细胞分化的分子机制

1.染色体结构的变化与细胞分化

基因剔除

某些原生动物、昆虫和甲壳动物在细胞分化过程中有部分染色体丢失的现象。例如，马蛔虫（2n=4）的一个变种，当个体发育到一定阶段时，在将要分化为体细胞的那些细胞中，染色体破裂为碎片，含有着丝粒的碎片在细胞分裂中保留，不具有着丝粒的碎片在分裂中丟失。不过，预定形成生殖细胞的那些细胞中不发生染色体的断裂和丢失现象。

基因扩增

基因扩增是指细胞内特定基因的拷贝数专一性大量增加的现象。例如，在卵裂和胚胎发育过程中，爪蟾卵母细胞中的rDNA基因大量扩增而形成大量核糖体，以供大量合成蛋白质所需；在果蝇的唾腺细胞中，由于DNA复制而核不分裂，很容易观察到多线染色体。

基因重排

哺乳动物能产生10⁶~10⁸种抗体，但并不意味着细胞内具有相应数量的基因，免疫球蛋白是异四聚体结构，除重链和轻链的随机组合以外，免疫球蛋白的多样性主要来源于基因的重新组合。从这一点来看淋巴细胞的分化是不可逆的。

DNA的甲基化

脊椎动物一些基因的活性与基因调控区域或其周围特定胞嘧啶的甲基化有关，甲基化使基因失活，相应地非甲基化和低甲基化能活化基因的表达。细胞内的基因可分为持家基因（house-keeping gene）和奢侈基因（luxury gene），前者是维持细胞生存不可缺少的，后者与细胞分化有关，是与组织特异性表达有关的基因，在特定组织中保持非甲基化或低甲基化状态，而在其他组织中呈甲基化状态。

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。因此细胞分化的实质是基因的差次表达或顺序表达。即特定的基因在特定的时间内在特定的组织中表达的结果。

受精卵发育为新个体，是受一系列基因调控的，这些基因在发育过程中，按照时间、空间顺序启动和关闭，互相协调，对胚胎细胞的生长和分化进行调节。

人和鼠都是从单个受精卵发育而来的。不同的受精卵发育成不同的生物主要由基因组决定。这种决定究竟如何进行呢？

人体细胞的类型比我们想象的少得多。按照常规的组织学分类方法，脊椎动物和人体细胞类型约有200余种。这些细胞在人体中呈现有序的空间分布。细胞的种类或形状彼此不同，是因为不同细胞中合成一些彼此不同的特殊蛋白——“奢侈蛋白”，如表皮细胞的角蛋白，红细胞的血红蛋白，消化道细胞的消化酶，透镜状细胞的晶体蛋白，等等。除了这些“奢侈蛋白”以外，几乎所有细胞中合成的蛋白质都是一些生活必需品——“持家蛋白”。由于细胞类型的差异源于细胞中工作的基因类群不同，所以人们自然想到也许细胞中的基因组成发生了改变。例如，透镜状细胞不能合成血红蛋白和角蛋白，可能是丢失了血红蛋白和角蛋白的基因，而只剩下了晶体蛋白基因。或者，细胞中其他基因没有变化，但晶体蛋白基因增加了很多份。然而，许许多多的证据显示，没有这类可能性。几乎所有细胞的基因组都和受精卵的一模一样。

已有实验证明，虽然分化常常伴随着显著的细胞外观变化，但细胞的基因组总是保持不变。两栖类卵细胞较大，先用紫外线破坏它的核，再用玻璃微细管将其他细胞的核吸出，注人去核的卵细胞中。玻璃微细管刺人卵细胞时，会使卵细胞活化并开始分裂和分化。用各种分化细胞的核置换卵细胞的核，结果发现它们和卵细胞的核完全一样，都可以发育成有生育能力的成蛙。

来源：人教版高中生物学新教材必修1教师用书

相关阅读：