cell differentiationcell senescence and death

第九章 细胞分化、衰老和死亡

第一节 细胞分化

一、细胞分化的概念

从受精开始的个体发育过程中细胞

之间在形态结构，生理功能和生化特

性等方面逐渐产生稳定差异的过程。

• 预定性： 决定 determination在个体发育过程中，细胞在发生可识别的形态变化之前，就已经确定了未来的发育命运，只能向特定方向分化的状态。

二、细胞分化的特点• 稳定性：不可逆性

• 生理状态随分化程度而变化

• 时空性 : 多细胞生物体时间和空间上的分化

果蝇的分节基因 果蝇的双胸突变（两节中胸，没有后胸，因而没有平衡棒）

单细胞和多细胞生物的细胞分化

时间上的分化 空间上的分化

三、细胞分化潜能

1 、胚胎细胞的分化潜能

2、体细胞的分化潜能

1 、胚胎细胞的分化潜能

受精卵 细胞团 囊胚 胎儿 成体

全 能 totipotency

多 能 pluripoteny

专 能 unipotency

胚胎的发育过程是一个细胞分化潜能逐渐被限制过程

受精卵

囊胚原肠胚

内胚层中胚层 外胚层

胰腺、胃、肺

肌肉、肾、骨骼

神经、皮肤

造血干细胞

2 、 体细胞的分化潜能

成体组织器官中存在的未分化细胞，具有无限分裂和自我更新能力的一种细胞。

（ 1 ）成体干细胞 （ stem cell ）

造血干细胞骨髓系干细胞

淋巴系干细胞

(2) 体细胞细胞核保留细胞的全能性

两栖类的体细胞核移植实验

Dolly 诞生证明体细胞核的全能性

四、细胞分化与基因表达

（一）基因的差次表达 (differential expression) 在胚胎发育过程中，基因组的基因严格按照时空顺序相继活化的现象。

血红蛋白的组成变化

早期胚胎 2α2ε

中期胚胎

2α2γ出生后2α2β

16 号

组成血红蛋白的珠蛋白基因在胎儿发育过程中按照一定的时间顺序表达

（二）管家基因（ housekeeping gene)

奢侈基因（ Luxury gene)

奢侈基因（ Luxury gene ） 指与各种分化细胞的特殊形状有直接关系的基因，丧失这类基因对细胞的生存并无直接影响，如血红蛋白基因等。

管家基因（ Housekeeping gene ） 指维持细胞最低限度功能所不可缺少的基因，在各类细胞的任何时间内都在表达，是细胞生存所必需的，而对细胞分化一般只起协助作用。如核糖体蛋基因等。

奢侈基因奢侈基因管家基因管家基因 所有细胞共所有细胞共

有有

在特定的分化在特定的分化细胞中表达细胞中表达

细胞周期的任何时细胞周期的任何时期都表达期都表达

只在特定的时只在特定的时间内表达间内表达

影响细胞的生存，影响细胞的生存，对细胞分化只起协助对细胞分化只起协助作用作用

对细胞的生存无对细胞的生存无直接影响，对细胞直接影响，对细胞的分化起决定性作的分化起决定性作用用

管家基因编码 奢侈基因编码管家基因编码 奢侈基因编码 的蛋白种类 的蛋白种类 的蛋白种类 的蛋白种类

膜的蛋白膜的蛋白 核糖体蛋白核糖体蛋白 线粒体蛋白线粒体蛋白 组蛋白组蛋白 催化能量代谢的催化能量代谢的各种酶系各种酶系

tRNA,rRNAtRNA,rRNA

皮肤角蛋白皮肤角蛋白 血红蛋白血红蛋白 肌动蛋白肌动蛋白 肌球蛋白肌球蛋白

真核细胞基因组的特点（ 1）基因多 ;（ 2）结构、功能复杂，存在单拷贝和重复顺序（ 3）基因位于核内，转录和翻译分开，就使调控出现时间性和空间性；（ 4） DNA 与组蛋白结合形成复合物，以染色质的形式存在；（ 5）功能相关的基因位于不同的染色体上；（ 6）分化细胞中，一些基因被优先转录，另一些处于沉默关闭状态。

（三）真核基因表达调控

DNA甲基化

染色质活性调控区

顺式作用元件反式调控元件 ( 转录因子 )同源异型基因hnRNA 差别加工

DNA

mRNA

蛋白质

基因水平

转录水平

基因水平

翻译水平

翻译后水平

实验一DNA＋组蛋白 不转录DNA＋组蛋白＋非组蛋白 转录DNA＋组蛋白＋非组蛋白＋组蛋白 不转录

实验二胸腺 DNA＋胸腺非组蛋白 胸腺 mRNA;骨髓 DNA＋骨髓非组蛋白 骨髓 mRNA胸腺 DNA＋骨髓非组蛋白 骨髓 mRNA;骨髓 DNA＋胸腺非组蛋白 胸腺 mRNA

DNA组蛋白

非组蛋白

组蛋白非组蛋白转录

mRNA

转录水平的调控 ----转录因子的作用