人体发生发育学：第五讲 胚胎发育机制.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second Level,Third Level,Fourth Level,Fifth Level,*,思考题,1.,名词：胚胎诱导,细胞分化的决定,胚胎场,程序性细胞死亡,2.,试举例说明初级、次级、三级胚胎诱导。,第五讲,胚胎发育机制,前 言,从受精卵发育为一个新个体历经复杂的演变过程，包括,细胞生长、分化、识别、迁移、死亡和功能表达，以及组织和器官的形成,等；,这些变化具有精细的,时间顺序,和,空间关系,；,胚胎发育变化中，细胞,基因,的表达,起决定作用,，并,受内外环境因素的影响。,海胆,水螅,秀丽广杆线虫,爪蟾,果蝇,小鼠,医学发育生物学的模式生物：,主要发育机制,细胞生长,细胞分化,胚胎诱导,形态发生机制,胚胎场现象,细 胞 生 长,Cell Growth,一、细胞生长,细胞长大,+,细胞增殖,细胞长大（,Cell Enlargement,）,本 质：,蛋白质与核酸等合成,细胞周期中的细胞长大,G1 phase,:,合成,DNA,复制所需蛋白,(RNA).,S phase,:,合成,DNA,和组蛋白,G2 phase,:,合成少量,RNA,M phase,:,有丝分裂,形成两个子代细胞,非细胞周期中的细胞长大,非生理条件下的细胞长大,高血压症之心肌肥大,（二）细胞增殖（,Cell Reproduction,）,胚胎早期发育最基本生物学特性之一。,过程：有丝分裂,细胞周期,细胞周期检验点,细胞周期的调控,基因调节：,cdc,基因（细胞分裂周期基因）,cyclin-CDKs-CKIs网络,核外信号的调节：生长因子及其受体、,cAMP,与,cGMP,、,PI,早期胚胎(卵裂）-特殊的细胞周期：,无,G1,和,G2,期,S,期很短（多点复制）,(2),仅需合成,DNA,(3),无,细胞长大,早期胚胎特殊细胞周期的意义,：,细胞核,/,质比由低到高变化，利于激活基因；,体大受精卵成体,C,大小；,形成大量的小细胞，便于组织分化、器官发生；,细 胞 分 化,Cell Differentiation,细胞分化是胚胎发育的核心；,细胞分化是基因选择性表达的结果。,二、细胞分化,细胞分化：,胚胎细胞或幼稚细胞发育成具有特殊形态与功能之专一化细胞的过程。,细胞分化的决定,(cell determination),细胞在出现特有形态结构,/,功能,/,生化特征,之前,发生的决定细胞分化方向之内在,隐蔽变化,过程。,细胞分化的决定（,cell determination,）,标志：,特异性蛋白质（包括酶和受体）的合成。,决定发生在细胞形态结构变化之前。,决定是细胞分化的基础，分化是决定稳定发展的结果。,细胞决定的标准试验,实质,：基因的差别表达,管家基因/奢侈基因,细胞分化是奢侈基因按一定时/空顺序表达的结果。,过程,：,化学分化,合子基因激活，组织特异性蛋白,的产生,形态分化,核分化、胞质分化,功能分化,细胞分化,（,cell differentiation,）,细胞分化的,特点,：,过程一般不可逆，终末分化细胞一般不再分化,过程渐进：全能,-,多能,-,单能,-,终末（专一）,受细胞内外信号调控,1,）,细胞核,在细胞分化过程中具有,主导作用,。,细胞分化的调控,：,控制细胞分化的两大因素：,细胞内的控制,细胞之间的相互影响,细胞核,细胞质,美西螈,Hans Spemman,：蝾螈受精卵横缢实验,1928,细胞中绝大部分基因位于细胞核内染色体上，通过转录产生,mRNA,进入细胞质，翻译成各种,蛋白质,，从而,决定细胞新陈代谢类型和个体发育方向,。,细胞核的主导作用不是绝对的,，核的活动受到胞质中一些物质调节与制约。,细胞核在细胞分化中主导作用之机制,2,）,细胞质,在细胞分化过程中的,作用,细胞分化的调控,：,1,）,细胞核,在细胞分化过程中具有,主导作用,。,美西螈,Hans Spemman,：蝾螈受精卵横缢实验,1928,灰新月区,无定性团块,正常发育,卵细胞质,各区域组分并不相同,，这些特殊胞质组分称为,细胞质决定子,(,cytoplasmic determinants,)RNA与蛋白质,。,胞质在C分化中的作用：是通过,C质决定子影响胞核基因表达,，一定程度上决定C早期分化。,胞质对核内基因活动有调节作用，但不能改变机体的基因型。,核与质间相互作用对细胞分化影响,互相依赖，缺一则不能生存,核,控制着遗传信息,质,对核有重要调节作用,两者通过,核孔,相互传递蛋,白来实现对细胞分化调控,3,）细胞间的相互作用对细胞分化的影响：,相互识别,、,诱导,、,分化抑制等,细胞分化的调控,：,1,）,细胞核,在细胞分化过程中具有,主导作用,。,2,）,细胞质,在细胞分化过程中的,作用,胚胎诱导（,induction,）：,胚胎发育过程中，一部分细胞影响其它细胞分化方向。,细胞抑制（,inhibition,）：,已分化细胞抑制邻近细胞进行相同分化,。如把发育中蛙胚置于含有成体蛙心碎片的培养液中，胚不能产生心脏。,细胞识别与粘合（组织亲合性）：,三胚层细胞混杂培养,各胚层自我挑选，相互粘着,肿瘤细胞,不能识别粘着，失去了正常细胞调控能力,转分化（,transdifferentiation,，化生）：,1),从一种分化状态转变到另一种分化状态；,2),转分化表明分化的细胞存在潜在的可塑性。,去分化（,dedifferentiation,，,逆转）：,高度分化,C,失去,其特有结构和功能,，返回未分化状态。,去分化和转分化,：,胚 胎 诱 导,Induction,三、胚胎诱导,胚胎诱导,（induction）：,胚胎发育时期，部分组织或细胞提供或传递信号，其它细胞,接受该信号，并向特定方向分化。,诱导组织,（,inductor,）：,起诱导作用的细胞或组织,反应组织（,responding tissue,）：,接受信号并起反应的细胞或组织,基本概念,1912年，施佩曼最早发现：,两栖类发育中,视泡,能诱导覆盖它的,表皮,形成,晶状体,诱导实验一,诱导实验二,-,蝾螈早期原肠胚的背唇移植实验,供体胚胎,受体胚胎,背唇,背,腹,神经板,诱导组织,-,诱导物特性,分布：,广泛,存在于胚胎、幼体或成体组织内；活、死组织内,性质：,大分子,物质（蛋白质或核酸）或,小分子,物质（苯丙氨酸、胞嘧啶核苷酸等）,作用：,可能是激活那些反应细胞分化所必需的特异性蛋白质的编码基因。,诱导作用的特点,1,）有权能期,（,period of competence,）,一定时间内,发生，一旦超出临界时间，反应能力会逐渐减退、消失。,2）诱导刺激异，反应异,同一外胚层,神经诱导物,神经组织,中胚层诱导物,脊索、肌肉等,3,）,反应,C,产生何种结构由,诱导物决定,产生结构之遗传性由,反应,C,决定,4）反应组织的,分化是持续的、不可逆的，,说明,诱导刺激在反应C中一旦引起了某些基因表达，就会按固有程序进行下去。,诱导层次性,1）初级诱导：,脊索,诱导,神经系统,形成,2）次级诱导与三级诱导：,眼形成是最典型例子：,前脑区两侧外突,视泡,诱导其外方之外胚层形成,晶状体,，为,次级诱导,晶状体再诱导其表面外胚层,形成,角膜,，为,三级诱导,1.指令性诱导,在诱导发生前，反应组织分,化未决定,诱导组织A存在，反应组织B才能分化为特定结构；,如果A组织不存在，B组织不会沿特定方向分化为特定结构；,A组织存在，正常情况下与B组织分化方向不同的C组织也会沿着B组织的发育方向进行分化；,A组织不存在，与A不同的D组织（作为诱导组织）诱导B组织分化，B组织将不会以原方式发育。,诱导作用的类型,视泡诱导晶状体的形成,A,B,C,D,A,B,C,D,2.,允诺性诱导,特征：在诱导作用发生前，反应组织已完成了,分化决定；,诱导物不能改变反应细胞类型，而仅仅是让它有能力表达。,（1）,接触性诱导,通过诱导组织与反应组织之,间的细胞接触而实现：,简单的表面接触,形成缝管连接,（2）,非接触性诱导,诱导组织产生的大分子物质在细胞外基质,中形成一定的浓度梯度；,诱导作用机制,特定化学物质的扩散,总之，诱导物必须,激活反应细胞内有关基因,和,基因组,，一组基因被激活，产生一组,特异性蛋白,，从而导致,细胞分化,。,形态发生和细胞行为,Morphogenesis and Cell Behavior,四、形态发生和细胞行为,组织和器官形态发生是通过细胞的：,细胞运动,细胞识别和粘着,细胞增殖和死亡,等过程而实现的,形态发生,（,morphogenesis,）,：胚胎各个水平上的结构和形态逐步形成的发育过程。,1,.细胞运动和形态发生,神经管形成过程细胞形状与微丝、微管配布变化的关系：,（,1,）分化前的外胚层细胞内微丝和微管任意分布；,（,2,）细胞变高柱状，微管平行于长轴排列，形成神经板；,（,3,）细胞顶部环形微丝收缩，细胞顶端变窄，形成神经管。,位 置 信 息,位置信息(positional information),：,那些可使C,获得,在同一系统中,特定位置,之,物质或因素,(相当于电影票)。,位置信息决定细胞空间定位,位置信息来源,:,来自外界环境,如地球引力，精子进入点，细胞所,处的周围环境；,来自卵子中形态发生决定子的分布模式；,位置信息贮存于基因中；,来自细胞的相互作用和协调。,细胞,细胞黏着/细胞,基质黏着,作用：,通过选择性的粘附，同类或相关细胞按一定的模式聚集在一起，构成组织；,通过区别粘附形成突起、内陷、囊腔、基板等结构；,通过与周围的细胞或基质不断的粘附和去粘附实现细胞的迁移。,2,.细胞黏着和形态发生,3.,程序性细胞死亡与形态发生,程序性细胞死亡,（,programmed cell death,，,PCD,）,1,）定义：,也称,细胞凋亡（,apoptosis,）,一种由,基因控制,之主动的细胞,生理性自杀行为。,2,）特点：,形态：凋亡小体等,生化：阶梯状,DNA,条带,3,）胚胎发育中,PCD,意义,：,控制细胞数目,去除不需要的结构,保护机体,过程失控，将导致各种疾病,2002年10月7日,英国人悉尼,布雷诺尔、美国人罗伯特,霍维茨和英国人约翰,苏尔斯顿，因在,细胞程序性死亡,方面的研究获诺贝尔生理与医学奖。,Sydney Brenner,H.Robert Horvitz,John E.Sulston,胚胎场现象,Embryonic Field,五、胚胎场现象,胚胎场（胚野，,embryonic field,）：,能发育形成特定结构的某胚胎区域或组织场地。,胚胎场现象：,将能发育为特定结构的某胚胎区域表现出的所有性质的总和称胚胎场现象。,二）肢芽发生实验,1 若将早期肢芽挖除，其周围组织仍能长出一个正常肢芽；,距原肢芽越近的组织发生新肢芽的能力越强，反之则弱。,2 若切除肢芽的12或34，余部仍能发育为正常肢体。,3 若把一肢芽中胚层组织挖出，填入另一肢芽内，使后者具有双倍肢芽中胚层，该肢芽仍仅发育为一正常肢体,。,实验结果表明：,胚体可形成肢芽范围比预定发生肢芽部位要广,眼、耳、心脏等也存在胚胎场,三）胚胎场现象特征,1 胚胎场中形成某特定结构之组织分化潜能比该预定结构本身范围更广,2 潜能之表达,随着与预定结构,距离拉长而减弱,3 部分原基,一个完整肢体,4 增加原基,一个完整肢体,5 胚胎场形成某特定结构之潜能,随结构分化程序发展而降低,发育问题归根结底依赖于,基因,在发育过程中按一定,时间,和一定,空间,有,秩序,、有,选择,地表达。,谢 谢！,视泡和晶状体板的形成,C,，视杯和晶状体泡的形成；,D,，角膜的形成。,