【正文】 的基因即發(fā)生組合，形成發(fā)育為一個完整個體所需的基因組。 ? 細胞最初是 “ 基因組等同 ” ，但逐漸啟動不同的分化程序。 每一特定類型的細胞只使用一小部分遺傳信息，表達一套特異蛋白質(zhì)。 ? 分化進程中，細胞有 選擇地啟動某些基因 并合成其它類型的細胞所不具備的蛋白質(zhì)，以構(gòu)成該種特定細胞的結(jié)構(gòu)、產(chǎn)物及功能的基礎(chǔ)。 ? 如肌肉細胞發(fā)育的原腸胚形成階段，整個胚胎細胞都能合成肌球蛋白，但原腸期以后，合成肌球蛋白的細胞僅局限于心區(qū) ，而其他部位的細胞則被抑制。 分化中為何出現(xiàn)動物細胞表型的差異 ? 這是細胞各自表達特異性基因的結(jié)果。一些胚胎細胞按其遺傳潛能來說都是“ 全能 ” 的，但其攜帶的遺傳信息在發(fā)育過程中并不都能表達，而是 按嚴格的時空順序有選擇地表達其中一部分。 分化是細胞命運決定過程中 基因循序差異表達 的結(jié)果 基因表達的階段特異性（時）及組織特異性（空） 指特定基因的表達按照嚴格的時間順序發(fā)生，同時，同一基因產(chǎn)物在不同的組織器官表達數(shù)量不同，不同的產(chǎn)物蛋白又分布于不同的細胞或組織器官 。 二、細胞分化與選擇性基因表達 在胚胎發(fā)育過程中 ， 細胞基因組嚴格按時空順序相繼活化這一現(xiàn)象稱為基因的 差異表達 （ differential expression） 或 順序表達 （ sequential expression） 。 從一個受精卵開始 ， 在個體發(fā)育的過程中逐步分化產(chǎn)生各種細胞類型和組織 ， 這種分化就是不同特異性基因相繼表達的結(jié)果 。 特異蛋白的選擇性基因表達主要在轉(zhuǎn)錄水平進行 DNA RNA 多肽 轉(zhuǎn)錄 翻譯 如果蠅和其他雙翅目昆蟲唾腺染色體所看到的膨松區(qū)的形成。膨松區(qū)是基因的活化區(qū)，即正轉(zhuǎn)錄區(qū)域。膨松區(qū)的位置和數(shù)目在相同發(fā)育階段的同一類型細胞一致，但在不同類型的細胞中有區(qū)別，在不同的發(fā)育階段也有明顯變化。 膨松反映著器官特異的基因表達。 果蠅的染色體膨松：基因激活而失去等同 果蠅多線染色體 多線染色體是基因組不可逆變化以及失去基因組等同的一個實例 在發(fā)育分化期間，并不總是維持基因組等同的 用 32P磷酸鹽 分別摻入 前體細胞 和 原成紅細胞 ，若珠蛋白基因有表達，則 DNA可轉(zhuǎn)錄有 32P標記的RNA。當(dāng)用克隆的胚胎型 ?樣珠蛋白基因 DNA探針與之雜交，發(fā)現(xiàn)在原成紅細胞中有 DNARNA雜交反應(yīng)，而前體細胞中不發(fā)生雜交反應(yīng)。 ?說明前體細胞的胚胎型珠蛋白基因處于休止狀態(tài)，直至發(fā)育到原成紅細胞時才被活化。表明 ?樣珠蛋白基因具有嚴格的紅系組織特異性和發(fā)育階段專一性特點。 特異基因的階段性表達 三、參與細胞分化的信號傳導(dǎo)通路 ? 1． DeltaNotch信號系統(tǒng)調(diào)節(jié)細胞分化 ? 2． Wnt/Frizzled信號系統(tǒng)調(diào)節(jié)細胞分化 DeltaNotch信號傳導(dǎo)系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu) ? Delta配體家族 ? Notch受體 : 胞外區(qū)： 與配體結(jié)合并激活 Notch 跨膜區(qū)： 產(chǎn)生活化形式的 Notch細胞內(nèi)區(qū)域（ Notch intracelluar domain, NICD） 胞內(nèi)區(qū)： 與多種細胞內(nèi)蛋白結(jié)合 ，對 細胞內(nèi)信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)具有關(guān)鍵作用 ? Notch信號通路下游目的基因 HES、 CSL或 ESR基因家族 編碼轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子家族 Mash NeuroD和 Ngn1，是神經(jīng)元分化基因的轉(zhuǎn)錄因子，提高細胞對分化信號的內(nèi)源性反應(yīng)能力而向神經(jīng)元分化 配體與 Notch受體結(jié)合后 ， 由蛋白酶 TACE切割產(chǎn)生受體胞外區(qū) ， 由 γ 分泌酶切割后產(chǎn)生活化形式的 Notch 細 胞 內(nèi) 區(qū) 域 （ Notch intracelluar domain， NICD） ， NICD核轉(zhuǎn)位進入細胞核后通過其 轉(zhuǎn) 錄 激 活 域 （ transcriptional activation domain， TAD） 與轉(zhuǎn)錄因子 CSL結(jié)合并相互作用 ， 調(diào)節(jié)靶基因表達 。 核內(nèi)抑制因子 （ corepressor，CoR） 與轉(zhuǎn)錄因子 CSL結(jié)合抑制基因表達； NICD與CSL結(jié)合后 ， CoR 解離 ， 同 時 激 活 因 子 （ coactivators， CoA） 結(jié)合并啟動靶基因表達 。 DeltaNotch信號傳遞過程 Figure 1. Notch pathway elements protease TACE gammasecretase NIC ： Notch intra celluar domain TAD ： transcriptional activation domain NLS： Nuclear localization signals CSL： CBF1/suppressor of hairless/Lag1，transcription factor DeltaNotch信號系統(tǒng)功能 ? 主要功能 : 參與胚胎的分化發(fā)育，在多種細胞如神經(jīng)細胞、淋巴細胞、上皮細胞等細胞的分化中起中心作用。 ? “ 旁側(cè)抑制機制 ” （ lateral inhibition）：正常神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育時，腹側(cè)初始狀態(tài)相同的單層外胚層細胞中，正在分化的神經(jīng)細胞周圍的其他細胞不再向神經(jīng)元方向分化，而發(fā)育成上皮細胞，從而使神經(jīng)細胞從原來的單層細胞中分離出去。 Notch信號是“旁側(cè)抑制”機制的主要行使者。 Notch信號通路行使 “ 旁側(cè)抑制機制 ” （ lateral inhibition） DeltaNotch信號系統(tǒng)抑制細胞分化 ? Notch的活化使 神經(jīng)元分化基因的轉(zhuǎn)錄因子 MashNeuroD和 Ngn1蛋白的功能下降，抑制前體細胞分化為神經(jīng)元。 ? Notch還可和 Groucho蛋白一起抑制 AchaeteScute plex(AcSc) 等前神經(jīng)元基因，而 AcSc基因產(chǎn)物是將神經(jīng)系統(tǒng)和上皮系統(tǒng)進行分離的ASC蛋白。因而， Notch的活化可以抑制未分化的前體細胞向神經(jīng)細胞特異分化。 DeltaNotch信號系統(tǒng)抑制細胞分化 ? 在一叢細胞中，主要表達 Delta配體的細胞為 “ 發(fā)放信號 ” 的細胞，向神經(jīng)元方向分化，而其周圍主要表達 Notch受體的細胞為“ 接受信號 ” 的細胞，抑制其分化為神經(jīng)細胞，但仍保持進行各種分化的活性狀態(tài)，該叢細胞中的不同的細胞系因此得以分隔。 DeltaNotch信號系統(tǒng)紊亂后果 ? 當(dāng) Notch功能缺陷時，旁側(cè)抑制機制消失，神經(jīng)元產(chǎn)生過多，可導(dǎo)致胚胎死亡，但當(dāng)Notch過度活化或異位活化時，胚胎中的神經(jīng)細胞分化受到抑制，也可導(dǎo)致一系列的發(fā)育異常。某些人類疾病，如 Alzheimer’s病、伴有皮層下梗死的常染色體顯性腦動脈病和腦白質(zhì)病、 Alagille綜合征等均與NotchDelta的異常密切相關(guān)。 Jos233。 Luis de la Pompa (CSIC investigator) PhD 1990 Aut243。noma University, Spain， Postdoctoral work at EMBL (Germany) and Amgen Institute (Canada)， Group Leader at EMBL (Italy),Investigator at Institut de Recerca Oncologica (Spain),At the Centro Nacional de Bioteolog237。a since 9/2022 Wnt/Frizzled信號通路及其信號分子 ? 細胞外因子（ Wnt） ? 跨膜受體（ Frizzled， Fz） ? 胞質(zhì)蛋白 (β catenin， β連環(huán)蛋白 ) ? 核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子 (TCF) ? 靶基因：多數(shù)參與細胞增生與凋亡，如cyclinD1, cmyc WNT與受體結(jié)合后 ,信號在細胞內(nèi)的傳遞過程包含了 Wnt/β catenin經(jīng)典途徑和磷脂酶 CCa2 +介導(dǎo)的兩條途徑。 經(jīng)典 Wnt途徑 ? 在經(jīng)典 Wnt途徑中， β catenin蛋白是主要的胞漿內(nèi)效應(yīng)分子 ,Wnt信號傳遞取決于游離 β catenin的胞漿水平 ,Wnt途徑活化可引起胞內(nèi) β catenin水平升高 ,大量游離 β catenin通過核膜進入細胞核 ,與 LEF/TCF家族的轉(zhuǎn)錄因子形成復(fù)合物 ,引起轉(zhuǎn)錄激活 ,進而調(diào)控特定基因的表達。 ? 低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白 6(LRP 6)作為一種共受體 ,和 Frizzled受體一道參與了對 WNT信號的傳遞。 ? β catenin是存在于細胞漿內(nèi)的一類大分子 , 缺乏 WNT信號刺激時 ,β catenin在糖原合成酶激酶3β (GSK3β ) 的作用下 ,經(jīng) N末端絲氨酸 /蘇氨酸磷酸化降解。當(dāng) WNT和 Frizzled受體結(jié)合后 ,后者通過一個保守的序列結(jié)合并激活胞漿內(nèi)另一信號分子 Disherelled(Dsh)分子 ,激活的 Dsh抑制了GSK3β 的磷酸化作用 ,進而抑制了 β catenin的降解 ,保證了其在胞漿內(nèi)較高的濃度水平。 Wnt途徑 Wnt/Frizzled系統(tǒng)的功能 ： 維持細胞分化的平衡，保持正常的細胞發(fā)育 WNT家族分子中有正、負調(diào)控分子，促進或抑制細胞分化為成熟組織。例如，骨組織 分化 過程中經(jīng)歷了以下演變：間充質(zhì)細胞聚集 → 增殖型軟骨細胞 → 前肥大型軟骨細胞 → 肥大型軟骨細胞 → 軟骨細胞凋亡、壞死、血管侵入、軟骨內(nèi)骨化。正、負調(diào)控機制共同維持著一種動態(tài)的平衡 ： WNT 8及 3a在體內(nèi)軟骨的發(fā)育過程中主要起正調(diào)控作用，在細胞分化的后期促進軟骨細胞向終末期及肥大型軟骨細胞分化。 WNT5a、 5b及 7a可抑制軟骨細胞成熟，主要表現(xiàn)為抑制聚集的間充質(zhì)細胞解聚，進而阻滯其進一步分化，其作用機制是通過穩(wěn)定 β連環(huán)蛋白和 N鈣黏著蛋白的連接，導(dǎo)致后者持續(xù)高表達，細胞解聚不能完成，阻止細胞間縫隙連接的形成從而抑制細胞分化成熟。 組織形成中的基因表達 一 、 動物及人體的基本組織類型 包括四類 1．上皮組織 :來源于外胚層，如皮膚表層 2．結(jié)締組織 :由中胚層產(chǎn)生的，分布在表皮之內(nèi)各 器官組織之間，如韌帶、纖維、血漿 3．肌肉組織 :來自中胚層，又有平滑肌、骨胳肌和 心肌，主要組分是肌原纖維 4．神經(jīng)組織 :來自外胚層，由神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細 胞組成 二 、 哺乳動物 骨骼肌發(fā)育中的基因調(diào)節(jié) 1． 骨骼肌細胞發(fā)育包括 3個階段 1） 由胚胎的體節(jié)細胞出現(xiàn)細胞決定 （ 分化方向 ） ， 并分化為成肌細胞； 2） 成肌細胞向胚胎肢芽遷移并保持增殖能力； 3） 成肌細胞停止分裂 ， 彼此融合成多核體細胞 （ 或 肌管 ） ， 伴隨細胞融合的出現(xiàn) ， 對骨骼肌發(fā)育 及其功能有關(guān)的各種肌細胞特異基因的表達使其 分化為成熟的骨骼肌細胞 。 骨骼肌細胞發(fā)育程序包括 3個階段 ? 已鑒定出 4種控制骨骼肌細胞發(fā)育的基因 ：myoD、 myf myogenin及 mrf4，分別表達相應(yīng)的 myoD、 myf myogenin及 mrf 4蛋白，統(tǒng)稱為 myoD家族蛋白 。 ? 這些蛋白均具有堿性螺旋 環(huán) 螺旋（ bHLH）結(jié)構(gòu)，屬 DNA結(jié)合蛋白并行使 轉(zhuǎn)錄因子 的功能。 ? myoD家族蛋白在形成同源及異源二聚體后可與基因調(diào)控區(qū)中的 CANNTG序列（又稱 Ebox）相結(jié)合，通過 DNAprotein相互作用， myoD構(gòu)象改變從而誘導(dǎo)肌細胞特異性的基因轉(zhuǎn)錄。 myoD誘導(dǎo)肌細胞特異性基因轉(zhuǎn)錄 基因 表型 myoD家族 敲除 存活 成肌細胞 肌細胞 蛋白功能 —————————————————————————————————————————————————————————— myoD 能 + + 不詳 myf 5 能 + + 不詳 myoD、 myf 5 否 成肌細胞形成必須 myogenin 否 + 成肌細胞向肌細胞分化所必須 表 1 myoD 家族基因敲除對小鼠 骨骼肌細胞分化發(fā)育的影響 ? 從體節(jié)細胞分化為成肌細胞時需 myoD和myf 5兩種蛋白， ? myogenin蛋白對成肌細胞融合并分化為成熟的骨骼肌細胞必不可少 ? 細胞融合前只有 m