细胞分化的分子机制转录和转录.pptxVIP

概述个体发育的中心问题是细胞分化，研究细胞分化的分子机制是探索发育机制的基础。细胞分化是指多细胞有机体的细胞从简单、原始的状态到复杂和异样化的方向发展的过程，是通过细胞分裂产生结构和功能有稳定差异的过程。细胞分化概述在多细胞生物体内，每个细胞都有一定的性状，即细胞特定基因型在一定的环境条件下的表现，也称为细胞表型。根据细胞表型可将细胞分为3类：全能细胞、多潜能细胞和分化细胞。概述全能细胞：指它能够产生有机体的全部细胞表型，或者说可以产生一个完整的有机体，它的全套基因信息都可以表达。如合子、海胆和有些动物的早期分裂球等。概述多潜能细胞：表现出发育潜能的一定局限性，仅能分化成为特定范围内的细胞。如多潜能生血干细胞仅能分化成为淋巴细胞、单核细胞、粒细胞等。①多潜能细胞后代的发育命运在一定的程度上已被限定；②在不同的环境条件下也能表现出某些相同的细胞表型，而且这种决定不能通过形态或生物化学的标准（无特殊的亚显微结构变化，不含特异性蛋白质）来识别；③多潜能细胞的基因表达受到一定的限制。概述分化细胞：由多潜能细胞通过一系列分裂和分化发育成的特殊细胞表型。①合成特异性蛋白或具有特殊功能性的细胞器；②有丝分裂的频率明显降低，有的甚至完全停止细胞分型。细胞分化的过程是从全能性细胞→多潜能性细胞→分化细胞的发展过程，也是基因选择性表达的结果。分化细胞一般仅有5％-10％的基因表达，除了合成细胞生长、代谢必需的产物之外，主要是特异性产物的合成。概述细胞分化是基因差异性表达的结果，差异性基因表达产生的原因主要来自于两方面。①细胞内环境的差异影响核基因的表达。在早期胚胎发育的卵裂阶段，由于卵质的不均匀分布，卵裂的结果所产生的分裂球(细胞)存在不同的细胞内环境，引起胚胎细胞核基因的差异表达。②细胞外环境的影响。⑴在胚胎发育早期不同的胚胎细胞位于不同的区域，受到不同的外界环境的影响，接受不同的位置信息。⑵特别是邻近细胞的相互关系，如胚胎诱导对于胚胎细胞分化具有重要意义。⑶各种细胞外信号分子 (细胞因子、激素等信号分子)，通过细胞间的通讯，特别是信号传导间接影响细胞核基因的表达。概述差异基因表达的调控机制主要是在以下几个水平完成：①差异基因转录：调节哪些核基因转录成RNA。②核RNA的选择性加工：调节哪些核RNA进入细胞质并加工成为mRNA，构成特殊的转录子组。③mRNA的选择性翻译：调节哪些mRNA翻译成蛋白质。④差别蛋白质加工：选择哪些蛋白质加工成为功能性蛋白质，即基因功能的实施者。第一节 基因组相同和基因差异表达多细胞有机体具有许多形态、功能和生物化学组成不同的细胞。这些不同的细胞都来自于一个共同的始祖细胞——受精卵。这些不同的组织细胞虽然具有相同的基因结构，但由于基因表达受到复杂的调控，发生差别基因转录，继而合成组织专一性蛋白质，出现细胞形态和功能的分化。换句话说就是这些细胞的基因组相同，只是在发育过程中不同的细胞利用了基因组中不同的基因，结果导致各类细胞合成其特有的蛋白质。一、有机体不同组织细胞基因组相同的证据(一)遗传学的证据遗传学的研究早就显示，果绳幼虫的许多细胞具有多线染色体。这种多线染色体DNA可经历多次复制而不进行有丝分裂。形成512条，1024条，甚至更多条平行的DNA双螺旋结构。人们发现这些染色体上有许多特征性的条带，果蝇的单倍体基因组约有5150个不同的条带。在整个幼虫期和成体的不同组织细胞中染色体的数目是相同的，染色体上条带的图型也保持不变。以后大量的实验证据表明从同一个体不同组织细胞提取的DNA是相同的，进一步说明不同组织细胞的基因组相同。多线染色体一、有机体不同组织细胞基因组相同的证据(二)胚胎学的证据①Driesch(1892)用无钙海水分离2细胞、4细胞、8细胞和16细胞期的海胆胚胎，发现每个单独的卵裂球都可以发育成为正常的胚胎。表明海胆的早期分裂球是全能性的，细胞核内具有分化产生其他各种细胞类型的基因。②蝾螈眼再生⑴正常的蝾螈胚胎发育中，晶状体由神经外胚层诱导其表面的表皮细胞产生。如果将晶状体原基移掉，其腹侧虹膜细胞可再生新的晶状体。⑵将蝾螈胚胎视网膜原基移掉，色素视网膜细胞可再生新的视网膜。由已分化的细胞转分化为其他细胞类型的现象称为转化。(三)分子生物学的证据分子生物学的研究结果为基因组相同提供了更准确的证据。核酸分子杂交：表明有机体的不同组织细胞都拥有序列完全相同的核基因组DNA。例：各种不同小鼠细胞的单链DNA可同样有效地抑制具有放射性标记的小鼠单链DNA探针与小鼠胚胎基因组的杂交。原位杂交技术：果蝇唾液腺细胞并不合成卵黄蛋白，但在果绳唾液腺细胞的基因组中却同样具有编码卵黄蛋白的基因，而且该基因在体外一定条件下仍然可以合成卵黄蛋白。二、核潜能的限定（一）在发育中核潜能被限定大量的证据表明，随着细胞的分化，核的潜