細胞分化與胚胎發(fā)育

1第十五章細胞分化與胚胎發(fā)育2第一節(jié)細胞分化一、細胞分化的基本概念細胞分化：在個體發(fā)育中，由一種相同的細胞類型經(jīng)細胞分裂后逐漸在形態(tài)、結構和功能上形成穩(wěn)定性差異，產生各不相同的細胞類群的過程。脫分化：已經(jīng)分化的細胞失去特有的結構與功能，恢復分化前的狀態(tài)轉分化：一種類型分化的細胞轉變成另一種類型的分化細胞現(xiàn)象。

34（一）細胞分化是基因選擇性表達的結果

細胞分化的關鍵在于特異性蛋白質合成；合成特異性蛋白質實質在于組織特異性基因在時間和空間上的差異性表達。5不同組織細胞的基因差異表達6（二）管家基因與組織特異性基因◆當家基因(house-keepinggenes)：是指所有細胞中均要表達的一類基因，其產物是維持細胞基本生命活動所必需的；◆組織特異性基因(tissue-specificgenes)，或稱奢侈基因(luxurygenes)：是指不同的細胞類型進行特異性表達的基因，其產物賦予各種類型細胞特異的形態(tài)結構特征與特異的功能；◆調節(jié)基因產物用于調節(jié)組織特異性基因的表達，起激活或者起阻遏作用。7（三）組合調控引發(fā)組織特異性基因的表達1．在每一套組合體調控中有1或2種蛋白是起決定性作用的因子，又稱為關鍵性調控蛋白，由它可以啟動特定類型細胞的分化。2．少數(shù)幾種調控蛋白可以調節(jié)多種細胞的分化。8（四）單細胞有機體的細胞分化單細胞生物的分化：單細胞生物甚至原核生物為適應環(huán)境均涉及一系列特異基因的表達，也會出現(xiàn)細胞分化的現(xiàn)象，但其分化的程序和調節(jié)的機制沒有多細胞有機體的復雜。9五、分化與再生轉分化：在細胞分化過程中還存在轉分化現(xiàn)象，它是指一種類型的分化細胞轉變成另一種類型的分化細胞的現(xiàn)象。去分化：又叫脫分化，是指分化細胞失去其特有結構與功能變成具有未分化細胞（胚性細胞）特征的過程。10二、細胞的全能性與多能干細胞（一）細胞的全能性1．全能性細胞（1）概念：細胞經(jīng)分裂和分化后仍具有產生完整有機體的潛能或特性，這種特性稱為細胞的全能性。（2）種類：受精卵和早期胚胎細胞（8胞體及其以前的細胞）都是具有全能性的細胞。植物的體細胞也具有全能性。11122．干細胞

（1）概念：動物體內分化程度較低，增殖緩慢能夠自我維持的細胞，稱作干細胞。（2）類型：多能干細胞專能干細胞干細胞與轉化細胞的區(qū)別13干細胞與轉化細胞的區(qū)別14（三）胚胎干細胞胚胎干細胞是指存在于早期胚胎中具有多分化潛能的細胞。胚胎干細胞可以在體外無限擴增并保持未分化狀態(tài)，具有分化為胎兒或成體各種細胞類型的潛能。但是，單純的胚胎干細胞不能分化出胚外組織（或發(fā)育成胚胎）。形態(tài)特征生化特征15形態(tài)特征體積小、核大，有一個或多個核仁；胚胎干細胞克隆緊密堆積，細胞之間無明顯的界限，形似鳥巢。16生化特征具有堿性磷酸酶和端粒酶活性；表達SSEA-3、SSEA-4、TRA-1-60、OCT-4蛋白；無X染色體失活。17胚胎干細胞的來源

囊胚期胚胎的內細胞團（主要途徑）；小鼠和人的原始生殖細胞（定向培養(yǎng)）；植入體細胞核的卵細胞；早期的胚胎細胞（小鼠的卵黃囊細胞）。181920三、影響細胞分化的因素

胞外信號分子、細胞記憶、受精卵細胞質的不均一性、細胞間的相互作用和位置效應、環(huán)境因素、染色質的變化與基因重排等都可以影響細胞的分化。21第二節(jié)胚胎發(fā)育中的細胞分化一、生殖細胞的分化

二、早期胚胎發(fā)育過程中的細胞分化三、果蠅胚胎早期發(fā)育中的細胞分化22生殖細胞的分化（一）哺乳動物的性別分化Y染色體的性別決定區(qū)域SRY在上游基因產物的誘導下表達，激活SRY相關蛋白Sox9，后者又激活成纖維細胞生長因子基因FGF9的表達;FGF9蛋白分泌到胞外，通過信號轉導過程維持本身的Sox9基因表達，同時也作用于臨近細胞，保證分化的同步，并促發(fā)睪丸形成。Sox9蛋白還促使穆勒氏管退化，抑制卵巢形成。Wnt4與FGF9有拮抗作用，是卵巢形成必須的。2324（二）生殖細胞的形成與成熟卵細胞的形成：部分胚外組織的細胞分泌BMP4(bonemorphogenicprotein4)作用于臨近細胞，使之分化為PGC(原生殖細胞)的前體，通過信號轉導最終分化為PGC,經(jīng)過增殖，遷移，進入雌性生殖嵴，發(fā)育成卵原細胞，并通過有絲分裂增加數(shù)目，進入減數(shù)分裂1并停留在雙線期，性成熟后，完成減數(shù)分裂1進入減數(shù)分裂2并停留在中期，受精后，排出第2極體。受精卵再進一步發(fā)育成胚胎。25精子的形成：部分胚外組織的細胞分泌BMP4(bonemorphogenicprotein4)作用于臨近細胞，使之分化為PGC(原生殖細胞)的前體，通過信號轉導最終分化為PGC,經(jīng)過增殖，遷移，進入雄性生殖嵴，發(fā)育成精原細胞，有絲分裂受到抑制。出生前，有絲分裂重新啟動。性成熟后，進行減數(shù)分裂，通過分化形成成熟的精子。2627二、早期胚胎發(fā)育過程中的細胞分化（一）動物早期發(fā)育概述（二）神經(jīng)胚形成過程中的信號轉導（三）神經(jīng)管的初期分化28（一）動物早期發(fā)育概述受精卵（合子）通過分裂形成囊胚，然后再經(jīng)過劇烈的細胞分化和遷移形成原腸胚，它具有3個胚層，進而發(fā)育成機體的各種組織器官。海星2930（二）神經(jīng)胚形成過程中的信號轉導

1.脊索的形成脊索由中胚層細胞經(jīng)過Wnt信號途徑的作用，重組細胞骨架，改變細胞的形態(tài)和運動行為，并受胞外基質的引導，向頭部和尾部延伸發(fā)育而成。312神經(jīng)管的形成

脊索分泌出多種信號分子，誘導覆蓋在它表面的外胚層細胞發(fā)育成神經(jīng)板，神經(jīng)板凹陷成神經(jīng)溝，由于外胚層細胞的推擠，發(fā)育成神經(jīng)褶，再進一步融合成神經(jīng)管。在閉合前，融合處遷移出來的細胞發(fā)育成神經(jīng)嵴，最終形成外周神經(jīng)系統(tǒng)。32（三）神經(jīng)管的初期分化1.發(fā)育進程中的神經(jīng)干細胞維持（1）成纖維細胞生長因子FGF維持神經(jīng)干細胞特性神經(jīng)管旁前體節(jié)中胚層分泌的FGF,能抑制促分化基因pax6,從而誘導cyclinD2表達。cyclinD2與CDK4/6形成復合物，促進早G1期進程。神經(jīng)節(jié)前體細胞通過旁側抑制而向神經(jīng)元分化。在這一過程中，Delta-Notch信號途徑扮演了要的角色。（2）Wnt經(jīng)典途徑維持神經(jīng)管腹側前體細胞的分裂能力。Wnt通過β-catenin調控cyclinD1和c-myc的轉錄，促進神經(jīng)上皮細胞增殖。（3）hedgehog途徑對早期中樞神經(jīng)系統(tǒng)生長的調控（4）BMP信號調控背側脊髓細胞的增殖和分化332.神經(jīng)管細胞的分化誘導神經(jīng)管出現(xiàn)背腹分化的主要是4種信號：FGF(成纖維細胞生長因子)、RA（視黃酸）、shh和BMP（TGF-β分泌蛋白家族成員）3435三、果蠅胚胎早期發(fā)育中的細胞分化（1）果蠅胚胎發(fā)育的基因調控受精后區(qū)域性分布的母體基因表達產物通過級聯(lián)反應，激活或抑制相應的合子基因的表達，導致間隙基因→成對基因→體節(jié)極性基因→同源異形基因表達的區(qū)域化，從而決定果蠅胚胎的前后軸、背腹軸和體節(jié)的形成。（2）在果蠅胚胎發(fā)育過程中控制體節(jié)特征的一組含一段高度保守序列的基因群，叫做同源異型基因。有趣的是，負責各種節(jié)的典型特點的同源異形基因在染色體上的排列與表達順序和生物體空間順序一致36373839404142果蠅胚胎發(fā)育過程中基因的表達與調控無論是母體mRNA的作用還是細胞間的相互作用，其結果是啟動特定基因的表達。根據(jù)對果蠅、家蠶等實驗動物的研究表明：卵受精后，首先表達的是母體基因；母體基因的產物是轉錄因子，沿胚的前后軸形成一個濃度梯度，決定了胚的前后位置(頭尾區(qū)域)以及背腹側；控制其它基因的表達：母體基因→間隙基因→成對基因→體節(jié)極性基因→同源異形基因（homeoticgene，Hox）。4344同源異型盒基因

一類與胚胎發(fā)育及