第十四章 细胞分化与基因表达调控(final).pptVIP

第一节 细胞分化 (Cell differentiation) 一、细胞分化的基本概念 二、影响细胞分化的因素 三、细胞分化与胚胎发育—Hox genes （二）组织特异性基因与管家基因 1.管家基因(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。如， 2.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。如， 3.调节基因（Regulatory gene):基因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。 3.主导基因（Master gene）：在启动细胞分化的各类调节蛋白中，往往存在一两种起决定作用的调控蛋白，编码这种蛋白的基因称为主导基因。 基因差异表达及调节 细胞分化的关键：细胞按照一定程序发生差别基因表达(differential gene expression), 开放某些基因, 关闭某些基因。 分化细胞间的差异往往是一群基因表达的差异，而不仅仅是一个基因表达的差异。 在基因的差异表达中，包括结构基因和调节基因的差异表达 差异表达的结构基因受组织特异性表达的调控基因的调节。 与多细胞有机体细胞分化的不同之处： 单细胞生物：多为适应不同的生活环境， 多细胞生物：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。 再生(regeneration)，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。 如：蟾蜍，沃尔夫晶体的再生 植物的再生能力 人和其他高等植物的再生能力 不同的细胞有机体，其再生能力有明显的差异。 日本再生眼角膜取得成功 韩国科学家开发成功脑神经细胞再生技术 脊髓受伤再生的新发现 英科学家发现使受损脊髓神经再生的酶 脑细胞可再生形成神经细胞 再生能力超强的“奇迹老鼠”-再生基因 科学家首次实现鸡胚胎断翅再生-信号系统 1) Plant cells 3）干细胞与分化潜能 What is a stem cell ? Where to get the stem cells? 基因差异表达及调节 细胞分化的关键：细胞按照一定程序发生差别基因表达(differential gene expression), 开放某些基因, 关闭某些基因。 分化细胞间的差异往往是一群基因表达的差异，而不仅仅是一个基因表达的差异。 在基因的差异表达中，包括结构基因和调节基因的差异表达 差异表达的结构基因受组织特异性表达的调控基因的调节。 1）胚胎干细胞(embryonic stem cell，ES) 胚胎干细胞是一种经人工操作能够发育成一个新个体的全能性二倍体细胞。它是从早期胚胎内细胞团(1nner cell mass，ICM)或原始胚胎生殖细胞(embryonic germ cell,EG 细胞)经体外分化抑制培养分离克隆的。二者的形态、标志、体内分化潜能及种系传递功能都相似。胚胎干细胞的发育等级较高，属全能干细胞。 胚胎干细胞的主要特性 第一、ES细胞在不同条件下具有不同的功能状态，它是饲养层细胞依赖的。 在有抑制因子存在的培养基中，它呈未分化状态 生长； 在无抑制因子存在的培养基中。分化成各种细 胞；在悬浮培养时，可形成胚状体(embryoid body，EB)。 第二，ES细胞具有发育分化成各种类型细胞的多潜能性，此种特性既可在体内发育，也可在体外诱导．体外与体内分化途径和机制在分子水平上有许多相似之处，而且体外研究更具有优点：(1)避免各种内源性因素干扰；(2)ES细胞始终保持存活、增殖和分化潜能，而在体内研究则存在胎死宫内、流产可能，使研究半途而废；(3)可制备各种模型，更直观明了，而且可研究分化过程中的前祖细胞生物学特性。 ■ 胚胎干细胞的应用 ● 作为生产克隆动物的高效材料。胚胎干细胞可以无限传代和增殖而不失去其基因型和表现型，以其作为核供体进行核移植后在短期内可获得大量基因型和表现型完全相同的个体。 ● 生产转基因动物的高效载体（图13-42）。利用胚胎干细胞作载体使外源基因的整合筛选等工作能在细胞水平上进行，使操作简便可靠。 从鼠囊胚内细胞团ES细胞，培养后作为转基因受体。转基因后经培养鉴定，选取阳性ES细胞，并重新注入代理母亲囊胚的内细胞团中，发育后获得嵌合体，经杂交筛选可获得转基因纯种种。 ● 发育生物学研究的理想体外模型 通过比较胚胎干细胞不同发育阶段基因转录和表达，可确定胚胎发育及细胞分化的分子机制，并发现新基因。