dna調(diào)控在細(xì)胞分化過程中的作用

dna調(diào)控在細(xì)胞分化過程中的作用

細(xì)胞分化是生物發(fā)生的一個極其復(fù)雜的過程。其中，基因差異的出現(xiàn)是細(xì)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(guān)閉。事實是調(diào)節(jié)細(xì)胞分化過程的環(huán)節(jié)要涉及到基因表達(dá)的各個水平和細(xì)胞生命活動的許多方面。1細(xì)胞內(nèi)調(diào)型基因表達(dá)胚胎正常發(fā)育是起始于卵母細(xì)胞貯存信息(因源于母本又稱母本信息)表達(dá),此信息在細(xì)胞中定位分布,通過各種途徑調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成并進(jìn)一步調(diào)節(jié)晚期基因表達(dá)。1.1指導(dǎo)細(xì)胞分化方向卵母細(xì)胞階段已合成大量mRNA。動物的卵母細(xì)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(jìn)入不同子細(xì)胞,指導(dǎo)細(xì)胞分化方向。例如果蠅性細(xì)胞決定子:果蠅受精卵后端有一部分稱為生殖質(zhì)的細(xì)胞質(zhì),決定生殖細(xì)胞分化。果蠅卵在受精后2小時內(nèi),只進(jìn)行核分裂,細(xì)胞質(zhì)不分裂,隨后核向卵邊緣遷移并包上細(xì)胞質(zhì)。每個核都具有全能性,既可分化為性細(xì)胞,也可指導(dǎo)分化為體細(xì)胞,其分化命運決定于核遷入的細(xì)胞質(zhì)區(qū)。如移入生殖質(zhì)最終分化為生殖細(xì)胞;如用紫外線破壞生殖質(zhì),則發(fā)育成無生殖細(xì)胞的不育個體;如把生殖質(zhì)注入卵前端,則前端細(xì)胞也可分化為生殖細(xì)胞。1.2引物的誘導(dǎo)表達(dá)卵母細(xì)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(jié)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(dá)各種特化細(xì)胞的核含有該物種的完整基因組,具全能性。但任何時間細(xì)胞基因組中只有少數(shù)基因在活動,單一順序基因進(jìn)行表達(dá)的只占基因組中5%～10%。這些基因可分為持家基因(維持細(xì)胞生存必需)與奢侈基因(不同細(xì)胞中差別表達(dá)的基因)。細(xì)胞分化關(guān)鍵是細(xì)胞按照一定程序發(fā)生差別基因表達(dá),開放某些基因,關(guān)閉某些基因,真核生物差別基因表達(dá)要在基因表達(dá)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(dá)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(xì)胞,可以改變基因表達(dá)與細(xì)胞分化狀態(tài)。2.2珠蛋白基因的結(jié)構(gòu)基因差別表達(dá)的關(guān)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(guān)閉。其差別基因轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jìn)入細(xì)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(jìn)入細(xì)胞質(zhì)還要看核酸酶降解情況以及穿越細(xì)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(dá),前體RNA均含有可變區(qū)(抗原結(jié)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(jìn)入細(xì)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(xì)胞的分化過程中,早期細(xì)胞合成了若干種mRNA(包含珠蛋白mRNA),但到后期幾次細(xì)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(jié)合,以達(dá)到按α2β2比例合成(細(xì)胞內(nèi)含4個α珠蛋白基因、2個β珠蛋白基因)。3細(xì)胞群間的相互作用細(xì)胞間相互作用亦可影響細(xì)胞分化方向。對于多細(xì)胞生物,其細(xì)胞群間必然要建立起相互協(xié)調(diào)關(guān)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(xì)胞會影響相鄰細(xì)胞使其向一定方向分化。如蛙胚發(fā)育到22天時,前腦兩側(cè)向外凸出形成視泡,視泡將誘導(dǎo)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(dǎo)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(xì)胞分化的影響可看作遠(yuǎn)距離細(xì)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(xì)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(cè)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