現(xiàn)代生物學(xué)導(dǎo)論

現(xiàn)代生物學(xué)導(dǎo)論THNMRYAN閆永彬Yong-Bin

YAN,

Ph.D.清華大學(xué)

生物科學(xué)與技術(shù)系細(xì)胞的生命活動B細(xì)胞分化與細(xì)胞死亡Cell

differentiation

occurs

in

multicellular

organisHuman:1014

cells,>200

cell

typesTHNMRYAN?個體正常發(fā)育過程中——?細(xì)胞數(shù)目增加——有控制的細(xì)胞分裂?細(xì)胞類型的增加——有序的細(xì)胞分化?細(xì)胞分化的關(guān)鍵在于特異性蛋白質(zhì)的合成->基因選擇性表達(dá)（基因組保持相同）THNMRYAN?問題：如何確定細(xì)胞分化是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果而非遺傳物質(zhì)在發(fā)育過程中的選擇性丟失？Why

a

fertilized

egg

can

develop

into

differencells:

Gene

differentiated

express分子雜交技術(shù)檢測基因及其表達(dá)(了解)THNMRYAN細(xì)胞分化（cell

differentiation）·細(xì)胞分化是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果·組織特異性基因(奢侈基因)與管家基因

Tissue-specific

genes

(luxury

genes),

House-keepinggenes管家基因是所有細(xì)胞中均要表達(dá)的一類基因，其產(chǎn)物對維持細(xì)胞基本生命活動是必需的組織特異性基因是不同的細(xì)胞類型進(jìn)行特異性表達(dá)的基因，其產(chǎn)物賦予各種類型細(xì)胞特異的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征與特異的生理功能細(xì)胞分化是組織特異性基因在時間和空間上差異表達(dá)8.2

細(xì)胞分化與個體發(fā)育THNMRYAN·

細(xì)胞分化分子機制---基因的選擇性表達(dá)THNMRYAN(differential

gene

expression)細(xì)胞分化是發(fā)育的核心問題；細(xì)胞分化的實質(zhì)在于細(xì)胞合成特異性蛋白；特異性蛋白合成的基礎(chǔ)在于細(xì)胞基因的選擇性表達(dá)。調(diào)節(jié)基因細(xì)胞分化的組合調(diào)控THNMRYAN組合調(diào)控幾種基因調(diào)節(jié)蛋白以不同的組合調(diào)節(jié)不同的專一基因表達(dá)，產(chǎn)生不同的細(xì)胞分化?！?·2·2·2··3

·3·

·1,·3

·3·A

B

C

D

E

F

G

H課外參考基因表達(dá)的調(diào)控（書上第十章）。8.2.2細(xì)胞全能性（cell

totipotency）大約200-300種不同分化類型的細(xì)胞構(gòu)成人體不同的組織，不同的組織細(xì)胞經(jīng)歷不同的變化；細(xì)胞社會的維持需要精密的調(diào)控機制；細(xì)胞全能性（cell

totipotency）分化：細(xì)胞經(jīng)歷從全能到多能再到專能，彼此間在結(jié)構(gòu)、功能和形態(tài)產(chǎn)生穩(wěn)定性差異的過程。The

sheep

star:

DollyTHNMRYAN8.2.2細(xì)胞全能性（cell

totipotency）The

ability

ofacell

develops

intoacomplete

organis植物細(xì)胞具有全能性，在適宜條件下可培育成完整植株，已廣泛應(yīng)用THNMRYAN動物細(xì)胞THNMRYAN·8.2.3 干細(xì)胞（stem

cell）·（高等）動物細(xì)胞隨著胚胎的發(fā)育，細(xì)胞逐漸喪失發(fā)育成個體的能力，僅具有分化成有限細(xì)胞類型及構(gòu)建組織的潛能，成為多潛能性，這種細(xì)胞成為干細(xì)胞。THNMRYAN·8.2.3 干細(xì)胞（stem

cell）THNMRYAN1、細(xì)胞的全能性，多潛能性和終末分化；2、胞外信號分子信號分子，激素等多種細(xì)胞因子的調(diào)控3、細(xì)胞記憶與決定“細(xì)胞決定”（cell

determination）:細(xì)胞從分化命運確定到顯現(xiàn)特定形態(tài)的過程4、受精卵細(xì)胞質(zhì)的不均一性5、細(xì)胞間的相互作用與位置效應(yīng)6、環(huán)境等·8.2.4 細(xì)胞分化的影響因素（了解）THNMRYAN1、基因組全能性和差別基因表達(dá)；2、分化過程一般是不可逆的；多能造血干細(xì)胞 單能造血干細(xì)胞去分化（dedifferentiation）:喪失分化細(xì)胞的正常生理功能而表現(xiàn)出某些未分化細(xì)胞的特征—如腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)分化(thansdifferentiation)：一種類型的分化細(xì)胞轉(zhuǎn)為另一種類型的分化細(xì)胞（經(jīng)歷去分化和再分化）—如

再生3、分化方向的限定早于形態(tài)差異的出現(xiàn)；4、在分化中細(xì)胞保留記憶；·8.2.5

細(xì)胞分化的特征THNMRYAN·Why

do

researchers

study

stem

cells?（了repairing

tissue

damage

caused

by

disease

or

injuryburnsTurning

brain

into

blood:

Science,

1999,

283:

534-535Turning

blood

into

brain:

Science,

2000,

290:

1779-1782Rescue

of

Cardiac

Defects

…

by

Injection

ofEmbryonic

Stem

Cells:

Science,

2004,

306:

247-252THNMRYAN腫瘤與癌（cancer）癌細(xì)胞的基本特征細(xì)胞生長與分裂失去控制，分化程度低具有侵潤性和擴(kuò)散性：良性腫瘤和惡性腫瘤細(xì)胞間相互作用改變蛋白表達(dá)譜系或蛋白活性改變

mRNA轉(zhuǎn)錄譜系的改變8.3

癌細(xì)胞（書上10.4節(jié)）THNMRYAN癌轉(zhuǎn)移與擴(kuò)散THNMRYAN癌癥是由攜帶遺傳信息的DNA的病理變化引起的疾病與遺傳病不同的是，癌癥主要是體細(xì)胞DNA突變，而不是生殖細(xì)胞DNA突變癌基因（oncogenes）是控制細(xì)胞生長和分裂的正常基因的一種突變形式，能引起正常細(xì)胞癌變細(xì)胞正常增殖通過增殖相關(guān)基因和抑制增殖相關(guān)基因的協(xié)同作用；腫瘤細(xì)胞是這兩類基因的突變導(dǎo)致增殖失控THNMRYAN癌基因（oncogenes）：v-onc

andc-oncTHNMRYANRous(1910)發(fā)現(xiàn)雞的致癌RNA病毒它攜帶Src基因（v-oncogene），該基因?qū)Σ《痉敝呈遣槐匾?，但?dāng)病毒感染雞后可引起細(xì)胞癌變。1976年病毒學(xué)家邁克爾·畢肖普(Michael

Bishop)和他的博士哈羅爾德·沃爾姆斯(Harold

Varmus）發(fā)現(xiàn)，雞的正常細(xì)胞基因組中也有一個與病毒Src基因同源性很高的基因，編碼一種與細(xì)胞分裂調(diào)控相關(guān)的蛋白激酶。它不具有致癌能力，被成為細(xì)胞原癌基因（proto-oncogene）,或C-oncogene。（1989年的諾貝爾醫(yī)學(xué)獎）抑癌基因（tumor-suppressor

gene）Rb

p53抑癌基因（tumor

suppressor

gene）Harris(1968):癌細(xì)胞系與同組織正常細(xì)胞融合雜交細(xì)胞無惡性表型，也不致癌；隨著染色體丟失則可能恢復(fù)致癌.n

特點原癌基因抑癌基因n

基因?qū)傩约?xì)胞增殖必需細(xì)胞分化必需n

致癌方式基因突變激活、異常表達(dá)基因缺失或失活THNMRYAN原癌基因抑癌基因THNMRYAN腫瘤發(fā)生的遺傳現(xiàn)象：遺傳型：家族性、多發(fā)性、雙側(cè)性和早發(fā)性；非遺傳型：散發(fā)性、單發(fā)性、單側(cè)性和晚發(fā)性。細(xì)胞癌變是多次基因突變的結(jié)果癌癥是典型的老年性疾病癌癥可以治療8.3

癌細(xì)胞THNMRYAN全世界每年死于癌癥人數(shù)500萬！THNMRYAN人的一生細(xì)胞大約分裂1016次，基因堿基自然突變概率為10-6，由此推斷：一生中人的基因組中每個基因都可能發(fā)生突變，然而，事實上人的癌癥發(fā)病率并沒有預(yù)想的那樣高。據(jù)統(tǒng)計，一個細(xì)胞轉(zhuǎn)化需要3～7次單獨的隨機突變?！ぜs100年前~1960年，細(xì)胞“不死性”學(xué)說（魏斯曼）·1961年，Hayflick和Moorhead:人體細(xì)胞表現(xiàn)出明顯的衰老、退化和死亡的過程：人細(xì)胞最高分裂次數(shù)：60~80次；·細(xì)胞的增殖能力與供體年齡有關(guān)、早老癥·細(xì)胞核而非細(xì)胞質(zhì)決定了細(xì)胞衰老的表達(dá)·物種壽命與培養(yǎng)細(xì)胞壽命間存在確定的相關(guān)關(guān)系龜細(xì)胞最高分裂次數(shù)：90~125次；8.4

細(xì)胞衰老（cellular

aging）與n

凋亡（apoptosis）Hayflick界限THNMRYAN雞細(xì)胞最高分裂次數(shù)：15~35次；細(xì)胞凋亡（apoptosis)，又稱程序性細(xì)胞死亡（programmed

cell

death）細(xì)胞凋亡與細(xì)胞壞死不同THNMRYAN?細(xì)胞凋亡是多細(xì)胞生物在發(fā)育過程中，一種由基因控制的主動的細(xì)胞生理性自殺行為。?細(xì)胞凋亡過程中，細(xì)胞膜反折，包裹斷裂的染色質(zhì)片段或細(xì)胞器，形成眾多凋亡小體，凋亡小體為附近的細(xì)胞吞噬。整個過程中細(xì)胞膜保持完好，細(xì)胞內(nèi)容物不泄露，不引起炎癥。?細(xì)胞壞死時，細(xì)胞膜發(fā)生滲漏，細(xì)胞內(nèi)容物被釋放到細(xì)胞外，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)。細(xì)胞凋亡舉THNMRYAN凋亡小體THNMRYANb凋亡細(xì)胞；c凋亡細(xì)胞(透射電鏡)THNMRYANa正常T細(xì)胞雜交瘤細(xì)胞；THNMR壞死細(xì)胞凋亡細(xì)胞YANTHNMRYAN?發(fā)生凋亡的細(xì)胞：正常發(fā)育中多余細(xì)胞、無用細(xì)胞、突變細(xì)胞、有害細(xì)胞或衰老細(xì)胞。?生物學(xué)意義：維持組織、器官細(xì)胞數(shù)目相對平衡，保證個體正常發(fā)育，更新耗損細(xì)胞。?細(xì)胞凋亡的機制及其調(diào)控是非常復(fù)雜的細(xì)胞凋亡的分子機制?細(xì)胞凋亡與衰老的關(guān)系有待進(jìn)一步研?課外科普讀物?溫伯格著：細(xì)胞叛逆者新館二層中文科技區(qū)?劉易斯·托馬斯博士：細(xì)胞生命的禮贊?庫克：佛克曼：無