1.3基因选择性表达导致细胞的差异化课件-2026-2027学年高一下学期生物沪科版必修2

基因选择性表达导致细胞的差异化（第一课时） 1 帕金森病 帕金森病 多巴胺能神经元 受损 IPSC，即诱导性多能干细胞，是指通过人工对体细胞进行重编程，培养出的一类多能干细胞。 IPSC与帕金森 日本科学家山中伸弥 英国科学家约翰·格登 IPSC，即诱导性多能干细胞，是指通过人工对体细胞进行重编程，培养出的一类多能干细胞。 IPSC与帕金森 IPSC可经过FGF、TGF-β1、EGF、N2B27、cAPM、BDNF、GDNF和AA等多种物质（统称为诱导因子M）诱导分化获得多巴胺能神经元。 为什么诱导因子M能诱导分化改变性状？ 诱导因子M可能影响蛋白质的合成。 IPSC与帕金森 细胞类型 轴突蛋白mRNA 呼吸相关酶mRNA ATP合成酶mRNA IPSC - + + 神经细胞 + + + 观察表格，不同种类细胞内的mRNA和蛋白质是否相同？ 细胞类型 轴突蛋白 呼吸相关酶 ATP合成酶 IPSC - + + 神经细胞 + + + 不完全相同 IPSC与帕金森 诱导因子M诱导IPSC发生分化后，基因并未发生改变，但是部分基因开启表达，而另一些基因不表达。 同一个体内细胞形态、结构和功能不同，体现为蛋白质的不同，实质是基因发生了选择性表达。 归纳： IPSC与帕金森 使用不同的诱导因子会让IPSC分化为不同种类的细胞。下图是从同一个体重编程获得的IPSC分化得到的多种细胞，尝试绘制以下几种细胞内基因的开启或关闭情况。（A代表轴突蛋白基因，B代表血红蛋白基因，C代表ATP合成酶基因，D代表肌动蛋白基因，E代表胰岛素合成基因。若该基因表达则填涂为绿色，若基因不表达则不填涂颜色。） A B E D C A B E D C A B E D C A B E D C 多巴胺能神经元 胰岛β细胞 肌细胞 未成熟红细胞 【课堂活动1】基因表达模拟：IPSC细胞分化探索 多巴胺能神经元 胰岛β细胞 A B E D C A B E D C 肌细胞 未成熟红细胞 A B E D C A B E D C 【课堂活动1】基因表达模拟：IPSC细胞分化探索 【课堂活动2】图解大肠杆菌：调控原理阐述 启动子P 阻遏蛋白结合位点O 利用乳糖相关的基因LacZ\LacY\LacA 启动子P 阻遏蛋白结合位点O 利用乳糖相关的基因LacZ\LacY\LacA 1.发生在大肠杆菌细胞内基因的差异化表达是否属于细胞分化？ 不属于 【课堂活动2】图解大肠杆菌：调控原理阐述 启动子P 阻遏蛋白结合位点O 利用乳糖相关的基因LacZ\LacY\LacA 2.根据上述材料，大肠杆菌LacZ基因选择性表达的意义可能是什么？ 适应环境 【课堂活动2】图解大肠杆菌：调控原理阐述 大肠杆菌与帕金森 越来越多的证据显示，α突触核蛋白（SNCA基因编码）水平的升高与帕金森的发病有因果性关系。 请同学阅读课本22页广角镜，结合α突触核蛋白的相关研究材料，运用本节课所学知识，尝试提出治疗帕金森的方法。 【课堂活动3】广角镜研读：帕金森疗法探索 降解SNCA的mRNA 抑制SNCAmRNA的翻译 降低α突触核蛋白含量 抑制SNCA基因的转录 广角镜研读：帕金森疗法探索 DNA 翻译 转录 蛋白质 RNA 2024年1月，科学家筛选到了一种小分子，能够选择性降解SNCA mRNA，显著降低了α-突触核蛋白水平。 α-突触核蛋白与帕金森 降解SNCA的mRNA 抑制SNCAmRNA的翻译 降低α突触核蛋白含量 抑制SNCA基因的转录 多细胞生物 基因选择性表达 单细胞生物 适应环境 多种调控方式 （细胞分化） 实质 课堂小结 正常果蝇幼虫中，Ey 基因在将要发育成眼睛的细胞团中表达，而在将要发育成腿的细胞团中不表达。如果人为地让 Ey 基因在将要发育成腿部的细胞团中表达，在果蝇成虫的腿部会长出类似于眼睛的结构。请解释果蝇腿部形成眼的原因。 课堂练习 Ey基因在腿部表达时可能产生了某种调节蛋白，可以激活发育眼睛所必需的一系列基因的表达。因此能够在腿部长出类似于眼睛的结构 。 帕金森为什么在青年人中患病率较低，而在60岁以上的中老年个体中发病率显著上升，请同学们查阅资料并运用本节课所学知识解释这一现象并完成课后作业的其它内容。 作业练习 基因选择性表达导致细胞的差异化（第二课时） 21 抑郁症 抑郁症 2022年我国科研团队发现重度抑郁症与 BICD2基因的高表达密切相关。 该资料与我们所学的理论知识，存在怎样的矛盾呢？ 材料1： 材料2： 同卵双胞胎由一个受精卵发育而来。大规模调查发现，双方同时患抑郁症的概率约50%—70%。 23 同卵双胞胎同时患病概率并非100%。 相同 不同 表达过程异常 2022年我国科研团队发现重度抑郁症与 BICD2基因的高表达密切相关。 材料1： 材料2： 同卵双胞胎由一个受精卵发育而来。大规模调查发现，双方同时患抑郁症的概率约50%—70%。 不同 抑郁症 24 表型 正常 患病 BICD2转录的mRNA含量 + ++++ BICD2表达的蛋白质含量 + ++++ 抑郁症患者体内BICD2基因的转录过程被促进。 抑郁症与DNA甲基化 抑郁症与BICD2基因表达之间存在的联系 重症抑郁症患者体内BICD2基因启动子区域的甲基化水平要明显低于正常人。 DNA甲基化：在DNA甲基转移酶作用下，DNA分子中特定碱基序列上被添加甲基基团（-CH3）的化学修饰。 甲基化 去甲基化 抑郁症与DNA甲基化 DNA甲基化：在DNA甲基转移酶作用下，DNA分子中特定碱基序列上被添加甲基基团（-CH3）的化学修饰。 抑郁症与DNA甲基化 结构改变 DNA甲基化：在DNA甲基转移酶作用下，DNA分子中特定碱基序列上被添加甲基基团（-CH3）的化学修饰。 甲基化 去甲基化 甲基化和去甲基化不会对碱基序列造成影响。 抑郁症与DNA甲基化 BICD2基因去甲基化引发抑郁症的机制是什么？ 重症抑郁患者体内BICD2基因启动子区域发生去甲基化，导致其蛋白质水平明显升高。 抑郁症与DNA甲基化（活动1） 抑郁症与DNA甲基化（活动1） 抑郁症与DNA甲基化 RNA聚合酶 甲基基团 材料： DNA链 BICD2基因去甲基化 RNA聚合酶结合DNA BICD2的mRNA含量上升 BICD2的蛋白质含量上升 抑郁症与DNA甲基化 这种改变可遗传吗？ 喂食高糖饮食的肥胖雄性果蝇可通过组蛋白甲基化修饰将脂质积累信息跨代传递给后代，并诱导后代肥胖表型。 抑郁症与DNA甲基化 材料1： 材料2： 喂食高脂饮食的肥胖小鼠可通过生殖细胞DNA甲基化，将脂质积累信息传递给他们的后代并导致其肥胖。 在碱基序列没有改变的情况下，基因表达的过程也会受影响，从而使细胞或生物个体的表型发生可遗传的改变，称为表观遗传。 表观遗传概念 抑郁症与组蛋白乙酰化 组蛋白 DNA链 研究发现，脑源性神经营养因子BDNF基因启动子处发生组蛋白去乙酰化，会使得BDNF基因的表达量下降，导致抑郁症风险上升。 1. 阅读课本 P23 最后一段，并动手分别制作组蛋白乙酰化和组蛋白去乙酰化的核小体模型。 2. 结合模型分析组蛋白乙酰化和去乙酰化分别是如何影响表达过程的？ 抑郁症与组蛋白乙酰化（活动2） DNA链 RNA聚合酶 材料： 组蛋白 乙酰基基团 抑郁症与组蛋白乙酰化（活动2） 抑郁症与组蛋白乙酰化（活动2） 组蛋白去乙酰化引发抑郁症的机制是什么？ 抑郁症与组蛋白乙酰化（活动2） 组蛋白去乙酰化 RNA聚合酶无法结合DNA BDNF的mRNA含量下降 BDNF的蛋白质含量下降 抑郁症与组蛋白乙酰化 抑郁症 BICD2基因去甲基化 RNA聚合酶 结合DNA BICD2的mRNA含量上升 BICD2的蛋白质 含量上升 能否针对这两种机制，提出缓解或治疗抑郁症的方案呢？ 抑郁症的治疗 组蛋白 去乙酰化 RNA聚合酶 无法结合DNA BDNF的mRNA含量下降 BDNF的蛋白质 含量下降 阅读课本P24最后一段文字内容并完成RNA干扰的作用原理流程图。 目标基因进入宿主细胞发生转录 宿主细胞内的核酸酶将其切割为siRNA 复合体中的siRNA的一条链被降解，另一条链可与其碱基互补配对的mRNA结合 阅读课本P24最后一段文字内容并完成RNA干扰的作用原理流程图。 产生的RNA形成局部双链 目标基因进入宿主细胞发生转录 翻译过程被阻断 siRNA可与一些蛋白质结合形成复合体 宿主细胞内的核酸酶将其切割为siRNA mRNA被切割 复合体中的siRNA的一条链被降解，另一条链可与其碱基互补配对的mRNA结合 结合流程图及活动1中提到的BICD2蛋白，谈谈如何利用RNA干扰来改善抑郁症？ 抑郁症的治疗 2022年我国科学家使用RNA干扰技术成功降低Bicd2基因的表达，改善了小鼠的抑郁样行为。 抑郁症的治疗 相较于DNA甲基化和组蛋白修饰，RNA干扰为什么能够针对性的对某个基因的表达造成影响？ 碱基互补配对定位 DNA 翻译 转录 蛋白质 RNA DNA甲基化 组蛋白修饰 RNA干扰 抑郁症的预防 研究发现，笼子湿度增加、噪音暴露、温度变化等环境因素会导致小鼠出现抑郁行为和生理改变。而运动可以调节相关基因启动子甲基化程度来抵抗抑郁行为。 表观遗传 影响 性状 环境 材料： 为什么同卵双胞胎由一个受精卵发育而来，但是同时患病概率却并非100%？ 抑郁症的预防 抑郁症的预防 环境 表观遗传 影响 DNA 翻译 转录 蛋白质 RNA DNA甲基化 组蛋白修饰 RNA干扰 基因选择性表达 课堂小结 碱基序列未变 表型改变 可遗传 Lavf58.28.100 null 3709.3938 null 3056.3298 null 3056.3298 null 18886.494 null 13792.597 null 13714.23 null 16744.404 Lavf58.46.101 Lavf58.46.101 null 16744.404 null 10318.361 null 7340.429 null 25573.994 $