1、細(xì)胞球分化的分子反應(yīng)歷程、顯微手術(shù)和染色體組學(xué)顯示發(fā)育調(diào)控的迷基因克隆和測序比對(duì)其分子反應(yīng)歷程，中山高等院校發(fā)表：楊中漢()、分子生物學(xué)和臨床、分子生物學(xué)和臨床， 本章內(nèi)容細(xì)胞球分化潛在能力和干細(xì)胞細(xì)胞球分化和染色體組變化參與細(xì)胞球分化的細(xì)胞信號(hào)途徑基因表達(dá)和組織發(fā)生專一性蛋白基因表達(dá)的發(fā)育階段性基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制(小RNA分子調(diào)控)是指影響細(xì)胞分化的因子細(xì)胞分化異常和疾病，多細(xì)胞生物生長發(fā)育中， 在某種內(nèi)在反應(yīng)歷程的作用下，細(xì)胞球在結(jié)構(gòu)、形態(tài)、生理機(jī)能及生化特征等方面逐漸產(chǎn)生穩(wěn)定性差異，增多的人體有約200種不同的分化細(xì)胞球，細(xì)胞球分化(cell differentiation )指細(xì)胞分裂和

2、再生過程，細(xì)胞球通過分裂增殖，將遺傳信息傳給子代，增加種的持續(xù)和數(shù)量細(xì)胞球增殖(cell prolifeation )，在增殖與分化密切相關(guān)的增殖過程中分化，在分化過程中增殖。 細(xì)胞球增殖分化異常本質(zhì)上是基因的調(diào)控異常。 細(xì)胞球分化特征，1 )判斷細(xì)胞球分化的指標(biāo)：細(xì)胞球形態(tài)、生化特征，功能2 )細(xì)胞球分化的形式時(shí)間上：指一個(gè)細(xì)胞球在不同的發(fā)育階段存在不同的形態(tài)和功能變化(骨髓內(nèi)造血干細(xì)胞的發(fā)生過程)。 空間：來源于一個(gè)細(xì)胞球的子細(xì)胞球因位置不同其形態(tài)和功能也不同(來源于外胚層的細(xì)胞球可以發(fā)育成表皮細(xì)胞或神經(jīng)元細(xì)胞)。 3 )細(xì)胞球分化的方式：一是分化后的細(xì)胞球單純倍增，形成新的分化細(xì)胞球；另

3、一是由未分化的干細(xì)胞構(gòu)成。 受精卵發(fā)育是嚴(yán)格的模式和按時(shí)間順序發(fā)展的，具有發(fā)育為完整個(gè)體的潛力。 這種潛力來自一組被稱為干細(xì)胞的分化能力。 在個(gè)體發(fā)育的整個(gè)過程中，干細(xì)胞的存在促進(jìn)了細(xì)胞球分化。 干細(xì)胞的功能包括維持、修復(fù)作用自我復(fù)制多種分化潛力并產(chǎn)生具有分化功能的細(xì)胞球，干細(xì)胞、干細(xì)胞具有區(qū)別于其他細(xì)胞球的特點(diǎn)： 1、可分化成與自身完全相同的細(xì)胞球2、可產(chǎn)生特異性分化細(xì)胞球。 根據(jù)個(gè)體發(fā)育過程中出現(xiàn)的優(yōu)先順序，干細(xì)胞分類：無所不能干細(xì)胞胚胎干細(xì)胞多能干細(xì)胞定向干細(xì)胞、成體干細(xì)胞或組織干細(xì)胞，又稱無所不能干細(xì)胞，存在于未發(fā)育成熟胚胎中，高水平表達(dá)端粒酶可分化為除構(gòu)成臍胎盤、臍帶等外的任何特定種

4、類的細(xì)胞球。 成為動(dòng)物的所有組織和器官。 胚胎干細(xì)胞、特定組織中的非特異性細(xì)胞球可以無限制地分裂自我更新。 生成的子細(xì)胞球有兩個(gè)結(jié)果。 一是保持父母的特性，作為干細(xì)胞發(fā)揮作用；二是不可逆地向終端方向發(fā)展，從一個(gè)變成幾個(gè)類型的特定細(xì)胞球。 成體干細(xì)胞，多能干細(xì)胞：通過分化產(chǎn)生2種以上的細(xì)胞球，如骨髓造血干細(xì)胞是多能造血干細(xì)胞，通過增殖、分化產(chǎn)生定向干細(xì)胞，產(chǎn)生分化細(xì)胞球的定向干細(xì)胞：出生的子細(xì)胞球可分化為某種細(xì)胞球如精原細(xì)胞、血紅細(xì)胞系、白血球系等，定向干細(xì)胞失去多向分化的能力、增殖能力不是無限的，可以多次2004年2月，韓國首爾高等院?？茖W(xué)家黃禹錫在科學(xué)雜志上發(fā)表論文，2005年5月全球首次成

5、功使用卵子培育人胚胎干細(xì)胞，又在科學(xué)雜志上發(fā)表論文，宣布利用患者的身體細(xì)胞球克服了愛沙尼亞克朗胚胎干細(xì)胞的科學(xué)難題。 首爾高等院校調(diào)查委員會(huì)發(fā)布的最終調(diào)查報(bào)告顯示，黃禹錫這兩項(xiàng)劃時(shí)代的研究實(shí)驗(yàn)資料是偽造的。黃禹錫在2005年培育出第一只愛沙尼亞克朗犬(第一只愛沙尼亞克朗動(dòng)物為1996克隆羊Dolly )，雖然干細(xì)胞命運(yùn)各不相同，但分化反應(yīng)歷程相似：調(diào)控基因指導(dǎo)專一性基因的轉(zhuǎn)錄和特定蛋白的合成，細(xì)胞球逐漸發(fā)展為具有專業(yè)性的特定細(xì)胞球型。 同樣，干細(xì)胞也響應(yīng)于鄰近細(xì)胞球的生長信號(hào)，引起與特定基因激活相對(duì)應(yīng)的蛋白質(zhì)合成，并與細(xì)胞球分化、運(yùn)動(dòng)或其他細(xì)胞球作用形成組織。 1970年Martin Evan

6、s首次從小鼠胚囊中分離出小鼠胚胎干細(xì)胞。 1998年被證實(shí)具有自我復(fù)制能力、可分化為人體206種組織器官原始細(xì)胞球的人胚囊內(nèi)層細(xì)胞球分離出人胚胎干細(xì)胞，目前通過核移植技術(shù)獲得人胚胎干細(xì)胞。 人的胚胎什么時(shí)候開始享受人的尊嚴(yán)？ 胚胎是初期的生命嗎？ 干細(xì)胞具有穩(wěn)定的生存增殖和維持多向分化潛力的特性，在遺傳性疾病和組織臟器移植領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景。 (1)細(xì)胞球分化的特點(diǎn)；(2)穩(wěn)定性：分化建立、分化狀態(tài)穩(wěn)定；(2)萬能性：子細(xì)胞球保存了父細(xì)胞球的所有信息，可在一定條件下表達(dá)；(3)選擇性：分化細(xì)胞球的基因選擇性表達(dá)，出現(xiàn)不同的表型；(4)可逆性：在有增殖能力的組織分化的細(xì)胞球在一定條件下可逆轉(zhuǎn)為

7、胚胎狀態(tài)，發(fā)生脫分化現(xiàn)象(1)細(xì)胞球分化的反應(yīng)歷程；(2)“決定”具有在分化細(xì)胞球決定(determination )之前細(xì)胞球內(nèi)的某個(gè)基因被永久封閉、另一個(gè)基因依次表達(dá)、向某個(gè)特定方向分化的能力(穩(wěn)定、遺傳)。 例如，胚胎早期的外(神經(jīng)元細(xì)胞、上皮細(xì)胞球、肛門上皮細(xì)胞球)、中(泌尿、生殖)、內(nèi)(呼吸、消化) 3胚葉細(xì)胞球形態(tài)雖無差異，但擬分別分化為不同的組織細(xì)胞。 (2)由于細(xì)胞質(zhì)在決定細(xì)胞球差異中作用的細(xì)胞質(zhì)分配不均、子干細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)級(jí)分的差異，使子細(xì)胞球產(chǎn)生差異(即分化的表現(xiàn))。 (3)細(xì)胞球間相互作用定位效應(yīng)：細(xì)胞球分化涉及細(xì)胞球位置和其他細(xì)胞球的關(guān)系，包括通過細(xì)胞球間直接接觸傳遞信息

8、和細(xì)胞球外物質(zhì)(細(xì)胞因子)的作用結(jié)果。 細(xì)胞球內(nèi)的不同基因在不同的發(fā)育階段上選擇性地被激活，即基因的時(shí)空有序表達(dá)。 動(dòng)物卵細(xì)胞中儲(chǔ)藏著大量的mRNA，用不均一分布的轉(zhuǎn)錄抑制劑放線菌素d處理海膽受精卵，胚胎發(fā)育到胚期用蛋白翻譯抑制劑嘌呤霉素處理受精卵，受精卵可以停止發(fā)育。 卵裂后細(xì)胞質(zhì)的特性決定子細(xì)胞核的分化命運(yùn)。 昆蟲以表面卵破裂的方式形成胚葉細(xì)胞球。 侵入雞蛋后端極質(zhì)部的細(xì)胞球發(fā)育成原生殖細(xì)胞，利用紫外輻射照射該區(qū)域則極質(zhì)被破壞，雞蛋發(fā)育成無生精細(xì)胞的不孕不育個(gè)體。 (1)細(xì)胞分裂不對(duì)稱、細(xì)胞球不對(duì)稱分裂使姐妹細(xì)胞球產(chǎn)生差異，細(xì)胞分裂時(shí)一些重要分子不均一地分布到兩個(gè)子細(xì)胞球；1 )胚胎誘導(dǎo)(

9、embryonic induction ) :在胚胎發(fā)育過程中，一些細(xì)胞球影響鄰近細(xì)胞球向一定方向的分化作用。 誘導(dǎo)體(inductor ) :在其他細(xì)胞球中發(fā)揮指引作用的細(xì)胞球：脊索可以誘導(dǎo)其頂部外胚層神經(jīng)板，發(fā)育成神經(jīng)溝和神經(jīng)管的視細(xì)胞球可以誘導(dǎo)其外的外胚層形成結(jié)晶，結(jié)晶可以誘導(dǎo)外胚層形成角膜。 (二)細(xì)胞球之間的相互作用，以及復(fù)雜的模式是由細(xì)胞球之間的相互作用產(chǎn)生的，誘導(dǎo)的相互作用可以在原本相同的細(xì)胞球中建立秩序之差，2、分化抑制：使成熟的細(xì)胞球分化后產(chǎn)生抑揚(yáng)，能夠抑制相鄰細(xì)胞球的類似分化。 如果含有青蛙心組織的培養(yǎng)液培養(yǎng)青蛙胚，青蛙胚就不能發(fā)育正常的心臟。3、細(xì)胞球效應(yīng)小鼠胚胎胰原化學(xué)

10、基在體外進(jìn)行組織培養(yǎng)時(shí)，可發(fā)育成功能性胰組織，但胰原化學(xué)基分成8個(gè)小塊分別培養(yǎng)不能形成胰組織，不同小塊合并可形成胰組織。 4、細(xì)胞球外基質(zhì)影響干細(xì)胞在型膠原和層粘蛋白上分化為上皮細(xì)胞球，型膠原和纖維粘連蛋白形成纖維細(xì)胞球； 在型膠原及軟骨粘連蛋白上對(duì)軟骨細(xì)胞發(fā)育。 5 .昆蟲的保幼激素和蛻皮荷爾蒙激素等荷爾蒙激素的作用。 1、染色體結(jié)構(gòu)的變化1 )基因刪除：原生動(dòng)物、昆蟲、甲殼動(dòng)物。 2 )基因擴(kuò)增：果蠅多線染色體。 3 )基因重排：免疫球蛋白基因(106108種抗體)。 4)DNA的甲基化和異吉卜賽人素化：胞嘧啶的甲基化使基因失活。 (3)細(xì)胞核與細(xì)胞球分化，2、基因與細(xì)胞球分化無論是母體m

11、RNA的作用還是細(xì)胞球間的相互作用，結(jié)果均可引起特定基因的表達(dá)。 果蠅、家蠶等實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的研究表明，卵受精后，首先表達(dá)母體基因的母體基因產(chǎn)物為轉(zhuǎn)錄因子，沿胚的前后軸形成濃度梯度， 決定胚胎前后位置和頭尾區(qū)域的其他基因的表達(dá)受到控制：母體基因間隙基因?qū)蝮w節(jié)極性基因同源異形基因(homeotic gene，Hox )、Gene and Development、母體基因、間隙基因、對(duì)基因、體節(jié)極性基因、同源異形基因、和生物細(xì)胞球含有決定生長分裂與分化的全部基因信息，在與細(xì)胞球分化的關(guān)系上，與奢侈基因和私人管家基因、2奢侈基因和私人管家基因、奢侈基因(luxury gene )、查詢密碼細(xì)胞球?qū)Ｒ恍?/p>

12、的蛋白質(zhì)及各種分化細(xì)胞的特定性狀直接相關(guān)，而這些基因不直接影響細(xì)胞自身的生存例如，查詢密碼血紅細(xì)胞血色素、肌紅蛋白、肌動(dòng)蛋白等的基因就是這樣。 私人管家基因(house keeping gene )，這種基因的表達(dá)產(chǎn)物是細(xì)胞球生命活動(dòng)持續(xù)需求和必需的，但與細(xì)胞球分化關(guān)系不大，在細(xì)胞球分化中僅起協(xié)同作用。 例如tRNA、rRNA基因、催化能量代謝的各種酶體系、三羧酸循環(huán)中的各種酶體系等，從分子水平來看，細(xì)胞球分化主要是奢侈基因中某一(或)特定基因選擇性表達(dá)的結(jié)果。 有些基因的選擇性表達(dá)合成執(zhí)行特定功能的蛋白質(zhì)，產(chǎn)生特定的分化細(xì)胞球型。 一個(gè)染色體組成熟分化的細(xì)胞球保持著所有的核染色體組。 分化細(xì)

13、胞球的基因表達(dá)特征基因的逐步差異表達(dá)，相關(guān)實(shí)驗(yàn)： 1964年Gurdon等人進(jìn)行的非洲爪蟾實(shí)驗(yàn)1970年培養(yǎng)了Steward等人懸浮培養(yǎng)的可通過胡蘿卜單細(xì)胞球培育的胡蘿卜株。 1996年，英吉利學(xué)者研究了“多莉”羊、J.Gurdon 1964、懸浮培養(yǎng)的胡蘿卜細(xì)胞球可培育的植株、(Steward，1970年)、Dolly標(biāo)本和伊恩博士研究生、dolly:11、多莉的誕生與3只母羊有關(guān)，而多莉提供細(xì)胞核什么地方來的遺傳信息？ 克隆羊于1996年7月5日，砧座科學(xué)課題組克隆羊“多利”誕生于斯科特南非蘭特愛丁堡城郊鄉(xiāng)的羅斯林研究所。 “多利”是世界上第一個(gè)被成年哺乳動(dòng)物體細(xì)胞球愛沙尼亞克朗的動(dòng)物。

14、2002年初，美國德克薩斯州高等院校的威斯辛教授培育了世界上第一只愛沙尼亞克朗貓。 我2006年生了3只貓。 愛沙尼亞克朗馬是2003年5月28日世界上第一匹愛沙尼亞克朗馬“普羅米蒂亞”在意大利克雷莫納市繁殖技術(shù)和家畜飼養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室出生，愛沙尼亞克朗馬科學(xué)研究工作團(tuán)隊(duì)的責(zé)任者是切薩雷加利教授。2005年8月，韓國首爾高等院校教授黃禹錫研究工作團(tuán)隊(duì)向公眾介紹了為期9周的阿富汗斯坦共和國獵犬“史那比”，并宣告為世界上第一只愛沙尼亞克朗犬。 愛沙尼亞克朗猴胚胎2007年11月美國俄勒岡州的比夫頓國家靈長類研究中心紹利特米塔利波夫研究工作團(tuán)隊(duì)利用10歲的雄性長臂猿愛沙尼亞克朗胚胎，從20個(gè)愛沙尼亞克朗胚胎

15、培育了2個(gè)胚胎干細(xì)胞，從愛沙尼亞克朗胚胎培育了成熟的猴心臟細(xì)胞球和顱神經(jīng)。 是愛沙尼亞克朗嗎？ 動(dòng)物的愛沙尼亞克朗制作過程，齊天大圣：“實(shí)際上我在五百年前成功地制作了猴子的愛沙尼亞克朗！ 這些個(gè)實(shí)驗(yàn)表明，即使是終末分化細(xì)胞球，其細(xì)胞核也包含所有的遺傳信息，即發(fā)育成完整個(gè)體的“萬能性”。 細(xì)胞球萬能性：指分化的細(xì)胞球還具有發(fā)育為完整個(gè)體的能力，精子和卵子結(jié)合后，來自父母的基因組合，形成發(fā)育為完整個(gè)體所需的染色體組。 細(xì)胞球最初是“與染色體組同等”，但漸漸啟動(dòng)了不同的分化計(jì)程儀程序。 每個(gè)特定類型的細(xì)胞球只使用遺傳信息的一部分，表達(dá)特異蛋白質(zhì)的定徑套。 在分化過程中，細(xì)胞球有選擇地激活某個(gè)基因，合

16、成其他類型細(xì)胞球所不具有的蛋白質(zhì)，構(gòu)成其特定細(xì)胞球的結(jié)構(gòu)、產(chǎn)物和功能的基礎(chǔ)。 如肌細(xì)胞球發(fā)達(dá)的原腸胚形成階段，整個(gè)胚胎細(xì)胞球能夠合成肌紅蛋白，但原腸期以后，合成肌紅蛋白的細(xì)胞球局限于心臟，其他部位的細(xì)胞球受到抑制。 分化中為什么會(huì)出現(xiàn)動(dòng)物細(xì)胞球的表型差異呢？ 這是細(xì)胞球分別表達(dá)特異基因的結(jié)果。 一些胚胎細(xì)胞球根據(jù)其遺傳潛在能力是“無所不能”，但其所具有的遺傳信息并不是在發(fā)育過程中表現(xiàn)出來的，而是按嚴(yán)格的時(shí)空順序選擇性地表現(xiàn)其中的一部分。 分化是細(xì)胞球命運(yùn)決定過程中基因逐步差異表達(dá)的結(jié)果，基因表達(dá)的階段專一性(時(shí))和組織特異性(空)意味著特定基因的表達(dá)發(fā)生在嚴(yán)格的時(shí)間順序上，同時(shí)同一基因產(chǎn)物在不

17、同組織器官表達(dá)數(shù)量不同，不同產(chǎn)物蛋白分布于不同的細(xì)胞球或組織器官。 二、在細(xì)胞球分化和選擇性基因表達(dá)、胚胎發(fā)育過程中，細(xì)胞球染色體組嚴(yán)格按時(shí)空先后激活的現(xiàn)象稱為基因差異表達(dá)(differential expression )或序列表達(dá)(sequential expression )。 一個(gè)受精卵在個(gè)體發(fā)育過程中逐步分化產(chǎn)生各種細(xì)胞球類型和組織，這種分化是不同專一性基因相繼表達(dá)的結(jié)果。 特異蛋白的選擇性基因表達(dá)主要在轉(zhuǎn)錄水平上進(jìn)行，形成了DNA RNA多肽、轉(zhuǎn)錄、蠅類和其他雙翅目昆蟲唾液腺染色體上可見的膨松區(qū)。 膨松區(qū)是基因的活化區(qū)，即正轉(zhuǎn)錄區(qū)。 膨松區(qū)的位置和數(shù)量在同一發(fā)育階段的同一類型的細(xì)胞

18、球中是一致的，而不同類型的細(xì)胞球不同，在不同的發(fā)育階段中也有明顯的變化。 膨松反映了器官特異性的基因表達(dá)。 果蠅染色體膨松：基因激活喪失同等，果蠅多線染色體、多線染色體是染色體組不可逆變化和喪失染色體組同等的一個(gè)例子，發(fā)育分化期間不一定維持染色體組同等，用32P磷酸鹽分別配伍祖細(xì)胞和原血紅細(xì)胞， 用珠蛋白基因表達(dá)后可轉(zhuǎn)錄DNA的愛沙尼亞克朗胚胎型樣品紅寶石蛋白基因DNA探針進(jìn)行單孢雜交，發(fā)現(xiàn)原血紅細(xì)胞有DNA-RNA單孢雜交反應(yīng)，祖細(xì)胞未發(fā)生單孢雜交反應(yīng)。 說明了祖細(xì)胞胚胎型珠蛋白基因處于休止?fàn)顟B(tài)，直到發(fā)育成原血紅細(xì)胞才能激活。 表明樣品紅寶石蛋白基因具有嚴(yán)格的紅系組織特異性和發(fā)育階段專一性特征。特異基因的階段性表達(dá)、三、與細(xì)胞球分化相關(guān)的細(xì)胞信號(hào)通路、1Delta-Notch信號(hào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)細(xì)胞球分化2Wnt/Frizzled信號(hào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)細(xì)胞球分化、 Delta-Notch細(xì)胞信號(hào)系統(tǒng)組成和結(jié)構(gòu)德爾塔配體家族的Notch接納體：細(xì)胞