第十四章 细胞分化

基因座控制区（LCR）
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（二）转录因子的顺序表达启动特定谱系细胞的分化
在细胞分化与发育过程中，转录因子比较普遍 的作用方式是：一个表达的转录因子能同时调控几 个基因的表达，表现为同时发生的某些基因的激活 和某些基因的关闭。
细胞分化中基因活化的另一种方式是，作为转 录因子的基因产物本身起正反馈调节蛋白作用。
第二节 细胞分化的分子基础
一、分化细胞基因组的活动模式
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少数分化细胞的染色体丢失现象使人们错误地认 为细胞分化的本质是源于遗传信息的丢失或突变。
体细胞核移植实验（克隆爪蟾、克隆羊）等证明 细胞分化不伴随基因组的改变。
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差异表达：多细胞生物个体发育与细胞分化过 程中，其基因组DNA并不全部表达，而呈现选择性 表达，它们按照一定的时-空顺序，在不同细胞和同 一细胞的不同发育阶段发生差异表达。 细胞分化的本质是基因的选择性表达。
胚胎移植实验
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细胞的分化去向源于细胞决定。
在细胞决定中起重要作用的因素： 1、卵细胞的极性与早期胚胎细胞的不对称分裂； 2、发育早期胚胎细胞间的相互作用。
细胞的不对称分裂是指存在于核酸蛋白颗粒中 的转录因子mRNA在细胞质中的分布是不均等的， 当细胞分裂时，这些决定因素被不均匀地分配到两 个子细胞中，结果造成两个子细胞命运的差异。
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叶足啄缘蝽
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第四节 细胞分化与肿瘤细胞
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肿瘤细胞是从何生物体内正常细胞演变而来的， 正常细胞转变为恶性肿瘤的过程称为癌变或恶性病 变。临床上把具有恶性增殖和广泛侵袭转移能力的 肿瘤细胞称为癌细胞。 肿瘤细胞的特征：低分化、高增殖
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胚胎诱导是 通过诱导组织释 放的各种旁分泌 因子实现的。
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2、胚胎细胞间的相互作用还表现为细胞分化的 抑制效应。 抑制是指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 化的细胞通过产生抑素，抑制邻近细胞向其相同方 向分化。
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一、多细胞生物个体发育的一般过程与细胞分化潜能 多细胞生物的发育一般包括胚胎发育和胚后发 育两个阶段，前者包括卵裂、囊胚、原肠胚等几个 基本的发育阶段，脊椎动物还要经过神经轴胚期以 及器官发生等阶段。
细胞分化开始于原肠胚形成之后。
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编码组织细胞特异性蛋白的基因称为奢侈基因， 其编码的蛋白质为奢侈蛋白； 编码维持细胞生存所必需的蛋白的基因称为管 家基因，其编码的蛋白质为管家蛋白。
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基因组改变是细胞分化的特例。 一些分化的细胞在其分化过程中基因组发生 了量的变化，表现为特定基因的选择性扩增、基 因组的丢失、基因重排等，这些现象并不是细胞 分化的普遍规律，而是细胞分化的特例。
侧向抑制表现为，在具有相同分化命运的胚胎 细胞中，如果一个细胞试图向某个特定方向分化， 那么这个细胞在启动分化指令的同时也发出另一个 信号去抑制邻近细胞的分化。
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二、激素对细胞分化的调节作用 激素所引起的反应时按预先决定的分化程序进 行的，是个体发育晚期的细胞分化调控方式。 激素影响细胞分化和发育的典型例子是动物发 育过程中的变态效应。 所谓变态是指动物从幼体变为在形态结构和生 活方式上有很大差异的成熟个体的发育过程。
2、细胞分裂与细胞分化的联系 3、细胞分化的本质
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（四）同源盒基因规划机体前-后体轴结构的分化 与发育蓝图
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第三节 细胞分化的调节因素
一、细胞间相互作用在细胞分化中的作用
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1、胚胎细胞间相互作用的主要表现形式是胚胎诱导 胚胎发育过程中，一部分细胞对邻近细胞产 生影响并决定其分化方向的现象，称为诱导或胚 胎诱导。 起诱导作用的细胞或组织称为诱导细胞或诱 导组织，被诱导而发生分化的细胞或组织称为反 应细胞或反应组织。
四、细胞分化的时-空特性
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一个细胞在不同的发育阶段可以有不同的形态结 构和功能，即时间上的分化； 同一种细胞的后代，由于每种细胞所处的空间位 置不同，其环境也不一样，可以有不同的形态和功能， 即空间上的分化。
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五、细胞分裂与细胞分化
细胞在增殖（细胞分裂）的基础上进行分化，而 早期胚胎细胞的不对称分裂所引起的细胞质中转 录因子的差异制约着细胞的分化方向和进程。 细胞分化发生于细胞分裂的G1期。 细胞分裂旺盛时分化变缓，分化较高时分裂速度 减慢是个体生长发育的一般规律。
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接触抑制（密度依赖性抑制）：一般情况下， 体外培养的大部分正常细胞需要黏附于固定的表面 上进行生长，增殖的细胞达到一定密度，汇合成单 层以后即停止分裂，此过程称为接触抑制。
肿瘤细胞缺乏接触抑制性，甚至可以在半固体 琼脂中呈悬浮生长，不需要依附于固体表面，不受 密度限制，可持续分裂，达到很高密度而出现堆积 生长，形成高出单层细胞的细胞灶。
二、胞质中的细胞分化决定因子与传递方式
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成熟的卵细胞中储存有20000~50000中RNA，其 中大部分为mRNA。这些mRNA直到受精后才被翻译 为蛋白质。其中部分mRNA在卵质中的分布不均，在 细胞发育命运的决定中起重要作用。 通常将在卵质中呈极性分布、在受精后被翻译为 在胚胎发育中起重要作用的转录因子和翻译调节蛋白 的mRNA分子称为母源效应基因。
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医学细胞生物学
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第十四章 细胞分化
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功能器官的形成包括了一下四种细胞的基本活动：
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第一节 细胞分化的基本概念
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）。
一、再生的本质与方式
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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。 再生的方式： 1、微变态再生 2、变形再生 3、补偿性再生
二、再生的过程
蝾螈肢体再生：
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1、顶端外胚层帽和去分化再生胚芽的形成；
2、胚芽细胞的增生和再分化；
3、再生胚芽的模式形成。
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三、再生的医学意义
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人耳鼠
心脏
本章知识重点
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1、掌握概念：细胞分化、细胞决定、全能干细胞、 多能干细胞、单能干细胞、终末分化细胞、去 分化、转分化、差异表达、奢侈基因、管家基 因、母源效应基因、不对称分裂、接触抑制
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母源bicoid mRNA
BICOID蛋白
母源nos mRNA
NOS蛋白
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胚胎细胞分裂时胞质的不均等分配影响细胞的分化。
三、基因选择性表达的转录水平调控
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细胞分化的基因表达调控主要发生在转录水平。
（一）组织细胞特异性转录因子和活性染色质结构 区决定了细胞特异性蛋白的表达 在个体发育或细胞分化期间被激活的基因通常 有复杂的调控区域，其中含有转录因子和转录因子 调节蛋白的结合位点。
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肿瘤迁移
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肿瘤细胞的分化起源
肿瘤细胞群体大致可分为四种类型： 1、干细胞 2、过渡细胞 3、终末细胞 4、G0期细胞
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第五节 细胞分化与再生
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组织再生：一些发育成熟的成年动物的整体或 器官收外界因素发生创伤而部分丢失时，在剩余部 分的基础上又生长出与丢失部分在形态结构和功能 上相同的组织或器官的过程。 一般来说，高等动物的再生能力低于低等动物， 脊椎动物低于无脊椎动物，而哺乳动物的再生能力 很低，仅限于肝脏等少数器官。
具有正反馈作用的起始基因通常称为细胞分化 主导基因。
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（三）染色质成分的共价修饰制约基因的转录 染色质成分的共价修饰包括： 1、DNA的甲基化
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2、组蛋白的乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素 化、糖基化、羰基化
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DNA甲基化在转录水平上调控细胞分化的基因 表达。DNA甲基化对基因活性的影响之一是启动子 区域的甲基化。
与基因表达的调控区相互作用的转录因子有通 用转录因子和组织细胞特异性转录因子。
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血红蛋白是能够运输氧气的蛋白质，是红细胞 分化的主要特征。脊椎动物的血红蛋白有2条α-珠 蛋白链和2条β-珠蛋白链组成。α-珠蛋白和β-珠 蛋白基因分别定位于不同染色体上，都由一个基因 簇构成。 人β -珠蛋白基因簇包括五个基因，它们在发育 的不同时期表达。
去分化 在某些条件下，分化了的细胞也不稳定，其基因 活动模式也可发生可逆性的变化，而又回到未分化状 态，这一变化过程称为去分化（dedifferentiation）。