第二章_细胞分化的分子机制~转录和转录前调控
真核生物的结构基因的DNA序列由编码序列和非编码 序列两部分组成，编码序列是不连续的，被非编码序列 分割开来，称为断裂基因（split gene）。
• 外显子和内含子 • 侧翼序列与调控序列，包括：启动子、增 强子、终止子等。
1、外显子和内含子
1）、外显子（exon） • 可编码氨基酸的序列； • 一般一个蛋白质的氨基酸序列常有多个外显子构成，这些外显 子常被长度不一的内含子所间隔。 —— β珠蛋白 基因（1700bp）=3个外显子+2个内含子。
下的表现，是细胞的特定性状。 totipotent cell:产生有机体全部细胞表型 细胞
（表型）
pluripotent cell: 产生几种特定类型的细胞
differentiated cell:多潜能细胞通过分离和分化发育 成的特殊细胞表型 个体发育的过程：全能性细胞→多潜能性细胞→分化细胞，基因选择表达
第一节 基因组相同和基因差异表达
Genome equivalence —— 同一有机体的多种细胞具有完全相同 （基因组相同） 的一套基因结构
一、有机体不同组织基因组相同的证据
1、遗传学证据：
果蝇： • 在整个幼虫期和成体的不同组织细胞中染色体的数目相同; • 同一个体不同组织细胞提取的DNA数量是一致的
• Switch gene: 发育中可以决定细胞向两种不同命运分 化的基因（主基因的表达决定） • 果蝇腹中线外胚层细胞具有分化成为上皮细胞或神经 母细胞的双重潜能；notch转录缺乏时，腹中线所有细 胞都分化成神经母细胞，胚胎不能正常发育； notch 控制分化成皮肤细胞和神经母细胞 • myod1转录子是肌细胞分化的主要开关基因，也是肌母 细胞决定子。将其通过病毒载体转染其它细胞（如色 素细胞、神经细胞、脂肪细胞、肝细胞等），可使它 们转分化为肌细胞。
形成较其他胚层细胞更容易
﹤10%蝌蚪
结论：随着发育，体细胞的核潜能存在普遍的受限现象，且具有供体核的特异性
2、细胞核具有潜在的全能性
核克隆：
克隆哺乳 动物的技 术路线
结论：已分化的细胞核基因组具有产生全部细胞类型的潜能
三、基因组相同的例外
——基因组的变化
1、基因删除：原生动物、线虫、昆虫、甲壳动物。
原位杂交（in situ hybridization）：许多已分化细 胞仍含有不表达的其它组织转移性基因
二、核潜能的限定
合子核 → 分化细胞核 （全能性）→（多潜能性）
1、在发育中核潜能被限定
移核试验（豹蛙）：发育时期越晚，细胞核潜能的受限性越大
囊胚核 原肠胚早期内胚层核 神经胚内胚层核 80%以上蝌蚪 50%蝌蚪，异常个体以内胚层细胞 去核受精卵
1）、启动子（promoter）：是位于转录起始位点上游的特殊DNA序列，可被 RNA聚合酶II及其它转录因子或蛋白质识别并结合，对于决定基因转录起始和 保证DNA精确、有效地转录具有极其重要的作用。包括： 核心启动子成分：如：在启动子的上游区一般都含有一个TATA框（高度保 守），位于转录起始点上游25～30 bp（-30～50 ），可精确地控制转录从起 始位点开始；TATA框与转录因子TFII结合，再与RNA 聚合酶II形成转录起始 复合物，从而准确地识别转录起始位置，对转录水平有定量效应。 上游启动子成分：如CAAT框、GC框、GCCACACCC和ATGCAAAT序列，调控转录 起始频率和维持基因转录
第二章 细胞分化的分子机制 —— 转录和转录前的调控
基本概念
细胞分化 cell differentiation: 是指同群结构与功能相同的细胞发生一系列的
细胞内物质组成的变化和功能的变化以及形态结构的变化。
内外变化，成为结构与功能不同的细胞的过程。分化过程涉及基因活性状态变化、
细胞表型 cell phenotype：是细胞特定基因型在一定的环境条件
b-珠蛋白基因的结构
位点控制区——超强启动子区
何时表达何种b-珠蛋白，决定于结合在特定珠蛋白基因启动子上的转录 因子与结合在LCR上的因子之间的亲和力。例如，敲除b-globin基因 的启动子和3’增强子后，成年小鼠的红细胞中仍含大量的-globin; EKLF是b-珠蛋白启动子结合的转录因子，EKLF-/-小鼠成年之后仍表 达-和-珠蛋白。
2、TF Ш A 的转录调节
TFIIIC 先与中间启动子结合， TFIIIA + TFIIIC→复合物 + RNA聚合酶III→5 S rRNA基因 转录
• RNA聚合酶III调控5s rRNA基因的转录； • TF Ш A等分子辅助参与RNA聚合酶III对不同启动子区的识别和结合
（三）、转录调控的开关基因
每个结构基因的第一个和最后一个外显子的外侧， 都有一段不被转录的非编码区（untranslated region)， 称为侧翼序列（Flanking sequence）。 它是基因的调控序列，对基因的有效表达起调控作 用，包括：启动子、增强子、终止子等。
（二）、真核生物基因转录水平的调控
1、顺式作用元件（启动子和增强子）
2、胚胎学证据：已分化的细胞仍具有发育成为其它细胞的潜力
海胆（早期细胞全能性）、蝾螈（早期背唇）
A、转决定 （transdetermination）：
移植成虫盘（果蝇器官原基，命运已决定细胞）实验 -- 眼成虫盘移植到另一个幼虫的腹部，后者腹部长出一只眼睛。已决定的 细胞，发育命运稳定； --触角成虫盘多次移植后，部分触角成虫盘细胞分化形成成体果蝇的 腿、翅、嘴。 已决定但尚未终末分化的细胞，突然改变了它的发育程序的事件——转决定
2、基因扩增：爪蟾的rDNA、果蝇多线染色体。
3、基因重排：免疫球蛋白基因（106~108种抗
体）。
1、染色体消减
• 副蛔虫 染色体消减 • 瘿蝇等 卵裂时，部分染色体丢失，丢失的→体细胞； 不丢失的→生殖细胞。如：瘿蝇 40 →8；摇蚊 40→38 • 哺乳类（除骆驼）的红细胞、皮肤的羽毛、毛发角化细胞中 整个细胞核丢失
—— DMD基因（2300kb）=79个外显子+ 78 个内含子。（迄今认识的最 大的基因） β - 珠蛋白基因
2）、内含子（intron）
• 非蛋白质编码序列，又称插入序列；
• 不同基因具有内含子的数目和内含子的长度差异很大；
• 对前体RNA加工成为mRNA并转运到细胞核外具有重要作用； • 真核生物某些结构Gene没有内含子，如组蛋白Gene、干扰素 Gene、大多数的酵母结构Gene等
疏松区所合 成的产物对 于诱导以后 产生的疏松 区是必需的
（二）、灯刷染色体（lampbrush
chromosome）
两栖类卵母细胞减数分裂的双线期成对排列的每个 染色单体上染色粒向一侧伸出许多DNA的侧环。 暂时性的
第三节
受发育的遗传控制
基因转录水平的调控
一、基因表达的时间和空间特异性
• 时间特异性——不同发育时期，基因表达活性不同 David（1983）爪蟾，采用减法式克mRNA→cDNA； - 两个时期的cDNA杂交，去掉双链杂交分子（两个时期都表达），余下者 为在原肠胚时期特异表达的cDNA； - 将后，有些情况反之
异染色质化过程：指具有转录活性的常染色质失去转录活性 （一种高度固缩状态），成为异染色质的过程（基因沉 默）。 X染色体失活（长臂所有基因失活，短臂部分基因未失活） • 哺乳类X性染色体（♀）； • 多为随机失活；少为选择性失活（父源，小鼠滋养细胞、 袋鼠胚胎细胞）； • 表达剂量补偿，凝血因子基因； • 近年：xist基因有调控小鼠发育中X染色体失活的功能
• 细胞分化过程中基因差异性表达的条件和原因：
前提条件：携带有丰富的遗传信息及复杂的表达调控机制 细胞内环境：卵质不均匀分布 原因 细胞外环境：细胞间相互作用 （位置不同，接收的信息不同）。
• 差异基因表达的调控机制：
差异基因转录：调节哪些核基因转录成RNA； 核RNA的选择性加工：不同的拼接将导致同一条核RNA产生不同的 转录子； mRNA的选择性翻译：调节哪些mRNA翻译成蛋白质； 差别蛋白质加工：选择哪些蛋白质加工成为功能性蛋白质
二、选择性基因转录的染色质变化
（一）、染色体疏松区
（puff region of chromosome）
染色体蓬松区——染色体上DNA解螺旋 的区域，是基因转录 活跃区 • 蓬松区的有无或者位置，具有组织和 发育时期的特异性
• 蜕皮素具有调控果蝇唾液腺细胞染色体蓬松区形成的作用 （与染色体上的特殊部位结合） • 蜕皮素也能诱导已存在的疏松区退化
2、基因扩增
A、基因的选择扩增（gene selective amplification）：某些特 殊基因被选择性复制出许多拷贝的现象
非洲爪蟾rDNA扩增,从变态期开始，一直到卵母细胞成熟之前； 初级卵母细胞末期，其rDNA为体细胞的2×105倍 果蝇卵壳蛋白基因——滤泡细胞中超量DNA合成（16倍）
β - 珠蛋白基因
Intron 1 Intron 2
5` GT——AG 3`法则
在每个外显子和内含子的接头区都是一段高度保 守的共有序列，内含子的5`端是GT，3端是AG，这种接 头方式称为GT-AG法则，普遍存在于真核生物中，是RNA 剪接的识别信号，转录后的前体RAN中的内含子剪接位 点。
2、侧翼序列与调控序列
B、转化（metaplasia）：已分化的细胞转分化为其它类型细 胞的现象
e.g., 鸡视网膜表皮色素细胞在含透明质酸酶、血清、苯硫脲的条件下培养后转变 为晶体状细胞。
核移植实验
3、分子生物学证据：
核酸分子杂交（Nucleic acid hybridization）：有 机体不同组织细胞中拥有序列完全相同的核 基因组DNA；
（二）、转录调控蛋白5s核糖体RNA基因转录的调控
在发育中，5 s核糖体RNA基因表达的调控均在转录水平进行。
细胞分化的分子机制
细胞分化的分子机制细胞分化是指多能性的原始细胞转变为特定类型和功能的细胞。
在多细胞生物发育和组织修复过程中，细胞分化起着至关重要的作用。
细胞分化的分子机制是一个复杂而精密的过程，涉及到许多关键的分子信号和调控通路。
1. 信号转导通路信号转导通路在细胞分化中起着重要的作用。
外界信号分子如细胞因子、激素等能够与细胞表面受体结合并激活特定的信号转导通路。
常见的信号转导通路包括Wnt、Notch、Hedgehog和TGF-β等。
这些通路在细胞分化中调节着基因表达和细胞命运决定。
2. 转录因子调控转录因子是细胞分化中的关键调控分子。
它们能够结合到DNA上的特定序列，调控基因的转录和表达。
在细胞分化过程中，特定的转录因子在特定的时机和位置被激活或抑制。
转录因子的表达模式和功能确定了细胞所具有的特定类型和功能。
3. 表观遗传调控表观遗传调控是指通过改变基因组DNA的结构和染色质状态来影响基因的表达。
DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA等表观遗传标记在细胞分化中起着重要的作用。
这些标记能够调控基因的可及性和表达水平，从而影响细胞的分化过程。
4. 微环境影响细胞的微环境对细胞分化也有着重要的影响。
细胞周围的细胞、细胞外基质和生长因子等因素能够为细胞提供支持和信号，引导细胞向特定的命运和分化方向发展。
细胞与周围环境的相互作用在细胞分化中起着至关重要的作用。
5. 遗传因素除了上述的分子机制，细胞分化还受到遗传因素的调控。
在细胞分化过程中，遗传物质的遗传表达和遗传变异都会直接或间接地影响细胞的分化命运。
遗传因素在不同物种和个体之间的差异导致了细胞分化的多样性和可塑性。
总结起来，细胞分化的分子机制是一个复杂而多样的过程，涉及到信号转导通路、转录因子调控、表观遗传调控、微环境影响和遗传因素等多个层面的调控。
这些分子机制相互作用，共同调节着细胞的分化命运和细胞类型的形成。
进一步理解和研究细胞分化的分子机制，对于开发新的治疗策略和促进组织修复具有重要的意义。
细胞分化的分子机制
细胞分化的分子机制细胞分化是生命的一个奇妙过程，它是由一系列复杂的分子机制驱动的。
细胞分化可以简单地理解为一种由单一细胞分化为各种不同细胞类型的过程。
细胞分化是一种多步骤的过程，其中包括细胞形态的改变、基因表达的变化和功能的改变。
一、基因表达和转录因子基因表达是生物学中最基本的过程之一，也是细胞分化的重要环节。
基因表达是指基因信息从DNA转录成mRNA后，由mRNA翻译成蛋白质的过程。
在细胞分化过程中，某些基因的表达受到特定的转录因子的调控。
转录因子是一种可以与DNA结合并调控基因表达的蛋白质。
转录因子通常具有结构域能与DNA上的特定序列结合，从而激活或抑制基因的表达。
二、表观遗传调控表观遗传调控是指一种可以在不改变DNA核苷酸序列的情况下改变基因表达的方式。
表观遗传调控包括DNA甲基化和染色质修饰。
DNA甲基化指的是将甲基基团加到DNA分子的一种化学修饰方式。
DNA甲基化会导致基因失活，并阻止基因表达。
染色质修饰是指细胞储存DNA的染色质通过化学修饰改变结构和功能，从而影响基因表达。
这种调节方式可以通过一些调节酶的活性来实现。
三、信号转导通路信号转导通路在细胞分化过程中扮演着关键的角色。
信号转导通路是指细胞内为了接收外部信号而存在的一系列信号传递路线。
在细胞分化过程中，信号转导通路可以影响转录因子的表达，并影响表观遗传调控。
这个过程中，细胞的外部环境，如细胞因子的存在或缺失等，会影响信号转导通路的启动和停止。
四、再生医学细胞分化的分子机制在医学领域中也有着重要的地位。
再生医学是指应用细胞分化的分子机制来促进组织、器官或血管等各种完整生物的再生。
再生医学的目标是用干细胞或分化出的细胞代替或修复人体内的受损或缺失的组织或器官。
细胞分化的分子机制是一个复杂的过程，很多因素都会影响它的实现。
有了深入的了解和研究，未来人们可以更好地利用细胞分化的分子机制来治疗疾病，改善人类生活。
细胞分化机制
细胞分化机制细胞分化是指由一种特定类型的细胞发展成为另一种或多种特化细胞的过程，这一过程对于多细胞生物的生长和发育至关重要。
细胞分化机制涉及到细胞内外的各种调控信号和相互作用，可以分为内源性和外源性两类。
一、内源性调控内源性调控主要指细胞内部的基因调控机制。
在细胞分化过程中，特定的基因会被打开或关闭，从而产生特定类型的细胞。
这种基因调控通过DNA上的转录因子和表观遗传修饰来进行。
1. 转录因子调控转录因子是一类能够识别DNA特定序列并调控基因转录的蛋白质。
在细胞分化过程中，特定的转录因子会结合到特定基因的启动子区域，促进或抑制该基因的转录活性。
例如，MyoD转录因子在肌肉细胞分化中起到关键作用。
2. 表观遗传修饰表观遗传修饰是指通过改变染色体的结构和化学修饰来调控基因表达的过程。
这包括甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑等。
这些修饰可以使得某些基因变得不可访问，从而在细胞分化中发挥关键作用。
二、外源性调控外源性调控主要指细胞外部的信号分子对细胞分化的调控作用。
这些信号分子可以来自于周围细胞、体液或细胞外基质，它们通过与细胞膜表面的受体结合，触发一系列信号传导通路，影响细胞内的基因表达和细胞功能。
1. 细胞因子信号细胞因子是一类由细胞分泌的信号蛋白质，它们可以通过激活细胞膜上的受体来调控细胞分化。
例如，干细胞因子可以诱导干细胞向特定细胞系分化。
2. 细胞-细胞相互作用在多细胞生物的发育过程中，细胞之间通过直接接触或通过细胞外基质进行相互作用。
这些相互作用可以通过调节信号传导通路来影响细胞命运和分化。
例如，神经细胞之间的突触连接可以引导其特定的分化路径。
细胞分化是一个复杂而精细的过程，由内源性和外源性调控机制相互作用。
通过对这些调控机制的深入研究，我们可以更好地理解细胞分化的过程，为疾病治疗和组织工程等领域提供更有效的方法和策略。
细胞分化机制的研究对于揭示生命的奥秘和推动科学的进步具有重要意义。
细胞分化和定向分化的分子机制
细胞分化和定向分化的分子机制细胞分化和定向分化是多细胞生物发展过程中的重要阶段。
细胞分化使得干细胞不同化为特定类型的细胞，而定向分化则是指一定环境条件下细胞的分化方向。
两种分化形式都需要涉及到分子机制，本篇文章将介绍细胞分化和定向分化的分子机制。
一、细胞分化分子机制1.1. 基因转录调控在细胞分化中，基因转录调控在细胞命运的决定中具有重要作用。
在成年人体内，细胞会分化为神经元、心肌细胞等各种类型。
这些不同类型的细胞具有不同的表型和生理功能，这是由基因转录控制产生的。
基因转录过程开始于转录因子在基因启动子结合。
这些因子就像锁与钥匙一样，特异性结合于启动子上，引起某些基因的转录。
例如，在神经细胞中，神经细胞特异性转录因子（neuronal-specific transcription factor，NSTF）会结合到启动子上，刺激神经元特异性基因的转录，从而使细胞不同化为神经元。
1.2. 表观遗传修饰表观遗传修饰也是细胞分化过程中不可或缺的因素。
表观遗传修饰是指一种分类似于DNA浓度的传递基因信息的方式，但是这里是通过改变染色质和核糖核酸（RNA）的化学性质来实现的。
例如，在染色体上的DNA可以被甲基化，这就能够进一步调节基因表达。
这种机制对于细胞分化和命运确定具有至关重要的作用。
一些研究还发现，转录调控因子可以影响这些表观遗传修饰及相关的过程，这就进一步指出了基因和表观遗传修饰在细胞分化中玩的互补角色。
1.3. 跨膜信号转导除了基因转录调控和表观遗传修饰，细胞内跨膜信号转导也是细胞分化过程中的一个重要因素。
通过这种机制，分化的信号能够从一个细胞向另一个细胞传递。
实际上，跨膜通道也是树突细胞的重要特征。
细胞在转化为某一类型时，这些跨膜蛋白质受到激活。
这些已激活的磷酸化跨膜蛋白质将会逐渐激活下游信号转导，包括细胞内部信号转导通路等等。
这将会进一步引导细胞分化过程中决定性的基因转录。
二、定向分化分子机制2.1. 无机离子信号转导生物分子中常见的元素包括氧、硫、镁等，然而在整个生物体中，钙离子被认为是最重要的，原因就在于它在普通的信号转导以及定向分化的过程中发挥的作用。
细胞的转录与转录调控
细胞的转录与转录调控转录是生物体中基因表达的重要过程之一。
通过转录过程，DNA 序列将被转录成RNA分子，从而实现基因信息的转换和传递。
转录调控作为机体对基因表达的精细调节机制，不仅控制着细胞内各种生物过程的进行，还决定了细胞发育、分化以及应对环境变化的能力。
本文将从细胞的转录机制以及转录调控的重要性两个方面进行探讨。
一、细胞的转录机制细胞的转录是指在DNA模板的指导下，通过RNA聚合酶酶的催化作用，将DNA主链上的一段编码或非编码的基因序列转录成RNA分子的过程。
具体而言，转录的主要过程可分为如下几个步骤：1. 酶的结合：RNA聚合酶通过特异性与DNA结合，形成RNA聚合酶-DNA复合物。
这种结合形式通常是依赖于酶与DNA特定的序列结合而发生的。
2. 脱氧核苷酸的加入：RNA聚合酶将脱氧核苷酸（dNTP）与DNA 携带的模板链上的核苷酸进行互补配对，并将其加入到新合成的RNA 链中。
3. 转录起始：在DNA的启动子区域，RNA聚合酶会寻找具有特殊序列的基因，以确定转录起始点。
4. 转录终止：当RNA聚合酶通过识别特定的转录终止信号而停止在DNA上的移动时，转录过程达到终止点，生成的RNA链被释放。
通过上述步骤，细胞内的DNA信息得以转录成为RNA分子。
这些RNA分子代表着细胞中特定基因的表达水平，可进一步在蛋白质合成过程中发挥重要的作用。
二、转录调控的重要性转录调控是细胞内对基因转录过程进行精细调控的重要机制。
转录调控的主要目的是在不同发育阶段、组织和环境条件下，使细胞能够选择性地激活或抑制特定基因的转录，从而实现细胞功能和特性的调节。
以下是转录调控的几个重要类型：1. 转录因子：转录因子是一类能够结合到DNA上的蛋白质，可以促进或阻止RNA聚合酶与转录起始复合物的形成，从而调控基因的转录。
转录因子在转录调控中起到关键作用，可以通过结合启动子区域和共激活蛋白相互作用，激活或阻止转录的进行。
2. 表观遗传调控：表观遗传调控是指通过对DNA和组蛋白修饰状态的改变，来调节基因的转录过程。
细胞分化的调控和机制
细胞分化的调控和机制细胞分化是指由一类细胞分化成另一类的过程。
在生命体系中，一些细胞发生分化可以进一步分化为各种特定功能的组织细胞，同时，细胞分化也是构建多细胞生物体型的必要条件。
细胞分化的调控和机制对于科学家们来说一直是一个重要的课题。
在细胞分化中，细胞的功能和结构的改变受到内部和外部环境的调控，并通过调控一系列基因表达的变化来实现。
下面我们就来深入了解一下细胞分化调控和机制。
一、内部环境的调控内部环境的调控是细胞分化的重要因素之一。
内部环境指细胞的代谢水平、DNA和RNA含量、蛋白质合成等多个方面。
不同的细胞内环境可以调控不同的基因表达，从而控制细胞的分化。
比如，在内环境下，细胞的代谢水平高，细胞核可以产生足够的RNA分别用于不同的基因表达，可以使得一个肌肉细胞不再继续分裂，而分化成为真正的肌肉细胞。
二、外部环境的调控外部环境是指细胞接触到的物理和化学性质的变化。
外部环境的调控可以使细胞发生分化，比如说细胞官能化是由一些细胞因为受到周围环境的刺激而产生特异性的发育，而产生特异功能。
另外，外部环境的调控也会引起细胞的转录，翻译和转录后修饰，从而实现基因表达的变化。
三、基因的调控基因调控是细胞分化的关键环节之一，主要是通过转录因子和其他介体来调控基因表达。
转录因子是通过结合DNA序列或与其他转录因子相互作用来调节基因转录的分子。
它的差异性决定了细胞的不同类型。
在细胞胚胎发生分化时，转录因子的表达量与细胞类型之间也有密切的关系。
因此，研究转录因子对基因表达的影响和其在细胞分化过程中的作用是非常重要的。
四、信号通路的调控信号通路是调控细胞分化的另一个重要的因素。
通过多种信号通路的活性调控，在细胞分化过程中不同信号通路的激活或抑制，常常在不同的细胞类型中表现出不同特点。
如干细胞的趋化和诱导、微妙地平衡干细胞的增殖和分化、滋养细胞和表面分子等。
综上所述，细胞分化是体现在细胞功能，形态和生命过程等多个方面的重要过程。
第三讲 转录及转录前调控
时间特异性：只在发育的某个特定时期或者某些 时期表达的基因 分析方法空表达模式
空间特异性：基因表达的组织细胞特异性 分析方法：原位杂交（in situ hybridization）
文昌鱼晚期神经 胚的横切面，示 AmphiMDF基因 在肌节区的表达。
二、核潜能的限定 2.细胞核具有潜在的全能性
关于分化细胞核潜能限定的观点长期以来存在着争议。 有些学者认为用已分化细胞核进行的移植实验在很多情况下不能获得 正常发育胚胎的原因，主要是由于核移植的方法使已分化细胞核突然 进入了一个高频率分裂的陌生胞质环境，容易引起染色体断裂。 为真正评价细胞核的潜能，人们采用核克隆技术（nuclear cloning）。 已分化细胞的核经历一系列的移植后，其中有些细胞核变得可以指导 整个有机体的发育。
分子生物学证据
附图1：胚胎学证据：已分化的细胞仍具有发育成为其它细胞的潜力
蝾螈（早期背唇） 海胆（早期细胞全能性）
附图2：转决定
生殖器
移植成虫盘（果蝇器官原基，命运已决定细胞）实验
-- 眼成虫盘移植到另一个幼虫的腹部，后者腹部长出一只眼睛。已决定的 细胞，发育命运稳定； --触角成虫盘多次移植后，部分触角成虫盘细胞分化形成成体果蝇的腿、 翅、嘴。
已决定但尚未终末分化的细胞，突然改变了它的发育程序的事件——转决定
附图3：转化（metaplasia）：已分化的细胞转分化为其它类型细胞的现象
e.g., 鸡视网膜表皮色素细胞在含透明质酸酶、血清、苯硫脲的条件下培养后转 变为晶体状细胞。
二、核潜能的限定 1.在发育中核潜能被限定
大量的证据表明，随着细胞的分化，核的潜能逐 渐被限定。
细胞分化的分子机制-转录后的调控
C-fos mRNA 5’UTR coding sequence 3’UTR
成纤维细胞
肿瘤细胞
AU富集区
c-fos基因编码正常成纤维细胞分裂必需的一种蛋白质
如Prolactin（泌乳刺激素）仅提高牛的casein（酪蛋白）基因转录水平2倍，提高其mRNA寿命25倍，使mRNA更多次的翻译。
与其它蛋白质一起装配成为功能单位，血红蛋白；
与某些离子结合而激活，钙调蛋白;
通过蛋白质修饰（磷酸化、乙酰化）而激活，鱼精蛋白、晶体蛋白。
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5、翻译后水平上的调控
3’ UTR对发育的时空调控作用： 调控配子的决定； 调控许多卵母细胞贮存mRNA的翻译活动； 调控一些mRNA在卵母细胞中的定位； 参与某些组织分化的维持
FEM-3是精子发育所必需的一种蛋白质，如果fem-3 mRNA翻译活性被抑制，生殖细胞→卵子； 在幼虫四龄时， fem-3 mRNA 3’UTR区结合翻译抑制因子（TRA-2），
推测：RNA在核基质内完成转录和加工，然后将mRNA运输到核膜孔，由此运出核外，但机制尚胞分化中基因选择性表达调控的另一种方式是细胞核以何种方式处理mRNA前体，通过调控，有的mRNA运出核外，有的不能运出；
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已发现：一种特殊的病毒蛋白对于mRNA运输是必需的。
03
（三）、mRNA向核外的运输
1、卵母细胞中翻译调控机制的假说
mRNA masking（掩蔽）: mRNA与其它蛋白结合成ribonucleoprotein (RNP) plex,阻止与核糖体结合；卵成熟或受精后，离子强度改变或蛋白磷酸化等导致RNP不稳定/解体，翻译得以进行。 5’ Cap（7-甲基鸟苷酸）的调控：如某些种类(蛾)，其卵中的部分mRNA的5`-鸟苷酸在受精后才甲基化，然后开始翻译。 mRNA sequester（隐蔽）: 指mRNA被阻隔于蛋白合成装置。如海胆未受精卵的组蛋白 mRNA定位于原核中，受精后原核破裂，mRNA才能进入胞质开始翻译。 Poly(A)对翻译的调控：卵母细胞减数分裂成熟前后，mRNA polyA的长度发生变化（由3’UTR调控）。带长polyA的mRNA具翻译活性 翻译效率的调控：如将海胆卵母细胞裂解液的pH从自然状态下的pH6.9提高到pH7.4（受精后自然状态下的pH）,蛋白质合成量急剧增加。受精后pH升高的作用可能包括去除mRNA的封闭蛋白和激活翻译起始因子。
(最新整理)发育生物学基本原理
2021/7/26
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海鞘（Phallusia mammillata）受精时胞质定域的分离
2021/7/26
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海鞘分裂 球的决定 谱系
2021/7/26
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• 第二种方式的细胞定型是通过胚胎诱导实 现的。胚胎发育过程中，相邻细胞或组织 之间通过相互作用，决定其中一方或双方 的分化方向，也就是发育命运。
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③ ②
①④
图1-1 受精时细胞质决定子的隔离
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图 海鞘胚胎的镶嵌决定作用
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• Reverberi和Minganti（1946）证明海鞘裂球的发育命 运在8细胞期已经决定，此时的裂球分离后能够自我 分化。
• 不过神经系统的发育例外，只有当动物极前面一对 裂球A4.1和植物极前面一对裂球a4.2配合后，才形成 神经组织。
2021/7/26
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例1 爪蟾
卵裂、囊胚期细胞数目相对少，可以根据大小 、形状和位置将卵裂球区分，追踪卵裂球的来源 及其发育命运。（细胞系谱）
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爪蟾晚期囊胚的发育 命运图
上：侧面观，外胚层 形成上皮和神经系统， 沿着背腹轴的带状区 域为中胚层，由它形 成脊索、体节、心脏、 肾和血液。爪蟾中胚 层表面还覆盖有一薄 层外胚层。
2021/7/26
34
第 1次卵裂：AB、CD（含极叶） 第 2 次卵裂： D（含极叶） 此后，极叶不在出现。
极叶形成是卵裂期间过渡性的一种形 态变化，是由于卵内部物质流动引起。 极叶中含有控制 D裂球特定分裂节奏、 分裂方式以及中胚层分化所必需的决 定子。
2021/7/26
发育概念
发育概念绪论先成论：在公元17世纪后期和18世纪，以精源学说和卵源学说为代表的先成论占了主导地位。
精源学说认为胚胎预先存在于精子中，卵源学说认为卵子中本来就存在微小的胚胎雏形。
这两个学说的共同点在于认为胚胎是成体的雏形，是配子中本来的固有结构，胚胎发育仅仅是原有结构的增大。
渐成论：又称后成论，早在公元前，Aristotle(公元前384-公元前322年)对于动物胚胎的不同部分和成体动物各种结构形成的原因提出了自己的观点，他在观察鸡、星鲛和一些无脊椎动物胚胎的基础上，他提出胚胎是由简单到复杂逐渐发育形成的，这个理论后来被称为“后成论”。
多线染色体：一种缆状的巨大染色体，见于有些生物生命周期的某些阶段里的某些细胞中。
由核内有丝分裂产生的多股染色单体平行排列而成。
各染色单体上的染色粒并排排列，构成多线染色体的带，带与带之间则称间带。
多线染色体的这种结构可用光学显微镜观察，也能在多线染色体上用原位分子杂交法进行基因定位，并就其结构与功能之间的关系进行系统研究，因此是细胞学和遗传学研究的有用材料。
胚胎诱导：胚胎的一种组织可以指导另一种相邻组织的发育。
在有机体的发育过程中，一个区域的组织与另一个区域的组织相互作用，引起后一个组织分化方向上的变化的过程。
组织者：背唇组织具有调控和组织一个几乎完整的胚胎产生的特殊能力，故称为组织者。
第一章细胞命运的决定形态发生决定子：是细胞质中的一类分子，在母细胞中呈极性分布，细胞分裂时导致两个子细胞中只有一个能够继承这种物质，它们有助于细胞命运的决定。
细胞分化：是指从单个全能的受精卵产生个体各种类型细胞的发育过程。
细胞定型：是指细胞在分化之前，将发生一些隐蔽的变化，使细胞朝特定方向发展的过程。
细胞定型分为特化(specification)和决定(determination)两个时相。
自主特化：细胞的命运决定与卵裂时所获得的细胞质相，这种细胞发育命运完全由内部细胞质组分决定的定型方式称为自主特化有条件特化：细胞或组织的命运与细胞所处的位置，即相邻细胞或组织之间通过相互作用有关。