第15章 细胞分化与胚胎发育

第15章细胞分化与胚胎发育（一）细胞分化是基因选择性表达的结果§细胞分化(celldifferentiation)：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，产生各不相同的细胞类群的过程。§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组织特异性基因在时间和空间上的差异性表达；差异性表达的机制是由于基因表达的组合调控。一、细胞分化的概念与本质第一节细胞分化第15章细胞分化与胚胎发育翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社第15章细胞分化与胚胎发育翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社（二）管家基因与组织特异性基因管家基因(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；第15章细胞分化与胚胎发育翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社（三）组合调控引发组织特异性基因的表达第15章细胞分化与胚胎发育翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社（四）单细胞有机体的细胞分化－黏菌繁殖第15章细胞分化与胚胎发育翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社(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（transdifferentiation）。§转分化经历去分化（dedifferentiation）和再分化的过程。§生物界普遍存在再生现象（regeneration），再生是指生物体缺失部分后重建过程，广义的再生可包括分子水平、细胞水平、组织与器官水平及整体水平的再生。§不同的细胞有机体，其再生能力有明显的差异。第15章细胞分化与胚胎发育翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社第15章细胞分化与胚胎发育翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社第15章细胞分化与胚胎发育翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社Wolffianlensregenerationfromthedorsalirisinthenewt,N.viridescens.(A)Stage1,5daysfollowinglensremoval.(B)Stage3,10daysfollowinglensremoval.Notetheappearanceofdepigmentedepithelialcellsprimarilywithintheinnerlamina.(C)Stage4,15daysfollowinglensremoval.(D)Stage7,15daysfollowinglensremoval.(E)Stage9,20daysfollowinglensremoval.(F)Stage11,25daysfollowinglensremoval.SeeTableIforadescriptionofthesestages,andtextforfurtherdetails.Inallcases,theanteriorchamberandcorneaarelocatedtotherightsideofthefigure.cn,cornea;de,depigmentedirisepithelium;ev,epitheliallensvesicle;lc,lenscapsule;le,lensepithelium;lf,secondarylensfibercells;pe,pigmentedirisepithelium;pn,primarylensfibernucleus;rl,regeneratinglensvesicle;st,irisstroma.RegenerationstagesbasedonthoseofSato(1940).Bar=50 μm.FigurefromReyer(1977a).第15章细胞分化与胚胎发育翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社二、细胞的全能性与多能干细胞（一）细胞的全能性TotipotencyPluripotencyhemopoieticstemcell第15章细胞分化与胚胎发育翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社（二）干细胞iPS（inducedpluripotentstemcell）细胞系第15章细胞分化与胚胎发育翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社第15章细胞分化与胚胎发育翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社第15章细胞分化与胚胎发育翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社英国约翰·戈登（JohnB.Gurdon）JohnB.GurdonandShinyaYamanakadiscoveredthatthereverseisalsopossible.�Theirexperiments,separatedbyagapofover40years,demonstratedthatspecializedcellscanbeconvertedintoimmaturecells,andtheseimmaturecellscontaintheinformationthatcanenablethemtoagainformspecializedcellsandtissues.日本山中伸弥（ShinyaYamanaka）第15章细胞分化与胚胎发育翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社单能干细胞（monopotentialcell）第15章细胞分化与胚胎发育翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社（三）胚胎干细胞第15章细胞分化与胚胎发育翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社细胞克隆与再生医学第15章细胞分化与胚胎发育翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社人的胚胎干细胞定向诱导分化第15章细胞分化与胚胎发育翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社三、影响细胞分化的因素(一)受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响决定子（determinent）影响卵裂细胞向不同方向分化的细胞质成分。（二）胞外信号分子对细胞分化的影响近旁组织的相互作用（promixatetissueinteraction）或者胚胎诱导（embryonicinduction）1通过细胞旁分泌产生的细胞生长分化因子（FGF、TGF、hedgehog家族、Wnt家族等2.通过激素来影响如甲状腺素第15章细胞分化与胚胎发育翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社人胚胎干细胞维持与信号通路第15章细胞分化与胚胎发育翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社（三）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也有明显的影响。改变细胞所处的位置可导致细胞分化方向的改变，这种现象称位置效应（positioneffect）。在鸡胚发育的原肠期，脊索细胞分泌的信号蛋白（由shh基因编码sonichedgehog）的作用下，靠近脊索的细胞分化为底板（floorplate）,而远离脊索的细胞分化成运动神经元。第15章细胞分化与胚胎发育翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社第15章细胞分化与胚胎发育翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社第15章细胞分化与胚胎发育翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社第15章细胞分化与胚胎发育翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社第15章细胞分化与胚胎发育翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社（四）细胞记忆与决定(determination)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。果蝇成虫盘(imaginaldisc)是一些未分化的细胞群，在幼虫变态过程中，不同的成虫盘发育为不同的器官。（五）环境对性别决定的影响（六）染色质变化与基因重排对细胞分化的影响第15章细胞分化与胚胎发育翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社第15章细胞分化与胚胎发育翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社一、生殖细胞的分化高度终末分化的的精子和卵子的结合，既有的分化标记全部抹去，从而开启新生命的起点，分化产生各种类型的细胞。（一）哺乳动物的性别分化1.SRY的发现性腺原基（primodium）中的每个细胞都具备了两种分化潜能（卵巢和睾丸）。那么是什么因素决定性腺原基细胞的分化方向？人们怀疑Y染色体上携带了决定男性性别的关键基因，睾丸决定子（testis-determiningfactor,TDF）。性逆转(sexreverse)男性（46，XX）的一条X染色体上克隆到一段来自Y的易位（translocation）片段，它编码与DNA特异序列结合的转录因子，决定睾丸的发育。该基因命名为SRY（sex-determiningregion)。XY的性逆转女性患者中缺乏SRY的活性。第二节胚胎发育中的细胞分化第15章细胞分化与胚胎发育翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社1.SRY与性腺性别的分化表达SRY的细胞最终分化为支持细胞（sertolicell），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，引导雄性方向的分化。§支持细胞诱导刚刚到达的PGC向精子方向分化。§分泌抗mullerian的激素§支持细胞诱导邻近间充质细胞中的上皮细胞和平滑肌细胞迁移到正在发育的生殖嵴中，为将来的精子提供结构支持。§诱导性腺中其他的体细胞分化为睾丸间质细胞（myoidcell,Leydig细胞），分泌雄激素。第15章细胞分化与胚胎发育翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社第15章细胞分化与胚胎发育翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社第15章细胞分化与胚胎发育翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社3.SRY的作用机制性别决定－SRY第15章细胞分化与胚胎发育翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社4.卵巢的分化第15章细胞分化与胚胎发育翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社（二）生殖细胞的形成与成熟1.原生殖细胞的产生Primordialgermcell,PGCBMP4(bonemorphogenicprotein)第15章细胞分化与胚胎发育翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社2.原生殖细胞向生殖细胞的分化3.精子和卵子的形成精子是在睾丸的生精小管（seminiferoustuble），经历精原细胞（spermatogonium,2n），初级精母细胞（primarypermatocyte,2n），次级精母细胞（secondaryspermatocyte，n），精细胞（spermatid，n）。雌性动物PGC进入生殖嵴后进行有丝分裂，这时的细胞称卵原细胞（oocyte），卵原细胞很快开始减数分裂并停留于初级卵母细胞（primaryoocyte）直到青春期，初级卵母细胞才能完成它的第一次减数分裂。初级卵母细胞细胞质的分裂是不均等的，分裂后