【正文】 第二章 細(xì)胞分化的分子機制 — 轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄前的調(diào)控 上海海洋大學(xué) Shanghai Ocean University 概述 ?個體發(fā)育的中心問題是細(xì)胞分化 ，研究細(xì)胞分化的分子機制是探索發(fā)育機制的基礎(chǔ)。 ?細(xì)胞分化 是指多細(xì)胞有機體的細(xì)胞從 簡單 、 原始 的狀態(tài)到復(fù)雜 和 異樣化 的方向發(fā)展的過程，是 通過細(xì)胞分裂產(chǎn)生結(jié)構(gòu)和功能有穩(wěn)定差異的過程 。 上海海洋大學(xué) Shanghai Ocean University ?細(xì)胞表型 cell phenotype：是細(xì)胞特定基因型在一定的環(huán)境條件的表現(xiàn)，是細(xì)胞的特定性狀。 ?全能細(xì)胞 :能產(chǎn)生完整有機體，并且機體所需要的全部基因信息都被表達(dá)的細(xì)胞 ?多潛能細(xì)胞 : 含有的基因信息被限制表達(dá)的細(xì)胞 ?分化細(xì)胞 :多潛能細(xì)胞通過分離和分化發(fā)育成的特殊細(xì)胞表型 個體發(fā)育過程：全能性細(xì)胞 → 多潛能性細(xì)胞 → 分化細(xì)胞 概述 上海海洋大學(xué) Shanghai Ocean University 概述 ?多潛能細(xì)胞 ：表現(xiàn)出發(fā)育潛能的一定局限性，僅能分化成為特定范圍內(nèi)的細(xì)胞。 ?如 多潛能生血干細(xì)胞 僅能分化成為 淋巴細(xì)胞 、 單核細(xì)胞 、粒細(xì)胞 等。 ?① 多潛能細(xì)胞后代的 發(fā)育命運在一定的程度上已被限定 ； ?② 在 不同的環(huán)境條件下也能表現(xiàn)出某些相同的細(xì)胞表型 ，而且這種決定 不能通過形態(tài)或生物化學(xué)的標(biāo)準(zhǔn) （無特殊的亞顯微結(jié)構(gòu)變化，不含特異性蛋白質(zhì)） 來識別 ； ?③ 多潛能細(xì)胞的基因表達(dá)受到一定的限制 。 上海海洋大學(xué) Shanghai Ocean University 細(xì)胞分化 上海海洋大學(xué) Shanghai Ocean University 概述 ?分化細(xì)胞 ：由多潛能細(xì)胞通過一系列分裂和分化發(fā)育成的特殊細(xì)胞表型。 ?① 合成特異性蛋白 或 具有特殊功能性的細(xì)胞器 ； ?② 有絲分裂的頻率 明顯 降低 ，有的甚至 完全停止 細(xì)胞分型。 ?細(xì)胞分化的過程是從 全能性細(xì)胞 → 多潛能性細(xì)胞 → 分化細(xì)胞 的發(fā)展過程，也是 基因選擇性表達(dá)的結(jié)果 。 ?分化細(xì)胞一般僅有 5％ 10％ 的基因表達(dá)，除了 合成細(xì)胞生長、代謝必需的產(chǎn)物 之外，主要是 特異性產(chǎn)物的合成 。 上海海洋大學(xué) Shanghai Ocean University DNA水平 轉(zhuǎn)錄水平 翻譯水平 上海海洋大學(xué) Shanghai Ocean University 基因表達(dá)的多級調(diào)控 基因激活 轉(zhuǎn)錄起始 轉(zhuǎn)錄后加工 mRNA降解 蛋白質(zhì)降解等 蛋白質(zhì)翻譯 翻譯后加工修飾 上海海洋大學(xué) Shanghai Ocean University 概述 ?細(xì)胞分化是 基因差異性表達(dá)的結(jié)果 ，差異性基因表達(dá)產(chǎn)生的原因主要來自于 兩方面 。 ?①細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的差異影響核基因的表達(dá) 。在早期胚胎發(fā)育的卵裂階段，由于 卵質(zhì)的不均勻分布 ，卵裂的結(jié)果所產(chǎn)生的分裂球 (細(xì)胞 )存在不同的細(xì)胞內(nèi)環(huán)境，引起胚胎細(xì)胞核基因的差異表達(dá)。 ?②細(xì)胞外環(huán)境的影響 。 ? 在胚胎發(fā)育早期 不同的 胚胎細(xì)胞位于 不同的 區(qū)域 ，受到不同的外界環(huán)境的影響，接受不同的位置信息。 ? 特別是 鄰近細(xì)胞的相互關(guān)系 ，如 胚胎誘導(dǎo)對于胚胎細(xì)胞分化具有重要意義。 ? 各種細(xì)胞外信號分子 (細(xì)胞因子、激素等信號分子 )，通過細(xì)胞間的通訊，特別是 信號傳導(dǎo)間接影響細(xì)胞核基因的表達(dá) 。 上海海洋大學(xué) Shanghai Ocean University 概述 ?差異基因表達(dá)的調(diào)控機制 主要是在以下幾個水平完成： ?①差異基因轉(zhuǎn)錄 ：調(diào)節(jié)哪些核基因轉(zhuǎn)錄成 RNA。 ?②核 RNA的選擇性加工 ：調(diào)節(jié)哪些核 RNA進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)并加工成為 mRNA，構(gòu)成特殊的轉(zhuǎn)錄子組。 ?③ mRNA的選擇性翻譯 ：調(diào)節(jié)哪些 mRNA翻譯成蛋白質(zhì)。 ?④差別蛋白質(zhì)加工 ：選擇哪些蛋白質(zhì)加工成為功能性蛋白質(zhì)，即基因功能的實施者。 上海海洋大學(xué) Shanghai Ocean University 第一節(jié) 基因組相同和基因差異表達(dá) ?多細(xì)胞有機體具有許多形態(tài)、功能和生物化學(xué)組成不同的細(xì)胞。這些不同的細(xì)胞都來自于一個共同的始祖細(xì)胞 ——受精卵 。 ?這些 不同的組織細(xì)胞 雖然具有 相同的基因結(jié)構(gòu) ，但由于 基因表達(dá)受到復(fù)雜的調(diào)控 ， 發(fā)生差別基因轉(zhuǎn)錄 ，繼而 合成組織專一性蛋白質(zhì) ， 出現(xiàn)細(xì)胞形態(tài)和功能的分化 。 ?換句話說就是這些細(xì)胞的基因組相同，只是在發(fā)育過程中不同的細(xì)胞利用了基因組中不同的基因 ，結(jié)果導(dǎo)致各類細(xì)胞合成其特有的蛋白質(zhì)。 上海海洋大學(xué) Shanghai Ocean University 在發(fā)育中核潛能被限定 移核試驗（豹蛙）：發(fā)育時期越晚，細(xì)胞核潛能的受限性越大 去核受精卵 囊胚核 原腸胚早期內(nèi)胚層核 神經(jīng)胚內(nèi)胚層核 50%蝌蚪， 異常個體以內(nèi)胚層細(xì)胞 形成較其他胚層細(xì)胞更容易 ﹤ 10%蝌蚪 80%以上蝌蚪 結(jié)論： 隨著發(fā)育，體細(xì)胞的核潛能存在普遍的受限現(xiàn)象，且具有供體核的特異性 二、核潛能的限定 上海海洋大學(xué) Shanghai Ocean University 豹蛙核移植實驗 上海海洋大學(xué) Shanghai Ocean University （一）在發(fā)育中核潛能被限定 ?細(xì)胞核潛能的限定 是穩(wěn)定的且 具有一定的組織特異性 。 ?三胚層細(xì)胞核移植實驗： ?① 采用具有組織特異性的 原腸胚后期 內(nèi)胚層細(xì)胞核 為供體時，易于形成內(nèi)胚層細(xì)胞，指導(dǎo)發(fā)育成為 外胚層和中胚層細(xì)胞的能力已受到限制 。 ?② 外胚層細(xì)胞核 為供體進(jìn)行移核實驗，產(chǎn)生發(fā)育異常的蝌蚪，可具有正常的神經(jīng)分化但是 缺乏內(nèi)胚層 結(jié)構(gòu)。 ?在發(fā)育過程中體細(xì)胞核潛能的限定是一個普遍的規(guī)律。 上海海洋大學(xué) Shanghai Ocean University （二）細(xì)胞核具有潛在全能性的研究 ?關(guān)于 分化細(xì)胞核潛能限定 的觀點長期以來存在著爭議。 ?有些學(xué)者認(rèn)為用 已分化細(xì)胞核 進(jìn)行的移植實驗在很多情況下 不能獲得正常發(fā)育胚胎 的原因，主要是由于核移植的方法使已 分化細(xì)胞核突然進(jìn)入了一個高頻率分裂的陌生胞質(zhì)環(huán)境 ，容易引起 染色體斷裂 。 ?為真正評價細(xì)胞核的潛能，人們采用 核克隆技術(shù)（ 連續(xù)克隆 ） ，使移植的供體核逐漸地適應(yīng)這種環(huán)境，結(jié)果也可以獲得發(fā)育正常的蝌蚪。 上海海洋大學(xué) Shanghai Ocean University 核克隆技術(shù) ?將供體細(xì)胞核先移植進(jìn)激活的去核卵中，再將發(fā)育產(chǎn)生的大量卵裂期或囊胚期細(xì)胞核為供體， 再次進(jìn)行移植 ，移植到更多的去核卵中，通過多次核移植可制備出原來供體核的許多拷貝。 ?已分化細(xì)胞的核經(jīng)歷這一系列的移植后，其中 有些細(xì)胞核變得可以指導(dǎo)整個有機體的發(fā)育 。 ?如 原腸胚后期內(nèi)胚層細(xì)胞核 可以指導(dǎo)胚胎發(fā)育成為正常的蝌蚪。甚至將已分化的 小腸上皮細(xì)胞核 或 紅細(xì)胞的細(xì)胞核作為供體移植到去核卵中，也可以獲得少數(shù)發(fā)育正常的蝌蚪或成體。 上海海洋大學(xué) Shanghai Ocean University 一般核移植過