15Ch15-细胞分化与胚胎发育吉大概述.ppt

三、 果蝇胚胎早期发育中的细胞分化 第15章 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，产生不同的细胞类型的过程称之为细胞分化。细胞分化是基因选择性表达的结果。分化细胞所表达的基因一类称管家基因，另一类称组织特异性基因。组织特异性基因的产物不仅影响分化细胞的形态结构，而且决定细胞所执行的各自的生理功能。每种类型的分化细胞是由不同的调控蛋白以组合调控的方式，启动组织特异性基因的表达，从而实现细胞分化的调控。细胞分化程序与调控涉及诸多因素，如受精卵的不均一性、胞外信号分子的作用、细胞间的相互作用与细胞的位置效应以及细胞的记忆等。其中，信号分子的作用是调控细胞分化最主要的因素。 干细胞是机体中能进行自我更新和多向分化潜能并具有形成克隆能力的一类细胞。根据分化潜能的不同，干细胞可分为全能干细胞、多潜能干细胞、多能干细胞和单能干细胞。根据来源不同，干细胞又可以分为胚胎干细胞和成体干细胞。诱导性多潜能干细胞制备技术的建立，不仅加深了人们对细胞全能性的理解，而且极大地推动了干细胞与细胞分化的理论研究及其临床应用。 细胞分化最伟大的杰作，在于后生生物个体的形成，而后生动物的发育，是最为复杂，也是最引人入胜的生命过程。生物相对有限的基因，凭借重复而富有创造性的方式指导细胞的行为，分化并产生当今世界上多种生命体。在这个过程中，FGF、TGF-β、RA、Shh和Wnt等信号系统，按照极其相似的方式调控各种发育进程。 哺乳动物雌雄两性的分化，源于生殖腺细胞的分化。性腺原基——生殖嵴的固有分化方向是卵巢，Y染色体携带的SRY基因对性腺分化为睾丸是必需的，而Sox9则是更普遍的决定睾丸分化的基因，存在于所有脊椎动物。原生殖细胞经过长距离迁移，进入生殖嵴，它们的分化方向由性腺的分化方向决定，RA和Wnt信号通路起了决定作用，尤其是RA及其颉颃物Cyp26b1是控制减数分裂的关键因素。 脊椎动物的发育过程经过受精、卵裂、囊胚和原肠胚，形成3个胚层，脊索中胚层诱导其附近的外胚层形成神经管。神经管的形成，是微管和微丝等细胞骨架联合作用的结果。神经管形成后，一部分细胞逐渐停止分裂并迁移到外侧，神经管上皮细胞则保持分裂能力。这个过程依靠FGF、RA、Wnt、Shh和BMP信号途径的相互协调，以及神经前体细胞依靠Delta－Notch信号而形成的旁侧抑制作用。神经管细胞的背腹分化，则主要依赖于背部的BMP信号分子浓度梯度和腹侧Shh浓度梯度，而体节中胚层分泌的RA信号分子与Shh相互颉颃，对神经管中部神经元的分化至关重要。 脊椎动物胚胎发育过程中，细胞的分化命运大部分由其所处环境决定，细胞附近的组织对细胞分化发挥了巨大作用，这就是调整型发育。大部分无脊椎动物的发育则与此不同，其细胞分化命运大部分是由细胞本身所决定的，对细胞所处环境依赖较小，这称为镶嵌型发育。果蝇的发育就是典型的镶嵌型发育，母体效应基因决定了胚胎前后轴和背腹轴，并通过级联反应调控体节的形成。 随着对发育机制的深入了解，不同组织的发育进程逐渐显示出越来越多的内在共性，人们越来越了解有限的基因如何“演奏”出精彩无限的细胞分化的绚丽“乐章”。 细胞分化与胚胎发育 第15章 细胞分裂 细胞生长 (分化) 细胞死亡 分裂原 DNA损伤 生长因子缺乏 死亡因子的存在 生长因子 细胞分裂、细胞生长和细胞死亡决定生物个体大小 细胞数量 细胞体积 (大小) 生物个体 细胞分化： 由一种相同的细胞类型经分裂后逐渐在形态、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。 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 细胞分化的关键在于: 特定的时间、不同的细胞中表达了不同的基因，导致不同类型 细胞中特异性蛋白质的合成。 （二）管家基因和组织特异性基因 管家基因：所有细胞中均表达的基因，其产物是维持细胞基本生命活动所必需的， 如细胞基础代谢活动所需的酶类、核糖体蛋白、膜转运蛋白、细胞周期 调控蛋白等。占基因总数的少部分 （ 3%）。 组织特异性基因：不同类型细胞中特异性表达的基因，赋予细胞特异的形态结构和 功能。调控并参与细胞分化、组织与器官的构建等。 占基因总数 的绝大多数。 MyoD、Ey/Pax6等 主导基因 (Master gene) (关键性调控蛋白） 诱导的蛋白 + 已存在的蛋白 (combinatorial code)