• 1997年英国学者克隆出 “多莉”羊
未受精卵 去核卵细胞
爪蟾蝌蚪的 肠上皮细胞
UV 肠上皮细胞核
核移植
无结果
J.Gurdon 1964
畸胎 1-2%发育至蝌蚪或蛙
悬浮培养的胡萝卜单细胞培养成了可育植株
（Steward, 1970年）
Dolly的标本和伊恩博士
Dolly：1996.7.5. 世界上第一只克隆羊Dolly由英国爱丁堡 大学的伊恩博士研制成功，2003.2.14. 由于肺结核而被安 乐死，它的标本于2003年4月9日陈列于苏格兰首都爱丁 堡国家博物馆。
• 2、基因与细胞分化
无论是母体mRNA的作用还是细胞间的相互作用，其 结果是启动特定基因的表达。
根据对果蝇、家蚕等实验动物的研究表明：
– 卵受精后，首先表达的是母体基因；母体基因的产物是转录 因子，沿胚的前后轴形成一个浓度梯度，决定了胚的前后位 置和头尾区域，控制其它基因的表达：
– 母体基因→间隙基因→成对基因→体节极性基因→同源异形 基因（homeotic gene，Hox）
动物卵细胞中，贮存有2-5万种不同的mRNA，专供受 精卵的启动、分化和发育之用。 卵细胞中的蛋白质、mRNA并非均匀分布的，而是定 位于特定的空间。 卵的异质性使卵的分裂必然是不对称的，不同的子细 胞得到的“家产”不同，因此具有不同的分化命运。
（二）细胞间的相互作用
• 1、胚胎诱导 (embryonic induction) ：胚胎发育过程中，一
Gene and Development
母体基因
间隙基因
成对基因
体节极 性基因
同源异 形基因
3． 奢侈基因与管家基因
生物体细胞中含有决定生长分裂和 分化的全部基因信息，按其与细胞分化 的关系，可将这些基因分为两大类：奢 侈基因和管家基因。
奢侈基因 (luxury gene)：编码细胞特异性蛋 白，与各种分化细胞的特定性状直接相关， 这类基因对细胞自身生存无直接影响。
遗 传 信 息 来 自 哪 里？
• 4、细胞外基质的影响
– 干细胞在IV型胶原和层粘连蛋白上分化为上皮细胞； – 在I型胶原和纤粘连蛋白上形成纤维细胞； – 在II型胶原及软骨粘连蛋白上发育为软骨细胞。
• 5、激素的作用
– 如昆虫的保幼激素和褪皮激素。
（三）细胞核与细胞分化
• 1、染色体结构的变化
1）基因删除：原生动物、昆虫、甲壳动物； 2）基因扩增：果蝇多线染色体； 3）基因重排：免疫球蛋白基因（106-108种抗体）； 4）DNA的甲基化与异染色质化：胞嘧啶的甲基化使基 因失活。
• 1998年在人胚囊内层细胞分离出人的胚胎干细胞， 目前通过核移植技术获得人胚胎干细胞。
• 干细胞具有的能够稳定生存增殖并 保持多向分化潜能的特性使其在遗 传性疾病和组织器官移植领域有巨 大的应用前景。
二、细胞分化的机理
（一）细胞分裂的不对称性
• 卵细胞具有极性，细胞核靠近北极。 –北极或动物极：极体释放的部位； –南极或植物极：相对北极而言，母体物质主要 储存在于植物极。
部分细胞影响相邻细胞向一定方向分化的作用。 • 诱导者 (inductor) ：对其它细胞起诱导作用的细胞：
– 脊索可诱导其顶部外胚层发育成神经板，神经沟和神经管； – 视胞可诱导其外面的外胚层形成晶体，而晶体又可诱导外胚
层形成角膜。
诱导的相互作用可以在原本等同的细胞中建立起有序的差异。
• 2、分化抑制：分化成熟的细胞可以产生抑素，抑制
相邻细胞发生同样的分化。
– 如含有成蛙心组织的培养液培养蛙胚，则蛙胚不能发育出正 常的心脏。
• 3、细胞数量效应
– 小鼠胚胎胰腺原基在体外进行组织培养时，可发育成具有功 能的胰腺组织，但如果把胰原基切成8小块分别培养，则都不 能形成胰腺组织，如果再把分开的小块合起来，又可形成胰 腺组织。
Myostain对肌肉生长的负调控
如编码红细胞血红蛋白，肌细胞的肌球 蛋白和肌动蛋白等的基因属此类。
• 管家基因 (house keeping gene)：这类基因 的表达产物是细胞生命活动不可或缺的， 但与细胞分化的关系不大，在细胞分化中 只起协助作用。
如tRNA、rRNA基因、催化能量代谢 的各种酶系、三羧酸循环中各种酶系等。
干细胞命运各不相同，但分化机制相似： 调控基因指导特异性基因的转录及特定蛋白 质的合成，从而细胞逐步发展为具有专门致特定基因活化及相应蛋白质合 成，参与细胞分化、运动、或与其它细胞作 用以形成组织。
• 1970年Martin Evans首次从小鼠胚囊中分离出小 鼠胚胎干细胞。原被误认为是功能单一的干细胞， 后被证实具有自我复制能力，可分化为所有组织 器官的原始细胞；
• 从分子层次看，细胞分化主要是奢侈 基因中某种（或某些）特定基因选择 性表达的结果。某些基因的选择性表 达合成了执行特定功能的蛋白质，从 而产生特定的分化细胞类型。
分子杂交技术检测基因及其表达
（四）分化细胞的基因表达特征 1. 基因组 成熟分化的细胞保留着全部核基因组。
相关实验： • 1964年Gurdon等进行的非洲爪蟾实验 • 1970年Steward等用悬浮培养的胡萝卜单个 细胞培养成可育的胡萝卜植株
• 胚胎干细胞，又称全能干细胞，存在 于未发育成熟的胚胎，高水平表达端 粒酶，可分化为除构成脐胎盘，脐带 等之外的任何一种特定类型细胞，即 能长成动物的任何组织和器官。
• 成体干细胞：特定组织中的非特异性 细胞，能无限制地分裂和自我更新。 所产生的子细胞有两种结果：一是保 持亲代特性，仍作为干细胞；二是不 可逆地向终末方向发展，成为一至几 种类型的特定细胞。
本章内容：
• 细胞分化潜能与干细胞 • 细胞分化与基因组变化 • 基因表达与组织形成 • 特异性蛋白基因表达的发育阶段性 • 基因表达的调控机制 • 影响细胞分化的因素
一、细胞分化
指多细胞生物成长发育中，在一些内在 机制作用下，细胞在结构、形态、生理功 能及生化特征等方面逐渐产生稳定性差异， 成为多种不同的细胞类型，以形成个体不 同的组织、器官和系统。