新乡医学院细胞生物学5.

2.1．遗传与发育2.1.4．小RNA与细胞分化与个体发育小RNA是长度约在20~30个核苷酸(nt)的非编码RNA(non-codingRNA)，包括约22nt的微小RNA(microRNA，miRNA)、21~28nt的小干扰RNA(smallinterferingRNA，siRNA)，以及最近在小鼠精子发育过程中发现的26~31nt的小分子RNA。生命的个体发育2.1．遗传与发育2.1.4．小RNA与细胞分化与个体发育小RNA广泛地存在于哺乳动物，具有高度的保守性，它们通过与靶基因mRNA互补结合而抑制蛋白质合成或促使靶基因mRNA降解。许多研究表明，小RNA参与了细胞分化与发育的基因表达调控。生命的个体发育2.2．胚胎细胞分化与决定细胞分裂和细胞分化是受精卵发育为个体的关键，是胚胎发育的核心和基础。经过细胞分裂，细胞数量增加；经过分化，产生不同类型的细胞。由各型细胞组成组织，器官、系统和生物体。生命的个体发育2.2．胚胎细胞分化与决定胚胎在许多情况下，细胞在分化之前就已预先确定了其未来的发育命运，只能向特定方向分化，这种现象称为细胞决定(determination)。在这种状态下，细胞沿着预定的方向分化，细胞决定一方面由卵细胞质控制，另一方面由相邻细胞的相互作用而受到决定。最早决定细胞分化方向的物质是卵细胞质中的基因产物——mRNA和蛋白质。生命的个体发育2.2．胚胎细胞分化与决定供体供体移植移植宿主宿主正常命运未决定已决定明显分化前明显分化后生命的个体发育2.2．胚胎细胞分化与决定胚胎细胞在不同发育阶段，其分化潜能不同全能性细胞桑椹胚之前的细胞，都具有发育为整个个体的潜能。生命的个体发育2.2．胚胎细胞分化与决定胚胎细胞在不同发育阶段，其分化潜能不同全能性细胞多能细胞(pluripotentcell)分化潜能有局限，但仍具有发育为多种表型细胞的潜能的细胞。生命的个体发育2.2．胚胎细胞分化与决定胚胎细胞在不同发育阶段，其分化潜能不同全能性细胞多能细胞(pluripotentcell)专能细胞(committedcell)经过器官发生，各种组织、细胞的发育命运最终决定，在形态上特化、功能上专一化的细胞。生命的个体发育2.2．胚胎细胞分化与决定胚胎细胞在不同发育阶段，其分化潜能不同全能性细胞多能细胞(pluripotentcell)专能细胞(committedcell)特化细胞生命的个体发育2.2．胚胎细胞分化与决定细胞分化潜能是由全能→多能→单能→特化的方向演化。这种分化能力逐渐降低的现象，是细胞分化过程中的一个普遍规律，是基因选择表达的结果。生命的个体发育2.2．胚胎细胞分化与决定分化受细胞核与细胞质之间、细胞群与细胞群之间、胚胎不同部位之间、细胞外物质等一系列因素相互作用的制约。在胚胎发育过程中，以上因素连续地或选择性地激活某些基因，决定了细胞分化和组织器官的结构，而基因组中的基因按一定时间和空间顺序选择性地表达，控制某些特定蛋白质的合成，使细胞按时空顺序分化为某种类型的细胞。生命的个体发育2.3．胚胎发育中细胞间的相互作用原肠胚以后，三个胚层的发育前途虽已确定，但各胚层进一步发育还有赖于细胞之间、细胞群之间的相互作用。主要表现在胚胎诱导与抑制。生命的个体发育2.3．胚胎发育中细胞间的相互作用2.3.1．胚胎诱导胚胎发育的特定阶段，一部分细胞对邻近细胞产生影响，并决定其分化方向的作用，称为胚胎诱导(embryonicinduction)或诱导(induction)。诱导组织：起诱导作用的组织反应组织：被诱导而发生分化的组织生命的个体发育2.3．胚胎发育中细胞间的相互作用2.3.1．胚胎诱导生命的个体发育2.3．胚胎发育中细胞间的相互作用2.3.1．胚胎诱导胚胎诱导可发生在不同胚层之间，也可以发生在同一胚层不同区域之间。视泡视杯晶状体杯晶状体泡角膜生命的个体发育2.3．胚胎发育中细胞间的相互作用2.3.1．胚胎诱导胚胎诱导具有严格的组织特异性和发育时空限制。真皮间质来源翅膀表皮上皮特异性诱导翅膀大腿足翅膀上的羽毛大腿上的羽毛爪生命的个体发育2.3．胚胎发育中细胞间的相互作用2.3.1．胚胎诱导胚胎诱导具有严格的组织特异性和发育时空限制。蛙原肠胚蝾螈原肠胚蝾螈原肠胚蛙原肠胚腹部外胚层具有吸盘的蝾螈吸盘具有平衡器的蛙平衡器生命的个体发育2.3．胚胎发育中细胞间的相互作用2.3.2．抑制抑制(inhibition)是在胚胎发育中，已分化的细胞抑制邻近细胞进行相同分化而产生的负反馈调节作用。已分化的细胞可产生某种物质，抑制邻近细胞向其相同方向分化，这种物质称为抑素。生命的个体发育2.3．胚胎发育中细胞间的相互作用由于有诱导分化和抑制分化，才使胚胎发育有序地进行，使发育的器官间相互区别，避免重复。生命的个体发育2.3．胚胎发育中细胞间的相互作用2.3.3．细胞识别和粘着在胚胎形态发生中细胞识别和粘着起着重要作用。由于胚胎细胞的广泛迁移，当到达最终位置时，同类细胞只有通过识别和粘着，才能进一步分化，构成组织器官和系统，形成机体各种形态结构。生命的个体发育2.4．形态发生2.4.1．形态发生的概念形态发生(morphogenesis)是胚胎发育过程中组织器官和机体形态结构的形成过程。它是通过细胞差异生长(differentialgrowth)、细胞迁移和形态变化、细胞识别和粘着，细胞增殖和凋亡而实现，整个过程都是受基因控制，也受环境因素影响。生命的个体发育2.4．形态发生2.4.1．形态发生的概念各生物体的发育环境相对固定。而这一固定环境是生物长期进化形成的，生物的发生要重演祖先进化过程。生命的个体发育2.4．形态发生2.4.2．影响形态发生的因素2.4.2.1．细胞增殖和程序性细胞死亡胚胎的生长是有丝分裂的结果，大型动物和小型动物的区别，不在于细胞大小的不同，而是由细胞数量多少决定的。在形态发生过程中细胞按一定时期、一定部位有序地进行增殖和死亡，它既受基因控制，也受环境因素的影响。生命的个体发育2.4．形态发生2.4.2．影响形态发生的因素2.4.2.2．差异生长差异生长指细胞增长的数量和增长率，在身体的不同部位是不同的。由于细胞差异生长，形成各组织、器官的特有形态。生命的个体发育2.4．形态发生2.4.2．影响形态发生的因素2.4.2.3．形态调节运动形态调节运动(formregulatingmovement)使生长着的有关部位之间产生细胞的变形和迁移。胚胎形态发生是受多个基因群形成的多层次控制，这些基因通过对细胞运动、细胞间识别和黏着、细胞增殖和凋亡的控制，使一系列发育事件按基因组既定的遗传程序进行。生命的个体发育生命的个体发育3．胚后发育从卵膜孵出或从母体娩出的幼体，继续生长发育，经过幼年、成年、老年直至死亡的过程，称为胚后发育。在胚后发育过程中，仍有一些细胞继续分化，如牙的发生、神经系统的继续发育、生殖细胞的分化成熟。生命的个体发育从卵膜孵出或从母体娩出的幼体，继续生长发育，经过幼年、成年、老年直至死亡的过程，称为胚后发育。有些动物从幼体发育为成体的过程中，在形态结构、生理机能及生活习性等方面发生显著的改变，称为变态(metamorphosis)。生命的个体发育生长是由幼体生长到成体，体积增大的阶段：机体生长通过细胞数量增加、这是生长的主要原因；细胞体积增大，是个体发育中某些细胞的生长方式；此外，大量细胞外基质细胞分泌完成的细胞外空间容量的增加。3.1．生长生命的个体发育3.1．生长生长停滞期(laggrowthperiod)：无实质性生长，但为其以后的生长做准备指数生长期(exponentialgrowthperiod)：此期先慢后快，体积成倍增加生长减速期(decelerategrowthperiod)：个体生长开始减慢负生长：到晚年甚至出现负生长生命的个体发育再生(regeneration)是指生物体在其身体某部分受到损伤或丧失后的修复过程。再生的本质是成体动物为修复缺失组织器官的发育再活化，是多潜能未分化细胞的再发育。3.2．再生生命的个体发育涉及成体组织通过去分化过程形成未分化的细胞团，以便之后可以重新分化，例如两栖类动物再生肢体。3.2．再生3.2.1．再生分类微变态再生(epimorphosisregeneration)生命的个体发育是通过已存在组织的重组分化，基本没有新的生长,例如水螅的再生。3.2．再生3.2.1．再生分类变形再生(morphallaxisregeneration)生命的个体发育表现为细胞分裂产生与自己相似的细胞，保持它们的分化功能，如哺乳动物肝脏再生。3.2．再生3.2.1．再生分类补偿性再生(compensatoryregeneration)生命的个体发育3.2．再生3.2.2．动物再生的一般进程完成再生过程需要的条件必须具有再生能力的细胞局部环境条件能引导这些细胞进入再生途径去除阻碍再生进行的因素及因子生命的个体发育3.2．再生3.2.2．动物再生的一般进程参与再生过程的细胞干细胞或祖细胞：最常见的再生机制是干细胞和祖细胞进行再生，干细胞一般通过中间类型细胞及定向祖细胞分化为终末分化细胞已分化细胞：已分化细胞去分化或转分化，然后再分化，形成失去的组织或器官生命的个体发育3.2．再生3.2.3．动物再生进程的调控动物的再生是受多种因子的调节的。在不同的阶段，参与的因子不同，如肝脏的再生，分为启动阶段，增殖阶段和终止阶段。生命的个体发育3.2．再生3.2.3．动物再生进程的调控3.2.3.1．启动阶段细胞因子(TNF-、IL-6)和转录因子(NF-B、STAT-3)是肝再生启动阶段最为重要的信号调控分子生命的个体发育3.2．再生3.2.3．动物再生进程的调控3.2.3.2．增殖阶段肝细胞进入细胞周期增殖阶段(G1~S期)后，受到多个因素的调控。细胞周期素(cyclinD1)表达、活化是此阶段一个重要调控点；多种促肝细胞生长因子(HGF、EGF、TGF-)在此阶段也有重要作用生命的个体发育3.2．再生3.2.3．动物再生进程的调控3.2.3.3．终止阶段肝再生终止阶段信号调控机制，是研究最不清楚的环节。目前已知，肝再生终止阶段存在着强力生长抑制因子的表达活化；主要包括有转化生长因子——β(TGF-β)、激活素蛋白-A(ActivinA)生命的个体发育3.3．衰老衰老(aging)是绝大多数生物性成熟以后，机体形态结构和生理功能逐渐退化或老化的过程，是一个受发育程序、环境因子等多种因素控制的不可逆的生物学现象。生命的个体发育3.3．衰老3.3.1．衰老的一般形态与功能特征哺乳动物进入衰老期，机体结构和功能出现衰老特征。衰老可以表现在组织、器官、细胞及分子等不同层次上。不同物种、同一物种不同个体及同一个体不同部位各层次上的衰老变化都不完全相同。生命的个体发育衰老是时间依赖性的缓慢过程。衰老的形态和功能特征有显著的个体差异，很难找到适当的定量参数作为衰老的指标。衰老过程主要是机体内部结构的衰变，是构成机体的所有细胞的功能不全，是随着生存时间推移而发生的细胞改变的总和。生命的个体发育3.3．衰老3.3.1．衰老的一般形态与功能特征3.3．衰老3.3.2．衰老机制3.3.2.1．基因调控学说子代的寿命与双亲的寿命有关，各种生物的寿命相对恒定，主要受遗传物质的控制。个体发育本身就是一个严格的遗传程序控制的过程。机体细胞中存在着“长寿基因”和衰老基因。生命的个体发育在正常情况下，控制生长发育的基因在各个发育时期有序地开启和关闭。机体发育到生命的后期阶段才开启的基因控制机体的衰老过程，正是由于这些基因的改变而引起机体一系列结构、功能的改变。生命的个体发育3.3．衰老3.3.2．衰老机制3.3.2.1．基因调控学说3.3．衰老3.3.2．衰老机制3.3.2.2．端粒、端粒酶与衰老染色体末端普遍存在端粒结构，端粒是决定细胞增殖能力的计时器，端粒长，细胞的增殖能力强，反之则短。端粒由端粒酶合成，以保持染色体的稳定性，端粒