同细胞类型）并具有形同细胞类型）并具有形成成克隆能力克隆能力的一类细胞。的一类细胞。干细胞干细胞：全能干细胞；：全能干细胞；多能干细胞；单能干细多能干细胞；单能干细胞。又可分为：胚胎干胞。又可分为：胚胎干细胞、成体（组织）干细胞、成体（组织）干细胞（造血、骨髓间充细胞（造血、骨髓间充质、神经、肌肉等干细质、神经、肌肉等干细胞）。胞）。终末分化终末分化：干细胞最终：干细胞最终形成特化细胞类型的过形成特化细胞类型的过程程。细胞克隆与再生医学细胞克隆与再生医学人的胚胎干细胞定向诱导分化人的胚胎干细胞定向诱导分化移植到糖尿病模型小鼠体内移植到糖
11、尿病模型小鼠体内体外诱导产生的经3种特异标志蛋白染色的胰岛细胞三、影响细胞分化的因素三、影响细胞分化的因素受受精精卵卵细细胞胞质质的的不不均均一一性性对对细细胞胞分分化化的的影影响响（p324p324）胞外胞外信号分子信号分子对细胞分化的影响对细胞分化的影响 细胞间的相互作用与细胞间的相互作用与位置效应位置效应细胞记忆与决定细胞记忆与决定（果蝇成虫盘果蝇成虫盘，imaginal discimaginal disc；p326p326)环境对性别决定的影响（环境对性别决定的影响（p326p326）染色质变化与基因重排对细胞分化的影响染色质变化与基因重排对细胞分化的影响（p327）一一、生殖细胞的分
12、化生殖细胞的分化第二节第二节 胚胎发育中的细胞分化胚胎发育中的细胞分化发育发育：后生生物经历一个由单细胞到多细胞的过程，最终形成成熟的个体。发育过程：单细胞的受精卵（合子）多细胞的胚胎成体；细胞分裂、迁移和分化、凋亡等过程。细胞分化是整个发育过程的基础与核心。图图15-10 原生殖细胞（原生殖细胞（PGC）的迁移）的迁移性别决定性别决定SRY（决定睾丸发育的（决定睾丸发育的转录因子转录因子）雄性雄性X X染色体的染色体的T Tfmfm表达表达-受体受体男性男性雄性雄性X染色体的染色体的tfm突变表达突变表达-无受体无受体女女性性染色体染色体上的性上的性别决定别决定区域区域雄配子决定因子雄配子决
13、定因子雄配子雄配子睾丸素，雄激素睾丸素，雄激素雄激素雄激素分化的分化的信号受信号受体复合体复合物物雄性第雄性第二性征二性征X X染色体染色体上能够使上能够使正常雄性正常雄性基因基因表达表达的的T Tfmfm基基因因X X染色体染色体上不能够上不能够使正常雄使正常雄性性基因基因表表达的达的tfmtfm基因基因产生雄性产生雄性激素信号激素信号受体受体雌性第雌性第二性征二性征性腺细胞分化中的信号途径性腺细胞分化中的信号途径生生殖殖细细胞胞的的形形成成与与成成熟熟原原生殖细胞生殖细胞的产生的产生原胚细胞，胚囊细胞原胚细胞，胚囊细胞原生殖细胞向生殖细胞的分化原生殖细胞向生殖细胞的分化受孕天数（二二）早期
14、胚胎发育过程中的细胞分化早期胚胎发育过程中的细胞分化受精卵裂囊胚原肠胚：三胚层人上、下胚层发育命运关系图人上、下胚层发育命运关系图神神经经管管的的形形成成神经胚神经胚调控脊髓神经细胞增殖的信号系统调控脊髓神经细胞增殖的信号系统成纤维细胞生长因子成纤维细胞生长因子体节表达因子体节表达因子调控神经前体细胞的分裂与分化调控神经前体细胞的分裂与分化神经元前体细胞通过侧向抑制而特化神经元前体细胞通过侧向抑制而特化脊髓背腹分化中的信号网络脊髓背腹分化中的信号网络（三三）果蝇胚胎早期发育中的细胞分化果蝇胚胎早期发育中的细胞分化作业：作业：一、基本概念一、基本概念 细胞分化细胞分化 去分化去分化 胚胎诱导胚胎
15、诱导 组织特异性组织特异性基因基因 管家基因管家基因 干细胞干细胞 全能性全能性 多能细胞多能细胞 单能细胞单能细胞二、简答题与论述题二、简答题与论述题1 1、为什么说细胞分化是基因选择性表达的结果、为什么说细胞分化是基因选择性表达的结果?2 2、组织特异性基因的表达是、组织特异性基因的表达是以以何何种方式种方式调控的调控的?3 3、影响细胞分化的因素有哪些？请予说明。、影响细胞分化的因素有哪些？请予说明。4 4、什么是干细胞？它有哪几种基本类型和各自的基本特征？、什么是干细胞？它有哪几种基本类型和各自的基本特征？5 5、什么是诱导多能干细胞？试论述其在理论与医学实践中的重要什么是诱导多能干细
16、胞？试论述其在理论与医学实践中的重要意义？意义？6 6、从从PGCPGC到精子的分化过程中，有哪些重要信号途径是必不可少到精子的分化过程中，有哪些重要信号途径是必不可少的？它们如何作用以保证精子的形成？的？它们如何作用以保证精子的形成？7 7、从、从PGCPGC到到卵子卵子的分化过程中，有哪些重要信号途径是必不可少的分化过程中，有哪些重要信号途径是必不可少的？它们如何作用以保证的？它们如何作用以保证卵子卵子的形成？的形成？8 8、生殖细胞进入减速分裂与否是如何调控的生殖细胞进入减速分裂与否是如何调控的？9 9、什么是神经管细胞分化过程中的旁侧抑制？、什么是神经管细胞分化过程中的旁侧抑制？1010、举例说明、举例说明BMPBMP分子、分子、ShhShh分子如何通过浓度梯度来调控细胞分分子如何通过浓度梯度来调控细胞分化。化。Thanks for yourattention!