第十二章 细胞分化与基 因表达调控
1 第十二章 细胞分化与基 因表达调控
12.1细胞分化 在个体发育中,细胞的后代在形态、结构 和功能上发生差异的过程称为细胞分化 ( differentiation),其本质是基因选择性 表达的结果,即基因表达调控的结果。 细胞分化的关键在于组织特异性基因在时 间、空间上的选择性表达,导致特异性蛋白 质的合成
2 12.1 细胞分化 在个体发育中, 细胞的后代在形态、结构 和功能上发生差异的过程称为细胞分化 (differentiation)，其本质是基因选择性 表达的结果，即基因表达调控的结果。 细胞分化的关键在于组织特异性基因在时 间、空间上的选择性表达，导致特异性蛋白 质的合成
Nerve cells onnective tissue Red blood cells fibroblasts 细胞分化 Bone tissue with osteocytes Smooth muscle Fat(adipose) cells Striated muscle cells Intestinal epithelial cells FIGURE 1.18. Pathways of cell differentiation. A few of the types of differenti
3 细 胞 分 化
分化细胞的特点 分化细胞具有以下四个特点: 个体中所有不同种类的细胞的遗传背景完全 样 分化细胞彼此之间在形态、结构、功能方面 的不同是由于其拥有不同的蛋白质所致。 细胞分化中最显著的特点是分化状态的稳定 性 虽然细胞分化是一种相对稳定和持久的过程, 但是在一定的条件下,细胞分化又是可逆的
4 分化细胞的特点 分化细胞具有以下四个特点： Î 个体中所有不同种类的细胞的遗传背景完全 一样。 Î 分化细胞彼此之间在形态、结构、功能方面 的不同是由于其拥有不同的蛋白质所致。 Î 细胞分化中最显著的特点是分化状态的稳定 性。 Î 虽然细胞分化是一种相对稳定和持久的过程, 但是在一定的条件下, 细胞分化又是可逆的
细胞分化的基本概念 细胞分化是基因选择性表达的结果 分子杂交技术检测基因及其表达 细胞总DNA 细胞总RNA 输卵管细胞成红细胞胰岛细胞输卵管细胞成红细胞胰岛细胞 卵清蛋白基因 β-珠蛋白基因 胰岛素基因 实验方法 Southern杂交 Northern杂交
5 一、细胞分化的基本概念 细胞分化是基因选择性表达的结果 细胞总 DNA 细胞总 RNA 输卵管细胞 成红细胞 胰岛细胞 输卵管细胞 成红细胞 胰岛细胞 卵清蛋白基因 + +++ - - β-珠蛋白基因 + + + - + - 胰岛素基因 + + + - - + 实验方法 Southern 杂交 Northern 杂交 分子杂交技术检测基因及其表达
组织特异性基因与管家基因 ◆管家基因( house- keeping genes):管家基因是指 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; ◆组织特异性基因( tissue-specific genes,或称奢侈基 因( uxury 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 ◆调节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
6 组织特异性基因与管家基因 ◆管家基因(house-keeping genes)： 管家基因是指 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； ◆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 ◆调节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
组合调控引发组织特异性基因的表达 ●组合调控概念 有限的少量调控蛋白启动为数众多的特异细胞类型的分化 ●生物学作用: 借助于组合调控,一旦某种关键性基因调控蛋白与其它调 控蛋白形成适当的调控蛋白组合,不仅可以将一种类型的 细胞转化成另一种类型的细胞,而且遵循类似的机制,甚 至可以诱发整个器官的形成。 ●分化启动机制: 靠一种关键性调节蛋白通过对其他调节蛋白的级联启动
7 组合调控引发组织特异性基因的表达 z组合调控概念： 有限的少量调控蛋白启动为数众多的特异细胞类型的分化 z生物学作用： 借助于组合调控，一旦某种关键性基因调控蛋白与其它调 控蛋白形成适当的调控蛋白组合，不仅可以将一种类型的 细胞转化成另一种类型的细胞，而且遵循类似的机制，甚 至可以诱发整个器官的形成。 z分化启动机制： 靠一种关键性调节蛋白通过对其他调节蛋白的级联启动
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: 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。 ●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
8 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： 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。 ●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
转分化与再生 种类型分化的细胞转变成另一种类型的分化细胞现象称转 分化( transdifferentiation)。 ●转分化经历去分化( dedifferentiation)和再分化的过程。 ●生物界普遍存在再生现象( regeneration),再生是指生物 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 ●不同的细胞有机体,其再生能力有明显的差异
9 转分化与再生 ●一种类型分化的细胞转变成另一种类型的分化细胞现象称转 分化（transdifferentiation）。 ●转分化经历去分化（dedifferentiation）和再分化的过程。 ●生物界普遍存在再生现象（regeneration），再生是指生物 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。 ●不同的细胞有机体，其再生能力有明显的差异
影响细胞分化的因素 细胞的全能性( 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
10 二、 影响细胞分化的因素 细胞的全能性(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
