15章细胞分化与胚胎发育.

第十五章细胞分化与胚胎发育细胞分化(celldifferentiation)概念：P318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，产生不同的细胞类型的过程称之为细胞分化。◆细胞分化的关键在于特异性蛋白质合成。◆合成特异性蛋白质实质在于基因的选择性表达。第一节细胞分化(Celldifferentiation)一、细胞分化的基本概念（一）细胞分化是基因选择性表达的结果细胞总DNA细胞总RNA输卵管细胞成红细胞胰岛β细胞输卵管细胞成红细胞胰岛β细胞卵清蛋白基因++++--β-珠蛋白基因+++-+-胰岛素基因+++--+实验方法Southern杂交Northern杂交分子杂交技术检测基因及其表达Southern杂交是体外分析特异性DNA序列的方法Nouthern杂交是体外分析特异性RNA序列的方法(二)组织特异性基因与管家基因◆管家基因(house-keepinggenes)：是指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需的；◆组织特异性基因(tissue-specificgenes)，或称奢侈基因(luxurygenes)：是指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；◆细胞分化的实质是奢侈基因在时间与空间上的差异表达(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组合调控（combinationalcontrol）概念：每种类型的细胞分化是由多种调控蛋白共同参与完成的。意义:有限的少量调控蛋白启动为数众多的特异细胞类型的分化的调控机制。n调控蛋白→2n细胞在启动细胞分化中存在一两种起决定作用的调控蛋白（四）单细胞有机体的细胞分化●单细胞（原核与真核细胞）也存在细胞分化●与多细胞有机体细胞分化的不同之处：前者多为适应不同的生活环境，而后者构建执行不同功能的组织与器官。（五）转分化与再生●一种类型分化的细胞转变成另一种类型的分化细胞现象称转分化。●转分化经历去分化（dedifferentiation）和再分化的过程。植物组织愈伤组织根或芽（已分化）（脱分化）（再分化）●生物界普遍存在再生现象。（一）细胞的全能性◆概念：细胞全能性是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。◆受精卵与动物早期胚胎细胞具全能性◆植物体细胞具有全能性◆哺乳动物体细胞不具全能性，但其细胞核具有全能性二、细胞的全能性与多能干细胞（二）干细胞干细胞是机体中能进行自我更新和多向分化潜能并具有形成克隆能力的一类细胞。根据分化潜能的不同，干细胞可分为全能干细胞、多能干细胞和单能干细胞。根据来源不同，干细胞又可以分为胚胎干细胞和成体干细胞（三）胚胎干细胞着床前胚胎内细胞团或原始生殖细胞经体外分化抑制培养分离的一种全能性细胞系具有分化的全能性，但涉及道德伦理将4种基因（Oct4、Sox2、c-myc、KLF4)转入体细胞中可诱导产生“诱导多能干细胞”－iPS，性质与胚胎干细胞类似。三影响细胞分化的因素1、受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响2、胞外信号分子对细胞分化的影响近旁组织分泌信号分子近距离作用（胚胎诱导）分泌激素远距离作用3、细胞间的相互作用与位置效应4、细胞记忆与决定果蝇成虫盘(imaginaldisc)5、环境对性别决定的影响6、染色质变化与基因重排对细胞分化的影响马蛔虫纤毛虫B/T－淋巴细胞的分化普遍性特殊性第二节胚胎发育过程中的细胞分化细胞分化最伟大的杰作，在于后生生物个体的形成，而后生动物的发育，是最为复杂，也是最引人入胜的生命过程。生物相对有限的基因，凭借重复而富有创造性的方式指导细胞的行为，分化并产生当今世界上多种生命体。在这个过程中，FGF、TGF-β、RA、Shh和Wnt等信号系统，按照极其相似的方式调控各种发育进程。一、生殖细胞的分化（一）哺乳动物的性别分化哺乳动物雌雄两性的分化，源于生殖腺细胞的分化性腺原基——生殖嵴的固有分化方向是卵巢Y染色体携带的SRY基因对性腺分化为睾丸是必需的表达SRY基因的细胞最终分化为睾丸中的支持细胞支持细胞诱导性腺中其他体细胞分化为其他类型的睾丸组成细胞，并抑制雌性生殖管道的形成（P328－329）。SRY的作用机制Wt1等上游基因SRYSox9基因FGF9激活抗穆勒氏管因子表达，使穆勒氏管退化触发细胞向XY性腺转移，稳定支持细胞分化状态。最终形成睾丸。Wnt4按固有的编程向雌性方向发育，最终形成卵巢。表达维持表达（二）生殖细胞的形成与成熟原生殖细胞（PGC）的产生胚外组织的细胞分泌BMP与邻近细胞BMP受体结合并使之活化磷酸化下游的效应分子Smad磷酸化Smad进入细胞核启动与PGC分化相关靶基因的表达形成PGC，快速分裂同时向生殖嵴迁移图原生殖嵴细胞（PGC）的迁移P328APGC形成于胚胎发育的早期的胚外中层，首先聚集于尿囊和后肠的交界处。BPGC形成后快速分裂，同时开始复杂的迁移，最终到达生殖嵴。PGC迁入生殖嵴后的分裂方式，主要取决于生殖嵴的体细胞人。图PGC进入生殖嵴后的细胞分裂dpc：dayspostcoitumPGC向生殖细胞的分化生殖嵴的PGC中肾分泌视黄酸(RA)XY生殖嵴支持细胞分泌降解RA的Cyp26b1XX生殖嵴PGC接受RA信号作用抑制精原细胞有丝分裂出生后一段时间重启有丝分裂，分化经减数分裂成为精子卵原细胞有丝分裂并进行减数分裂停留于减Ⅰ前期的双线期完成减数分裂，成熟并排卵二、早期胚发育过程中的细胞分化脊椎动物的发育过程经过受精、卵裂、囊胚和原肠胚，形成3个胚层。脊索中胚层诱导其附近的外胚层形成神经管。这个过程依靠FGF、RA、Wnt、Shh和BMP信号等众多途径的相互协调。脊椎动物胚胎发育过程中，细胞的分化命运大部分由其所处环境决定，细胞附近的组织对细胞分化发挥了巨大作用，这就是调整型发育。大部分无脊椎动物发育时，其细胞分化命运大部分是由细胞本身所决定的，对细胞所处环境依赖较小，这称为镶嵌型发育。眼的发生视泡诱导晶状体的形成视杯与晶状体共同诱导角膜的形成