备课素材：细胞重编程多功能干细胞-2023-2024学年高二下学期生物人教版选择性必修3

细胞重编程多功能干细胞 背景资料： 2023年3月，在英国伦敦召开的第三届人类基因组编辑国际峰会上，来自日本九州大学的林克彦教授团队首次利用雄性小鼠的细胞培育出了有活力的卵子，从而使两只雄性老鼠“产”下了后代。这项研究成功引导干细胞转换性别并形成可受精的卵子，标志着生殖生物学的一个里程碑。两只公鼠产子”实际上是一个遗传学上的判断，因为子代小鼠的遗传物质，也就是DNA，完全来自于两只公鼠。 这项研究是怎样的？ 这项研究大致可以分为四个部分： 第一步：团队将从小鼠体内分离出来的细胞体外培养，通过称为“细胞重编程”的技术将一般的细胞变成多功能干细胞(iPSC)。在这个过程中，一些细胞自发地丢失了Y染色体，这一步类似于染色体畸变。 具体来说，他们利用干细胞技术先对雄性小鼠的皮肤细胞进行了重编程，使其回到胚胎发育早期状态，也就是创建出诱导性多能干细胞。在体外长期培养过程中，大约6%的多能干细胞会自发完全丢失Y染色体。通过监测每个细胞中的染色体数量，研究人员先找出这些只剩一条X染色体的多能干细胞。 第二步：然后采用药物“逆转素“（一种人工合成的小分子的嘌呤衍生物.它可以令已去分化的定向系细胞转变为未分化祖细胞）对它们继续进行培养。这种化学物质会扰乱细胞分裂过程中的“质检”过程，导致X染色体可能发生复制。诱发这些丢失了Y染色体的细胞产生染色体加倍，产生了核型为XX的雄性小鼠细胞（雄性小鼠天然的性染色体为XY）。将这些多能干细胞分化为原始生殖细胞样（PGC-like）细胞，在高中生物学教材中指的就是卵原细胞。 第三步：通过基因编辑技术，诱导细胞分化成卵细胞。这些PGC-like细胞在小鼠卵巢细胞提供的信号刺激下，能够进一步向卵子分化。 第四步：用类器官（一种在培养皿上生长的，结构类似真实器官的细胞基团）培养该“卵细胞”，并用小鼠精子完成类似试管婴儿技术的体外受精。这些“受精卵”被移植到雌性小鼠的子宫内完成发育，产生幼崽。不过最后一步还是需要雌性小鼠提供子宫：研究人员将得到的胚胎移植到小鼠子宫中，最终诞生出幼崽。 值得注意的是，目前小鼠后代的存活率还很低。研究团队一共制造出630个小鼠胚胎，但只有7个胚胎顺利出生并发育成健康幼崽，存活率只有1%。 该研究的主要动机是希望能够为罹患不孕不育症的夫妻提供一种生育治疗方法，例如患有特纳综合征的妇女，她们的X染色体有一整个或部分缺失的情况。 例1、“细胞核重编程”是指将人类成熟的体细胞重新诱导回干细胞状态，它们就有再分化形成多种类型细胞的可能，可应用于临床医学．下列有关叙述错误的是（　　） A．干细胞分化成多种类型的细胞体现了细胞的全能性 B．干细胞可用于治疗因胰岛B细胞受损而引起的糖尿病 C．细胞核重编程和干细胞的再分化均与细胞内基因的选择性表达相关 D．该项研究为临床上解决器官移植的免疫排斥反应带来希望 解析： 1、细胞全能性是指已经分化的细胞仍然具有发育成完整个体的潜能．细胞全能性是以细胞形成个体为标志的． 2、胚胎干细胞的主要用途是： ①可用于研究哺乳动物个体发生和发育规律； ②是在体外条件下研究细胞分化的理想材料，在培养液中加入分化诱导因子，如牛黄酸等化学物质时，就可以诱导ES细胞向不同类型的组织细胞分化，这为揭示细胞分化和细胞凋亡的机理提供了有效的手段； ③可以用于治疗人类的某些顽疾，如帕金森综合症、少年糖尿病等； ④利用可以被诱导分化形成新的组织细胞的特性，移植ES细胞可使坏死或退化的部位得以修复并恢复正常功能； ⑤随着组织工程技术的发展，通过ES细胞体外诱导分化，定向培育出人造组织器官，用于器官移植，解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题．  A、干细胞分化成多种类型的细胞时没有形成完整个体，因此不能体现细胞的全能性，A错误；B、干细胞能分化形成胰岛B细胞，因此可用于治疗因胰岛B细胞受损而引起的糖尿病，B正确；C、细胞核重编程和干细胞的再分化均与细胞内基因的选择性表达相关，C正确；D、“细胞核重编程”后可再分化形成多种类型细胞，因此该项研究为临床上解决器官移植的免疫排斥反应带来希望，D正确．故选：A． 例2、iPS细胞是通过对成熟体细胞“重新编程”培育出的干细胞，拥有与胚胎干细胞相似的分化潜力。据“中国科学报”2018年11月20日报道，日本京都大学研究人员借助基因技术，修改了iPS细胞中的基因，成功培养出只攻击癌细胞的T细胞--“杀手T细胞”，其效果已在小鼠实验中得到确认。下列相关叙述，正确的是（　　） A. 肿瘤是由于癌细胞形态结构发生显著变化引起的 B. 因为iPS细胞能不断分裂分化，所以iPS细胞更易衰老 C. 细胞凋亡受基因控制，当T细胞中基因均不表达时，细胞开始凋亡 D. iPS细胞和杀手T细胞中的染色体数目相同，基因表达的过程也相同 解析： A、肿瘤是由于癌细