细胞分化最新课件

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1、细胞分化最新课件1第十五章第十五章 细胞分化细胞分化与胚胎发育与胚胎发育第一节第一节 细胞分化细胞分化第二节第二节 胚胎发育中的细胞分化胚胎发育中的细胞分化 细胞分化最新课件2第一节第一节 细胞分化细胞分化 在个体发育中在个体发育中, 细胞的后代在细胞的后代在形态、结构形态、结构和功能和功能上发生差异的过程称为细胞分化上发生差异的过程称为细胞分化(differentiation)，其本质是基因选择性表达，其本质是基因选择性表达的结果，即基因表达调控的结果。的结果，即基因表达调控的结果。 细胞分化的关键在于组织特异性基因在时细胞分化的关键在于组织特异性基因在时间、空间上的选择性表达，导致特异性蛋

2、白间、空间上的选择性表达，导致特异性蛋白质的合成质的合成一、细胞分化的基本概念一、细胞分化的基本概念细胞分化最新课件3细胞分化最新课件4Human: 1014 cells, 200 cell types细胞分化最新课件5分化细胞的特点分化细胞的特点 分化细胞具有以下四个特点：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。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。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。细胞分化中最显

3、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虽然细胞分化是一种相对稳定和持久的过程, , 但但是在一定的条件下是在一定的条件下, , 细胞分化又是可逆的。细胞分化又是可逆的。细胞分化最新课件61 1、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分子杂交技术检测基因及其表达分子杂交技术检测基因及其表达细胞分化最新课件72 2、组织特异性基因与管家基因、组织特异性基因与管家基因管家基因管家基因(house-keeping genes)，或管家基因，或管家基因：是指：是指 所有细胞中均要表达的一类基因，其产物是对维持所有细胞中均要表达的一类基因，其产物是对维

4、持细胞基本生命活动所必需的；细胞基本生命活动所必需的；组织特异性基因组织特异性基因(tissue-specific genes)，或称奢侈基，或称奢侈基因因(luxury genes)：是指不同的细胞类型进行特异性是指不同的细胞类型进行特异性表达的基因，其产物赋予各种类型细胞特异的形态表达的基因，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结构特征与特异的功能 调节基因（调节基因（regulatory gene）：）：产物用于调节组织特产物用于调节组织特异性基因的表达，起激活或者起阻遏作用异性基因的表达，起激活或者起阻遏作用细胞分化最新课件83 3、组合调控引发组织特异性基因的表达、组

5、合调控引发组织特异性基因的表达 组合调控概念：组合调控概念：有限的少量调控蛋白启动为数众多的有限的少量调控蛋白启动为数众多的特异细胞类型的分化。特异细胞类型的分化。即每种类型的细胞分化是由多即每种类型的细胞分化是由多种调控蛋白共同调节完成的。种调控蛋白共同调节完成的。 生物学作用：生物学作用：借助于组合调控，一旦某种借助于组合调控，一旦某种关键性基因关键性基因（主导基因）（主导基因）调控蛋白与其它调控蛋白形成适当的调调控蛋白与其它调控蛋白形成适当的调控蛋白组合，不仅可以将一种类型的细胞转化成另一控蛋白组合，不仅可以将一种类型的细胞转化成另一种类型的细胞，而且遵循类似的机制，甚至可以诱发种类型的

6、细胞，而且遵循类似的机制，甚至可以诱发整个器官的形成。如启动骨骼肌细胞分化的调控蛋白整个器官的形成。如启动骨骼肌细胞分化的调控蛋白yoD和眼发育的和眼发育的Ey基因。基因。 分化分化启动机制：启动机制：靠一种靠一种关键性调节蛋白关键性调节蛋白通过对其他调通过对其他调节蛋白的级联启动。节蛋白的级联启动。 细胞分化最新课件9细胞分化最新课件104 4、单细胞有机体的细胞分化、单细胞有机体的细胞分化单细胞与多细胞有机体细胞分化的不同之处：单细胞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，如前者多为适应不同的生活环境，如黏菌黏菌的细胞的细胞分化，而后者则通过细胞分化构建执行不同功分化

7、，而后者则通过细胞分化构建执行不同功能的组织与器官。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。显得更为复杂。 细胞分化最新课件11细胞分化最新课件125 5、转分化与再生、转分化与再生一种类型的分化细胞转变成另一种类型的分化细胞现一种类型的分化细胞转变成另一种类型的分化细胞现象称象称转分化（转分化（transdifferentiation）。 转分化经历转分化经历去分化（去分化（dedifferentiation）和和再分化再分化（Redifferentiation）的过程。的过程。 生物界普遍存在生物界普遍存在再生现象（再生现象

8、（regeneration），），再生是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。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。包括不同的细胞有机体，其再生能力有明显的差异。包括生理性再生和修复性再生生理性再生和修复性再生细胞分化最新课件13二、二、 细胞的全能性与多能干细胞细胞的全能性与多能干细胞1、细胞的全能性、细胞的全能性(totipotency)全能性概念：全能性概念：是指细胞经分裂和分化后仍具是指细胞经分裂和分化后仍具有产生完整有机

9、体的潜能或特性。有产生完整有机体的潜能或特性。 受精卵、早期胚胎细胞、植物细胞具有全能性。受精卵、早期胚胎细胞、植物细胞具有全能性。随着分化程度提高，随着分化程度提高，动物细胞的全能性动物细胞的全能性逐渐变窄，逐渐变窄，丧失了发育成为个体的能力。但细胞核方面，它包丧失了发育成为个体的能力。但细胞核方面，它包含有保持物种遗传性所需的全套基因，因此在理论含有保持物种遗传性所需的全套基因，因此在理论上高度分化细胞的细胞核仍具有全能性。上高度分化细胞的细胞核仍具有全能性。细胞分化最新课件14植物细胞具有全能性，植物细胞具有全能性，在适宜的条件下可培在适宜的条件下可培育成正常植株育成正常植株细胞分化最新

10、课件15细胞分化最新课件16动物细胞的全能性动物细胞的全能性细胞分化最新课件17细胞分化最新课件182、干细胞（、干细胞（Stem cell） 具有多潜能性的细胞称为具有多潜能性的细胞称为干细胞干细胞，在一定条，在一定条件下，可以分化为多种功能细胞。具有件下，可以分化为多种功能细胞。具有自我自我更新更新和和多向分化潜能多向分化潜能两个特征。两个特征。多潜能性（多潜能性（pluripotency）：）：高等动物的细胞高等动物的细胞随胚胎的发育，细胞逐渐丧失发育成个体的随胚胎的发育，细胞逐渐丧失发育成个体的能力，仅具有分化成为有限细胞类群及构建能力，仅具有分化成为有限细胞类群及构建组织的潜能，这种

11、潜能称为多潜能性。组织的潜能，这种潜能称为多潜能性。细胞分化最新课件19胚胎干细胞（胚胎干细胞（Embryonic stem cells ) 细胞分化最新课件20成体干细胞（成体干细胞（ adult stem cells）-组织干细胞组织干细胞细胞分化最新课件21干细胞类型有分化潜能干细胞类型有分化潜能(1) 单能干细胞（单能干细胞（Monopotential stem cell）细胞分化最新课件22（2）多能干细胞（）多能干细胞（Pluripotent stem cells）细胞分化最新课件23细胞分化最新课件24（3）全能干细胞）全能干细胞胚胎干细胞（胚胎干细胞（Embryonic ste

12、m cells）细胞分化最新课件25细胞分化最新课件26细胞分化最新课件273 、影响细胞分化的因素、影响细胞分化的因素（A）受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响）受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响（B）胞外信号分子对细胞分化的影响）胞外信号分子对细胞分化的影响 (如眼的发生如眼的发生)（C）细胞间的相互作用与位置效应）细胞间的相互作用与位置效应（D）细胞记忆与决定）细胞记忆与决定（E）环境对性别决定的影响）环境对性别决定的影响（F）染色质变化与基因重排对细胞分化的影响）染色质变化与基因重排对细胞分化的影响细胞分化最新课件28（A）受精卵细胞质的不均一性）受精卵细胞质的不均一性 动物受精

13、卵并不是均一结构，而是具有高度的动物受精卵并不是均一结构，而是具有高度的异质性。异质性。 卵细胞具有极性，可分为卵细胞具有极性，可分为动物极动物极（核靠近的一极）（核靠近的一极）和和植物极植物极。 其次，卵细胞中的蛋白质、其次，卵细胞中的蛋白质、mRNA并非均匀分布的，并非均匀分布的，而是定位于特定的空间。而是定位于特定的空间。 多数多数mRNA和蛋白质结合处于非活性状态，成为和蛋白质结合处于非活性状态，成为隐隐蔽蔽mRNA（masked mRNA）。 在卵裂过程中，不同的细胞质被分配到不同的子细胞在卵裂过程中，不同的细胞质被分配到不同的子细胞中（分得的家底不同），从而对子细胞的分化命运产中（

14、分得的家底不同），从而对子细胞的分化命运产生影响。生影响。细胞分化最新课件29卵细胞中的母体信息卵细胞中的母体信息细胞分化最新课件30细胞分化中的核质关系细胞分化中的核质关系 细胞质对细胞核的作用细胞质对细胞核的作用当鸡的红细胞与培养的人当鸡的红细胞与培养的人Hela细胞细胞(去分化的癌细胞去分化的癌细胞)融合后融合后,核的体积增大核的体积增大20倍倍,染色质松散染色质松散,出现出现RNA和和DNA合成合成,鸡红细胞核的重新激活是由于鸡红细胞核的重新激活是由于Hela细胞细胞的细胞质调节的结果；的细胞质调节的结果；将培养的爪蟾肾细胞核注入蝾螈的卵母细胞内将培养的爪蟾肾细胞核注入蝾螈的卵母细胞内

15、,分析蛋分析蛋白质合成情况发现白质合成情况发现,原来在肾细胞中表达的基因原来在肾细胞中表达的基因,这这时不表达时不表达,而原来不表达的基因而原来不表达的基因, 这时却被激活。这时却被激活。细胞分化最新课件31蛙的核移蛙的核移植实验植实验细胞分化最新课件32（B）胞外信号分子对细胞分化的影响胞外信号分子对细胞分化的影响近端组织的相互作用（胚胎诱导）：近端组织的相互作用（胚胎诱导）：通过旁分泌的方式通过旁分泌的方式产生信号分子，如成纤维细胞生长因子（产生信号分子，如成纤维细胞生长因子（FGF）、转）、转化生长因子（化生长因子（TGF）、）、hedgehog家族、家族、Wnt家族和家族和juxtac

16、rine家族。家族。 远距离细胞间的相互作用：远距离细胞间的相互作用：性激素对性分化性激素对性分化 ；昆虫的；昆虫的保幼激素和脱皮激素保幼激素和脱皮激素 ；无尾两栖类的幼体发育的变；无尾两栖类的幼体发育的变态阶段态阶段(metamorphosis),细胞外基质（细胞外基质（ECM）也能引起特定细胞的增殖和分化）也能引起特定细胞的增殖和分化：细胞外基质中能与细胞表面的整合素相互作用，激活细胞外基质中能与细胞表面的整合素相互作用，激活粘着斑激酶（粘着斑激酶（FAK），），FAK可以通过接头蛋白可以通过接头蛋白Grb2（growth receptor bound protein 2）启动）启动Ras

17、信号途信号途径，引起细胞增殖和分化。径，引起细胞增殖和分化。 细胞分化最新课件33细胞分化最新课件34甲状腺素和三碘甲腺原氨酸甲状腺素和三碘甲腺原氨酸细胞分化最新课件35（C）细胞间的相互作用与位置效应）细胞间的相互作用与位置效应 胚胎诱导（胚胎诱导（embryonic induction）：）：胚胎发育过程中，胚胎发育过程中，一部分细胞诱导周围细胞向特定方向分化的现象。也称一部分细胞诱导周围细胞向特定方向分化的现象。也称“近端组织的相互作用近端组织的相互作用”（promixate tissue interaction）。 胚的脊索诱导实验。胚的脊索诱导实验。 视泡诱导晶状体和角膜的形成。视泡

18、诱导晶状体和角膜的形成。 可能通过胞外信号分子（蛋白）（旁分泌）发挥作用可能通过胞外信号分子（蛋白）（旁分泌）发挥作用 位置效应（位置效应（Position effect）：）：细胞的位置对细胞分化方细胞的位置对细胞分化方向的决定作用。向的决定作用。级联信号；梯度信号；拮抗信号；组合信号；侧向信号。级联信号；梯度信号；拮抗信号；组合信号；侧向信号。号：号： 细胞分化最新课件36细胞分化最新课件37（D）细胞记忆与细胞决定）细胞记忆与细胞决定细胞决定细胞决定(cell determination) 是指细胞在发生可识别的形态、结构和是指细胞在发生可识别的形态、结构和功能差异之前功能差异之前,就已

19、受到约束而向着特定就已受到约束而向着特定方向分化。方向分化。 细胞决定可看作分化潜能逐渐限制的过细胞决定可看作分化潜能逐渐限制的过程，程，决定先于分化决定先于分化。细胞分化最新课件38 卵细胞质决定子卵细胞质决定子在细胞决定中的作用在细胞决定中的作用 从受精卵第一次卵裂开始从受精卵第一次卵裂开始,细胞核就受到内环境细胞核就受到内环境(即即不同的卵细胞质不同的卵细胞质)的影响。这些特殊细胞质组分称的影响。这些特殊细胞质组分称为为细胞质决定子细胞质决定子(cytoplasmic determinants)。决定。决定子支配着细胞分化的途径。受精卵在数次卵裂中子支配着细胞分化的途径。受精卵在数次卵裂

20、中,决决定子一次次地被重新改组、分配。卵裂后定子一次次地被重新改组、分配。卵裂后,决定子的决定子的位置固定下来位置固定下来,并分配到不同的细胞中并分配到不同的细胞中,子细胞便产子细胞便产生差别。生差别。细胞分化最新课件39卵细胞与体卵细胞与体细胞的比较细胞的比较细胞分化最新课件40 性细胞决定子性细胞决定子 果蝇卵在受精后的果蝇卵在受精后的2小时内只进行核分裂小时内只进行核分裂, 细胞质不细胞质不分裂分裂,形成形成合胞体胚胎合胞体胚胎。随后核向卵边缘迁移。随后核向卵边缘迁移,细胞的细胞的分化命运决定于核迁入不同的细胞质区域。迁入卵分化命运决定于核迁入不同的细胞质区域。迁入卵后端后端极质极质中的

21、形成极细胞中的形成极细胞,最后分化为生殖细胞。最后分化为生殖细胞。 果蝇卵细胞后端存在决定生殖细胞分化的细胞质成分，果蝇卵细胞后端存在决定生殖细胞分化的细胞质成分，称为称为生殖质（生殖质（germ plasm）。获得生殖质的细胞细。获得生殖质的细胞细胞发育为胞发育为原始生殖细胞原始生殖细胞，用紫外线照射这一区域，用紫外线照射这一区域，破坏生殖质，卵将发育为无生殖细胞的不育个体。破坏生殖质，卵将发育为无生殖细胞的不育个体。细胞分化最新课件41性细胞决定性细胞决定细胞分化最新课件42 体细胞决定子体细胞决定子 体细胞的分化方向同样受细胞质的决定。体细胞的分化方向同样受细胞质的决定。果蝇幼虫从前到后

22、分布着若干未分化的果蝇幼虫从前到后分布着若干未分化的成成虫盘虫盘,前部胚盘和后部胚盘分别发育为成虫前部胚盘和后部胚盘分别发育为成虫的前部的前部(头、胸和前腹部头、胸和前腹部)和后腹部结构。和后腹部结构。细胞分化最新课件43果蝇的体细胞决定果蝇的体细胞决定果蝇成虫盘果蝇成虫盘(imaginal disc)细胞分化最新课件44细胞分化最新课件45（E）环境对性别决定的影响）环境对性别决定的影响 蜥蜴类：低温（蜥蜴类：低温（24），全部发育为雌性；高），全部发育为雌性；高温（温（32 ），全部发育为雄性。），全部发育为雄性。 龟类：情况与蜥蜴类相反。龟类：情况与蜥蜴类相反。细胞分化最新课件46（F）

23、染色质变化和基因重排对细胞分化的影响）染色质变化和基因重排对细胞分化的影响 基因删除：原生动物、昆虫、甲壳动物。基因删除：原生动物、昆虫、甲壳动物。 基因扩增：果蝇多线染色体。基因扩增：果蝇多线染色体。 基因重排：免疫球蛋白基因（基因重排：免疫球蛋白基因（106108种抗体）。种抗体）。 DNA的甲基化与异染色质化：胞嘧啶的甲基化使基的甲基化与异染色质化：胞嘧啶的甲基化使基因失活。因失活。细胞分化最新课件47第二节第二节 胚胎发育中的细胞分化胚胎发育中的细胞分化一、生殖细胞的分化一、生殖细胞的分化1、哺乳动物的性别分化、哺乳动物的性别分化性腺原基性腺原基的分化：的分化：Y染色体染色体生殖嵴发育

24、，生殖嵴发育，睾丸决定因子睾丸决定因子SRY基因基因。原生殖细胞（原生殖细胞（PGC）迁移形成生殖嵴迁移形成生殖嵴细胞分化最新课件48细胞分化最新课件49 除除SRY基因外，还依赖于下游的基因，基因外，还依赖于下游的基因，如如Sox9基因。基因。SRY是是Sox9基因的基因的“开开关关”， Sox9基因持续表达对性别分化起基因持续表达对性别分化起重要作用。重要作用。 此外，转录因子此外，转录因子FGF9（成纤细胞生长因成纤细胞生长因子，信号分子子，信号分子）维持）维持Sox9基因有达，稳基因有达，稳定睾丸支持细胞的分化状态。定睾丸支持细胞的分化状态。细胞分化最新课件50细胞分化最新课件51卵巢

25、的分化卵巢的分化Wnt4基因：编码一种基因：编码一种生长因子生长因子，为，为Wnt家家族成员。性别决定后，其表达仅限于族成员。性别决定后，其表达仅限于XX个体。个体。细胞分化最新课件522、生殖细胞的形成与成熟、生殖细胞的形成与成熟（A）原生殖细胞（）原生殖细胞（PGC）产生）产生BMP（TGF超家族成员）作用于其受体，超家族成员）作用于其受体，活化活化SMAD蛋白蛋白BMP信号通路的效信号通路的效应分子，应分子，调控调控Otc4表达。表达。细胞分化最新课件53（2）原生殖细胞向生殖细胞的分化）原生殖细胞向生殖细胞的分化细胞分化最新课件54细胞分化最新课件55二、早期胚育过程中的细胞分化二、早

26、期胚育过程中的细胞分化1、早期发育、早期发育受精：顶体反应，皮层反应受精：顶体反应，皮层反应囊胚：囊胚：内细胞团内细胞团原肠胚：囊胚细胞内陷、迁移原肠胚：囊胚细胞内陷、迁移胚层分化：外胚层、内胚层，中胚层胚层分化：外胚层、内胚层，中胚层（TGF-家族蛋白家族蛋白）细胞分化最新课件562、神经胚形成中的信号转导、神经胚形成中的信号转导脊索形成：脊索形成：Wnt信号途径信号途径（Wnt-Frizzle-Dsh-RhoA-Rok2和和Das-Stbm-JNK）,改变细胞骨架；改变细胞骨架；转录辅转录辅助因子助因子-catenin（-链蛋白链蛋白 ）神经管形成神经管形成: Pax3, sonic he

27、dgehog, openbrain基因。基因。叶酸缺乏导致神经闭合缺陷，形成脊柱裂或无脑叶酸缺乏导致神经闭合缺陷，形成脊柱裂或无脑畸形。畸形。细胞分化最新课件57细胞分化最新课件583、神经管的初期分化、神经管的初期分化（A）发育进程中神经干细胞的维持）发育进程中神经干细胞的维持FGF信号维持神经上皮的干细胞特性信号维持神经上皮的干细胞特性Wnt经典途径维持神经管腹侧前体细胞的分裂能经典途径维持神经管腹侧前体细胞的分裂能力（通过力（通过-catenin调控调控cyclin D1和和c-myc表达表达 ）Hedgehog途径对早期中枢神经系统生长的调控途径对早期中枢神经系统生长的调控BMP(TG

28、F-分泌蛋白家族分泌蛋白家族)信号调控背侧脊髓细信号调控背侧脊髓细胞的增殖和分化胞的增殖和分化细胞分化最新课件59细胞分化最新课件60细胞分化最新课件61（B）神经管细胞的分化）神经管细胞的分化Shh(Sonic hedgehog, 为为hedgehog分泌蛋白家分泌蛋白家族成员族成员)和和RA在在腹侧神经细胞腹侧神经细胞分化中起关键分化中起关键作用作用BMP在在背侧神经细胞背侧神经细胞分化中起关键作用分化中起关键作用神经元亚类的特化：神经元亚类的特化：FGF，RA, Shh, BMP细胞分化最新课件62细胞分化最新课件63三、果蝇胚胎早期发育中的细胞分化三、果蝇胚胎早期发育中的细胞分化脊椎动

29、物：调整型发育，依赖型发育脊椎动物：调整型发育，依赖型发育依依赖环境赖环境无脊椎动物：镶嵌型发育，自主型发育无脊椎动物：镶嵌型发育，自主型发育细胞分化最新课件64细胞分化最新课件65三、胚胎发育与细胞分化相关基因三、胚胎发育与细胞分化相关基因 有限的基因如何选择性的进行时空的差异表达？有限的基因如何选择性的进行时空的差异表达？ 果蝇的果蝇的Hox genes的研究为回答这个问题的研究为回答这个问题 Hox genes在果蝇体节发育中起关键作用的基在果蝇体节发育中起关键作用的基因群，其基因成员都含有一段高度保守的因群，其基因成员都含有一段高度保守的同源异同源异型框（型框（hemeobox，简称同

30、源框）序列，简称同源框）序列，故称为同，故称为同源异型基因（源异型基因（homeotic Genes，Hox genes）。 同源框长同源框长180bp，编码的多肽序列称为，编码的多肽序列称为同源异型同源异型结构域结构域，60个氨基酸形成螺旋个氨基酸形成螺旋-转角转角- 螺旋结构，螺旋结构，与与DNA序列大沟相互作用，启动基因表达。序列大沟相互作用，启动基因表达。细胞分化最新课件66 Hox genes 在染色体上串联排列成簇，排列顺序与在染色体上串联排列成簇，排列顺序与各自表达区域相对应。各自表达区域相对应。 同时，同时，Hox genes的表达也具有区域特异性（特别的表达也具有区域特异性（

31、特别是在胚胎发育阶段）；是在胚胎发育阶段）； 同源异形基因的突变导致发育的异常。同源异形基因的突变导致发育的异常。 Hox genes提供了一种提供了一种“单个基因诱导（控制）某单个基因诱导（控制）某器官或性状的发生器官或性状的发生”的模型。的模型。 Hox genes广泛存在于多种无脊椎动物和脊椎动物广泛存在于多种无脊椎动物和脊椎动物中。中。细胞分化最新课件67触角基因突变触角基因突变 触角基因只限于在头部节段表达：触角基因只限于在头部节段表达：Antp（触角基因）（触角基因）突变，在本该长出触角的位置形成腿突变，在本该长出触角的位置形成腿 细胞分化最新课件68双胸突变双胸突变 超级双胸基因

32、限于在胸节表达：果蝇的双胸（超级双胸基因限于在胸节表达：果蝇的双胸（UbX）突变）突变（两节中胸，没有后胸，因而没有平衡棒）（两节中胸，没有后胸，因而没有平衡棒） 细胞分化最新课件69第三节第三节 真核细胞基因表达的调控真核细胞基因表达的调控持（管）家基因持（管）家基因(House-keeping gene) 组织特异性组织特异性(Tissue-specific gene)表达基因或表达基因或称为奢侈基因称为奢侈基因(luxyry gene) 细胞分化主要是奢侈基因中某种细胞分化主要是奢侈基因中某种(或某些或某些)特特定基因的选择性表达的结果。定基因的选择性表达的结果。细胞分化最新课件70基基

33、因因的的选选择择性性表表达达细胞分化最新课件71基因表达的调控基因表达的调控真核细胞基因表达的调控是多级调控系统，真核细胞基因表达的调控是多级调控系统，主要发生在三个彼此相对独立的水平上：主要发生在三个彼此相对独立的水平上：转录水平的调控转录水平的调控加工水平的调控加工水平的调控翻译及翻译后水平的调控翻译及翻译后水平的调控 细胞分化最新课件72一转录水平的调控一转录水平的调控转录前转录前DNA水平的调控，并不是普遍存在的调控水平的调控，并不是普遍存在的调控方式，只是真核细胞基因表达调控的一种次要和方式，只是真核细胞基因表达调控的一种次要和辅助手段。转录水平上的基因调控，才是真核细辅助手段。转录

34、水平上的基因调控，才是真核细胞基因调控的主要环节。胞基因调控的主要环节。 细胞分化最新课件73 1 1、转录激活、转录激活转录因子与真核转录因子与真核生物的基因转录生物的基因转录转录因子转录因子 通用转录因子通用转录因子：与：与RNA聚合酶的核心启动子位点结合聚合酶的核心启动子位点结合特殊转录因子特殊转录因子：与特异基因的调控位点结合：与特异基因的调控位点结合启动子：启动子：TATA框：框：与通用转录因子结合，转录起始位点上游与通用转录因子结合，转录起始位点上游-30bp处，处，决定转录起始的位点决定转录起始的位点CAAT框和框和GC框框：决定决定RNA聚合酶转录基因的效率。聚合酶转录基因的效

35、率。 转录因子结构转录因子结构：转录因子与：转录因子与DNA序列相互作用最常见序列相互作用最常见的几种结构模式，如的几种结构模式，如锌指结构，亮氨酸拉链锌指结构，亮氨酸拉链等。等。细胞分化最新课件74启动子元件的位置启动子元件的位置细胞分化最新课件75转录因子结构转录因子结构：DNA结合结构域和结合结构域和激活结构域激活结构域增强子（增强子（enhance）:转转录辅助因子在录辅助因子在DNA上上的结合元件的结合元件细胞分化最新课件76转录因子与转录因子与DNA序列相互作用最常见的几种结构模式序列相互作用最常见的几种结构模式细胞分化最新课件772、基因表达阻遏、基因表达阻遏（1）转录抑制因子）

36、转录抑制因子（2）DNA甲基化（甲基化（DNA methylation）：）：与基因表达阻与基因表达阻遏有关。遏有关。甲基化不足：转录活性基因甲基化不足：转录活性基因去甲基化：激活转录去甲基化：激活转录基因组印记（基因组印记（genomic imprinting）：）： 说明甲基化作用说明甲基化作用在基因表达中具有重要意义的最好例证，也是哺乳动物在基因表达中具有重要意义的最好例证，也是哺乳动物所特有的现象所特有的现象（3）核小体结构对基因的转录）核小体结构对基因的转录：组蛋白组蛋白H3和和H4的乙的乙酰化饰：酰化饰：组蛋白乙酰化酶与组蛋白脱（去）乙酰化酶组蛋白乙酰化酶与组蛋白脱（去）乙酰化酶细

37、胞分化最新课件78甲基化作用与基甲基化作用与基因活性调节因活性调节细胞分化最新课件79二、二、加工水平的调控加工水平的调控转录后水平调控转录后水平调控 转录后调控包括转录后加工、降解调节。转录后调控包括转录后加工、降解调节。 简单的转录本的加工（组成型剪接）简单的转录本的加工（组成型剪接）:这种转录本的这种转录本的加工主要是切除内含子。内含子的切除按加工主要是切除内含子。内含子的切除按“GT-AG”规则规则,即内含子的切除总是在即内含子的切除总是在5端以端以GT开始开始, 在在3端以端以AG结束。结束。 复杂的转录本的加工（选择性剪接）复杂的转录本的加工（选择性剪接） 这种加工的这种加工的hn

38、RNA属于基因全长转录属于基因全长转录,经不同剪接产生不同的成经不同剪接产生不同的成熟熟mRNA,表达不同的产物。表达不同的产物。细胞分化最新课件80转录后加工的调节转录后加工的调节细胞分化最新课件81 三、三、翻译及翻译后水平的调控翻译及翻译后水平的调控 细胞质中进行的转译水平的调控包括细胞质中进行的转译水平的调控包括: mRNA稳稳定性的控制、差别翻译、翻译起始的控制、下定性的控制、差别翻译、翻译起始的控制、下游区的控制游区的控制等。等。 铁蛋白的翻译铁蛋白的翻译是细胞在是细胞在mRNA水平控制基因表达水平控制基因表达的一个很好的例子。铁蛋白在细胞内的作用是的一个很好的例子。铁蛋白在细胞内

39、的作用是螯合细胞质中的游离铁原子，保护细胞免受游螯合细胞质中的游离铁原子，保护细胞免受游离金属的毒性。铁蛋白的翻译受细胞内游离铁离金属的毒性。铁蛋白的翻译受细胞内游离铁的浓度调节的，的浓度调节的，铁离子的浓度影响一种阻遏蛋铁离子的浓度影响一种阻遏蛋白的活性白的活性。细胞分化最新课件82铁蛋白的翻铁蛋白的翻译调控译调控细胞分化最新课件83 翻译后加工的控制翻译后加工的控制 在真核生物中许多激素的合成都是以一个共同在真核生物中许多激素的合成都是以一个共同的前体合成的，称为聚蛋白，然后的前体合成的，称为聚蛋白，然后切割成不同切割成不同的蛋白质的蛋白质。但是在不同的组织中，切割的方式。但是在不同的组织

40、中，切割的方式是不同的，因此相同的基因在不同的组织中合是不同的，因此相同的基因在不同的组织中合成不同的激素蛋白。例如多肽蛋白阿黑皮素原成不同的激素蛋白。例如多肽蛋白阿黑皮素原(POMC)的合成就是一例。的合成就是一例。此外，此外，mRNA运输的控制、运输的控制、mRNA降解的控制等。降解的控制等。细胞分化最新课件84翻翻译译后后加加工工控控制制细胞分化最新课件85作 业何谓细胞分化？为什么说细胞分化是基因何谓细胞分化？为什么说细胞分化是基因选择性表达的结果？选择性表达的结果？2. 影响细胞分化的因素有哪些？请予说明。影响细胞分化的因素有哪些？请予说明。3. 说明癌症的发生与癌基因和抑癌基因的关说明癌症的发生与癌基因和抑癌基因的关系。系。4. 真核细胞基因表达调控有哪些不同环节，真核细胞基因表达调控有哪些不同环节，各有何作用？各有何作用？