【正文】 cologica (Spain),At the Centro Nacional de Bioteolog237。 DeltaNotch信號系統(tǒng)紊亂后果 ? 當 Notch功能缺陷時，旁側(cè)抑制機制消失，神經(jīng)元產(chǎn)生過多，可導致胚胎死亡，但當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，也可導致一系列的發(fā)育異常。 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。 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 。當用克隆的胚胎型 ?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，而前體細胞中不發(fā)生雜交反應。膨松區(qū)是基因的活化區(qū)，即正轉(zhuǎn)錄區(qū)域。 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 。 ? 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)。 ⑥克隆人？ ?動物克隆進程 齊天大圣： “ 其實我在 500年前就已經(jīng)成功克隆過猴子了！ ” 這些實驗說明 ： 即使是終末分化細胞，其細胞核同樣也包含全部的遺傳信息，即具有發(fā)育為完整個體的 “ 全能性 ” 。加利教授。 “ 多利 ” 是世界上第一只通過成年哺乳動物體細胞克隆的動物 。 ? 1996年英國學者克隆出 “ 多莉 ” 羊 1964 爪蟾蝌蚪的 腸上皮細胞 核移植 去核卵細胞 未受精卵 UV 腸上皮細胞核 12%發(fā)育至蝌蚪或蛙 無結(jié)果 畸胎 懸浮培養(yǎng)的胡蘿卜單細胞培養(yǎng)成了可育植株 （ Steward,1970年） Dolly的標本和伊恩博士 Dolly： Dolly由英國愛丁堡大學的伊恩博士研制成功， 被安樂死，它的標本于 2022年 4月 9日陳列于蘇格蘭首都愛丁堡國家博物館。 如 tRNA， rRNA基因，催化能量代謝的各種酶系，三羧酸循環(huán)中各種酶系等 ? 從分子層次看，細胞分化主要是奢侈基因中 某種（或某些）特定基因選擇性表達的結(jié)果。 （三）細胞核與細胞分化 ? 基因與細胞分化 ? 無論是母體 mRNA的作用還是細胞間的相互作用 ， 其結(jié)果是 啟動特定基因 的表達 。 ? 染色體結(jié)構(gòu)的變化 ? 1） 基因刪除：原生動物 、 昆蟲 、 甲殼動物 。 ? 如含有成蛙心組織的培養(yǎng)液培養(yǎng)蛙胚 ， 則蛙胚不能發(fā)育出正常的心臟 。 遷入卵的后端極質(zhì)部的細胞發(fā)育為原始生殖細胞 ， 用紫外線照射這一區(qū)域 ， 破壞極質(zhì) ， 卵將發(fā)育為無生殖細胞的不育個體 。 ? 細胞內(nèi)不同基因在不同發(fā)育階段被選擇激活，即基因在時空上的有序表達。 細胞分化的機制 （ 1 ） “ 決定 ” 先于分化 細胞決定（ determination ）是指細胞內(nèi)某些基因永久地關(guān)閉，而另一些基因順序表達，具備向某一特定方向分化的能力（穩(wěn)定的、可遺傳的）。 ? 1970年 Martin Evans首次從小鼠胚囊中分離出小鼠胚胎干細胞。 2022年 2月韓國首爾大學科學家黃禹錫在 《 科學 》 雜志上發(fā)表論文，宣布在世界上率先用卵子成功培育出人類胚胎干細胞； 2022年 5月，又在 《 科學 》 雜志上發(fā)表論文，宣布攻克了利用患者體細胞克隆胚胎干細胞的科學難題。 即能長成動物的任何組織和器官。這種潛力，來自一組稱為 干細胞 的分化能力。 細胞分化特征 ? 1 ）判斷細胞分化指標： 細胞形態(tài)、生化特征、功能 ? 2 ）細胞分化的形式 ①時間上：指一種細胞在不同的發(fā)育階段有不同的形態(tài)和功能變化（骨髓內(nèi)造血干細胞的發(fā)生過程）。細胞分化的分子機制 顯微手術(shù)和基因組學揭開了發(fā)育控制之迷 … … 基因克隆和測序展現(xiàn)出其分子機理 … … 中 山 大 學 主講：楊 中 漢 （ ） 分子生物學與臨床 分子生物學與臨床 本章內(nèi)容： ? 細胞分化潛能與干細胞 ? 細胞分化與基因組變化 ? 參與細胞分化的信號轉(zhuǎn)導通路 ? 基因表達與組織形成 ? 特異性蛋白基因表達的發(fā)育階段性 ? 基因表達的調(diào)控機制（小 RNA分子調(diào)控） ? 影響細胞分化的因素 ? 細胞分化異常與疾病 指多細胞生物成長發(fā)育中，在一些內(nèi)在機制作用下，細胞在結(jié)構(gòu)、形態(tài)、生理功能及生化特征等方面逐漸產(chǎn)生穩(wěn)定性差異，成為多種不同的細胞類型，以形成個體不同的組織、器官和系統(tǒng)。 ? 細胞增殖分化異常從本質(zhì)上講是基因的調(diào)控異常。 受精卵發(fā)育按嚴格的模式和時間次序發(fā)展，具備發(fā)育為完整個體的潛力。 ? 根據(jù)個體發(fā)育過程中出現(xiàn)的先后次序不同，干細胞分類： ①全能干細胞 胚胎干細胞 ②多能干細胞 ③定向干細胞 成體干細胞或組織干細胞 ? 又稱全能干細胞， 存在于未發(fā)育成熟的胚胎 ，高水平表達端粒酶，可分化為除構(gòu)成臍胎盤，臍帶等之外的任何一種特定類型細胞。 ?成體干細胞 ? 多能干細胞：分化產(chǎn)生 2種或 2種以上細胞，例如，骨髓造血干細胞為多能造血干細胞，通過增殖、分化產(chǎn)生定向干細胞，然后再產(chǎn)生分化細胞； ? 定向干細胞：產(chǎn)生的子細胞只能分化為某一類細胞，例如精原細胞、紅細胞系、白細胞系等，定向干細胞失去多方向分化的能力、增殖能力不是無限的，只能分裂幾次。 同樣，干細胞也對鄰近細胞的生長信號發(fā)生反應，導致特定基因活化及相應蛋白質(zhì)合成，參與細胞分化、運動或與其它細胞作用以形成組織。 細胞分化特點 ? 1 ）穩(wěn)定性： 分化一旦確立，分化狀態(tài)穩(wěn)定； ? 2 ）全能性： 子代細胞保留親本細胞的全部信息，并在一定條件下可以表達出來； ? 3 ）選擇性： 分化細胞的基因選擇性表達，出現(xiàn)不同的表型； ? 4 ）可逆性： 具有增殖能力的組織中已分化的細胞在一定條件下可以逆轉(zhuǎn)到胚胎狀態(tài)，形成去分化現(xiàn)象。 （ 3 ）細胞間相互作用 位置效應：細胞分化與細胞所在位置及與其他細胞的聯(lián)系有關(guān)，包括細胞間直接接觸所進行信息轉(zhuǎn)導和細胞外物質(zhì)（細胞因子）的作用結(jié)果。 ? 昆蟲以表面卵裂的方式形成胚層細胞的 。 （二）細胞間的相互作用 進一步更復雜的模式由細胞間相互作用產(chǎn)生 誘導的相互作用可以在原本等同的細胞中建立起有序的差異 ? 分化抑制： 分化成熟的細胞可以產(chǎn)生抑素 ， 抑制相鄰細胞發(fā)生同樣的分化 。 ? 激素的作用 ? 如昆蟲的保幼激素和脫皮激素。 ? 4） DNA的甲基化與異染色質(zhì)化： 胞嘧啶的甲基化使基因失活 。 ? 管家基因 (house keeping gene)，這類基因的表達產(chǎn)物為細胞生命活動持續(xù)需要和必不少，但與細胞分化的關(guān)系不大，在細胞分化中只起協(xié)助作用。 分化細胞的基因表達特征 基因循序差異表達 相關(guān)實驗： 1964年 Gurdon等進行的非洲爪蟾實驗 ? 1970年 Steward等用懸浮培養(yǎng)的胡蘿卜單個 細胞培養(yǎng)成可育的胡蘿卜植株。維爾穆特科研小組克隆綿羊 “ 多利 ” 在位于蘇格蘭愛丁堡市郊的羅斯林研究所誕生。 ③克隆馬 2022年 5月 28日世界上第一匹克隆馬 “ 普羅梅泰亞 ” 在意大利克雷莫納市繁殖技術(shù)與家畜飼養(yǎng)實驗室誕生，克隆馬科研小組負責人是切薩雷 米塔利波夫研究小組利用一只 10歲雄性恒河短尾猴成功克隆出胚胎，并從 20個克隆胚胎中培育出兩批胚胎干細胞 ，并 從克隆胚胎中培育出成熟的猴子心臟細胞和大腦神經(jīng)。 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)。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。 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。 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。 特異基因的階段性表達 三、參與細胞分化的信號傳導通路 ? 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 。 Notch信號是“旁側(cè)抑制”機制的主要行使者。 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。 Luis de la Pompa (CSIC investigator) PhD 1990 Aut243。 ? 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。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。 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，分別表達相應的 myoD、 myf myogenin及 mrf 4蛋白，統(tǒng)稱為 myoD家族蛋白 。 ?myoD及 myf 5基因控制體節(jié)細胞分化為成肌細胞，而從成肌細胞發(fā)育為成熟的骨骼肌細胞則依賴于myogenin基因． 體節(jié)細胞 骨骼肌細胞 成肌細胞 Myf5 MyoD Myogenin 骨骼肌細胞分化中的基因調(diào)節(jié) ? 成肌細胞中， 肌動蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白、肌鈣蛋白（與肌肉收縮有關(guān)）、磷酸肌酸激酶及乙酰膽堿受體（傳遞神經(jīng)刺激）等 特異性蛋白的基因活性處于休止狀態(tài)。 ? 神經(jīng)管 及 神經(jīng)嵴 細胞發(fā)育為神經(jīng)母細胞 后，其子細胞停止分裂時產(chǎn)生神經(jīng)元細胞。 ? 果蠅的剛毛器官是 毛干細胞、神經(jīng)元、鞘細胞 和 牙槽細胞 等 4種細胞構(gòu)成的觸覺器官。發(fā)育至神經(jīng)前體細胞時， ac及 sc停止表達， a及其他有關(guān)基因開始表達并導致神經(jīng)元分化。 ? 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。 DeltaNotch信號系統(tǒng)紊亂后果 ? 當 Notch功能缺陷時，旁側(cè)抑制機制消失，神經(jīng)元產(chǎn)生過多，可導致胚胎死亡，但當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