第十五章细胞分化与胚胎发育

（六） 染色质变化与基因重排对细胞分化的影响
染色体丢失 （马蛔虫、原生动物纤毛虫的营养核） 基因重排（B淋巴细胞分化为浆细胞并表达抗体）
（二）胞外信号分子对细胞分化的影响 近旁组织相互作用(proximate tissue interaction), 也称胚胎诱导(embryonic induction) - 主要通过细胞旁分泌产生的信号分子来实现（FGF、TGF、Wnt等）
远距离细胞间相互作用 - 主要是通过激素来调节的（甲状腺分泌甲状腺素和三碘甲状腺原氨酸）
Lineage Potential
已分化的细胞特别是细胞核中的染色质如何重新“编程”回到初始未分化的细胞状态？
Gene delivery methods for generating iPSCs [Retroviral or Lentiviral Transduction (A), Adenoviral Transduction (B), Plasmid Transfection (C), Transposon-based Transfection (D)].
（五）环境对性别决定的影响
短吻鳄及锦龟就是由温度决定性别。产下的卵还没有所谓的性别之分，等到发 育期中的某个关键时刻，这些卵才会因为巢中的温度而产生雌雄之别。若温度 高于特定温度，卵会孕育出雌龟，而较冷的温度则会使胚胎变成雄性。
许多热带鱼，例如小丑鱼，在生命后期才有性别之分。所有的小丑鱼在出生时 都是雄性，逐渐长大成熟时会变成雌性。另外，鱼群中只有最优势、最大只的 雌鱼，与最优势的小雄鱼能交配，若这只雌鱼死去，那么方才那只鱼群中体型 大、最具优势的雄鱼就会立刻转而变成雌鱼。
海胆卵不同卵块发育成不同幼虫，是由于分得的卵细胞质不同。在正常发育中不同 性质卵质通过细胞分裂被分配到不同子细胞中，进而不同细胞分化出了不同组织。

卵母细胞中含有多种mRNA，与蛋白质结合处于非活性状态（隐蔽RNA） 卵母细胞→卵细胞，mRNA在卵细胞质中呈不均匀分布 受精后，部分母体mRNA被激活，合成早期胚胎发育所需要的蛋白质 随着受精卵早期细胞分裂，隐蔽RNA不均一地分配到子细胞中，从而决 定未来细胞分化的方向
性别也可以因为幼体所处的地点而有所不同。绿蠕虫的性别决定于幼虫掉落的 地点：若幼虫掉到海底上，它便会成为雌性；若幼虫掉落到雌性身上，它则自 动变成雄性。
人们对于环境影响性别的机制还不清楚，但是它无疑表明，环境因素对 细胞分化可产生影响，并进而影响到生物的个体发育。但是，这些影响 因素又都是通过细胞自身的遗传机构发挥作用的。
细胞均表达的一类基因，其产物是维持细胞基本生命活动所必需的。 糖酵解酶系基因等，细胞基础代谢所需酶类，核糖体蛋白，膜转运蛋 白等
② 组织特异性基因(tissue-specific gene)
不同类型细胞中特异性表达的基因，其产物赋予各种类型细胞特异的 形态结构特征与特异的功能。 卵清蛋白基因、上皮细胞的角质蛋白基因和胰岛素基因等。 与细胞分化相关的基因在时间与空间上的差异表达，不仅涉及基因转录水平 和转录后加工水平上的调控，而且涉及染色体和DNA水平（如DNA与组蛋白 的修饰）以及蛋白质翻译和翻译后加工与修饰等复杂而严格的调控过程。
去分化→再分化
去分化：指分化细胞失去其特有的结构与功能变成具有未分化细胞特 征的过程。 【重编程（reprogramming）】 再生（regeneration）：指生物体缺失部分后重建的过程。 - 再生现象从另一个侧面反映了细胞的全能性。 - 在不同物种中，细胞分化状态的可塑性有很大不同。 - DNA复制有利于重新编程和获得新的分化状态 - 在再生过程中，有些细胞不涉及转分化 （肝细胞） - 再生过程往往需要干细胞的参与并涉及细胞的凋亡
三、影响细胞分化的因素 刺激
胞外信号系统
细胞信号转导调控网络
调节蛋白的组合
基因的选择性表达
细胞分化
（一） 受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响
Wi1son(1904)对软体动物角贝(Dentalium)的研究，当极叶在第一次卵裂前伸出时， 将其切除，所形成的幼虫缺少中胚层衍生物，如肌肉、口、壳腺、足等。由此可 见，极叶物质含有诱导细胞分化为中胚层的因子。
+ + +
+ + +
Southern杂交
+ + +
+ -
+ Northern 杂交
+
分子杂交技术检测基因及其mRNA的表达
不同类型的细胞各自表达一套特异的基因，其产物不仅决定细胞的形态结构， 而且执行特定的生理功能。
基因芯片：检测mRNA及其丰度 双向电泳和质谱技术等：分析蛋白质表达谱
（二） 管家基因与组织特异性基因 分化细胞基因组所表达的基因大致分为两种基因类型： ① 管家基因(house-keeping gene)
Weismann(1904)提出了决定子(determinant)这一假想概念，主张细胞中不 同的物质颗粒各代表机体不同的结构部分。能决定细胞分化方向的细胞物 质称为形态发生决定子（morphogenetic determinant)。不同性质的决定 子影响细胞向不同方向分化。决定生殖细胞分化的细胞质成分称为生殖质 (germ plasm)。
第十五章 细胞分化
多细胞有机体是由各种不同类型的细胞组成的。
在个体发育中，由一种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在形态、结构 和功能上形成稳定性差异，产生不同的细胞类群的过程称为细胞分化 （cell differentiation）
细胞分化的关键在与不同类型细胞中特异性蛋白质的合成
基因在特定的时间和 空间中选择性的表达
（二）胞外信号分子对细胞分化的影响 近旁组织相互作用(proximate tissue interaction), 也称胚胎诱导(embryonic induction) - 在早期胚胎发育过程中，一部分细胞会影响周围细胞使其向一定方向分化。 早期视泡诱导与之接触的外胚层上皮细胞发育为晶状体，在视泡和晶状体 的共同诱导下，外侧表皮细胞形成角膜。
（三） 组合调控引发组织特异性基因的表达
组合调控 （combinational control）
有限的少量调控蛋白启动了为数众多的特异细胞类型的分化程序。
在启动细胞分化的各类调节蛋白中，存在一两种起决定作用的调控蛋白， 编码这种蛋白的基因称为主导基因（master gene）。
Fibroblasts
细胞分化是多细胞有机体发育的基础，也是目前干细胞（stem cell）研究 中所面临的核心问题。
第一节 细胞分化
一、细胞分化的基本概念
（一） 细胞分化是基因选择性表达的结果
细胞总DNA 输卵管细胞 成红细胞 胰岛β细胞 输卵管细胞 细胞总RNA 成红细胞 胰岛β细胞
卵清蛋白基因探针 Β-珠蛋白基因探化
与多细胞有机体细胞分化的不同之处是：前者多为适应不同的生活环境， 而后者则通过细胞分化构建执行不同功能的组织与器官。
（五） 转分化与再生
转分化（transdifferentiation）：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 如水母横纹肌细胞经转分化可形成神经细胞、平滑肌细胞、上皮细胞， 甚至可形成刺细胞。
对称性分裂
非对称性分裂
（三）胚胎干细胞
（around 140 cells）
治疗性克隆（therapeutic cloning)
胰岛细胞 血细胞 心肌细胞 神经细胞 肝细胞 。。。。。。
体外定向分化
再生医学（Regenerative Medicine） 旨在将治疗性克隆技术与人胚胎干细胞的制备相结合，利用体外构 建的自身组织与器官来使患者得以康复。
（三）细胞间的相互作用与位置效应
细胞所处的位置不同对细胞分化的命运有明显的影响 位置效应（position effect):改变细胞所处的位置可导致细胞分化方向的改变。 鸡胚发育的原肠胚期，在由脊索细胞分泌的由Sonic hedgehog的基因编码的信 号蛋白的作用下，靠近脊索的细胞分化形成底板(floor plate)，而远离脊索的细胞 分化成运动神经元；如将另一个脊索植入鸡胚中线一侧，则会以同样方式诱导底 板和运动神经元的发育。如果shh的基因发生突变，则会导致中枢神经系统发育 异常，甚至可出现面部仅有一眼和一个鼻孔的畸胎。同样，shh蛋白也通过位置 效应调节肢体的发育，趾的长度、形态和内部结构，取决于shh蛋白的浓度或某 些由它调控的其他因子的浓度赋予肢芽分化的位置信息，最终发育形成由骨、软 骨和皮肤等构成的不同的趾。 细胞分化与3个胚层发生这一复杂的过程，不仅依赖于各种信号分子的组合， 而且与其浓度也就是细胞相互作用的位置密切相关 (微环境）
（四）细胞记忆与决定
信号分子的有效作用时间是短暂的，然而细胞可以将这种短暂的作用储存起来 并形成长时间的记忆，逐渐向特定方向分化。
果蝇幼虫（成虫盘）
细胞的决定：指一个细胞接受了某种指令，在发育中这一细胞及其子代细胞将 区别于其他细胞而分化成某种特定的细胞类型，或者说在形态、结构与功能等 分化特征尚未显现之前就已确定了细胞的分化命运。 细胞决定与细胞的记忆有关，细胞记忆可能通过两种方式实现： - 正反馈途径(positive feedback loop),即细胞接受信号刺激后，激活转录调节因子， 该因子不仅诱导自身基因的表达，还诱导其他组织特异性基因的表达 - 染色体结构变化（DNA与蛋白质相互作用及其修饰）的信息传到子代细胞，如同 两条X染色体中，其中一条始终保持凝集失活状态并可在细胞世代间稳定遗传一样。
Characterization of IPSCs
（二）干细胞
干细胞是机体内能进行自我更新（产生与自身相同的子代细胞）和多向分化潜 能（分化形成不同细胞类型）并具有形成克隆能力的一类细胞。 在细胞分化和个体发育中，起着关键和决定性的作用。