第15章細胞分化與胚胎發(fā)育

1、第15章 細胞分化與胚胎發(fā)育,本章主要內容,第一節(jié) 細胞分化第二節(jié) 胚胎發(fā)育中的細胞分化,細胞分化的基本概念細胞的全能性與多能干細胞影響細胞分化的因素,細胞分化,一、細胞分化的基本概念,細胞分化是指在個體發(fā)育中，由一種相同的細胞類型經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、產生不同的細胞類群的過程。,（一）細胞分化是基因選擇性表達的結果,（二）管家基因/組織特異性基因,（三）組合調控引發(fā)組織特異性基因的表達,黏菌繁

2、殖過程示意圖,（四）單細胞有機體的細胞分化,（五）轉分化與再生,（五）轉分化與再生,二、細胞的全能性與多能干細胞,細胞的全能性是指細胞經分裂和分化后仍具有形成完整有機體的潛能或特性。,分化潛能,全能干細胞 受精卵、卵裂早期細胞（16c）,干細胞,多能干細胞 胚胎干細胞、生殖嵴干細胞、造血干細胞,單能干細胞 神經干細胞,,來源,胚胎干細胞,成體干細胞,,造血干細胞逐級分化為各種類型的血細胞,多能干細胞,胚胎干

3、細胞,人類治療性克隆與再生醫(yī)學的設想,人的胚胎干細胞誘導分化成胰島β細胞,人體胚胎干細胞(hES),優(yōu)點：有潛力在體內發(fā)育成任何細胞類型。缺點： (l)供體卵母細胞的來源困難, ES細胞建系效率低； (2)免疫排斥反應； (3)ES細胞具有成瘤性； (4)體外保持ES細胞全能性的條件非常復雜； (5)倫理學爭論。,誘導多能干細胞（ iPS ）建系過程的示意圖,誘導多能干細胞i

4、PS(induced pluripotent stem cells),誘導多能干細胞（iPS）,通過基因轉染技術(gene transfection)將某些轉錄因子導入動物或人的體細胞, 使體細胞直接重構成為胚胎干細胞（embryonic stem cell, ESC）細胞樣的多潛能細胞。iPS細胞不僅在細胞形態(tài)、 生長特性、 干細胞標志物表達等方面與ES細胞非常相似, 而且在DNA甲基化方式、 基因表達譜、 染色質狀態(tài)、 形成

5、嵌合體動物等方面也與ES細胞幾乎完全相同。,iPS優(yōu)點,與經典的胚胎干細胞技術和體細胞核移植技術不同，iPS技術不使用胚胎細胞或卵細胞，因此沒有倫理學的問題。利用iPS技術可以用病人自己的體細胞制備專用的干細胞，所以不會有免疫排斥的問題。,iPS缺點,比如，添加4個“重新編程”基因或取代疾病細胞中有缺陷基因的方法都可能有導致癌癥的副作用。,iPS發(fā)展歷程,2006年日本京都大學山中伸彌Shinya Yamanaka領導的實驗室在世界

6、著名學術雜志《細胞》上率先報道了iPS的研究。他們把Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4這4種轉錄因子引入小鼠胚胎或皮膚纖維母細胞，發(fā)現可誘導其發(fā)生轉化，產生的iPS細胞在形態(tài)、基因和蛋白表達、表觀遺傳修飾狀態(tài)、細胞倍增能力、類胚體和畸形瘤生成能力、分化能力等都與胚胎干細胞極為相似。,2007年末，Thompson實驗室(美國Wisconsin大學)和山中伸彌實驗室?guī)缀跬瑫r報道，利用iPS技術同樣可以誘導人皮膚纖維母細胞成為幾

7、乎與胚胎干細胞完全一樣的多能干細胞。所不同的是日本實驗室依然采用了用逆轉錄病毒引入Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4 4種因子組合，而Thompson實驗室則采用了以慢病毒載體引入OCT4、SOX2加NANOG和LIN28這種因子組合。這些研究成果被美國《科學》雜志列為2007年十大科技突破中的第2位。,2008年，哈佛大學George Daley實驗室利用誘導細胞重新編程技術把采自10種不同遺傳病患者病人的皮膚細胞轉變?yōu)?/p>

8、iPS，這些細胞將會在建立疾病模型、藥物篩選等方面發(fā)揮重要作用。美國科學家還發(fā)現，iPS可在適當誘導條件下定向分化，如變成血細胞，再用于治療疾病。哈佛大學…….這表明利用誘導重新編程技術可以直接獲得某一特定組織細胞，而不必先經過誘導多能干細胞這一步。,2009年，中國科學家于2008年11月利用iPS細胞培育出小鼠——“小小”。中國科學院動物研究所周琪研究員和上海交通大學醫(yī)學院曾凡一研究員領導的研究組合作完成的工作表明，利用iP

9、S細胞能夠得到成活的具有繁殖能力的小鼠，從而在世界上第一次證明了iPS細胞與胚胎干細胞具有相似的多能性?？茖W家表示，這一研究成果表明iPS干細胞或許同胚胎干細胞一樣可以作為治療各種疾病的潛在來源。,《時代周刊》2009年十大醫(yī)學突破,2012年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎,京都大學物質-細胞統(tǒng)合系統(tǒng)據點iPS細胞研究中心主任長山中伸彌和英國發(fā)育生物學家約翰-戈登因在細胞核重新編程研究領域的杰出貢獻而獲獎。,,,三、影響細胞分化的因素,受精卵細

10、胞質的不均一性；胞外信號分子；胞間相互作用與位置效應；細胞記憶與決定；環(huán)境；染色質變化與基因重組。,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,原生殖細胞（PGC）的遷移,性腺細胞分化中的信號途徑,PGC進入生殖嵴后的細胞分裂,生殖嵴對生殖細胞減數分裂的調控,神經管的形成,調控脊髓神經細胞增殖的信號系統(tǒng),神經元前體細胞通過側向抑制而特化,脊髓背腹分化中