细胞生物学课件PDF 细胞分化

分化的主要标志：细胞内合成新的特异性蛋白质 细胞分化的关键：细胞选择性表达合成特异性蛋白
质，导致细胞形态、结构和功能各异。
管家基因(house Keeping gene)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 。如膜蛋 白、核糖体蛋白、线粒体蛋白等。
奢侈基因（luxury gene）：或称组织特 异性基因(tissue-specific genes)，编码决定 细胞性状的特异基因，对细胞自身生存无 直接影响，是细胞向特殊类型分化的物质 基础。如血红蛋白、肌动蛋白。
受精卵及卵裂早期（桑甚胚期以前）的每一 个细胞都有发育成一个完整机体的潜能，这些 细胞称为全能干细胞，它们具有发育的全能性。
胚胎干细胞
胚胎干细胞来源于内细胞群，内细胞群是早 期胚胎（5-6天）——囊胚的一部分。将内细胞群 的细胞取下培养即为胚胎干细胞。
胚胎干细胞的全能性
受精卵
2细胞期
正常小鼠
将两只８细 胞期的鼠胚 合并，也能 发育成一只 正常的小鼠。 表明哺乳类 动物早期胚 胎细胞发育 到８细胞期 仍是全能的。
干细胞分类：
根据机体发育时期的不同，将机体干细胞分为：
胚胎干细胞
成体干细胞 根据分化能力的大小，可将机体干细胞分为：
全能干细胞 多能干细胞 单能干细胞
胚胎干细胞
成体干细胞
胚胎干细胞的分化
胚胎干细胞： (embryonic stem cell，ESC) 是 指存在于早期胚胎中，具有多分化潜能的细胞。
?
重建——人工实验条件下的特殊现象。如人为将水 螅的一片组织分散成单个细胞。在悬液中，这些细胞 重新聚集，在几天至几周以后，形成一条新的水螅。
无性繁殖——
讨论二
机体如何意识到失去的部分，又是如何知道丢失 的部位及丢失的多少？
替代物来自何处？是剩余的原胚细胞、干细胞还 是已分化的细胞去分化的结果？
卵细胞质的作用
卵细胞质的作用：细胞决定，即决定细胞分化的方向。 作用时间：胚胎发育早期（卵裂期）
以蛙为例：
3
1
4
2
5
1 神经细胞质 2 脊索细胞质 3 外胚层细胞质 4 中胚层细胞质 5 内胚层细胞质
蛙受精卵的细胞质是不均质的， 这种不均质性, 对胚胎的早期 发育具有很大影响，在一定程 度上决定细胞的早期分化
蛙卵
神经细胞 脊髓细胞 表皮 肌肉骨 腺细胞及消化道上皮
2、诱导机制
胚胎诱导 （embryonic induction） 在胚胎发育过程中，一部分细胞对邻 近的另一部分细胞产生影响，并决定 其分化方向的作用称为胚胎诱导。
• 胚胎诱导是胚胎形成中有序分化的重要因素。 • 能对其它细胞起诱导作用的细胞称诱导者（
调节基因(regulatory genes)：产物用于 调节组织特异性基因的表达，起激活或者 起阻遏作用。
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（redifferentiation）的过程
过信号系统协调分裂、分化和细胞的行为。 细胞的分化命运主要取决于：细胞的内部特性，外
部环境。
1、细胞分裂的不对称性
• 卵细胞具有极性，细胞核靠近北极。 • 卵细胞中贮存有大量mRNA，是母源基因的产物，
维持卵细胞和早期胚胎代谢；呈非均匀分布，决 定胚胎发育的图式（pattern）。 • 合子基因在卵裂后期才发挥作用。
Double-muscled mouse
Mouse myostatin mutant (right)
Belgian Blue bull——Double-muscled cattle
4、细胞数量效应
例1. 小鼠胚胎胰腺原基在体外培养，可发育成 胰腺组织，如切成8小块分别培养，则不能。 再把分开的小块合起来，又可形成胰腺组织。
成体干细胞的分化
成体干细胞：成体的许多组织中都保留一些具 有增殖和分化能力的细胞，这类细胞称为成体 干细胞。
成体干细胞的分化特点： 1. 不对称分裂； 2. 分化方向已基本确定；
成体干细胞
成体干细胞属于专能细胞，是在成体组织或器官 已分化的细胞中发现的未分化细胞，能自我更新，能 分化为该组织或器官中的各种主要的特化细胞。
稳定，通常是不可逆的；
遗传稳定性----果蝇成虫盘细胞的移植实验
二、细胞分化的特点
1.时空性：也称为差别基因表达； 2.定向性：也称为决定(determination)； 3. 稳定性：动物细胞发生分化之后，其遗传表型保持
稳定，通常是不可逆的； 4. 条件可逆性：又称为去分化(在特定条件下回到未分
原结构的重建是补充的新组织，还是由伤口处一 些细胞增殖代替了缺失的结构？
二、细胞分化的特点
1.时空性：也称为差别基因表达； 2.定向性：也称为决定(determination)；
胚泡形成
胚泡于受精后第4-5天形成，并进入子宫。
胚泡
胚端滋养层
内细胞群
胚泡腔 滋养层
二、细胞分化的特点
1.时空性：也称为差别基因表达； 2.定向性：也称为决定(determination)； 3. 稳定性：动物细胞发生分化之后，其遗传表型保持
细胞分化
CELL DIFFERENTIATION
一、基本概念 二、 细胞分化特点 三、分化与增殖 四、分化潜能 五、细胞分化的分子基础 六、影响分化的因素
细胞分化
Cell differentiation
卵 精子
受精卵Βιβλιοθήκη 分化发育新个体
人类受精卵分裂和分化
植物细胞分化
一、基本概念
细胞分化(cell differentiation) ：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。
骨髓造血干细胞( HSC ) 外周血干细胞 ( PBSC ) 肝脏干细胞 脐带血干细胞 神经干细胞 小肠上皮细胞 肌肉干细胞 皮肤干细胞 胰腺中β-小岛
成体干细胞的优点
一是可以在体外根据需要大量培养扩增，且 不存在伦理问题。
二是在特定环境下可分化为特定类型细胞， 直接用于组织修复。
三是源于自身，避免免疫排斥反应。
甲状腺素可引起蝌蚪变态； 性激素刺激第二性征的出现。
多肽类：与膜受体结合 激素分
甾 类：与胞内受体结合
第二信使调节基因活动 调节基因活动
7、细胞核与细胞分化
（一）细胞核的作用
在细胞分化中，细胞核起着重要或决定性的作用。
第一、遗传物质决定性状，而遗传物质位于细胞核内。
第二、从全能细胞
多能细胞
单能
细胞，是细胞核内基因选择性表达的结果。
脊索中胚层 神经板
神经管
外胚层 前脑-视杯
晶状体
外胚层 角膜
A.初级诱导
B.次级诱导
C.三级诱导
3、分化抑制
分化成熟的细胞可以产生“抑素”，抑制相邻 细胞发生同样的分化。如含有成蛙心组织的培 养液培养蛙胚，则蛙胚不能发育出正常的心脏。
“抑素” 是TGF-β家族的成员。如 myostatin 是肌肉生长的负调控因子， GDF11（Wu等 2003）通过上调细胞周期抑制因子p27抑制神 经组织生长。
化状态)；
plant cell --totipotency
二、细胞分化的特点
1.时空性：也称为差别基因表达； 2.定向性：也称为决定(determination)；
3. 稳定性：动物细胞发生分化之后，其遗传表型保持稳定， 通常是不可逆的；
4. 条件可逆性：又称为去分化(在特定条件下回到未分化状 态)；
五、细胞分化的分子基础
基因差异表达：细胞分化并不是基因组DNA全部 表达，而是奢基因按一定程序，有选择地相 继活化表达。 不同细胞：相同DNA 不同RNA 不同PRO
六、影响细胞分化的主要因素
主动机制：胚胎发育的早期细胞分裂由受精卵中
的细胞质控制，不涉及细胞通信。
诱导机制：随着胚胎发育的进行细胞之间主要通
多能细胞
脑 脊髓
单能细胞
全能细胞
神经管
腺 毛、齿、爪等 髓样组织
受精卵 卵裂
外胚层 软骨 肌肉 形成血的组织 淋巴组织
中胚层
泌尿生殖系统
骨 致密结缔组织
疏松结缔组织
内胚层
呼吸系统
肝、胰
甲状腺
甲状旁腺
腺
始 终 保 持 其 分 化 全 能 性 的 细 胞 核
克隆羊“多莉”实验
高 度 分 化 的 细 胞 如 乳 腺 细 胞 的 核 仍 有 全 能 性
inductor），接受诱导的组织或细胞称为反应者。
胚胎诱导分为三级：
初级诱导：如脊索中胚层诱导其表面的外胚层发 育神经板；
次级诱导：如神经板卷成神经管后，前端膨大成 原脑，其两侧突出的视杯再诱导其上 方的外胚层形成晶状体，为次级诱导
三级诱导：晶状体再诱导其表面的外胚层形成角 膜，为三级诱导。
外胚层
去分化（dedifferentiation）：指分化细 胞失去其特有的结构和功能变成具有未分化 细胞特征的过程。
再生 (Regeneration)：指生物体缺失部分后重建 的过程：生物体的的整体或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
与丢失部分在形态和功能上相同的结构。
再生的形式： 生理性再生——细胞更新 修复性再生——形成失去的器官
四、细胞的分化潜能
细胞分化能力的强弱称为分化潜能。
全能性(Totipotency)：已分化细胞具有产生完 整有机体的潜能或特性。
多潜能性(pluripotency)：具有发育成多种组织 器官，但却失去了发育成完整个体的潜能性。