第8章 细胞分化与基因表达调控第9章 细胞的衰老与死亡-1.pptVIP

第八章 细胞分化与基因表达调控 前言 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。 细胞分化的一般特征 细胞分化为生命向更高层次的发展与进化奠定了基础。 分化的细胞基因组保持相同而表达的基因有所不同，从而在形态结构、生理功能及生物学行为方面均有所不同。 细胞分化过程常常伴随着细胞增殖与细胞凋亡，分化细胞的最终归宿往往是细胞的衰老和死亡。 细胞癌变是正常细胞分化机制失控的结果，成为不衰老的永生细胞，肿瘤细胞的基因组不同程度地发生了改变，其结果是正常机体的构建受到破坏，并丧失了相应的正常生物学功能。 §8.1 细胞分化 一、细胞分化的基本概念 （一）细胞分化是基因选择表达的结果 细胞分化是由于基因选择性的表达各自持有的专一性蛋白质而导致细胞形态、结构与功能的差异。 (二)组织特异性基因与管家基因 分化细胞基因组中所表达的基因大致可分为两种基本类型： 一类是管家基因(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。如微管蛋白基因、糖酵解酶系基因与核糖体蛋白基因等。 另一类称为组织特异性基因(tissue—specific genes)，或称奢侈基因(1uxury 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生理功能。如卵清蛋白基因、上皮细胞的角质蛋白基因和胰岛素基因等。 (三) 组织特异性基因的组合调控表达 少量调控蛋白启动为数众多的特异细胞类型的分化。其机制就是组合调控(combinational control)的方式，即每种类型的细胞分化是由多种调控蛋白共同调控完成的。 (四）Hox基因与细胞分化 果蝇突变株的研究，发现一套在果蝇体节发育中起关键作用的基因群，称同源异型基因(Hox genes)。因其在基因表达调控中的主导作用又称homeotic selector gene，亦称Hox基因。 这些基因都含有一段高度保守的由180bp组成的DNA序列，称同源框。同源框编码的60个氨基酸又称同源异型结构域， 所形成的?螺旋—转角—?螺旋结构可与特异DNA片段中的大沟相互作用启动基因的表达。 同源异型基因在染色体上排列的次序不仅与这些基因在胚胎发育过程中活化的时间顺序是一致的，而且与它们沿躯体纵轴的空间表达时相也基本相符。 Hox基因不仅存在于果蝇中，而且存在于多种无脊椎动物和高等的脊椎动物中。脊椎动物中有4套Hox基因，它们都具有非常保守的同源框结构。 所有这些基因在细胞分化与发育中均具有类似的生物学功能。 (五)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是：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。 (六)转分化与再生 一种类型的分化细胞转变成另一种类型的分化细胞的现象称转分化(transdifferentiation)，如水母横纹肌细胞经转分化可形成神经细胞、平滑肌细胞、上皮细胞，甚至可形成刺细胞。 转分化往往经历去分化(dedifferentiation)和再分化(redifferentiation)的过程。去分化又称脱分化，是指分化细胞失去其特有的结构与功能变成具有末分化细胞特征的过程。 生物界普遍存在再生现象(regeneration)，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，但一般再生是指生物体缺失一部分后发生重建的过程。 二、影响细胞分化的因素 (一)细胞的全能性 细胞全能性(totipotency)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。受精卵及早期的胚胎细胞都是具有全能性的细胞。 植物的体细胞在适宜的条件下可培育成正常的植株，这不仅是细胞全能性的有力证据，而且也广泛地应用在植物基因工程的实践中。 高度分化的植物细胞仍具有全能性 1958年， 1970年 Steward等先后利用胡萝卜根的韧皮部组织和悬浮培养的胡萝卜单个细胞培养出了完整的可育植株。 发育与细胞的全能性 仅具有分化成有限细胞类型及构建组织的潜能称为多潜能性(pluripotency)。具有多潜能性的细胞称为干细胞(stem cell)； 仅具有分化形成某一种类型能力的细胞，称为单能干细胞(monopotential cell)或称定向干细胞(directional stem cell)。由定向干细胞最终形成特化细胞类型的过程称为终末分化(terminal differentiation)。 细胞分化潜能逐渐受到限制而变窄，即由全能性细胞转化为多能和单能干细胞； 对于细胞核而言，却始终保持其分化的全能性。 细胞核