生物体的大部分细胞都可分泌外泌体,它是内含生物大分子的小膜泡,研究人员发现胰腺癌细胞的扩散转移与外泌体相关。为了给胰腺癌的综合治疗提供方向和思路,科学家进行了相关的研究。
(1)请写出题干中未提到的癌细胞的两个特点。
(2)肿瘤内部处于低氧条件下的胰腺癌细胞会分泌外泌体,内含一段小分子RNA(称为miR-650),外泌体可将miR-650传递给周围常氧条件下胰腺癌细胞N。miR-650可与细胞N中某些mRNA结合,从而导致mRNA被降解或其 过程被抑制。
(3)研究人员进行了划痕实验,证明细胞N的迁移是由外泌体中的miR-650引起的。具体做法:将细胞N与外泌体混合培养至细胞刚刚长满培养板时,在培养板上均匀划两条直线。划线后,用培养液洗去两线之间的细胞并在显微镜下拍照;然后放入培养箱中继续培养24小时后,取出培养板在同一位置拍照,对比细胞的迁移情况,结果见下图。请写出该实验应设置的另一组及其结果。
(4)目前已知的细胞缺氧调控机制是:缺氧情况下,细胞中的HIF-1α(低氧诱导因子)会进入细胞核激活缺氧调节基因。这一基因能进一步激活多种基因的表达,引起系列反应,如:促进氧气的供给与传输、促进细胞的转移等。而正常氧条件时,HIF-1α会与VHL蛋白结合,最终被蛋白酶体降解。具体机制如下图所示。
研究发现,与低氧胰腺癌外泌体混合培养后的常氧胰腺癌细胞N中HIF-1α水平明显升高。请结合上述研究,推测低氧胰腺癌细胞促进其周围的常氧胰腺癌细胞N转移的机理。
(1)无限增殖、细胞形态结构改变(2)翻译
(3)对照组处理:敲除外泌体A中miR-650,与胰腺癌细胞N混合培养至细胞刚刚长满培养板,随后进行划痕实验。
预期结果:24h后无细胞区域的宽度与0h差别不大
(4)低氧条件下的胰腺癌细胞外泌体A的miR-650进入周围常氧胰腺癌细胞N中,与VHL基因mRNA的部分序列结合,抑制VHL的表达,解除了VHL对HIF-1α的降解作用,HIF-1α含量升高,激活低氧信号通路,促进N的转移。
细胞的分化及其意义:
1、细胞的分化的概念:在个体发育中,相同细胞的后代,在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程。
2、细胞分化的基础和实质
(1)分化的基础:每个细胞都含有一套与受精卵完全相同的染色体,即携带有本物种的全部遗传信息。
(2)分化的实质:是在遗传物质的控制下合成特异性蛋白质的过程,即基因的选择性表达。
3、细胞分化的过程
(1)从细胞水平分析:细胞形态、结构和功能改变的结果。
(2)从亚显微结构水平分析:细胞器的数目及细胞质基质成分和功能改变的结果。
(3)从分子水平分析
①蛋白质角度:蛋白质种类、数量、功能改变的结果。
②基因角度:基因选择性表达的结果,这是细胞分化的根本原因。
4、细胞分化的特点
(1)持久性:细胞分化贯穿于生物体整个生命历程中,在胚胎期达到最大限度。
(2)不可逆性:一般来说,分化了的细胞将一直保持分化后的状态,直到死亡。
(3)普遍性:是生物界中普遍存在的生命现象,是生物个体发育的基础。
(4)遗传物质不变性:细胞分化是伴随着细胞分裂进行的,亲代与子代细胞的形态、结构或功能发生改变,但细胞内的遗传物质却不变。
5、细胞分化的结果:形成形态、结构和功能不同的组织和器官。
6、细胞分化的意义
(1)细胞分化是生物界普遍存在的生命现象,是生物个体发育的基础。
(2)细胞分化使多细胞生物体内的细胞趋向专门化,有利于提高各种生物功能的效率。
细胞增殖与细胞分化的区别分析:
细胞增殖 | 细胞分化 | |
细胞变化 | 数量增多 | 细胞形态、结构、生埋功能发生了稳定性差异,且这种差异是不可逆转的 |
发生时间 | 从受精卵开始,有些部位的细胞终生保持分裂能力,有的细胞发育到一定时期停止分裂 | 持久性变化,胚胎时期达最大限度 |
在个体发育中的意义 | 保持了亲代和子代间遗传物质的稳定性 | 没有细胞分化,生物体不能进行正常发育 |
细胞分化 | 细胞全能性 | |
原理 | 细胞内基因的选择性表达 | 含本物种全套遗传物质 |
特点 | 持久性、不可逆性、普遍性 | ①高度分化的植物体细胞表达全能性需要一定的条件;②动物已分化的体细胞的全能性受到限制,但细胞核仍具有全能性 |
结果 | 形成形态、结构、生理功能不同的细胞 | 形成新个体 |
大小比较 | 细胞分化程度有高低之分,如体细胞>生殖细胞>受精卵 | 细胞全能性有大小之分,如受精卵>生殖细胞>体细胞 |
关系 | ①两者的遗传物质都不发生变化 ②细胞的分化程度越高,全能性越小 |
知识点拨:
1、过程:受精卵→增殖为多细胞→分化为组织、器官、系统→发育为生物体
2、细胞分化程度由高至低的顺序是神经组织干细胞、骨髓造血干细胞、胚胎干细胞;造血干细胞还有可能分化成为其他组织的细胞,说明动物细胞也可能具有全能性,因为每个细胞都是由受精卵发育而来的,都具有全套的遗传物质。人们对干细胞的研究,可以对某些疾病进行治疗,可以进行医学上的组织修复,还可以帮助人们了解细胞的分化机制。
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2001年诺贝尔生理学或医学奖授予3位科学家。这3位科学家发现了调控细胞周期的一系列基因,以及相关的酶和蛋白质。这项工作对肿瘤研究等领域产生了重大影响。请回答下列各题: (1)同种生物不同类型细胞之间的细胞周期持续时间有差异。蛙胚卵裂期动物半球细胞的细胞周期持续时间比植物半球细胞的 。 (2)分析某种细胞的染色体组型最好选用 期的细胞。 (3)有人称恶性肿瘤为细胞周期病,其根据是调控细胞周期的 基因被激活,导致细胞周期失控,使癌细胞无限增殖。 (4)治疗恶性肿瘤的途径之一,是用药物抑制 的合成,从而将癌细胞的细胞周期阻断在分裂间期。如用药物抑制纺锤体的形成,则癌细胞的细胞周期将阻断在 期。癌细胞中心体复制发生_________期。