dna調(diào)控在細胞分化過程中的作用

dna調(diào)控在細胞分化過程中的作用

細胞分化是生物發(fā)生的一個極其復雜的過程。其中，基因差異的出現(xiàn)是細胞分化過程的重要因素，但不能簡單地稱之為特定基因群的穩(wěn)定開放或關閉。事實是調(diào)節(jié)細胞分化過程的環(huán)節(jié)要涉及到基因表達的各個水平和細胞生命活動的許多方面。1細胞內(nèi)調(diào)型基因表達胚胎正常發(fā)育是起始于卵母細胞貯存信息(因源于母本又稱母本信息)表達,此信息在細胞中定位分布,通過各種途徑調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成并進一步調(diào)節(jié)晚期基因表達。1.1指導細胞分化方向卵母細胞階段已合成大量mRNA。動物的卵母細胞中約含有2～5萬種不同核苷酸序列的mRNA,每種有600拷貝之多,且定位分布,并隨卵裂進入不同子細胞,指導細胞分化方向。例如果蠅性細胞決定子:果蠅受精卵后端有一部分稱為生殖質(zhì)的細胞質(zhì),決定生殖細胞分化。果蠅卵在受精后2小時內(nèi),只進行核分裂,細胞質(zhì)不分裂,隨后核向卵邊緣遷移并包上細胞質(zhì)。每個核都具有全能性,既可分化為性細胞,也可指導分化為體細胞,其分化命運決定于核遷入的細胞質(zhì)區(qū)。如移入生殖質(zhì)最終分化為生殖細胞;如用紫外線破壞生殖質(zhì),則發(fā)育成無生殖細胞的不育個體;如把生殖質(zhì)注入卵前端,則前端細胞也可分化為生殖細胞。1.2引物的誘導表達卵母細胞階段只有少量mRNA被激活,多數(shù)mRNA處于非活狀態(tài),而受精可激活大量mRNA,使受精卵的發(fā)育在翻譯水平上受調(diào)控。如隱蔽mRNA(與專一性蛋白結合不能被核糖體識別的mRNA)在受精后幾分鐘則開始翻譯。2單一順序基因表達各種特化細胞的核含有該物種的完整基因組,具全能性。但任何時間細胞基因組中只有少數(shù)基因在活動,單一順序基因進行表達的只占基因組中5%～10%。這些基因可分為持家基因(維持細胞生存必需)與奢侈基因(不同細胞中差別表達的基因)。細胞分化關鍵是細胞按照一定程序發(fā)生差別基因表達,開放某些基因,關閉某些基因,真核生物差別基因表達要在基因表達鏈各個水平受到調(diào)節(jié)。2.1水平配置DNA水平調(diào)控是真核生物基因差別表達的一個次要和輔助手段。(1)相同輕鏈與重鏈例如哺乳動物免疫蛋白各編碼區(qū)的連接。免疫球蛋白包括兩條相同輕鏈與重鏈,分別包括可變區(qū)、恒定區(qū)以及二者間連接區(qū),重鏈還含一歧化區(qū)。這些區(qū)域都由位于同一染色體不同位置DNA片段編碼。(2)甲基化修飾下的基因活性真核生物DNA大約2%～7%的胞嘧啶(C)存在甲基化修飾,甲基化的基因不表現(xiàn)活性,而未甲基化的表現(xiàn)出基因活性。利用5—氮胞苷可人為造成去甲基化,用它處理細胞,可以改變基因表達與細胞分化狀態(tài)。2.2珠蛋白基因的結構基因差別表達的關鍵是合成專一mRNA,從而合成專一蛋白質(zhì)。人的血紅蛋白的珠蛋白基因定位于不同染色體上,ζ和α基因位于16號染色體上,ε、γ、δ和β基因位于11號染色體上,在不同發(fā)育階段,它們互相配合,有秩序開放或關閉。其差別基因轉錄要受若干因子影響,如專一性蛋白質(zhì)、激素等。2.3nrna的加工多肽鏈氨基酸順序信息的直接來源是mRNA,而基因的轉錄物為nRNA(核內(nèi)RNA)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),nRNA種類與長度都要大于mR-NA,nRNA核苷酸順序只有10%-20%進入細胞質(zhì),成為成熟mRNA。經(jīng)研究其原因有:(1)大多數(shù)nRNA在核內(nèi)被迅速分解,原因不明;(2)mRNA能否進入細胞質(zhì)還要看核酸酶降解情況以及穿越細胞核膜的能力;(3)nRNA差別加工,即同一nRNA會由于加工不同而產(chǎn)生不同的mRNA。例如抗體基因表達,前體RNA均含有可變區(qū)(抗原結合區(qū))和μ(IgM)及δ(IgD)的恒定區(qū)編碼的順序,中間隔有內(nèi)含子。進入細胞質(zhì)的成熟mRNA,如切去δ外顯子,則編碼為IgM,如切去μ,則編碼為IgD。2.4珠蛋白的mrna調(diào)節(jié)方式主要有:(1)專一mR-NA降解,例如哺乳動物成紅細胞的分化過程中,早期細胞合成了若干種mRNA(包含珠蛋白mRNA),但到后期幾次細胞分裂中,只有珠蛋白mRNA被保留,其它種類的mRNA均分解。(2)翻譯調(diào)節(jié),例如α珠蛋白mRNA與β珠蛋白mRNA,競爭與起始子的結合,以達到按α2β2比例合成(細胞內(nèi)含4個α珠蛋白基因、2個β珠蛋白基因)。3細胞群間的相互作用細胞間相互作用亦可影響細胞分化方向。對于多細胞生物,其細胞群間必然要建立起相互協(xié)調(diào)關系,才能形成具有形態(tài)正常和生命活動協(xié)調(diào)的個體。3.1視泡性視泡胚胎發(fā)育到一定時期,一部分細胞會影響相鄰細胞使其向一定方向分化。如蛙胚發(fā)育到22天時,前腦兩側向外凸出形成視泡,視泡將誘導與其接觸的上方外胚層上皮形成晶狀體。如將視泡切下,移到頭部任何部位,都可誘導其接觸的上方外胚層發(fā)育為晶狀體。3.2胞間相互作用激素對細胞分化的影響可看作遠距離細胞間相互作用。激素調(diào)節(jié)作用是通過使某些基因開放,合成特異性蛋白實現(xiàn)的。如甲狀腺激素可加速兩棲類變態(tài)。4根據(jù)分布決定外胚層表皮分化方向位置信息對高等動物細胞分化有明顯影響。如鳥類肢體發(fā)生,鳥類四肢由胚胎軀體兩側同時發(fā)生的肢芽分化而來,前肢芽分化為翅,后肢芽分化為腿。肢芽早期為舌狀