第十二章细胞分化与基因表达调控
内容：
第一节细胞分化
第节
第二节癌细胞
第节真
第三节真核细胞基因表达的调控
cell differentiation
细胞分化（cell differentiation）：
一种细胞类型经分裂形成在形态、结构和功能上不同的稳定的细胞类群的过程；是个体发育的基础和核心。
物种细胞数细胞类型
团藻2
102
海绵1035~10
水螅10510~20
涡虫
109100
人1014>200
(二)组织特异性基因与管家基因
()组织特异性基因与管家基因
?管家基因(house-keeping genes)
组织特异性基因(tissue-specific genes)或奢侈基?组织特异性基因(tissue specific genes)或奢侈基
因（luxury genes)
?调节基因
?细胞分化的实质是组织特异性基因在时间与空间上的差异表达（differential express）
上的差异表达（differential express）
(三)组合调控引发组织特异性基因的表达 组合调控(combinational control)：每种类型的细胞
分化是由多种调控蛋白共同调控完成的。
例子：眼形成的关键调控蛋白Ey（果蝇）
ey基因早期细胞（发育成腿）
腿中眼细胞分化眼形成
a、正常果蝇的触角为具芒触角；
b、突变果蝇的触
正常果蝇的触角为具芒触角b突变果蝇的触角发育为足引自Lehninger Principles of Biochemistry 3rd ed.
Biochemistry3ed
Ancient bioengineering?
g g
Narwhal
Unicorn ???
(四)单细胞有机体的细胞分化 单细胞生物也存在细胞分化。
（五）转分化和再生
（五）转分和再生
trans--differentiation）：由一种分化的细胞类型转 转分化（trans
化为另一种细胞类型。
化为种细类型
增殖
转分化：去分化再分化
（dedifferentiation）（redifferentiation）
再生现象（regeneration）:分子水平，细胞水平，组织水平，器官水平，整体水平的再生。
官整
也指生物缺失一部分后发生重建的过程。
planaria
上海交大医学院曹谊林教授
人耳鼠
二、
、影响细胞分化的因素
二、影响细胞分化的因素
（一）细胞的全能性（totipotency）：
定义：单个细胞形成完整个体的能力。
受精卵、早期胚胎细胞；植物体细胞，动物体细胞的细胞核受精卵、早期胚胎细胞；植物体细胞，动物体细胞的细胞核。
拟
南
芥
切取茎段置于培养基上茎段从两端开始膨大加粗
干细胞
干
多潜能性（pluripotency）：可分化为多种类型细胞，但不能发育成完整个体。
stem cell 胚胎干细胞
（embryo stem cell）
干细胞（stem cell）：具有多潜能性的细胞。
多能造血干细胞
(pluripotential
h t i ti t ll)单能干细胞（monopotential cell）/定向干细胞（directional stem cell）:仅能分化成某一种类型细胞。
hematopoietic stem cell)
终末分化（terminal differentiation）:定向干细胞变成特化细胞的过程。干细胞特点:
①干细胞本身不是终末分化细胞;
②干细胞能无限地分裂
②干细胞能无限地分裂;
③干细胞分裂产生的子细胞是终末分化细胞或干细胞
第十二章细胞分化与基因表达调控 细胞分化是在个体发育过程中细胞之间产生稳定差异的过程。 细胞在发生形态分化之前，就已受到限定而向特定方向分化，这一时期称为细胞决定。 分化程度的增进，细胞分裂能力逐渐下降，高度分化的细胞往往不再发生分裂。 第一节细胞分化 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 细胞分化是由于基因选择性表达各自特有的专一性蛋白质而导致细胞形态、结构、与功能的差异。 不同类型的细胞在发育过程中表达一套特异的基因，其产物不仅决定细胞的形态结构，而且执行各自的生理功能。 （二）组织特异性基因与管家基因 事实上，细胞中的基因并不都和细胞分化有直接关系。 基因按其和细胞分化的关系可分为两类： 1、奢侈基因（组织特异性基因）：指与各种分化细胞的特殊性状有直接关系的基因群而对细胞生存并无直接影响。 2、管家基因：指维持细胞最低限度的功能所必需的基因。 由此可知，细胞分化最主要的特征是各种细胞各合成了特定的蛋白质和具有不同的表型，这主要是或某些奢侈基因中的某种特定基因有选择性地表达式结果。 3、调节基因：其产物用于调节特异性基因表达，或者起激活作用，或者起阴抑作用。 真核生物中差别基因的表达要在表达链的各级水平上受到调节，这要涉及到转录水平、RNA加工、翻译和蛋白质修饰。 （三）组合调控引发组织特异性基因的表达 每种类型的细胞分化是由多种调控蛋白共同完成的，通过组合调控的方式启动组织特异性基因的表达是细胞分化的基本机制。 （四）单细胞有机体的细胞分化 单细胞生物甚至原核生物也存在细胞分化问题。多细胞有机体在其分化程序与调节机制方面显得更为复杂。（备注） （五）转分化与再生 一种类型的分化细胞转变成另一类型的分化细胞的现象称转分化。 转分化往往经历去分化和再分化的过程。去分化又称脱分化，是指分化细胞失去其特有结构与功能变成具有未分化细胞特征的过程。在动物中，去分化细胞具有胚胎间充质细胞的功能；在植物细胞中，去分化细胞变为薄壁细胞，组成愈伤组织。 生物体的整体部分器官受外力作用发生创伤而部分丢失，在剩余部分的基础上又生长出与丢失部分在形态上相同的结构，这一修复过程称为再生。 再生现象又从另外一个侧面反映了细胞的全能性。 二、影响细胞分化的因素 （一）细胞的全能性 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，称为细胞的全能性。不仅是受精卵，任何未分化或已分化的细胞都有分化为各种结构、功能细胞的可
第十二章造血干细胞及免疫细胞的组成 （参考答案） 一、单选题： 1、出生后，人造血干细胞的主要来源是 A.淋巴结 B.脾脏骨髓 D.胸腺 E.肝脏 2、人多能造血干细胞表面具有鉴别意义的标志是 3、对于多能造血干细胞错误的叙述是 A.是各种血细胞的共同祖先 B.具有自我更新和分化两种功能 C.出生后，多能造血干细胞主要来源于骨髓 是多能造血干细胞的重要表面标志 E.可增生分化为多种功能不同的血细胞 4、人B细胞分化成熟的部位是 骨髓 B.肝脏 C.扁桃体 D.脾生发中心 E.肠集合淋巴结 5、与造血干细胞分化无直接关系的是 A. multi-CSF B.骨髓细胞外基质 D.SCF E.骨髓基质细胞 二、填空题 1、人造血干细胞的主要表面标记为 CD34 和 CD117 。 2、多能造血干细胞具有自我更新和分化两种重要的潜能。 3、骨髓、胸腺造微环境是造血干细胞发育分化的重要条件。 4、多能造血干细胞最初分化为定向干细胞，包括淋巴样干细胞和髓样干细胞。 三、名词解释： 1、多能造血干细胞——是具有自我更新和分化两种重要能力的细胞，使机体在整个生命过程中保持造血能力。 2、定向干细胞——由干细胞最初分化形成的细胞被称为定向干细胞，如造血干细胞分化成为淋巴样干细胞和髓样干细胞。
3、阳性选择——CD4+CD8+双阳性前T细胞(胸腺细胞)与胸腺皮质上皮细胞表面MHC-Ⅱ类或I类分子发生有效结合时,就可被选择而继续发育分化为具有TCR的CD4+或CD8+”单阳性”细胞。反之,则会发生细胞调亡，此即为阳性选择过程。经过这一选择，CD4＋或CD8＋T细胞获得识别抗原肽-MHC-Ⅱ类或I类分于复合物的能力，即决定T细胞应答的MHC限制性。 四、问答题： 1、多能造血干细胞的主要特征及其表面标志。 ⑴、具有自我更新（self-renewing）和分化(differentiation)能力。 ⑵、CD34、CD117、不表达谱系特异性标志Lin-（CD2、CD3、CD14、CD16、CD19、CD24、CD56、CD66b、血型糖蛋白） 2、抗原识别受体多样性产生的机制。 ⑴、组合原因：基因库中有几百个V区基因、众多的D、J基因，?可以随机组合； ⑵、连接原因：进行V—D—J、V—J重组时，连接处的碱基移位切除、整合，使互补决定簇多样性成10倍以上增长； ⑶、体细胞突变：抗原刺激后的体细胞基因突变，只发生在已经重排过的V区基因上，增加了抗体的多样性。
第十四章常见体表肿瘤 一、概念 肿瘤：细胞异常增生与分化所形成的新生物，不受机体控制和理调节良性肿瘤：生长缓慢，不扩散恶性肿瘤：生长迅速、可浸润和破坏邻近组织，可转移 癌（cancer）:来源于上皮组织的恶性肿瘤 （Carcinoma）:有时泛指恶性肿瘤 其它常见的恶性肿瘤有肉瘤、淋巴肉瘤、白血病、骨髓瘤等 二、常见致癌因素 1、遗传因素 2、家族史 染色体异常 3、环境因素 4、吸烟 5、其它化学物质： 6、过度暴露：电离辐射阳光的紫外线 7、膳食：低膳食纤维、高脂、熏腌食品、饮酒 8地理因素 9、病毒、寄生虫等 10、免疫异常 二、肿瘤生长方式 良性肿瘤：生长缓慢，膨胀性生长，有完整包膜 恶性肿瘤：生长快，浸润性生长，肿瘤沿组织间隙、神经纤维间隙或毛细淋巴管扩展，境界不清 四、肿瘤的扩散 直接曼延 转移：经血管、淋巴管或体腔，被带到它处生长 淋巴道转移：瀑布式转移、跳跃式转移 血道转移种植性转移 五、肿瘤分期 TNM^ 期 T :原发肿瘤 N :区域淋巴结 M远处转移配合数字0~4 0代表无，1代表小，4代表大
宫颈癌：巴氏（Pap）阴道细胞学检查直肠结肠癌：0B直肠检查、结肠镜乳腺癌：乳腺自检、乳腺体检、乳腺X线前列腺癌：直肠检查和前列腺特异抗原宫颈、子宫、卵巢癌：盆腔检查 九、预防 一级预防二级预防三级预防 病因学预防早发现、早诊断、 早治疗 提高生活质量、 生存期 去除环境中致癌剂、改善不良生活方式、饮食习惯普查、咼危人群监测， 提高早期诊断能力 合理综合治 疗、康复治 疗、止痛 十、治疗 综合治疗：：合理地有计划地综合运用现有治疗手段，提高生存率，改善生活质量 （一）手术 根治手术：包括原发癌所在器官的部分或全部，连同周围正常组织和区域淋巴结整块切除 姑息或减症手术：减轻症状,改善生活质量 （二）化疗 1化疗可治愈的肿瘤（治愈率〉30% 淋巴瘤、精原细胞瘤、绒毛膜上皮癌、肾母细胞瘤、神经母细胞瘤、急性淋巴细胞白血病 2、配合手术/放疗可提高治愈率的肿瘤 小细胞肺癌、非小细胞肺癌、卵巢癌、骨肉瘤、乳腺癌、大肠癌
第十四章细胞分化与基因表达调控 一、细胞分化 (一)细胞分化的基本概念 1．细胞分化 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，产生不同的细胞类群的过程称为细胞分化(cell differentiation)。细胞分化是多细胞有机体发育的基础与核心，细胞分化的关键在于特异性蛋白质的合成，而特异性蛋白质合成的实质在于基因选择性表达。细胞分化是基因选择性表达的结果。 2．当家基因与组织特异性基因 当家基因(house-keeping genes)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-specific genes)，或称奢侈基因(luxury genes)，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。 3．组合调控引发组织特异性基因的表达 组合调控(combinational control)概念：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。即每种类型的细胞分化是由多种调控蛋白共同调节完成的。 生物学作用：一旦某种关键性基因调控蛋白与其他调控蛋白形成适当的调控蛋白组合，不仪可以将一种类型的细胞转化成另一种类型的细胞，而且遵循类似的机制，甚至可以诱发整个器官的形成(如眼的发育)。 4．分化启动机制
靠一种关键性调节蛋白通过对其他调节蛋白的级联启动。 单细胞有机体的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，而后者则通过细胞分化构建执行不同功能的组织与器官。多细胞有机体在其分化程序与调节机制方面显得更为复杂。 5．转分化与再生 转分化(transdifferentiation)：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。 再生(regeneration)：生物界普遍存在再生现象，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。 (二)影响细胞分化的因素 细胞全能性(totipotency)是指单个细胞在一定条件下分化发育成为完整个体的能力。全能性细胞应该具有完整的基因组，可以表达基因库中任何基因，分化形成该个体任何种类细胞，如受精卵表现出最高的全能性。 多能性(pluripotency)：受精卵发育到原肠胚细胞排列成三胚层后，分化潜能上开始出现一定的局限性，倾向于只发育为本胚层的组织器官，但仍具有发育成多种表型的能力的细胞。 影响细胞分化的因素：①胞外信号分子对细胞分化的影响；②细胞记忆与决定；③受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响；④细胞间的相互作用与位置效应；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。 这里涉及到几个概念： 细胞决定(determination)：胚胎三胚层期，在细胞之间出现可识别的形态和功能的差异之前，细胞受到约束而向着特定的方向分化，最终形成一定表型的
第十二章细胞分化与基因表达调控 一、基本概念 1、基本专业词汇 cell differentiation , cell determination , totipotency, pluripotency 、 unipotentce 、 luxury gene, house-keeping gene、 dedifferentiation 、trasdifferentiation 2、基本概念分化、去分化、细胞决定、管家基因、奢侈基因、细胞的全能性 二、重点和难点 : (一有关概念 l 细胞分化受精卵产生的同源细胞,在形态、功能和蛋白质合成方面发生稳定性差异的过程。是选择性转录的结果。 2 细胞决定 (determination 胚胎三胚层期,在细胞之间出现可识别的形态和功能的差异之前, 细胞受到约束而向着特定的方向分化, 最终形成一定表型的细胞的能力; 是细胞潜能逐渐受限的过程, 是有关分化的基因选择性表达前的过渡阶段, 具有高度的遗传稳定性。 3 细胞全能性 (totipotency 是指单个细胞在一定条件下分化发育成为完整个体的能力。 4 全能性细胞应该具有完整的基因组,可以表达基因库中任何基因,分化形成该个体任何种类细胞,如受精卵表现出最高的全能性。 5 多能细胞 (pluripotency 受精卵发育到原肠胚细胞排列成三胚层后,分化潜能上开始出现一定的局限性, 倾向干只发育为本胚层的组织器官, 但仍具有发育成多种表型的能力的细胞。
6 单能细胞 (unipotentce 多能细胞经器官发生, 各种组织细胞在形态上特化、功能上专一化,这时的细胞从多能转为稳定的单能细胞。 7 细胞分化的实质细胞分化是基因选择性表达,产生特异性蛋白的过程 8 持家基因 (housekeepin gene 维持细胞最低限度的功能所不可缺少的基因,对细胞分化一般只起协助作用, 这类基因在各类细胞的任何时间中持续表达, 其表达不受时空的限制, 如编码细胞分裂等蛋白的基因,由这些基因编码的蛋白称为持家蛋白 9 奢侈基因 (luxury gene 与各种分化细胞的特殊性状有直接关系的基因, 丧失这种基因对细胞的生存并无直接影响.只在特定的分化细胞中表达,常受时间和空间的限制,如编码血虹蛋白的基因,由这些基因编码的蛋白称为奢侈蛋白。 l0 去分化 (dedifferentiation 已高度分化的细胞可以重新分裂而回复到未分化的状态, 丧失细胞分化的特点。 l1 转分化 (trasdifferentiation 即细胞从一种分化状态变为另一种分化状态。 l2 基因差异性表达 (differential gene express 在个体发育分化时过程中,这些基因并不全部表达,而是按一定的时空顺序转录生成不同的 mRNA ,翻译出不同的蛋白质,即决定细胞特殊性状的基因 (奢侈基因按一定顺序相继活化表达的现象。 l3 分化诱导 (differentiation induction 在胚胎发育过程中,一部分细胞对邻近细胞的形态发生影响,并决定其分化方向的作用。 l4 分化抑制 (differentiation inhibition 在胚胎发育过程中,分化的细胞受到邻近的细胞产生的抑制物质的影响,其作用与诱导相对。 第一节细胞分化 一、细胞分化的基本概念
第十三章基因表达的调控 一、基因表达调控基本概念与原理： 1．基因表达的概念：基因表达（gene expression）就是指在一定调节因素的作用下，DNA分子上特定的基因被激活并转录生成特定的RNA，或由此引起特异性蛋白质合成的过程。 2．基因表达的时间性及空间性： ⑴时间特异性：基因表达的时间特异性(temporal specificity)是指特定基因的表达严格按照特定的时间顺序发生，以适应细胞或个体特定分化、发育阶段的需要。故又称为阶段特异性。 ⑵空间特异性：基因表达的空间特异性（spatial specificity）是指多细胞生物个体在某一特定生长发育阶段，同一基因的表达在不同的细胞或组织器官不同，从而导致特异性的蛋白质分布于不同的细胞或组织器官。故又称为细胞特异性或组织特异性。 3．基因表达的方式： ⑴组成性表达：组成性基因表达（constitutive gene expression）是指在个体发育的任一阶段都能在大多数细胞中持续进行的基因表达。其基因表达产物通常是对生命过程必需的或必不可少的，且较少受环境因素的影响。这类基因通常被称为管家基因（housekeeping gene）。 ⑵诱导和阻遏表达：诱导表达（induction）是指在特定环境因素刺激下，基因被激活，从而使基因的表达产物增加。这类基因称为可诱导基因。阻遏表达（repression）是指在特定环境因素刺激下，基因被抑制，从而使基因的表达产物减少。这类基因称为可阻遏基因。 4．基因表达的生物学意义：①适应环境、维持生长和增殖。②维持个体发育与分化。 5．基因表达调控的基本原理： ⑴基因表达的多级调控：基因表达调控可见于从基因激活到蛋白质生物合成的各个阶段，因此基因表达的调控可分为转录水平（基因激活及转录起始），转录后水平（加工及转运），翻译水平及翻译后水平，但以转录水平的基因表达调控最重要。 ⑵基因转录激活调节基本要素：①顺式作用元件：顺式作用元件（cis-acting element）又称分子内作用元件，指存在于DNA分子上的一些与基因转录调控有关的特殊顺序。②反式作用因子：反式作用因子（trans-acting factor）又称为分子间作用因子，指一些与基因表达调控有关的蛋白质因子。反式作用因子与顺式作用元件之间的共同作用，才能够达到对特定基因进行调控的目的。③顺式作用元件与反式作用因子之间的相互作用：大多数调节蛋白在与DNA结合之前，需先通过蛋白质-蛋白质相互作用，形成二聚体或多聚体，然后再通过识别特定的顺式作用元件，而与DNA分子结合。这种结合通常是非共价键结合。 二、操纵子的结构与功能：
第十二章造血干细胞及免疫细胞的生成 免疫细胞都属于血细胞，所有血细胞都来源于造血干细胞。因此在一定意义 上讲，免疫细胞的发育分化就是造血干细胞分化成熟的过程。 第一节 造血干细胞的特性和分化 一、造血干细胞的起源和表面标记 （一）造血干细胞的起源 哺乳动物的造血最早发生在卵黄囊，随后转移到胎肝，胚胎发育中期以后以 及出生后，骨髓成为主要的造血场所，并为B细胞发育的中枢免疫器官；胸腺 是T淋巴细胞的分化成熟的中枢免疫器官。 早期的造血干细胞是多能造血干细胞（pluripotent hematopoietic stem cell）， 具有自我更新（self?renewing）和分化（differentiation）两种重要的潜能，赋予 机体在整个生命过程中始终保持造血能力。多能造血干细胞最初分化为共同淋巴 样祖细胞和共同髓样祖细胞等等。 （二）造血干细胞的表面标记 白细胞分化抗原和单克隆抗体技术的应用，为造血干细胞表面标记的研究及其分离纯化提供了重要的理论和实验依据。人造血干细胞的主要表面标记为CD34和c-kit （CD117），不表达谱系（lineage）特异性标记。 （1）CD34：CD34是一种高度糖基化跨膜蛋白，有1%~4%骨髓细胞表达 CD34，其中包括了造血干细胞，是造血干细胞的一种重要标记，应用CD34单 克隆抗体可从骨髓、胎肝或脐血中分离、富集造血干细胞。随着造血干细胞的分 化成熟，CD34表达水平逐渐下降，成熟血细胞不表达CD34。 （2）CD117：CD117是干细胞因子（stem cell factor，SCF）的受体，是原 癌基因c?kit的编码产物Kit。CD117是属于含有酪氨酸激酶结构的生长因子受体，胞膜外区结构属IgSF。CD117+细胞约占骨髓细胞的1%~4%，50%~70% CD117+骨髓细胞表达CD34，因此，CD117也是多能造血干细胞的重要标记。 （3）Lin－细胞：应用针对T细胞、B细胞、NK细胞、单核细胞、巨噬细 胞、巨核细胞、髓系以及红系等多种谱系相应单克隆抗体的混合抗体（CD2、CD3、CD14、CD16、CD19、CD24、CD56、CD66b和血型糖蛋白A等抗体）结合免
第十三章基因表达调控 基因表达（gene expression）：是指生物基因组中结构基因所携带的遗传信息经转录、翻译等一系列过程，合成特定的蛋白质，进而发挥其特定的生物学功能和生物学效应的全过程。并非所有基因表达过程都产生蛋白质，rRNA、tRNA的编码基因转录生成RNA的过程也属于基因表达。基因表达的调控是在多极水平上进行的，转录水平是基因表达的基本控制点。 基因表达的时间特异性（temporal specificity）：按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生，这就是基因表达的时间特异性。 基因表达的空间特异性（spatial specificity）：在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现，这就是基因表达的空间特异性。基因表达伴随时间或阶段顺序所表现出的这种空间分布差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的，因此基因表达的空间特异性又称细胞特异性（cell specificity）或组织特异性（tissue specificity）。基因表达的方式有（1）组成性表达。 管家基因（ho usekeeping gene）：有些基因产物对生命过程是必需的且在一个生物个体的几乎所有细胞中持续表达或变化很小的基因。 = 1 \* GB2 ⑴组成性基因表达（constitutive gene expression）：指管家基因的表达，又称基本的基因表达，只受启动序列或启动子与RNApol抑制作用的影响。 = 2 \* GB2 ⑵诱导表达（induction expression）和阻遏表达（repression expression）：有一些基因表达极易受环境变化的影响，在特定的环境信号刺激下，相应基因的表达表现为开放或增强，这种表达方式称诱导表达；相反有些基因的表达表现为关闭或下降，这种表达方式称阻遏表达。 原核生物基因表达的调控 原核生物基因表达的调控主要是在转录水平其次是翻译水平进行。基因表达调控的基本原理是1.基因表达子多极调控2.基因转录激活调节基本要素（1）特异DNA序列，主要指具有调节功能的DNA序列，把可影响自身基因表达活性的DNA序列称为顺式作用元件。根据作用性质和后式分为启动子，增强子和沉默子。（2）调节蛋白：分三大类 = 1 \* GB3 ①决定RNApol对启动序列的特异性识别和结合能力的顺式作用元件的特异因子。原核基因转录调节具有如下特点，1.σ因子决定RNApol识别的特异性，不同的σ因子决定特异基因的转录激活，决定mRNA、rRNA和tRNA基因的转录。2.操种子模型的普遍性，一个操重子只含有一个启动序列及数个可转录的编码基因。3.阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性。 转录水平的调控 原核生物基因多以操纵子（operon）的形式存在。操纵子由调控区与信息区组成，上游是调控区，包括启动子与操纵基因两部分。启动子是同RNA聚合酶结合并启动转录的特异性DNA序列，操纵基因是特异的阻遏物结合区。 乳糖操纵子调控的机制 E.coli的乳糖操纵子（lac operon）有三个结构基因Z、Y、A，分别编码β-半乳糖苷酶（β-galactosidase）、透酶（permease）和半乳糖苷乙酰化酶（galactoside acetylase）,其上游还有一个启动序列(P)和一个操纵基因(O)。在启动序列上游还有一个CAP蛋白的结合位点。由启动子、操纵基因和CAP结合位点共同构成乳糖操纵
第十二章细胞分化 一、名词解释： 1. 细胞决定 2. 细胞分化 3. 胚胎诱导 4. 奢侈基因 5. 管家基因 6. 干细胞 7. 细胞的全能性 二、选择题：请在以下每题中选出正确答案，每题正确答案为1-6个，多选和少选均不得分 1.线虫作为研究发育生物学的材料具有哪些主要特点 A.细胞数量少 B.生命周期短 C.雌雄同体 D.雌雄异体 2.常用来研究发育生物学的材料有 A.果蝇 B.线虫 C.拟南芥 3.免疫球蛋白的多样性来源于 A.基因重组 B.重链和轻链的随机组合 4.甲基化 A.使基因失活，变为异染色质 B.使基因激活，变为常染色质 5.卵细胞分裂的不对称性通常指 A.卵裂产生的细胞中含不同的成分 B.卵裂产生的细胞大小不一 6.在含Ⅳ型胶原和层粘连蛋白的基质上培养时，干细胞将分化为 A.肌细胞 B.上皮细胞 C.软骨细胞
D.神经细胞 7.在胚胎发育过程中，一部分细胞影响相邻细胞向一定方向分化的作用称为 A.分化抑制 B.胚胎诱导 C.细胞数量效应 8.用蛋白质翻译抑制剂嘌呤霉素处理海胆受精卵，则 A.不发生卵裂 B.不影响卵裂 9.用转录抑制剂放线菌素D处理海胆受精卵，则 A.不发生卵裂 B.不影响卵裂 10.多利羊的诞生说明 A.动物的体细胞具有全能性 B.动物的体细胞具有完整的基因组 11.以下哪些细胞具有发育的全能性 A.受精卵 B.原始生殖细胞（primary germ cell） C.干细胞 D.植物细胞 12.细胞后代在形态结构和功能上发生差异的过程称为 A.细胞分化 B.个体发育 C.胚胎发育 三、是非题： 1. 受精卵经过细胞分裂发育成动物个体。………………………………………………（） 2. 细胞一旦分化，便不可逆转。…………………………………………………………（） 3. 在能识别一个细胞的分化以前，有一个预先保证细胞怎样变化的时期，这一阶段被称为细胞决定。……………………………………………………………………………（） 4. 所谓Hayfick界限就是指细胞分化的极限。…………………………………………（） 5. 细胞分化的关键是该细胞基因组内带有某种组织专一蛋白的基因。……………（） 6. 生物体的部分组织或器官因创伤而丢失时，剩余部分的肌肉、骨骼、皮肤等组织的细胞均
四、简述题 1. 简述增强子具有哪些特点。 答：（1）增强相邻启动子的转录活性 （2）两个方向都能起作用 （3）位于相邻启动子的上游或下游都能起作用 （4）远离转录起始点也能起作用 （5）具有组织或细胞类型的特异性 2. 简述原核基因转录调节特点。 答：原核基因转录调节有以下特点： （1）σ因子决定RNA聚合酶识别特异性 （2）操纵子模型的普遍性 （3）阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性 1.为什么真核基因表达的空间特异性称为组织特异性？ 答：.多细胞真核生物同一基因产物在不同的组织器官、或不同基因产物在同一组织器官含量多少是不一样的，即在发育、分化的特定时期内，基因表达产物依组织细胞空间分布而表现差异，因此，真核基因表达的空间特异性又称组织特异性。 五、论述题 1.在有葡萄糖存在时，细菌是不利用乳糖的，当葡萄糖耗尽后，细菌才利用乳糖，试用乳糖操纵子解释其机理？ 答：乳糖操纵子由一个调节基因i、一个启动序列P、一个操纵序列O和能编码三个酶（β-半乳糖苷酶、透酶和乙酰基转移酶）的结构基因组成。在启动序列P上游还有一个分解代谢基因激活蛋白（CAP）结合位点，与P序列、O序列共同组成调控区。i基因编码一种阻遏蛋白，后者与O序列结合，阻碍RNA聚合酶与P序列结合，抑制转录起动。CAP分子内有DNA结合区及cAMP结合位点。当有乳糖存在时，乳糖转变为别乳糖，后者结合阻遏蛋白，使其构象改变，阻遏蛋白与O序列解离，在CAP蛋白协作下转录三种酶，促进对乳糖的利用。 但在有葡萄糖存在时，cAMP浓度降低，cAMP与CAP结合受阻，因此乳糖操纵子表达下降，即细菌中利用乳糖的酶减少；当葡萄糖耗尽后，cAMP浓度升高，cAMP与CAP 结合，此时CAP结合在启动序列附近的CAP位点上，可刺激RNA转录活性提高，细菌开始利用乳糖。 2.试论真核基因组结构特点。 答：⑴真核基因组结构庞大⑵单顺反子：与原核不同，真核基因为单顺反子，即一个结构基因经转录生成一个m RNA分子，进而翻译合成一条多肽链。 ⑶重复序列：真核基因重复序列比原核更多、更普遍。重复序列可长可短，重复频率也不尽相同。重复序列有种属特异性，基因组愈大，重复序列含量愈丰富。 ⑷基因不连续性：真核结构基因两侧存在有不被转录的非编码序列，往往是基因表达的调控区。在可转录的基因序列内部也有一些不为蛋白质编码的间隔序列，称内含子，编码序列称为外显子。因此真核基因是不连续的。 3.基因表达调控的意义何在？ 答：.生物体赖以生存的外环境是不断变化的。从低等生物到高等生物，包括人体中的所有活细胞都必须对内、外环境变化作出适当反应，调节代谢，以使生物体能更好地适应环境变化。生物体通过自身基因表达与调控的机制，不断调节相关蛋白质分子的活性与水平，增强对内外环境的适应能力。原核生物通过调节基因表达，更好地适应化学、物理等环境变化，调节代谢，维持细胞生长与分裂；真核生物通过基因的表达调控来调节代谢，适应环境，维持生长、发育与分化。
第十三章基因表达的调控 Regulation of gene expression 一、授课章节及主要内容：第十三章基因表达的调控 二、授课对象：临床医学、预防、法医（五年制）、临床医学（七年制） 三、授课学时 本章共３学时，第一学时讲述基因表达调控的基本概念、原理，第二学时讲述原核生物转录调节，第三学时讲述真核生物转录调节、小结。 四、教学目的与要求 通过本章学习应该掌握基因表达调控的基本原理、原核生物转录调控模式、真核生物基因表达特点，了解基因表达的时空性及表达方式，原核生物与真核生物基因表达调控异同点。 五、重点与难点 重点：掌握基因表达、顺式作用元件、反式作用因子的概念。掌握原核生物操纵子模型调节机制，重点掌握乳糖操纵子。掌握真核生物转录水平的调节、顺式作用元件的分类、反式作用因子的分类、掌握RNA pol II转录起始、终止的调节。 难点：真核RNA pol II转录起始、终止的调节。 六、教学方法及授课大致安排 启发式教学，复习、提问、讲解、小结相结合。首先复习中心法则，然后提问：遗传信息的传递如何控制，有什么规律？重点讲述基因表达调控的原理、原核生物的转录调控模式，最后进行小结，并出几个思考题。 七、主要外文专业词汇 基因组（genome）时间特异性（temporal specificity） 基因表达（gene expression）阶段特异性（stage specificity） 管家基因（housekeeping gene）组成性基因表达（constitutive gene expression） 诱导（induction）阻遏（repression） 协调调节（coordinate regulation）操纵子（operon）
原核生物基因表达调控概述 基因表达调控是生物体内基因表达调节控制机制，使细胞中基因表达的过程在时间，空间上处于有序状态，并对环境条件的变化做出适当的反应复杂过程。 1.基因表达调控意义 在生命活动中并不是所有的基因都同时表达，代谢过程中所需各种酶和蛋白质基因以及构成细胞化学成分的各种编码基因，正常情况下是经常表达的，而与生物发育过程有关的基因则需在特定的时空才表达，还有许多基因被暂时的或永久的关闭而不来表达。 2.原核基因表达调控特点 原核生物基因表达调控存在于转录和翻译的起始、延伸和终止的每一步骤中。这种调控多以操纵子为单位进行，将功能相关的基因组织在一起，同时开启或关闭基因表达即经济又有效，保证其生命活动的需要。调控主要发生在转录水平，有正、负调控两种机制在转录水平上对基因表达的调控决定于DNA的结构，RNA 聚合酶的功能、蛋白质因子及其他小分子配基的相互作用。细菌的转录和翻译过程几乎在同一时间内相互偶联。 细胞要控制各种蛋白质在不同时期的表达水平，有两条途径：（1）细胞控制从其DNA模板上转录其特异的mRNA的速度，这是一条经济的途径，可减少从mRNA合成蛋白质的小分子物质消耗，这是生物长期进化过程中自然选择的结果，这种控制称为转录水平调控。（2）在mRNA合成后，控制从mRNA翻译肽链速度，包括一些与翻译有关的酶及其复合体分子缔合的装配速度等过程。这种蛋白质合成及其基因表达的控制称为翻译水平的调控。 二.原核生物表达调控的概念 （1）细菌细胞对营养的适应
细菌必须能够广泛适应变化的环境条件。这些条件包括营养、水分、溶液浓度、温度，pH等。而这些条件须通过细胞内的各种生化反应途径，为细胞生长 的繁荣提供能量和构建细胞组分所需的小分子化合物。 （2）顺式作用元件和反式作用元件 基因活性的调节主要通过反式作用因子与顺式作用元件的相互作用而实现。反式作用因子的编码基因与其识别或结合的靶核苷酸序列在同一个DNA分子上。RNA聚合酶是典型的反式作用因子。 顺式作用元件是指对基因表达有调节活性的DNA序列，其活性只影响与其 自身同处于一个DNA分子上的基因；这种基因DNA序列通常不编码蛋白质， 多位于基因旁侧或内含子中。位于转录单位开始和结束位置上启动子和终止子，都是典型的顺式作用元件。 （3）结构基因和调节基因 结构基因是编码蛋白或RNA基因。细菌的结构基因一般成簇排列，多个结 构基因受单一启动子共同控制，使整套基因或者都不表达。结构基因编码大量功能各异的蛋白质，其中有组成细胞核组织器官基本成分的结构蛋白，有催化活性的酶和各种调节蛋白等。调节基因是编码合成那些参与基因表达调控的RNA和蛋白质的特异性DNA序列。调节基因编码的调节物通过与DNA上的特定位点 结合控制转录是调控关键。 （4）操纵基因和阻遏蛋白 操纵基因是操纵子中的控制基因，在操纵子上一般与启动子相邻，通常处于开放状态，使RNA聚合酶能够通过并作用于启动子启动转录，阻遏蛋白是负调控系统中由调节基因编码的调节蛋白，它本身或与辅阻遏蛋白物一起合成于操纵基因，阻遏蛋白操纵因子结构基因的转变，阻遏蛋白可被诱导物变构失活，从而导致不可阻遏或去阻遏。
第十二章细胞增殖及其调控 细胞增殖：是细胞通过细胞周期，完成细胞分裂使细胞数量不断增加的生命现象。 第一节细胞周期概述 一、细胞周期 1.概念：从一次细胞分裂结束开始，经过物质积累过程，直到下一次细胞分裂结束为止，称为一个~~~。 2.细胞周期时间长短主要差别在G1期，S、G2、M期的总时间相对恒定。M期最为恒定，持续半个小时左右。 3.周期中细胞：有些细胞可能会持续分裂，即细胞周期持续运转。这些细胞称为~~~~。 4.静止期细胞或G0期细胞：有些细胞会暂时离开细胞周期，停止细胞分裂，去执行一定的生物学功能，这些细胞称为~~~。周期中细胞转化为G0期细胞多发生在G1期。 5.终未分化细胞：在机体内有一些细胞，由于分化程度高，一旦生成后，终生不再分裂。这些细胞称为~~~。 二、细胞周期中各个不同时相及主要事件 1.G1期 第一阶段。新生产的子代细胞立即进入一个细胞生长时期，开始合成细胞生长所需要的各种蛋白质、糖类、脂质、但不合成蛋白质。在G1期的晚期有一个特定时期。如果细胞继续走向分裂，则可以通过这个特定时期。成为起始点，限制点（R）或检验点。 影响G1向S转换的因素：外在因素：营养供给、相关的激素刺激。内在：与细胞分裂基因调控过程相关的因素。 2.S期 DNA、新的组蛋白合成期。真核细胞新合成的DNA立即与组蛋白结合，共同组成核小体串珠结构。 3.G2期 gG2期检验点主要检查DNA是否完成复制，DNA损伤是否得以修复，细胞是否已生长到合适大小，环境因素是否有利于细胞分裂等。 4.M期 细胞分裂。
三、细胞周期长短测定（看书） (一)脉冲标记DNA复制和细胞分裂指数观察测定法 适用于细胞种类构成相对简单，细胞周期时间相对较短，周期运转均匀的细胞群体。 （二）流式细胞仪器测定法 四、细胞周期同步法 在自然过程中发生或经人为处理后，使一个特定的细胞群中所有的细胞都处于同一个细胞周期。 1.自然同步化：自然界存在的细胞周期同步过程 2.人为同步化 ①人工选择同步化：人为地将处于不同时期的细胞分离开来，获得不同时相的细胞群体。 处于对数生长期的单层培养细胞，细胞分裂活跃，大量处于分裂期的细胞变圆，从培养瓶壁上隆起，与培养瓶壁的附着力减弱。轻轻震荡培养瓶，处于M期的细胞即会从瓶壁上脱落，悬浮到培养液中。收集培养液，通过离心，即可获得一定数量的分裂期细胞。将这些M期细胞重新悬浮于一定体积的培养液中，细胞开始同步分裂，同时进行细胞周期运转，由此获得不同时相的细胞。 ②密度梯度离心法 3.通过药物诱导:①DNA合成阻断法：低毒或无毒的DNA合成抑制剂特异地抑制DNA合成，不影响处于其他时期的细胞进行细胞周期运转，将被抑制的细胞抑制在DNA合成期的实验方法。DNA合成抑制剂：TdR和羟基脲（HU）例子：P394 ②分裂中期阻断法：秋水仙素、秋水仙胺可以抑制微管聚合，有效抑制细胞分裂器的形成。 4.条件依赖性突变株在同步化中的应用。 五、特殊的细胞周期 第二节细胞分裂 一、有丝分裂：前期、前中期、中期、后期、末期、胞质分裂（相对独立) (一)过程 1.前期 细胞核染色质开始浓缩，逐渐变短、粗。早期的两条染色单体已经可以分辨。每条染色单体上，含有一段特殊的DNA序列，称为着丝粒DNA。两条染色单体的两个着丝粒对应排列。前
第13 章基因表达调控 学习要求 1．掌握基因表达的相关概念及原理；原核生物转录起始的调节与操纵子模式；顺式作用元件的分类及转录因子的分类。 2．熟悉真核生物表达调控的特点；基因表达的时间、空间特异性。 3．了解基因表达调控的生理意义；其他转录调节机制及翻译水平调节机制；真核生物基因组结构特点；RNA polⅠ和RNA pol Ⅲ转录体系的调节；转录因子的结构。 基本知识点 基因表达调控是在细胞生物学、分子生物学以及分子遗传学研究基础上发展起来的新领域，涉及很多基本概念和原理。这些基本概念是认识原核、真核基因表达调控的基础。基因表达就是基因转录及翻译的过程。基因表达表现为严格的规律性，即时间、空间特异性。基因表达的方式有组成性表达及诱导或阻遏表达。原核生物、单细胞生物调节基因的表达是为适应环境、维持生长和细胞分裂。多细胞生物调节基因的表达除为适应环境，还有维持组织器官分化、个体发育的功能。 基因表达调控是在多级水平上进行的复杂事件。其中，转录起始是基因表达的基本控制点。基因转录激活调节基本要素涉及特异DNA序列, 调节蛋白以及这些因素通过何种方式对RNA聚合酶活性产生影响。除了转录起始水平的调节，其他水平，如基因激活、转录后加工、翻译及翻译后加工对原核及真核生物的基因表达均有调节作用。 大多数原核基因调控是通过操纵子机制实现的。E.coli的lac操纵子含Z、Y 及A三个结构基因，还包括一个操纵序列O，一个启动序列P在内的调控区，以及一个调节基因I。I基因与lac操纵区相邻，编码一种Lac阻遏蛋白。阻遏蛋白、分解代谢物基因激活蛋白（CAP）与调控区结合位点的结合调节着操纵子基因的转录。 真核基因表达调控的某些机制与原核存在明显差别。包括：真核细胞内含有多种RNA聚合酶；处于转录激活状态的染色质结构会发生明显变化，如对核酸酶敏感，DNA碱基的甲基化修饰，组蛋白的乙酰化，甲基化或磷酸化修饰等。此外，微小RNA对真核基因表达调控的影响也日益受到重视。 真核基因转录激活受顺式作用元件与反式作用因子相互作用调节。真核基因
第十二章细胞分化 多细胞高等生物有机体是由各种不同类型细胞所构成，这些细胞在形态结构、生理功能上有很大差异，但它们都源于同一细胞——受精卵。从受精卵发育成生物个体是通过细胞分裂和细胞分化来实现的。通过细胞分化产生各种不同细胞类型，例如神经细胞、肌肉细胞、肝细胞、表皮细胞等。细胞分化是选择性转录的结果。 第一节细胞分化的基本概念 一、细胞决定与细胞分化 一般情况下，细胞在发生可识别的形态变化之前，就已受到约束而向着特定的方向分化，这时细胞内部已发生了变化，确定了未来发育命运，即所谓决定（determination）。决定之后，分化的方向一般不再改变。在动物组织中,细胞分化的一个普遍原则是：一个细胞一旦转化为一个稳定的类型后,就不能逆转到未分化状态。这种逆转是相对的，不可能在自然情况下发生去分化；反之，在一定条件下发生逆转去分化现象。 细胞决定和分化的关系：在胚胎细胞分化上，决定先于分化，而分化则是决定稳定发展的结果；决定是细胞预先做出了发育的选择，而分化是细胞在形态、结构、功能方面的稳定差异；决定和分化两者都是生命运行过程，都经历起始、发展、稳定的阶段，是细胞发育的综合反应；在发育遗传学上，亲代细胞内的基因编码程序和环境指令限定了胚胎细胞决定和分化进程。 二、细胞分化的概念 细胞分化(cell differentiation)是指在个体发育过程中细胞之间产生形态结构、生理功能和生物化学特性稳定差异的过程。因此，常将细胞的形态结构、生理功能和生化特征作为识别细胞分化的3项指标。将这些在形态、结构、功能上有了稳定差异的细胞称为分化细胞。 三、细胞分化的特点 （一）稳定性 稳定性是细胞分化的一个最显著的特点。特别是在高等生物中，一旦分化启动，诱导分化的因子即使不存在时，分化仍可继续进行，而且分化状态将是十分稳定的，并能通过许多细胞世代。例如，神经细胞在机体的整个生命过程中始终保持着稳定分化状态，而不再进行分裂。 （二）可逆性 细胞分化是一个相对稳定和持久的过程，不会自发的逆转，但在一定的条件下，高度分化的细胞可以重新分裂而回到胚胎性细胞状态，这种现象叫做去分化（dedifferentiation）或称脱分化，也称细胞分化的可逆性。例如，正常分化的细胞在射线、药物、毒物等因素的作用下可转化为癌细胞。无论动物还是植物，细胞分化的稳定性是普遍的，而可逆是有条件的：分化的逆转只发生于具有增殖能力的组织中；细胞必须处于有利于分化逆转的环境中；分化能力的逆转必须具有相应的遗传物质基础。 （三）全能性 细胞的全能性是指在一定条件下，细胞表达其全部遗传信息，并进而发育成完整的充分分化的机体的能力。Wilmut等的克隆羊实验，确证了动物胚胎的生长、分化和发育过程并不对基因组（除了免疫球蛋白和T-细胞受体基因）造成不可逆的修饰，在发育过程中已分化的体细胞核中仍具有与受精卵相同的核等价性或基因组连续性。 （四）分化细胞来自共同的母细胞——受精卵，而后形成各层次的干细胞 这一点同细胞分裂相似，但细胞分化形成的子细胞在形态、结构上发生差异，这是由于基因的选择性表达造成细胞的分化。 （五）时间和空间上的分化 一个细胞在不同的发育的阶段中可以有不同的形态和功能，这是时间上的分化。同源细胞一旦分化，由于各种细胞所处的空间位置不同，其环境也不一样，出现形态上的差异和机能上的分工，产生不同的细胞类型称为空间上的分化。单细胞生物只有时间上的分化，而多细胞生物既有时间上
第十四章细胞分化与基因表达调控 一、填空题： 1、癌细胞内染色质，染色体的和发生改变，细胞核，核仁 ，核质，癌细胞群分裂相，细胞形态是呈和形。细胞膜表面出现和。 2、在个体发育过程中，通常是通过来增加细胞的数目，通过来增加细胞的 类型。 3、细胞分化的关键在于特异性的合成，实质是在时间和空间上的差异表达。 4、从一种类型的分化细胞转变成另一种类型的分化细胞，往往要经历和的 过程。 5、根据分化阶段的不同，干细胞分为和；按分化潜能的大小，可将干细胞 分为、和三种。 6、Dolly羊的诞生，说明高度分化的哺乳动物的也具有发育全能性，它不仅显 示高等动物细胞的分化复杂性，而且也说明卵细胞的对细胞分化的重要作用。 7、基因与基因的突变，使细胞增殖失控，形成肿瘤细胞。 8、细胞分化是基因的结果，细胞内与分化有关的基因按其功能分为 和两类。 9、编码免疫球蛋白的基因是基因，编码rRNA的基因是基因。 10、癌症与遗传病不同之处在于，癌症主要是的DNA的突变，不是的DNA的 突变。 二、选择题： 1、同源细胞逐渐变为结构和功能及生化特征上相异细胞的过程是（） A.增殖 B.分裂 C.分化 D.发育 E.衰老 2、从分子水平看，细胞分化的实质是（） A.特异性蛋白质的合成 B.基本蛋白质的合成 C.结构蛋白质的合成 D.酶蛋白质的合成 E.以上都不是 3、维持细胞最低限度的基因是（） A.奢侈基因 B.结构基因 C.调节基因 D.管家基因 E.以上都不是 4、生物体的细胞中，全能性最高的细胞是（） A.体细胞 B.生殖细胞 C.干细胞 D.受精卵 E.上皮细胞 5、关于细胞分化的叙述,错误的是（） A.分化是因为遗传物质丢失 B.分化是因为基因扩增 C.分化是因为基因重组 D.分化是转录水平的控制 E.分化是翻译水平的控制 6、细胞分化过程中，不能激活基因进行选择性表达的因素是（） A.DNA B.RNA C.组蛋白 D.酶蛋白 E.非组蛋白 7、细胞分化的实质是（） A、基因选择性表达 B、基因选择性丢失 C、基因突变 D、基因扩增 8、关于肿瘤细胞的增殖特征，下列说法不正确的是（）。 A、肿瘤细胞在增殖过程中，不会失去接触依赖性抑制 B、肿瘤细胞都有恶性增殖和侵袭、转移的能力 C、肿瘤细胞和胚胎细胞某些特征相似，如无限增殖的特性 D、肿瘤细胞来源于正常细胞，但是多表现为去分化 9、抑癌基因的作用是（）。 A、抑制癌基因的表达 B、编码抑制癌基因的产物 C、编码生长因子 D、编码细胞生长调节因子。