第十二章 细胞分化与基因表达调控

第十二章细胞分化与基因表达调控

细胞分化是在个体发育过程中细胞之间产生稳定差异的过程。

细胞在发生形态分化之前，就已受到限定而向特定方向分化，这一时期称为细胞决定。

分化程度的增进，细胞分裂能力逐渐下降，高度分化的细胞往往不再发生分裂。

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

细胞分化是由于基因选择性表达各自特有的专一性蛋白质而导致细胞形态、结构、与功能的差异。

不同类型的细胞在发育过程中表达一套特异的基因，其产物不仅决定细胞的形态结构，而且执行各自的生理功能。

（二）组织特异性基因与管家基因

事实上，细胞中的基因并不都和细胞分化有直接关系。

基因按其和细胞分化的关系可分为两类：

1、奢侈基因（组织特异性基因）：指与各种分化细胞的特殊性状有直接关系的基因群而对细胞生存并无直接影响。

2、管家基因：指维持细胞最低限度的功能所必需的基因。

由此可知，细胞分化最主要的特征是各种细胞各合成了特定的蛋白质和具有不同的表型，这主要是或某些奢侈基因中的某种特定基因有选择性地表达式结果。

3、调节基因：其产物用于调节特异性基因表达，或者起激活作用，或者起阴抑作用。

真核生物中差别基因的表达要在表达链的各级水平上受到调节，这要涉及到转录水平、RNA加工、翻译和蛋白质修饰。

（三）组合调控引发组织特异性基因的表达

每种类型的细胞分化是由多种调控蛋白共同完成的，通过组合调控的方式启动组织特异性基因的表达是细胞分化的基本机制。

（四）单细胞有机体的细胞分化

单细胞生物甚至原核生物也存在细胞分化问题。多细胞有机体在其分化程序与调节机制方面显得更为复杂。（备注）

（五）转分化与再生

一种类型的分化细胞转变成另一类型的分化细胞的现象称转分化。

转分化往往经历去分化和再分化的过程。去分化又称脱分化，是指分化细胞失去其特有结构与功能变成具有未分化细胞特征的过程。在动物中，去分化细胞具有胚胎间充质细胞的功能；在植物细胞中，去分化细胞变为薄壁细胞，组成愈伤组织。

生物体的整体部分器官受外力作用发生创伤而部分丢失，在剩余部分的基础上又生长出与丢失部分在形态上相同的结构，这一修复过程称为再生。

再生现象又从另外一个侧面反映了细胞的全能性。

二、影响细胞分化的因素

（一）细胞的全能性

细胞全能性是指细胞经分裂和分化后仍具有产生完整有机体的潜能或特性，称为细胞的全能性。不仅是受精卵，任何未分化或已分化的细胞都有分化为各种结构、功能细胞的可

能性，因为它们都含有物种的整套基因。

克隆技术的应用前景（多利）

（1）培育优良畜种和生产实验动物；（2）生产转基因动物（医用器官移植的供体、作为生物反应器，以及用于家畜遗传改良、创建疾病实验模型）；（3）生产人胚胎干细胞用于细胞和组织替代疗法；（把患者体细胞移植到去核卵母细胞中形成重组胚，把重组胚体外培养到囊胚，然后从囊胚内分离出ES细胞，获得的ES细胞使之定向分化为所需的特定细胞类型(如神经细胞，肌肉细胞和血细胞（4）复制濒危的动物物种，保存和传播动物物种资源。

（二）影响细胞分化的因素

细胞中组织特异性基因的选择性表达主要是由调控蛋白所启动。调控蛋白的组合是影响细胞分化的主要的直接因素。此外，外部的环境对某些物种细胞分化乃至个体发育也会产生很大影响。

1、胞外信号分子对细胞分化的影响

2、细胞记忆与决定

3、受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响

4、细胞间的相互作用与位置效应

5、环境对性别决定的影响

6、染色质变化与基因重排对细胞分化的影响

第二节癌细胞

癌细胞是细胞分化过程中，正常细胞分化机制失控的细胞，成为“不死”的永生细胞。

癌细胞与正常细胞不同的是，不同类型的分化细胞都具有相同的基因组；而癌细胞的细胞类型与特征相近，但基因组却发生不同形式的突变。

一、癌细胞的基本特征

1、无限增殖

2、具有侵润性和扩散性细胞

3、细胞间相互作用改变

4、蛋白质表达谱系或蛋白活性改变

5、mRNA转录谱系的改变

6、体外培养的恶性转化细胞的特征；失去接触抑制。

二、癌基因和抑癌基因

1、癌基因：是控制细胞生长和分裂的正常基因（原癌基因）的一种突变形式，能引起正常细胞癌变。

目前已发现近百种癌基因。癌基因编码的蛋白主要包括生长因子、生长因子受体、信号传导通路中的分子、基因转录因子和细胞周期调控蛋白等几大类型。

2、抑癌基因：是正常细胞增殖过程中的负调控因子，它编码的蛋白往往在细胞周期的检验点上起阻止周期进程的作用。

如果癌基因突变，丧失其细胞增殖的负调控作用，则导致细胞失控而过度增殖。癌症是一种典型的老年性疾病，它涉及一系列的原癌基因与肿瘤抑癌基因的致癌突变的积累。

第三节真核细胞基因表达的调控

真核细胞基因表达的调控是多级调控系统，主要发生在三个彼此相对独立的水平上：

1、转录水平的调控：

决定某个基因是否会被转录，并决定转录的频率。既于顺式调控元件有关，又于反式作用因子有关。

2、加工水平的调控：

决定初始mRNA转录（hnRNA）被加工为能翻译成多肽的信使RNA（mRNA）的途径，选择性剪接是一种广泛存在的RNA加工机制，通过这种方式，一个基因能编码两个或多个相关蛋白质，产生蛋白质多样性，这是在RNA加工水平上调节基因表达的重要方式。

3、翻译水平的调控：

决定某种mRNA是否会真正得到翻译，如果能得到翻译，还决定翻译的频率和时间长短。翻译水平的调控机制，一般都是通过细胞质中特异的mRNA和多种蛋白质之间的相互作用来实现的。涉及到mRNA的细胞质定位，mRNA翻译的调控稳定性的调控等。