细胞融合

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细胞融合(cell fusion) 

细胞融合

在自发或人工诱导下,两个不同基因型细胞原生质体融合形成一个杂种细胞。基本过程包括细胞融合形成异核体(heterokaryon)、异核体通过细胞有丝分裂进行核融合、最终形成单核的杂种细胞。有性繁殖时发生的精卵结合是正常的细胞融合,即由两个配子融合形成一个的的二倍体。在自然条件下或用人工方法(生物的、物理的、化学的)使两个或两个以上的细胞合并形成一个细胞的过程。人工诱导的细胞融合,在六十年代作为一门新兴技术而发展起来。由于它不仅能产生同种细胞融合,也能产生种间细胞的融合,因此细胞融合技术目前被广泛应用于细胞生物学和医学研究的各个领域。 基因型相同的细胞融合成的杂交细胞称为同核体(homokaryon);来自不同基因型的杂交细胞则称为异核体(heterokaryon)。  

目录

过程

细胞膜有内外两层,细胞融合首先发生在外层,然后再到内层,由此就出现了两种融合通道,细胞体内物质通过这两种通道转移。病毒膜与目标细胞融合时,只出现一种融合通道,即导致融合的基因只能在病毒中找到,而在目标细胞中却找不到。但是,通过EFF-1发生的细胞融合则是一个双向融合过程,需要EFF-1出现在两个相互融合的细胞中。  

融合方法

同种细胞在培养时2个靠在一起的细胞自发合并,称自发融合;异种间的细胞必须经诱导剂处理才能融合,称诱发融合。

诱导细胞融合的方法有三种:生物方法(如病毒诱导融合法)、化学方法(如聚乙二醇PEG诱导融合法)、物理方法(如电场诱导融合法)。

某些病毒如:灭活的仙台病毒、副流感病毒和新城鸡瘟病毒的被膜中有融合蛋白(fusion protein),可介导病毒同宿主细胞融合,也可介导细胞与细胞的融合,因此可以用紫外线灭活的此类病毒诱导细胞融合。化学和物理方法可造成膜脂分子排列的改变,去掉作用因素之后,质膜恢复原有的有序结构,在恢复过程中便可诱导相接触的细胞发生融合。  

融合诱导物

细胞融合的诱导物种类很多.常用的主要有生物法用灭活的仙台病毒(Sendai virus),化学法如用聚乙二醇(Polyethyleneglycol,PEG)和物理法如电脉冲。目前应用最广泛的是聚乙二醇,因为它易得、简便,且融合效果稳定。PEG的促融机制尚不完全清楚,它可能引起细胞膜中磷脂的酰键及极性基团发生结构重排。动植物细胞融合方法不同,生物法利用灭活仙台病毒是动物细胞融合所特有的。

自发条件下或人工诱导下, 两个不同基因型的细胞或原生质体融合形成一个杂种细胞。基本过程包括细胞融合导致异核体(heterokaryon)的形成, 异核体通过细胞有丝分裂导致核的融合, 形成单核的杂种细胞。有性生殖时发生正常的细胞融合, 即由两个配子融合成一个合子。  

实验操作

人、鼠细胞融合实验分步进行∶首先用荧光染料标记抗体∶将小鼠的抗体与发绿色荧光的荧光素(fluorescin)结合, 人的抗体与发红色荧光的罗丹明(rhodamine)结合;第二步是将小鼠细胞和人细胞在灭活的仙台病毒的诱导下进行融合;最后一步将标记的抗体加入到融合的人、鼠细胞中,让这些标记抗体同融合细胞膜上相应的抗原结合。开始,融合的细胞一半是红色, 一半是绿色。在37℃下40分钟后, 两种颜色的荧光在融合的杂种细胞表面呈均匀分布,这说明抗原蛋白在膜平面内经扩散运动而重新分布。这种过程不需要ATP。如果将对照实验的融合细胞置于低温(1℃)下培育, 则抗原蛋白基本停止运动。这一实验结果令人信服地证明了膜整合蛋白的侧向扩散运动。  

应用价值

细胞融合不仅可用于基础研究,而且还有重要的应用价值,在植物育种方面已经成功的有萝卜+甘蓝、粉蓝烟草+郎氏烟草、番茄+马铃薯等等。  

应用

自发的动物细胞融合机率很低,1962年Okada和Tadokoro发现灭活的仙台病毒有促进细胞融合的作用。这是由于病毒的磷脂外衣与动物细胞的膜十分相似的缘故。病毒外壳上的某些糖蛋白可能还有促进细胞融合的功能。此外,用聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)作为细胞融合剂,它可引起邻近的细胞膜的粘合,继而使细胞融合成为一个细胞。  

细胞融合的成功例证

生物种类 细胞来源
甘蓝—青菜 叶—根
大豆马唐 愈伤组织—叶
矮牵牛—龙面花 叶—花瓣
大麦—花生 种子—种子
大麦—大豆 叶—悬浮细胞
小麦—矮牵牛 叶—花瓣
油菜—大豆 叶—悬浮细胞
玉米—大豆 叶—悬浮细胞
大豆—野豌豆 悬浮细胞—悬浮细胞
大麦—蚕豆 叶—根
大豆—香草木犀 悬浮细胞—叶
酵母菌—鸡 原生质体—血红细胞
大豆—烟草 悬浮细胞—叶
大豆—秋水仙 悬浮细胞—叶
人—胡萝卜 腹水癌细胞—原生质体
番茄—马铃薯 叶—根尖
人—小鼠 纤维瘤细胞—畸态瘤细胞
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