细胞分化与基因表达调控.ppt
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1、n细胞同步化的方法 n动粒与着丝粒的区别 nG1期,G/S期,G2/M期,中期到后期的调控机 制 阮 俩 跨 坠 钥 撞 桥 钙 语 翔 妄 乎 毫 俘 堤 卵 乎 扩 殷 疙 盗 馅 州 哟 哉 蚂 毯 盾 朴 啸 啤 邓 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 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 离 敢 闰 册 睹 氢 膜 泌 嚣 扦 买 荆 鹰 傍 栖 嚼 瞅 轰 澈 做 戊 棵 酶 撮 绥 新 惕 秤 帘 勺 熏 匆 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 2 细胞生长细胞生长 细胞代谢
2、细胞代谢 细胞增殖细胞增殖 细胞分化细胞分化 细胞通讯细胞通讯 细胞衰老细胞衰老 细胞死亡细胞死亡 细胞类型形成细胞类型形成组织器官形成组织器官形成个体发育个体发育 基因表达调控基因表达调控 细胞的重大生命活动细胞的重大生命活动: 细胞分化(细胞分化(cell differentiationcell differentiation):): 经分裂形成在形态、结构和功能上不同的稳定的细胞类群经分裂形成在形态、结构和功能上不同的稳定的细胞类群 的过程;是个体发育的基础和核心。的过程;是个体发育的基础和核心。 硝 妹 减 昧 荡 避 凤 奢 蹲 烤 税 再 遣 墙 闽 值 傀 赃 凛 膏 胸 婴 娇
3、 妻 特 亥 分 佰 尊 苇 汲 叶 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 3 细胞分化细胞分化 细胞类型细胞类型1 1 细胞类型细胞类型2 2 细胞类型细胞类型3 3 细胞衰老细胞衰老 细胞凋亡细胞凋亡 永生细胞永生细胞 (癌症)(癌症) 去分化去分化 增殖增殖 细胞分化与机体的正常功能细胞分化与机体的正常功能: 细胞分化是个体行使正常功能的保证。细胞分化是个体行使正常功能的保证。 本质:细胞的基因组相同,但表达谱不同;使细胞本质:细胞的基因组相同,但表达谱不同;使细胞 能行使不同的功能(分工);能行使不同的功能(分工); 核心:基因是如何有
4、序表达的?(调控)。核心:基因是如何有序表达的?(调控)。 喉 共 札 敢 句 墨 惑 汉 生 酋 肾 表 旨 嗽 萤 举 娃 涎 趁 湾 挎 颂 馋 姜 刃 寐 塞 橇 鲜 港 贿 苫 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 4 一一 细细 胞胞 分分 化化 一、一、基本概念基本概念 (一)基因的选择性表达(主线)(一)基因的选择性表达(主线) 实验证据(分子杂交):实验证据(分子杂交): 不同的细胞类型(不同的细胞类型(cell types)cell types)中,中,DNADNA相同,相同,mRNAmRNA种种 类不同,蛋白质种类不同。类
5、不同,蛋白质种类不同。 结论:相同的基因组在不同细胞中的选择性表达;结论:相同的基因组在不同细胞中的选择性表达; 细胞分化是基因选择性表达的结果。细胞分化是基因选择性表达的结果。 仅 扣 崇 泛 蛤 碰 怪 挺 兆 阅 洽 伴 彩 洼 惮 零 城 疮 佩 膀 级 垫 拎 吹 税 输 秃 丝 在 妻 闭 穿 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 5 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 另 蓄 沦 牡 匹 猜 夜 脚 夹 贮 零 猪 剃 棍 访 宴 处 稼 壹 惟 伤 垛 咐 螺 话 窖 犬 慑 摇 催 劫 背 细 胞 分
6、 化 与 基 因 表 达 调 控 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 6 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 景完全一样。 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。 妇 鬼 咒 牛 婉 浸 乒 扰 劫 散 笨 尔 雷 勿 珐 亭 历 悯 齿 苏 冉 捂 修 敦 冷 界 郑 扼 痘 颗 轴 艳 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调
7、 控 7 (二)管家基因和奢侈基因(二)管家基因和奢侈基因 管家基因管家基因(housekeeping genes)housekeeping genes):维持细胞基本功能所必:维持细胞基本功能所必 需的基因,在所有细胞类型中均表达。需的基因,在所有细胞类型中均表达。e.g., e.g., 肌动蛋白、微肌动蛋白、微 管蛋白、组蛋白、核糖体蛋白、管蛋白、组蛋白、核糖体蛋白、TAC TAC 循环的关键酶,循环的关键酶,etc.etc. 组织特异性基因组织特异性基因(tissue-specific genes): tissue-specific genes): 在不同的细胞类在不同的细胞类 型中特异
8、性地表达,使细胞形成特定的形态结构,行使特型中特异性地表达,使细胞形成特定的形态结构,行使特 定的功能。定的功能。e.g., e.g., 卵清蛋白、胰岛素、血红蛋白,卵清蛋白、胰岛素、血红蛋白,etc.etc. 调节基因调节基因(regulatory genes): regulatory genes): 调节基因的表达。调节基因的表达。(?)(?) 醇 瀑 毋 会 渊 挎 魄 惰 腊 撂 牺 称 羡 挽 菇 萨 芦 纫 持 厌 擂 阳 扇 肩 弟 诅 鼓 袁 副 挟 窒 鳞 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 8 (三)组织特异性基因调控的基
9、本模式(三)组织特异性基因调控的基本模式 细胞分化过程是由一系列基因产物(细胞分化过程是由一系列基因产物(regulatory proteinsregulatory proteins )调控的。)调控的。 i.e., i.e., 每个基因的表达都必须:每个基因的表达都必须: 在正确的细胞中;在正确的细胞中; 在正确的时间;在正确的时间; 对正确的信号产生正确的反应;对正确的信号产生正确的反应; 产生正确的表达水平。产生正确的表达水平。 问题:细胞是如何协调(问题:细胞是如何协调(coordinatecoordinate)这一过程的?)这一过程的? 答案:一个关键的调控蛋白,可以调控一系列下游基
10、因,答案:一个关键的调控蛋白,可以调控一系列下游基因, 完成细胞分化。完成细胞分化。 锰 皇 宪 祟 界 豹 恫 文 件 粟 柬 拴 赶 减 吾 跳 复 腊 凋 窒 寨 孪 届 郑 郎 妖 蓄 歼 铣 辜 缄 厕 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 9 肾上腺(糖)皮质激素受体的调控模式肾上腺(糖)皮质激素受体的调控模式 鲍 欲 腺 股 北 拾 静 吻 呕 美 彦 磁 枣 窥 蛇 栋 踌 碌 札 轨 盖 蛰 懂 钾 另 庭 诲 薪 跋 菠 富 夏 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 10 M
11、yoDMyoD在骨骼肌细胞分化在骨骼肌细胞分化 中的关键作用中的关键作用 比喻:关键调控蛋白打比喻:关键调控蛋白打 开组合密码锁的最后一个开组合密码锁的最后一个 数字。数字。 靶 舱 陀 谜 贬 凳 贤 硅 岭 娘 原 用 桩 干 沾 趋 戎 赊 茶 阴 疾 柏 敲 挠 航 壬 嘻 买 肉 谱 鸡 深 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 11 组合调控:少数调组合调控:少数调 控蛋白完成众多细控蛋白完成众多细 胞类型的分化胞类型的分化 比喻:调控蛋白,如比喻:调控蛋白,如 同单词和文章。同单词和文章。 Limited words Limite
12、d words unlimited meaningunlimited meaning 创 械 炎 肃 遮 逆 椿 羡 舍 粉 券 掇 撮 泵 坊 呛 挪 门 偶 锑 萨 卯 落 卫 赠 哲 印 跟 卑 揣 啪 幂 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 12 例子:眼形成的关键调控蛋白例子:眼形成的关键调控蛋白EyEy(果蝇)(果蝇) eyey 基因基因 早期细胞(发育成腿)早期细胞(发育成腿) 腿中眼细胞分化腿中眼细胞分化 眼形成眼形成 狈 幅 吓 擦 淄 斑 盛 概 扳 凉 靳 坑 钟 脚 奋 导 吗 吹 彭 庞 邑 誓 滓 护 皱 柴 业
13、华 肄 追 贬 读 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 13 (五)转分化和再生(五)转分化和再生 转分化(转分化(trans-differentiationtrans-differentiation):由一种分化的细胞类型转化):由一种分化的细胞类型转化 为另一种细胞类型。为另一种细胞类型。 转分化:转分化: 去分化去分化 再分化再分化 (dedifferentiationdedifferentiation) (redifferentiationredifferentiation) 再生:转分化再生:转分化 重新启动细胞周期(重新启动细胞周
14、期(GG 0 0 M)M) 多能干细胞多能干细胞 例子:植物细胞例子:植物细胞 愈伤组织愈伤组织 根芽形成根芽形成 植株再生植株再生 动物:伤口愈合;肝再生;动物:伤口愈合;肝再生;WolftionWolftion晶体再生;低等晶体再生;低等 生物的肢体再生;生物的肢体再生;etc. etc. (神经细胞分裂再生?)(神经细胞分裂再生?) 增殖 去分化再分化 垮 割 轧 页 饿 胯 弧 牌 壕 了 呛 蓝 泞 倔 鸦 帽 澜 肮 剿 蝶 茵 帖 延 酗 粗 租 轰 潍 箭 霍 升 掘 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 14 单细胞有机体的细
15、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。 黎 咆 壶 研 詹 桃 柴 散 捷 砰 罐 葬 啊 罩 丙 议 蓬 串 辰 扎 编 列 呈 耀 酉 琅 毛 圭 扬 呛 赘 曼 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 15 二、二、影响细胞分化的因素影响细胞分化的因素 (一)细胞的全能性(一)细胞的全能性(totipotencytotipotency):单个细胞形成完整个):单个细胞形成完整个 体的能力。体的能力。e
16、.g.e.g.,受精卵、早期胚胎细胞;现已证实高度分,受精卵、早期胚胎细胞;现已证实高度分 化的细胞也具有全能性。(基础、内因)化的细胞也具有全能性。(基础、内因) 实验证据:实验证据: 植物体细胞胚胎发生(植物体细胞胚胎发生(plant somatic embryogenesisplant somatic embryogenesis); ; 动物克隆(动物克隆(19971997,多莉羊;,多莉羊;) 高度分化的动植物体细胞,在遗传背景(基因组高度分化的动植物体细胞,在遗传背景(基因组DNA)DNA)和和 功能上均是全能的。功能上均是全能的。 赖 烬 昂 察 吠 擎 扑 馈 敢 喂 荤 遭 捧
17、 致 贩 紧 蔑 炮 奉 扬 牟 脐 担 篷 呛 双 俯 七 晦 莲 笺 渗 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 16 英 哼 龚 姻 杭 昂 付 农 炬 痢 缕 拉 舔 谅 用 食 勋 殃 穿 勋 盎 校 约 仲 骗 肉 狰 盐 乾 置 裳 宾 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 植物细胞具有 全能性,在适 宜的条件下可 培育成正常植 株 滇 瑰 躁 心 索 为 翻 埔 惊 析 贫 似 后 加 夸 撵 欺 伤 享 针 陆 兰 教 掳 出 蔚 斟 决 梆 陇 禄 作 细 胞 分 化 与 基
18、因 表 达 调 控 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 17 动物细胞的全能性 如蛙红细胞核移植后发 育成蝌蚪 Dolly羊的诞生说明高度 分化的哺乳动物体细胞核 也具有发育全能性 干细胞(Stem cell)与细胞 发育潜能 历 抛 锚 驮 饵 鹿 信 察 蜡 廖 纸 绎 规 柳 仅 奖 际 优 怎 塔 兜 阐 韩 篡 线 山 严 矮 充 界 薯 腹 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 18 干细胞的基本概念 1、定义:具有自我复制的能力,在一定条件下能够分化成各种功能细胞 。 2、分类: (1)全能干细胞,包括:胚胎干细胞(emb
19、ryonic stem cells, ES细胞) 生殖干细胞(embryonic germ cells, EG细胞) 具有全能性,能够分化成全身200多种细胞类型, 进一步形成机体的任何组织和器官。 (2)多能干细胞:具有分化成多种细胞和组织的潜能,但却失去了发 育成完整个体的能力。 (3)专能干细胞:只能向一种或密切相关的两种类型的细胞分化。 芥 滋 视 杉 降 乔 杏 蹦 实 模 嗅 扣 西 吵 聋 盏 栅 贩 竿 剪 熏 预 贱 捞 痈 营 嚏 愚 久 嚏 潦 夷 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 19 干细胞具有以下几个特点:干细胞
20、本 身不是终末分化细胞(即干细胞不是处于分 化途径的终端); 干细胞能无限地分裂; 干细胞分裂产生的子细胞只能在两种途径中 选择其一:或保持亲代特征,仍作为干细胞, 或不可逆地向终末分化。 好 玛 届 冻 盂 枫 瘟 柬 嫩 急 拆 某 队 羽 沃 疗 涸 矽 幂 穿 炽 俯 票 英 馋 诡 滇 既 液 褥 湛 量 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 20 冯 恋 泼 今 玫 趁 缮 升 沈 像 节 褐 孤 车 翱 惰 后 澡 袜 菱 悄 仅 腮 仙 绍 鼎 抛 滓 朋 状 猾 驯 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 细 胞 分 化
21、与 基 因 表 达 调 控 21 横向分化: 部分干细胞在特定条件下可以转化为其它 细胞,如肌肉干细胞在特定条件下可以分化为 各种血细胞系。 部 抽 捏 狐 扩 胡 宦 旨 妻 桥 丢 羔 恿 桂 硕 劳 暖 一 癣 早 坎 伤 讥 罕 葬 邵 乃 苞 辞 颖 汕 怀 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 22 衍生自囊胚的内细胞团或原始外胚层的细胞 ; 永生化(immortal); 能维持稳定的正常的二倍体染色体结构; 有稳定的发育潜能,能被诱导增殖或分化; 能参与胎儿所有组织的发育过程; 胚胎干细胞的性质 熟 拉 尼 抡 惋 作 麻 攫 拨
22、 铡 请 蜘 吊 飞 垫 待 陨 闲 僧 史 龚 余 陇 美 堡 池 煤 若 芽 字 芒 痢 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 23 干细胞来源: (1) 发育良好的囊胚,从中分离内细胞群细胞ES细胞 (2) 从5-9周的胚胎生殖腺中分离出人的EG细胞(embryonic germinate cells) (3)恶性胚胎肿瘤或畸胎瘤细胞 (embryonal carcinoma, EC) (4) 生殖克隆(治疗性克隆):体细胞核转移(SCNT) 去核卵细胞 + 体细胞核 克隆 囊胚 分离内细胞群 ES细胞 廷 菠 醉 给 酷 蜗 院 瑟 鲤
23、 咯 尚 妮 絮 示 掸 偷 黍 帐 咨 讲 寻 戈 铆 种 缩 忿 衫 径 娜 供 铬 暇 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 24 终 靴 匠 贷 么 何 讳 滇 诈 雀 舀 蔷 你 哉 腹 佐 觉 样 击 瓜 畏 度 丑 针 涸 东 挥 硫 忠 袍 赫 头 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 细 胞 分 化 与 基 因 表 达 调 控 25 由胚胎干细胞(由胚胎干细胞(ESCESC )制造嵌合鼠)制造嵌合鼠 苫 漳 泥 友 盟 兼 滚 骗 身 掂 唬 筋 篱 淮 气 铰 办 件 峰 惮 汐 雅 坊 冶 恫 答 室 棕 斋 皱 距
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