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YAN
现代生物学导论
闫永彬
Yong-Bin YAN,Ph.D,
清华大学 生物科学与技术系
细胞的生命活动 B
细胞分化与细胞死亡
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Cell differentiation occurs in multicellular organisms
Human,
1014 cells,
>200 cell types
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个体正常发育过程中 ——
? 细胞数目增加 —— 有控制的细胞分裂
? 细胞类型的增加 —— 有序的细胞分化
? 细胞分化的关键在于特异性蛋白质的合成 ->基因
选择性表达(基因组保持相同)
? 问题:如何确定细胞分化是基因选择性表达的结
果而非遗传物质在发育过程中的选择性丢失?
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Why a fertilized egg can develop into
different cells,Gene differentiated express
分子杂交技术检测基因及其表达 (了解 )
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8.2.1 细胞分化 ( cell differentiation)
? 细胞分化是基因选择性表达的结果
? 组织特异性基因 (奢侈基因 )与管家基因
? Tissue-specific genes (luxury genes),House-keeping
genes
?管家基因是所有细胞中均要表达的一类基因,其产物
对维持细胞基本生命活动是必需的
?组织特异性基因是不同的细胞类型进行特异性表达的
基因,其产物赋予各种类型细胞特异的形态结构特征
与特异的生理功能
?细胞分化是组织特异性基因在时间和空间上差异表达
8.2 细胞分化与个体发育
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? 细胞分化是发育的核心问题;
? 细胞分化的实质在于细胞合成特异性蛋白;
? 特异性蛋白合成的基础在于细胞基因的选
择性表达。
调节基因
? 细胞分化 分子机制 ---基因的选择性表达
(differential gene expression)
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?细胞分化的组合调控
组合调控
几种基因调节蛋白以不同的
组合调节不同的专一基因表
达,产生不同的细胞分化。
1
2 2
2
1
3 3 3 3
1 1,2
A B C D E F G H
课外参考
基因表达的调控(书上第十
章)。
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8.2.2 细胞全能性 ( cell totipotency) ?大约 200-300种不同分化类型的细胞构成人体不同的组织,
不同的组织细胞经历不同的变化;细胞社会的维持需要精密
的调控机制;
?细胞全能性 ( cell totipotency)
分化, 细胞经历从全能到
多能再到专能,彼此间在
结构、功能和形态产生稳
定性差异的过程。
The sheep star,Dolly
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8.2.2 细胞全能性 ( cell totipotency) The ability of a cell develops into a complete organism
? 植物细胞具有全能性,
在适宜条件下可培育成
完整植株,已广泛应用
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? 动物细胞
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8.2.3 干 细胞( stem cell)
(高等)动物细胞随着胚胎的发育,细胞逐渐丧失发育成
个体的能力,仅具有分化成有限细胞类型及构建组织的潜
能,成为多潜能性,这种细胞成为干细胞。
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8.2.3 干 细胞( stem cell)
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1、细胞的全能性,多潜能性和终末分化;
2、胞外信号分子
信号分子,激素等多种细胞因子的调控
3、细胞记忆与决定
“细胞决定”( cell determination), 细胞从分化命运确定到
显现特定形态的过程
4、受精卵细胞质的不均一性
5、细胞间的相互作用与位置效应
6、环境等
8.2.4 细胞分化的影响因素(了解)
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1、基因组全能性和差别基因表达;
2、分化过程一般是不可逆的;
多能造血干细胞 ?单能造血干细胞 ?血细胞
去分化( dedifferentiation),丧失分化细胞的正常生理功能而
表现出某些未分化细胞的特征 — 如肿瘤细胞
转分化 (thansdifferentiation):一种类型的分化细胞转变为另
一种类型的分化细胞(经历去分化和再分化) — 如再生
3、分化方向的限定早于形态差异的出现;
4、在分化中细胞保留记忆;
8.2.5 细胞分化的特征
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Why do researchers study stem cells?(了解)
? repairing tissue damage caused by disease or injury
? burns
Turning blood into brain,Science,2000,290,1779-1782
Turning brain into blood,Science,1999,283,534-535
Rescue of Cardiac Defects … by Injection of
Embryonic Stem Cells,Science,2004,306,247-252
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?肿瘤与癌 ( cancer)
?癌细胞的基本特征
?细胞生长与分裂失去控制, 分化程度低
?具有 侵润性和扩散性,良性肿瘤和恶性肿瘤
?细胞间相互作用改变
?蛋白表达谱系或蛋白活性改变
?mRNA转录谱系的改变
8.3 癌细胞 (书上 10.4节)
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? 癌症是由携带遗传信息的 DNA的病理变化引起
的疾病
? 与遗传病不同的是, 癌症主要是体细胞 DNA突
变, 而不是生殖细胞 DNA突变
? 癌基因 ( oncogenes) 是控制细胞生长和分裂
的正常基因的一种突变形式, 能引起正常细胞
癌变
? 细胞正常增殖通过增殖相关基因和抑制增殖相
关基因的协同作用;肿瘤细胞是这两类基因的
突变导致增殖失控
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?癌基因 ( oncogenes), v-onc and c-onc
Rous(1910)发现鸡的致癌 RNA病毒
它携带 Src基因( v-oncogene),该基因对病毒繁殖是不必要
的,但当病毒感染鸡后可引起细胞癌变。
1976年病毒学家迈克尔 ·毕肖普 (Michael Bishop) 和他的博士后
哈罗尔德 ·沃尔姆斯 (Harold Varmus)发现,
鸡的正常细胞基因组中也有一个与病毒 Src基因同源性很高的
基因,编码一种与细胞分裂调控相关的蛋白激酶。它不具有致
癌能力,被成为细胞原癌基因( proto-oncogene),或 C-
oncogene 。 ( 1989年的诺贝尔医学奖)
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?抑癌基因 ( tumor-suppressor gene) Rb p53
抑癌基因( tumor suppressor gene)
Harris(1968),癌细胞系与同组织正常细胞融合 ?
杂交细胞无恶性表型,也不致癌; 随着染色体
丢失 ?则可能恢复致癌,
特 点 原癌基因 抑癌基因
基因属性 细胞增殖必需 细胞分化必需
致癌方式 基因突变激活, 异常表达 基因缺失或失活
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原癌基因 抑癌基因
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?细胞癌变是多次基因突变的结果
?癌症是典型的 老年性疾病
?癌症可以治疗
肿瘤发生的遗传现象,
遗传型:家族性、多发性、双侧性和早发性;
非遗传型:散发性、单发性、单侧性和晚发性。
8.3 癌细胞
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? Hayflick界限
? 约 100年前 ~1960年, 细胞, 不死性, 学说 ( 魏斯
曼 )
? 1961年, Hayflick和 Moorhead,人体细胞表现出
明显的衰老, 退化和死亡的过程,
人细胞最高分裂次数,60~80次;
? 细胞的增殖能力与供体年龄有关, 早老症
? 细胞核而非细胞质决定了细胞衰老的表达
? 物种寿命与培养细胞寿命间存在确定的相关关系
龟细胞最高分裂次数,90~125次;
鸡细胞最高分裂次数,15~35次;
8.4 细胞衰老( cellular aging)与
凋亡 ( apoptosis)
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?细胞凋亡 ( apoptosis),又称程序性细胞
死亡 ( programmed cell death)
细胞凋亡 与细胞坏死不同
? 细胞凋亡是多细胞生物在发育过程中,一种由
基因控制的主动的细胞生理性自杀行为。
? 细胞凋亡过程中,细胞膜反折,包裹 断裂的染
色质片段 或细胞器,形成众多 凋亡小体,凋亡
小体为附近的细胞吞噬。整个过程中 细胞膜保
持完好,细胞内容物不泄露,不引起炎症。
? 细胞坏死时,细胞膜发生渗漏,细胞内容物被
释放到细胞外,导致炎症反应。
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? 发生凋亡的细胞,
正常发育中多余细胞、无用细胞、突变细
胞、有害细胞或衰老细胞。
? 生物学意义,
维持组织、器官细胞数目相对平衡,保证
个体正常发育,更新耗损细胞。
? 细胞凋亡的机制及其调控是非常复杂的
细胞凋亡的分子机制
? 细胞凋亡与衰老的关系有待进一步研究
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课外科普读物
? 温伯格著,细胞叛逆者
新馆二层中文科技区
? 刘易斯 ·托马斯博士,细胞生命的礼赞
? 库克,佛克曼:无痛治癌不是梦
新馆一层中文社科区
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? 细胞分化的特征
? 细胞分化是基因选择性表达的结果
? 基因组全能性
? 干细胞
? 分化过程一般是不可逆的
? 癌细胞,
基本特征,原癌基因与抑癌基因的区别
? 细胞 凋亡, Hayflick界限,细胞 凋亡 特征
本节重点
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? 遗传 8.2-8.5部分自学
? 下节内容:生命的起源与进化(书 12章)