Dolly: A lamb with no father
The sheep star: Dolly
Totipotency 受精卵和早期的胚胎细胞是具有全能性的细胞。植 物体细胞大多具有全能性。 Pluripotency 细胞丧失了发育成个体的能力，仅具有分化成有限 细胞类型或构建组织的潜能，这种潜能成为多潜能 性（pluripotency）。据有多潜能性的细胞成为干细 胞（stem cell）。 Monopotential cell 仅具有分化形成某一种类型能力的细胞，称为单能 干 细 胞 （ monopotential cell ） 或 定 向 干 细 胞 （directional stem cell）。 Terminal differentiation 由定向干细胞最终形成特化细胞类型的过程称为终 末分化（terminal differentiation）。
•在眼器官的发育中，有一种关键性的调控蛋白Ey(果蝇)或Pax(脊椎动物)。如 果将ey基因转入到早期发育中将发育成腿的细胞中表达，结果ey基因的异常表 达最终诱导产生构成眼的不同类型细胞的组合，在腿的中部形成眼。显然Ey蛋 白除了能启动细胞某些特异基因的表达，诱导某类细胞分化外，其启动的某些 基因表达产物本身又是另一些基因的调控蛋白，他们进一步启动其他特异基因 的表达，诱导分化更多的细胞类型，形成由多种不同类型细胞组成的有序三维 细胞群体即器官的形成。
3 组合调控引发组织特异性基因的表达
组合调控（combinational control）概念： 有限的少量调控蛋白启动为数众多的特异细胞类型 的分化的调控机制。即每种类型的细胞分化是由多种调 控蛋白共同调节完成的。 生物学作用： 借助于组合调控，一旦某种关键性基因调控蛋白与 其它调控蛋白形成适当的调控蛋白组合，不仅可以将一 种类型的细胞转化成另一种类型的细胞，而且遵循类似 的机制，甚至可以诱发整个器官的形成（如眼的发育）。 分化启动机制： 靠一种关键性调节蛋白通过对其他调节蛋白的级联 启动。
输卵管细胞 成红细胞 胰岛细胞
细胞总RNA
输卵管细胞 成红细胞 胰岛细胞
卵清蛋白基因 -珠蛋白基因
+ + +
+ + + Southern
+ + +
+ -
+ Northern
+
胰岛素基因
实验方法
• The different cell types of a multicellular organism contain the same DNA. • A cell can change the expression of its genes in response to external外部的 signals. • Differences in mRNA expression patterns among different cell types. • Different cell types synthesize different sets of proteins. • Gene expression can be regulated at many of the steps in the pathway from DNA to RNA to protein.
眼的发生 早期的视泡诱导与之接触 的外胚层上皮细胞发育成 晶状体，随后在视泡和晶 状体的共同诱导下外面的 表皮细胞形成角膜。 如果把早期的视泡移植在 头部的其他部位，同样可 诱导与之接触的外胚层发 育成晶状体。
（2）细胞记忆与决定
• 细胞决定（determination）
是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 未显现之前已确定了细胞分化的命运。
（二)影响细胞分化的因素
• 细胞全能性（Totipotency）: 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。 • 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 分化的直接因素。
1. Cell totipotency (细胞全能性)
• 在胚胎的早期发育过程中，一部分细胞会影响 周围细胞使其向一定方向分化，这种作用称近 端组织的相互作用（promixate tissue interaction），也称为胚胎诱导。 • 近端组织的相互作用是通过细胞旁分泌产生的 信号分子旁泌素（又称细胞生长分化因子）来 实现的。已知包括成纤维细胞生长因子、转化 因子以及hedgehog家族、Wnt家族和 Juxtacrine家族等五大家族因子。 • 另一类远距离细胞间相互作用对细胞分化的影 响主要是通过激素来调节的。
A whole set of homeotic selector genes determines the anteroposterior character of the segments of the fly.
The genes of this set—eight of them in the fly—are all related to one another as members of a multigene family, and they all lie in one or the other of two tight gene clusters known as the Bithorax complex and the Antennapedia complex. The genes in the Bithorax complex control the differences among the abdominal and thoracic segments of the body, while those in the Antennapedia complex control the differences among thoracic and head segments. Comparisons with other species show that the same genes are present in essentially all animals, including humans. These comparisons also reveal that the Antennapedia and Bithorax complexes are the two halves of a single entity, called the Hox complex, that has become split in the course of the fly’s evolution, and whose members operate in a coordinated way to exert their control over the headto-tail pattern of the body
2. 影响细胞分化的因素
◆胞外信号分子对细胞分化的影响, 如眼的发生 ◆细胞记忆与决定，果蝇成虫盘(imaginal disc) ◆受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响 ◆细胞间的相互作用与位置效应 ◆环境对性别决定的影响 ◆染色质变化与基因重排对细胞分化的影响
（1）胞外信号分子对细胞分化的影响
细胞生物学
细胞分化与癌细胞
第一节 细胞分化
第二节 癌细胞
第一节 细胞分化
• 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）。 • 细胞分化是多细胞有机体发育的基础与核心，细胞 分化的关键在于特异性蛋白质的合成，而特异性蛋 白质合成的实质在于基因选择性表达。 • 细胞分化过程常常伴随着细胞增殖与细胞凋亡，分 化细胞的最终归宿往往是细胞的衰老和死亡。 • 癌细胞可以看做是正常细胞分化机制失控的细胞。
Stem cell and its differentiation potential
A stem cell has two abilities: (1) Self-renewing (2) Differentiating
多 能 干 细 胞
定 向 干 细 胞 正 在 分 化 的 干 细 胞 分 化 的 细 胞
The ability of a cell develops into a complete organism
Plant cells 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.
Animal cloning —A new organism created
by the process of nuclear transplantation Transplantation of frog red cell nucleus indicated the nucleus of animal is Totipotency。A new organism created by the process of nuclear Transplantation（核移植）
（4）细胞间的相互作用与位置效应
• 胚胎诱导（embryonic induction）：细 胞间的相互作用对细胞分化与器官构建 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。
22-4
细 胞 分 化 的 位 置 效 应
结预 果期 形的 成腿 脚组 趾织 嫁 接 到 鸡 翅 的 端 部 ，
4. 转分化与再生
• 一种类型的分化细胞转变成另一种类型的分化细 胞的现象称转分化（trans-differentiation）。 • 转分化往往经历去分化（dedifferentiation）和再 分化（redifferentiation）的过程。去分化又称脱 分化，是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。 • 再生现象（regeneration），广义的再生可包括分 子水平、细胞水平、组织和器官水平及整体水平 的再生。但一般再生是指生物缺失一部分后发生 重建的过程。