细胞生物学 12细胞分化与基因表达调控

第十二章 细胞分化与基因表 达调控

第十二章 细胞分化与基因表达调控 细胞分化的一些概念、知识 干细胞(提一下，选修课中详细讲) 癌细胞

真核生物基因表达的调控(不作重点)

一、细胞分化的一些概念、知识1、细胞分化 在个体发育中, 细胞的后代在形态、结构和功能上 发生差异的过程称为细胞分化 其本质是基因选择性表达的结果，即基因表达调控 的结果 2、个体发育 从受精卵形成胚胎，再由胚胎生长发育成个体的 过程称为个体发育(individual development) 3、配子的形成、受精作用、胚胎发育(不讲)

胚胎发育：经一系列卵裂(cleavage)

形成原肠

胚(gastrula) 原肠胚是由三层细胞层构成：

(1)外胚层形成上皮覆盖在外表面(皮肤和腺体) 以及中性组织； (2)内胚层分化成的上皮覆盖在组织的内表面 (胃肠和相关的腺体); (3)中胚层最终发育成扩散的海绵网状间充质细 胞(mesenchyme cell),这些细胞形成支持细 胞，如肌肉、软骨、骨、血和结缔组织

4、形态建成(morphogenesis) 胚胎发育不仅需要将分裂产生的细胞分化成具有 不同功能的特异的细胞类型，同时要将一些细胞 组成功能和形态不同的组织和器官，最后形成一 个具有表型特征个体，这一过程称为形态建成

7、细胞分化中的核质关系 细胞质能够影响细胞核的基因表达 细胞核起决定作用 ● 伞藻移植实验 ● 蛙的核移植 ■细胞分化中最显著的特点是分化状态的稳定性。特别在高等真核 生物中, 分化状态一旦建立, 其分化状态是十分稳定的, 并能遗 传给许多细胞世代。 (1) 转分化：一种类型的分化细胞转变成另一种类型的分化细胞 的现象。包括脱分化和再分化两过程 (2) 脱分化(dedifferentiation) 又称去分化。是指分化细胞失去特有的结构和功能变为具有未分 化细胞特性的过程 (3) 全能性(totipotency) 分化细胞保留着全部的核基因组 , 具有发育为完整个体的潜能 , 称为全能性

■全能性的验证： 植物方面取得突破。1958年Steward等利用胡萝卜根的韧皮部组 织培养出了完整的新植株 在动物方面,最早是通过对两栖类蛙的核移植证明完全分化的细 胞核具有全能性 1977年英国科学家利用乳腺细胞与去核的羊的卵细胞融合，克隆 了一只小羊，从实践上证明了高度分化的哺乳动物动物细胞具有 全能性

由单个分化细胞再生成完整的植株

4、 再生(regeneration) 生物体的整体或器官受外力作用发生创伤而部分丢失, 在剩余部 分的基础上又生长出与丢失部分在形态与功能上相同的结构, 这 一修复过程称为再生

■根据基因同细胞分化的关系,

可以将基因分为两大类: 一类是看家基因, 是维持细胞最低限度功能所不可少的基因

另一类是组织特异性(tissue-specific gene)表达的基因, 或称 为奢侈基因，这类基因与各类细胞的特殊性有直接的关系, 是在 各种组织中进行不同的选择性表达的基因。

■ 细胞分化的关键 是细胞按照一定程序发生差别基因表达(differential gene expression), 开放某些基因, 关闭某些基 因

多基因的差别表达对发育的控制

干细胞●干细胞(stem cells, SC)是一类具有自我复制能力(selfrenewing)的多潜能细胞，在一定条件下，它可以分化成多种功 能细胞 ●干细胞有两种分类方法： 一是根据干细胞所处的发育阶段分为胚胎干细胞(embryonic stem cell,ES)和成体干细胞(somatic stem cell) 第二种分类方法是根据干细胞的发育潜能分为三类：全能干细胞 (totipotent stem cell,TSC)、多能干细胞(pluripotent stem cell)和单能干细胞(unipotent stem cell)

● 干细胞具有几个显著的特点: ①干细胞本身不是终末分化细胞 ②干细胞能无限地分裂; ③干细胞分裂产生的子细胞只能在两种途径中选择其一:1、保持亲 代特征, 仍作为干细胞, 2、不可逆地向终末分化。

肿瘤(tumor,neoplasm)是一种基因病，但并非是遗 传的 指细胞在致瘤因素作用下，基因发生了改变，失去对其 生长的正常调控，导致异常增生

癌细胞

1、分类： 可分为良性和恶性肿瘤两大类： 良性肿瘤生长缓慢，与周围组织界限清楚，不发生转移 恶性肿瘤后者生长迅速，可转移到身体其它部位 恶性肿瘤也叫癌症(cancer)

癌细胞的主要特征癌细胞有三个显著的基本特征即： 不死性 迁移性 失去接触抑制

二、癌细胞的生理特征 1、细胞周期失控，不受正常生长调 控系统的控制，能持续的分裂与 增殖 2、具有迁移性，细胞粘着和连接相 关的成分(如ECM(细胞外基质)、 CAM(细胞粘着分子))发生变异 或缺失 。细胞失去与细胞间和细 胞外基质间的联结，易于从肿瘤 上脱落 3、接触抑制丧失，肿瘤细胞即使堆 积成群，仍然可以生长。 正常细胞在体外培养时，细胞通 过分裂增殖并铺满培养器皿的表 面形成单层(monolayer)后即停止 分裂，这种现象称作接触抑制 (contact inhibition)。

肿瘤转移的过程

4、去分化现象，已知肿瘤细胞中表达的胎儿同功酶达20 余种。 胎儿甲种球蛋白(甲胎蛋白)是胎儿所特有的。但在肝 癌细胞中表达，因此可做肝癌早期检定的标志特征。 5、对生长因子需要量降低 在体外培养的细胞的培养基中补充一定浓度的血清，而 血清的作用是提供生长因子，如表皮生长因子、胰岛素 等。

6、代谢旺盛，肿瘤组织的DNA和RNA聚合酶活性均高于 正常组织，核酸分解过程明显降低，DNA和RNA的含量均 明显增高。 7、蛋白质合成及分解代谢都增强，但合成代谢超过分 解代谢 8、可移植性，正常细胞移植到宿主体内后，由于免疫 反应而被排斥，多不易存活。如人的肿瘤细胞可移植到 鼠类体内，形成移植瘤

分为内因外因

肿瘤形成

一、肿瘤形成的外因 根据致癌物的性质可将其分为化学、生物和物理 致癌物三大类 (一)化学致癌物 ： 亚硝胺类在变质的蔬菜及食品中含量较高，能引 起消化系统、肾脏等多种器官的肿瘤 多环芳香烃类 ， 这类物质广泛存在于沥青、汽 车废气、煤烟、香烟及熏制食品中 氯乙烯，应用最广的一种塑料聚氯乙烯，是由氯 乙烯单体聚合而成 某些重金属，如铬、镍、砷等也可致癌

(二)生物性致癌因素 1.肿瘤病毒： 癌基因的来源分为两类，一类是细胞癌基因(cellular oncogene,c-onc),由细胞原癌基因突变而来；另一类 是病毒癌基因(viral oncogene,v-onc)。 与人类肿瘤发生关系密切的有四类病毒 ①逆转录病毒(如T细胞淋巴瘤病毒，HTLV-I)RNA病 毒 ②乙型肝炎病毒(HBV)DNA病毒 ③乳头状瘤病毒(HPV)DNA病毒 ④Epstein-Bars病毒(EBV)DNA病毒 2.霉菌与肿瘤发生 目前已知有数十种霉菌毒素对动物有致癌性。 黄曲霉菌(aflatoxin)广泛存在于污染的食品中，尤 以霉变的花生、玉米及谷类含量最多

(三)物理因素 1.电离辐射 人类在自然环境中受到的辐射主要来自太阳的紫外线、 外层空间的宇宙射线(cosmic rays)以及自然发生的放 射性元素的放射性(emissions)。另外，还受到来自医 疗、工业和军事活动中人为产生的高能辐射，这些辐射 主要是X-射线和放射活性。 2.紫外线 紫外线照射可引起细胞DNA断裂、交联和染色体畸变， 紫外线还可抑制皮肤的免疫功能，使突变细胞容易逃脱 机体的免疫监视 大气层的臭氧减少，出现地球臭氧空洞，地表紫外线的 辐照强度将急剧增高，其诱发人体皮肤癌的潜在危险性 将大为增加 估计，大气臭氧减少1%,皮肤癌就要增加2-6%

二、肿瘤形成的内因

癌的发生涉及两类基因∶抑癌基因(Tumor suppressor gene)与癌基因(oncogene)

在正常的二倍体细胞中，每一种抑癌基因都有两

个拷贝，只有当两个拷贝都丢失了或两个拷贝都 失活了才会使细胞失去增殖的控制，只要有一个 拷贝是正常的，就能够正常调节细胞的周期 癌基因是细胞加速器，它们编码的蛋白使细胞生

长不受控制，并促进细胞癌变。大多数癌基因都 是由与细胞生长和

分裂有关的正常基因(原癌基 因)突变而来

(一)原癌基因

原癌基因(oncogene)是细胞内与细胞增殖相关的基因， 是维持机体正常生命活动所必须的，在进化上高等保守 当原癌基因的结构或调控区发生变异，基因产物增多或 活性增强时，使细胞过度增殖，从而形成肿瘤 当 原 癌 基 因 突 变 后 成 为 促 癌 的 癌 基 因 ( cancerpromoting oncogene),导致细胞癌变。 原癌基因突变成癌基因，称为原癌基因的激活

原癌基因激活的可能途径： 1.点突变 2.DNA重排 3.插入激活 4.基因扩增5、原癌基因的低甲基化

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