第15章细胞分化与胚胎发育课件.ppt

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1、第15章 细胞分化与胚胎发育,第一节：细胞分化 一、细胞分化的基本概念 二、细胞的全能性与多能干细胞 三、影响细胞分化的因素第二节 胚胎发育中的细胞分化 一、生殖细胞的分化 二、早期胚胎发育过程中的细胞分化 三、果蝇胚胎早期发育中的细胞分化,讲授的内容：,细胞分化与有机体细胞的复杂性,第一节 细胞分化,（一）细胞分化是基因选择性表达的结果细胞分化(cell differentiation)：在个体发育中，由一种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在形态、结构和功能上形成稳定性差异，产生各不相同的细胞类群的过程。细胞分化是多细胞生物发育的基础与核心；细胞分化的关键在于特异性蛋白质合成；合成特异性蛋白质

2、实质在于组织特异性基因在时间和空间上的差异性表达；差异性表达的机制是由于基因表达的组合调控。,一、细胞分化的概念,细胞分化是基因选择性表达的结果,表15-2 结果表明，不同类型的细胞各自表达一套特异的基因，其产物不仅决定细胞的形态，而且执行特定的生理功能。,（二）管家基因与组织特异性基因,分化基因组所表达的基因分为两种基本类型类：管家基因：指细胞中均表达的一类基因，其产物是维持细胞基本生命活动所必须的。 占整个基因组的3%左右，转录起始部位无TATA框，仅有CG岛，内含子相对很短。编码的产物多为细胞基础代谢所需酶类、核糖体蛋白、膜转运蛋白，周期调控蛋白等。组织特异性基因：指不同类型细胞中特异性

3、表达的基因（细胞类型特异性基因），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。 占基因总数的绝大多数，调控并参与细胞分化和组织器官的建成。,图15-1 组合调控的作用机制示意图分化,（三）组合调控引发组织特异性基因的表达,有限少量调控蛋白启动了为数众多的特异细胞类型的分化程序。其机制就是每种类型的细胞分化是有多种调控蛋白共同参与完成的。通过细胞分化构建执行不同功能的组织器官,（四）单细胞有机体的细胞分化,图15-2 黏菌繁殖过程示意图,单细胞变形体多细胞的蛞蝓形假原质团,为了适应外界的生活环境的改变,（五）转分化与再生,转分化（transdifferentiation）：一种类型的分

4、化细胞转变成另一种类型的分化细胞现象。转分化经历去分化（dedifferentiation，或称脱分化）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。植物比动物再生能力强，低等动物比高等动物再生能力强。 人和其他动物只有组织水平（除肝外）的再生能力，并随个体年龄增大而下降。,二、细胞的全能性与多能干细胞,图15-3 造血干细胞逐级分化为各种类型的血细胞,（一）细胞的全能性指细胞经分裂和分化后仍具有形成完整有机体的潜能或特性。动物

5、全能性细胞：受精卵、卵裂早期的胚胎细胞。植物体细胞：培养过程中的外植体组织或愈伤细胞,图15-4 iPS 细胞建系过程示意图,诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells iPS）,Oct3/4，Sox2、c-Myc和Klf4这四种转录因子基因克隆入病毒载体，然后引入小鼠成纤维细胞，发现可诱导其发生转化，产生的iPS细胞在形态、基因和蛋白表达、分化能力等方面与胚胎干细胞相似。,诱导多能干细胞的研究,小鼠成纤维细胞,高等动物的细胞，随着胚胎的发育和细胞分化，细胞逐渐丧失了发育个体的能力，仅具有分化成多种细胞类型及构建组织的潜能-多能。具有分化潜能的细胞 称为干细胞

6、,（二）干细胞,（三）胚胎干细胞,体外培养的人胚胎干细胞,红色：滋养层细胞（经处理后，不能继续分裂的小鼠成纤维细胞）,干细胞是机体中能进行自我更新（产生与自身相同的子细胞）和多向分化潜能（分化形成不同细胞类型）并具有形成克隆能力的一类细胞。干细胞：全能干细胞；多能干细胞；单能干细胞。又可分为：胚胎干细胞、成体（组织）干细胞（造血、骨髓间充质、神经、肌肉等干细胞）。终末分化：干细胞最终形成特化细胞类型的过程。,细胞克隆与再生医学,人的胚胎干细胞定向诱导分化,移植到糖尿病模型小鼠体内,体外诱导产生的经3种特异标志蛋白染色的胰岛细胞,三、影响细胞分化的因素,受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响（p

7、324）胞外信号分子对细胞分化的影响 细胞间的相互作用与位置效应细胞记忆与决定（果蝇成虫盘，imaginal disc；p326)环境对性别决定的影响（p326）染色质变化与基因重排对细胞分化的影响（p327）,胞外信号分子对细胞分化的影响,图15-8 与人胚胎干细胞的维持相关的主要信号分子及信号通路示意图,骨形成蛋白,成纤维细胞生长因子,非分化因子,转化生长因子,分化因子,细胞分化与3个胚层发生的分子机理,胚胎干细胞,活化、抑制素结缔组织活化素,成纤维细胞生长因子,骨形成蛋白,非分化因子,细胞间的相互作用与位置效应,位置效应：改变细胞所处位置可诱导细胞分化方向的改变。,一、生殖细胞的分化,第

8、二节 胚胎发育中的细胞分化,发育：后生生物经历一个由单细胞到多细胞的过程，最终形成成熟的个体。发育过程：单细胞的受精卵（合子）多细胞的胚胎成体；细胞分裂、迁移和分化、凋亡等过程。细胞分化是整个发育过程的基础与核心。,图15-10 原生殖细胞（PGC）的迁移,性别决定SRY（决定睾丸发育的转录因子）,雄性X染色体的Tfm表达-受体男性,雄性X染色体的tfm突变表达-无受体女性,染色体上的性别决定区域,雄配子决定因子,雄配子,睾丸素，雄激素,雄激素分化的信号受体复合物,雄性第二性征,X染色体上能够使正常雄性基因表达的Tfm基因,X染色体上不能够使正常雄性基因表达的tfm基因,产生雄性激素信号受体,

9、雌性第二性征,性腺细胞分化中的信号途径,生殖细胞的形成与成熟,原生殖细胞的产生,原胚细胞，胚囊细胞,原生殖细胞向生殖细胞的分化,受孕天数,（二）早期胚胎发育过程中的细胞分化,受精卵裂囊胚原肠胚：三胚层,人上、下胚层发育命运关系图,神经管的形成,神经胚,调控脊髓神经细胞增殖的信号系统,成纤维细胞生长因子,体节表达因子,调控神经前体细胞的分裂与分化,神经元前体细胞通过侧向抑制而特化,脊髓背腹分化中的信号网络,（三）果蝇胚胎早期发育中的细胞分化,作业：一、基本概念 细胞分化 去分化 胚胎诱导 组织特异性基因 管家基因 干细胞 全能性 多能细胞 单能细胞二、简答题与论述题1、为什么说细胞分化是基因选择

10、性表达的结果?2、组织特异性基因的表达是以何种方式调控的?3、影响细胞分化的因素有哪些？请予说明。4、什么是干细胞？它有哪几种基本类型和各自的基本特征？5、什么是诱导多能干细胞？试论述其在理论与医学实践中的重要意义？6、从PGC到精子的分化过程中，有哪些重要信号途径是必不可少的？它们如何作用以保证精子的形成？7、从PGC到卵子的分化过程中，有哪些重要信号途径是必不可少的？它们如何作用以保证卵子的形成？8、生殖细胞进入减速分裂与否是如何调控的？9、什么是神经管细胞分化过程中的旁侧抑制？ 10、举例说明BMP分子、Shh分子如何通过浓度梯度来调控细胞分化。,Thanks for yourattention!,