細(xì)胞分化是生物發(fā)生中的一個(gè)極為復(fù)雜的過(guò)程,其中基因差別表達(dá)是細(xì)胞分化過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié),但不能簡(jiǎn)單地歸結(jié)為專(zhuān)一基因群的穩(wěn)定開(kāi)放或關(guān)閉.事實(shí)是調(diào)節(jié)細(xì)胞分化過(guò)程的環(huán)節(jié)要涉及到基因表達(dá)的各個(gè)水平和細(xì)胞生命活動(dòng)的許多方面.
一、細(xì)胞質(zhì)在細(xì)胞分化中的決定作用
胚胎正常發(fā)育是起始于卵母細(xì)胞貯存信息（因源于母本又稱(chēng)母本信息）表達(dá),此信息在細(xì)胞中定位分布,通過(guò)各種途徑調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成并進(jìn)一步調(diào)節(jié)晚期基因表達(dá).
1．L 母本信息又稱(chēng)決定子,決定細(xì)胞分化方向,其本質(zhì)是mRNA 卵母細(xì)胞階段已合成大量mRNA.動(dòng)物的卵母細(xì)胞中約含有2～5萬(wàn)種不同核苷酸序列的mRNA,每種有600拷貝之多,且定位分布,并隨卵裂進(jìn)入不同子細(xì)胞,指導(dǎo)細(xì)胞分化方向.
例如果蠅性細(xì)胞決定子：果蠅受精卵后端有一部分稱(chēng)為生殖質(zhì)的細(xì)胞質(zhì),決定生殖細(xì)胞分化.果蠅卵在受精后2小時(shí)內(nèi),只進(jìn)行核分裂,細(xì)胞質(zhì)不分裂,隨后核向卵邊緣遷移并包上細(xì)胞質(zhì).每個(gè)核都具有全能性,既可分化為性細(xì)胞,也可指導(dǎo)分化為體細(xì)胞,其分化命運(yùn)決定于核遷入的細(xì)胞質(zhì)區(qū).如移入生殖質(zhì)最終分化為生殖細(xì)胞；如用紫外線破壞生殖質(zhì),則發(fā)育成無(wú)生殖細(xì)胞的不育個(gè)體；如把生殖質(zhì)注入卵前端,則前端細(xì)胞也可分化為生殖細(xì)胞.且無(wú)母本信息受精激活與翻譯調(diào)控機(jī)制卵母細(xì)胞階段只有少量mRNA被激活,多數(shù)mRNA處于非活狀態(tài),而受精可激活大量mRNA,使受精卵的發(fā)育在翻譯水平上受調(diào)控.如隱蔽mRNA（與專(zhuān)一性蛋白結(jié)合不能被核糖體識(shí)別的mRNA）在受精后幾分鐘則開(kāi)始翻譯.
2．晚期基因的差別表達(dá)
各種特化細(xì)胞的核含有該物種的完整基因組,具全能性.擔(dān)任何時(shí)間細(xì)胞基因組中只有少數(shù)基因在活動(dòng),單一順序基因進(jìn)行表達(dá)的只占基因組中5％～10％.這些基因可分為持家基因（維持細(xì)胞生存必需）與奢侈基因（不同細(xì)胞中差別表達(dá)的基因）.細(xì)胞分化關(guān)鍵是細(xì)胞按照一定程序發(fā)生差別基因表達(dá),開(kāi)放某些基因,關(guān)閉某些基因,真核生物差別基因表達(dá)要在基因表達(dá)鏈各個(gè)水平受到調(diào)節(jié).
2．1 DNA水平調(diào)節(jié)DNA水平調(diào)控是真核生物基因差別表達(dá)的一個(gè)次要和輔助手段.
（1）以基因重排來(lái)調(diào)節(jié)不同基因表達(dá) 例如哺乳動(dòng)物免疫蛋白各編碼區(qū)的連接.免疫球蛋白包括兩條相同輕鏈與重鏈,分別包括可變區(qū)、恒定區(qū)以及二者間連接區(qū),重鏈還含一歧化區(qū).這些區(qū)域都由位于同一染色體不同位置DNA片段編碼.
（2）DNA甲基化與去甲基化 真核生物DNA大約2％～7％的胞嘧啶（C）存在甲基化修飾,甲基化的基因不表現(xiàn)活性,而未甲基化的表現(xiàn)出基因活性.利用5－氮胞苷可人為造成去甲基化,用它處理細(xì)胞,可以改變基因表達(dá)與細(xì)胞分化狀態(tài).
2．2 轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控 基因差別表達(dá)的關(guān)鍵是合成專(zhuān)一mRNA從而合成專(zhuān)一蛋白質(zhì).人的血紅蛋白的珠蛋白基因定位于不同染色體上,ξ和γ基因位于16號(hào)染色體上,ε、γ、δ和β基因位于11號(hào)染色體上,在不同發(fā)育階段,它們互相配合,有秩序開(kāi)放或關(guān)閉.其差別基因轉(zhuǎn)錄要受若干因子影響,如專(zhuān)一性蛋白質(zhì)、激素等.
2．3 轉(zhuǎn)錄后加工調(diào)節(jié) 多肽鍵氨基酸順序信息的直接來(lái)源是mRNA,而基因的轉(zhuǎn)錄物為nRNA（核內(nèi)RNA）.經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),nRNA種類(lèi)與長(zhǎng)度都要大于mRNA, nRNA核苷酸順序只有10％－20％進(jìn)入細(xì)胞質(zhì),成為成熟mRNA.經(jīng)研究其原因有：①大多數(shù)nRNA在核內(nèi)被迅速分解,原因不明；②mRNA能否進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)還要看核酸酶降解情況以及穿越細(xì)胞核膜的能力；③nRNA差別加工,即同一nRNA會(huì)由于加工不同而產(chǎn)生不同的mRNA.例如抗體基因表達(dá),前體RNA均含有可變區(qū)（抗原結(jié)合區(qū)）和μ（Igw）及δ（IgD）的恒定區(qū)編碼的順序,中間隔有內(nèi)含子.進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)的成熟 mRNA,如切去δ外顯子,則編碼為 IgM,如切去μ,則編碼為IgD.
2．4mRNA翻譯調(diào)節(jié) 調(diào)節(jié)方式主要有：①專(zhuān)一rnRNA降解,例如哺乳動(dòng)物成紅細(xì)胞的分化過(guò)程中,早期細(xì)胞合成了若干種mRNA（包含珠蛋白mRNA）,但到后期幾次細(xì)胞分裂中,只有珠蛋白mRNA被保留,其它種類(lèi)的 mRNA均分解.②翻譯調(diào)節(jié),例如α珠蛋白mRNA與β珠蛋白mRNA競(jìng)爭(zhēng)與起始子的結(jié)合,以達(dá)到按比例合成（細(xì)胞內(nèi)含4個(gè)α珠蛋白基因、2個(gè)β珠蛋白基因）.
3．細(xì)胞間相互作用
細(xì)胞間相互作用亦可影響細(xì)胞分化方向.對(duì)于多細(xì)胞生物,其細(xì)胞群間必然要建立起相互協(xié)調(diào)關(guān)系,才能形成具有形態(tài)正常和生命活動(dòng)協(xié)調(diào)的個(gè)體.
3．1 胚胎誘導(dǎo) 胚胎發(fā)育到一定時(shí)期,一部分細(xì)胞會(huì)影響相鄰細(xì)胞使其向一定方向分化.如蛙胚發(fā)育到22天時(shí),前腦兩側(cè)向外凸出形成視泡,視泡將誘導(dǎo)與其接觸的上方外胚層上皮形成晶狀體.如將視泡切下,移到頭部任何部位,都可誘導(dǎo)其接觸的上方外胚層發(fā)育為晶狀體.
3．2 激素作用 激素對(duì)細(xì)胞分化的影響可看作遠(yuǎn)距離細(xì)胞間相互作用.激素調(diào)節(jié)作用是通過(guò)使某些基因開(kāi)放,合成特異性蛋白實(shí)現(xiàn)的.如甲狀腺激素可加速兩棲類(lèi)變態(tài).
4．高等動(dòng)物細(xì)胞分化的位置效應(yīng)
位置信息對(duì)高等動(dòng)物細(xì)胞分化有明顯影響.如鳥(niǎo)類(lèi)肢體發(fā)生,鳥(niǎo)類(lèi)四肢由胚胎軀體兩側(cè)同時(shí)發(fā)生的肢芽分化而來(lái),前肢芽分化為翅,后肢芽分化為腿.胚芽早期為舌狀突起,表面覆外胚層表皮（具分化為鱗片或羽毛兩種潛能）,內(nèi)部為中胚層來(lái)源的間葉組織,決定外胚層表皮分化方向.如將后肢芽（腿）的間葉組織移到肢芽（翅）的外胚層表皮下方,則在分化為翅的部分長(zhǎng)出腿,且長(zhǎng)出鱗片與爪.