全能干细胞的基因序列及表达模型的假设

凰龍泰

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多细胞生物基因表达表现为与分化、发育阶段一致的时间性，因此又称阶段特异性。要探究全能干细胞的基因表达模型，就是探究卵裂阶段的基因表达的特异性。
4 }0 B  N" h. D一、卵裂过程几乎是只有S期与M期9 r7 w/ G. q/ j" F/ s7 I9 X% _
大多数细胞在分裂之前需要经过一个生长阶段，其细胞周期的时间差异很大。例如，人肝细胞的细胞周期可达1年，有些人体骨骼肌细胞和神经细胞的细胞周期甚至同人的寿命一样长，一个标准的细胞周期需要十几小时或更长，而苍蝇胚胎的细胞周期只有8min。还有某些动物早期胚胎是由一个受精卵经过多次快速分裂产生的，这个过程中没有细胞生长，G1期和G2期被极度缩短，一次分裂到下一次分裂的时间在8-6min，其中一半是S期，一半是M期。事实上很多胚胎细胞周期，都是直接从M期进入S期，然后从S期直接进入M期。为什么？3 c4 t0 r! Z( I; b' y% ?+ T
受精卵进行的快速连续的有丝分裂, 称为卵裂，人受精卵形成后便开始卵裂，每一次卵裂，细胞数目增加了，但整个卵裂球体积不增大，因而连续分裂后每一个细胞的胞质体积逐渐变小，又因细胞核的染色体组不变，所以核质比由小到大，如海胆的受精卵核质比例为1:500，到胚泡期卵裂球的核质比为1:6，所以，卵裂时细胞不会生长，只是将体积极大的卵子细胞质分割成很多有核小细胞。其过程只有拷贝完整的染色体组分配到各个细胞中。因此卵裂过程几乎是只有S期与M期。
! c# d; g& C1 F+ I二、卵裂过程及基因活动很简单
2 T# f2 I1 g8 g' \% n7 c在生物界原核生物和单细胞生物增殖过程中的基因活动是较为简单的，但它们除了拷贝一套完整的染色体组和M期外，还必须合成运行酶、蛋白质和获取生存所必需的能量等等，因而含有细胞生长期。而哺乳动物卵裂过程所必需的酶（包括为DNA复制而准备的酶）、蛋白质和获取生存所必需的能量等物质，都由成熟卵细胞内累积足够的卵黄、RNA和蛋白质等物质来提供。因此，卵裂过程几乎不需要转录和合成蛋白质的mRNA序列。所以，卵裂过程几乎没有细胞生长的G1期早期，只有G1期晚期、S期、极度缩短的G2期和M期。所以，卵裂过程比起原核生物和单细胞生物的细胞生长过程还要简单。相应的卵裂的基因活动也非常简单。7 B; k! G. {* L
三、卵裂过程也有短暂G1早期, E# c# U* [: i2 F
根据本人《真核细胞周期中基因的协调表达模型的假设》一文剖析了：细胞分化与cdc基因表达是如何的分工与协调表达的。由此推测：卵裂过程也如其它的真核细胞周期一样，存在多个DNA分子的基因的分工与协调表达。其中最基本的一个是负责细胞分化运行的DNA分子（一条X性染色体），另一个是含细胞分裂周期基因（cell division cycle gene，cdc）的DNA分子。因此推测卵裂过程也有负责细胞分化运行的DNA分子的基因表达的G1早期。" G) K/ d5 s7 w9 @% M8 `& g
由于卵裂过程不需要合成运行酶、蛋白质和获取生存所必需的能量等环节，因此G1早期仅剩下启动细胞周期进程这一过程，而这个过程只需要一个转录因子便可大功告成。由此推测：指导卵裂的基因序列，除了顺式作用元件外，只编码一个启动cdc基因表达的转录因子，因此推测卵裂阶段的细胞分化行程只表达一个基因。( u: i$ h9 N. h& p5 v7 l: c
假设这个基因的终止序列是类似于原核生物的非依赖Rho（ρ）因子的转录终止模式。由于RNA是DNA分子一个信息的转抄体，尽管它是以RNA产物形成特殊的茎环结构表现出来的，但决定终止点的还是DNA，DNA才是决定生物所有一切现象的中心体。因此这个终止信号实际上是存在于DNA序列上的，因此本人推测：在这个基因DNA模板上靠近终止处，有些特殊的反向重复碱基序列（如回文结构），转录出RNA终止序列，当DNA/RNA杂化双链拆离之后，裸露的双链DNA可能会形成十字形结构或十字形双茎环结构。这结构维持在DNA分子上，并通过复制遗传给两个子代细胞，作为是下一个细胞周期的基因转录起始的印记。如果是这样的话，指导卵裂的基因特简单，只编码一个转录因子。因此其G1早期及基因活动非常的简单和短暂。
4 P& c& W$ u' r: X$ H: m四、编码卵裂进程的基因可能是高度重复序列的假设6 P( X9 f, e+ ~2 H' p  C
视频寰宇地理的子宫日记-同卵双胞胎讲述：受精卵发育的第十四天...之前，体内所有发育中的细胞都一样，都称为干细胞...。因此我推测：从第一次卵裂到发育的第十四天之前的每次卵裂的基因都是几乎相同的。所以，这些几乎相同的基因连锁在一起在主干DNA分子上传递，形成了不断重复的DNA序列。这与哺乳动物基因组中的高度重复序列的碱基不断重复出现，通常比较简单，大部分为不含基因的DNA部分的情形相吻合。由此推测，编码指导卵裂的基因可能是高度重复序列。8 {. W  `* v9 P$ l7 y, Y% n
五、卵裂的信息传递模式的假设  i# l2 @9 T* a' [+ J
根据本人的《受精卵重编程的假设》一文提出：受精卵基因组的重编程，就是RNA聚合酶Ⅱ集团（含一些通用转录因子）结合到作为主干线的一条X性染色体3＇端上起始转录，开始指导第一次的卵裂....。
, c2 ~! c& I# {由此推测卵裂的信息传递模式是：RNA聚合酶Ⅱ集团（含一些转录因子）结合到作为主干线的一条X性染色体3＇端上起始转录第一个基因，就是卵裂的G1早期，这个基因的表达产物就是启动cdc基因表达的信息分子（转录因子），之后整个的启动并完成细胞周期进程交由cdc基因产物负责。基因转录终止时形成的十字形结构关闭了下一个基因，并作为已经表达过的印记，这个十字形结构在DNA复制时遗传给两个子细胞。作为下一次卵裂表达起始的印记，这就是卵裂细胞的基因记忆。这样，子细胞的转录起始首先是解除这个印记，形成两条开放的DNA链，它们迅速的复性。然后RNA聚合酶Ⅱ起始表达第二个基因并形成印记.....然后是表达第三个基因进行第三次卵裂并形成印记....，子细胞的G1期又在印记后起始表达.....如此的RNA聚合酶Ⅱ在每一次卵裂都会在这个主干DNA分子上表达一个基因，就像我们现在运动场上的接力跑的形式一样，这样的，随着一次次的卵裂，这个主干DNA分子里已经转录过的基因就一站一站的向前蔓延，一直到受精卵发育的第十四天。在此之前，每个细胞都一样，都称为全能干细胞。7 C+ M% R) t" M$ z4 k8 r
全能干细胞的特点是：在基因组中，在所有负责细胞分化运行的DNA分子中，只有主干DNA分子表达过，都未曾进入分叉的DNA分子中表达，所以这群细胞都可以在适当的细胞因子刺激后进入任何的一个岔道，所以它们都具有细胞分化潜能的全能性，但由于RNA聚合酶Ⅱ只沿着主干DNA分子模板链的3＇→5＇方向滑行，随着一次次的卵裂，RNA聚合酶Ⅱ在这个DNA分子上一站一站的向前蔓延，所以它们虽然都具有细胞分化潜能的全能性，但产生全能干细胞数量的潜能也已经逐渐的降低。
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