胚轴形成专题培训培训课件.ppt

,by zhang jian xiang,*,文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。,图式形成,(pattern formation)：指胚胎细胞形成不同组织、器官，,构成有序空间结构,的过程。在动物胚胎发育中，最初的图式形成主要涉及,胚轴形成,及其一系列相关的,细胞分化,过程。,1,胚轴,(,embryonic axes,),：,指胚胎的,前后轴,(,anterior-posterior axes,AP轴)和,背腹轴,(,dorsal-ventral axis,DV,轴)。所有多细胞机体至少具有一种主要的胚轴，两侧对称的动物还具有,中轴,或,左右轴,。,胚轴形成的调控：,胚轴是在一系列基因,多层次,、,网络性的调控,下完成的。,胚轴示意图,2,第一节 果蝇胚轴形成,3,一、果蝇胚胎的极性,果蝇的卵、胚胎、幼虫和成体都具有明确的,前后,轴,和,背腹,轴,。与其他,两侧对称,的动物相同，果蝇,形体模式,的形成是沿前后轴和背腹轴进行的。,卵,胚胎,幼虫,成体,4,沿前后轴,：,果蝇幼虫显示有规律的分节原头-,头部,-胸部-腹部-尾节原头-,3个体节,-3个胸节-8个腹节-尾节,融合发育成头,每一个都在成虫中产生了一套独特的附属物。,T2会长出翅膀,T3会长出平衡棒,均有明显的外胚层沟来区分,5,沿背腹轴：,分化为4个区域羊浆膜-背部外胚层-腹侧外胚层-中胚层,6,？果蝇胚胎的极性是怎样产生的,早在20世纪初期，胚胎学家就注意到很多动物定位于受精卵中,特定部位的细胞质,与胚胎某些,特定部位的发育,有关。,实验一,：,果蝇卵刺孔,前极胞质流失-胚胎,缺头和胸,-前极胞质与头胸发育有关（BCD）,后极胞质流失-胚胎,缺腹部,-后极胞质与腹部形成有关（NOS）,其他部位胞质流失-不影响胚胎形体模式形成,说明,细胞质中含有的图式形成有关的信息；,7,以后的研究发现，果蝇早期胚轴形成与,母源性基因产物,构成的位置信息网络相关。,？果蝇胚胎的极性是怎样产生的,3组,与胚胎,前后轴,的决定有关,前端系统,-,决定,头胸,部分节,后端系统,-,决定分节的,腹部,末端系统,-,决定,原头,区和,尾节,1,组,与胚胎,背,腹轴,的决定有关,背腹系统,-,决定,背腹,结构,8,母源基因与胚胎体轴规定的关系,母源基因表达产物，是些,特异性蛋白质或mRNA,等大分子物质，称,形态发生决定因子,(morphogenetic determinant factor)或称形体素(morphogen)或胞质决定子(cytoplasmic determitant)，在卵细胞发育晚期出现，但不是由卵细胞本身的基因组转录产生，而是由其周围的卵泡细胞（营养细胞）提供的。因其在胚胎发生起重要影响，故称,母源效应基因,（maternal effect genes），简称,母源基因,。,9,这些影响母性基因的蛋白质产物又称为,形态发生素,(morphogen),？果蝇,母源性基因的,是怎样产生的,滋养细胞,调节母源性基因的mRNA,定位于一定区域,迁移进卵子,合成,受精,mRNA翻译成蛋白,合子基因的表达,激活或,抑制,果蝇胚轴的形成,调控,图7-2果蝇卵巢中野生型和双头突变体卵细胞的发生(引自Mller WA.1997),10,二、果蝇,前-后轴的形成,果蝇胚胎、幼虫、成体的前后极性均来源于,卵子,的极性。,胚胎躯体轴线的建立由母体基因决定,。,有大约50个,母源,基因参与前后轴的特化，但其中有四个基因尤为重要。,调节胚胎,后端结构,的形成,bicoid(,BCD,),hunchback(,HB,),nanos(,NOS,),caudal(,CDL,),调节胚胎,前端结构,的形成,11,1.前端组织中心:,Bicoid,mRNA,和蛋白质的分布,Bicoid 为,母源效应基因。在卵子发生中,bcd,mRNA,在滋养细胞中转录并转运至卵细胞中，定位于卵子中预定胚胎的,前极,。,12,受精后翻译出BCD蛋白质沿AP轴扩散，形成浓度梯度，为胚胎的后续分化提供位置信息。BCD蛋白主要覆盖胚胎前23区域。,13,Bicoid(BCD)浓度梯度如何起作用,hb,BCD,bcd,基因编码的BCD蛋白,是一种,转录调节因子,，可以与DNA特异性结合并激活合子靶基因,缺口基因,hunchback,(hb),是其靶基因之一，是控制胚胎头胸部结构发育的重要基因;,14,Hunchback mRNA翻译,hb,mRNA,在合胞体胚盘阶段开始翻译，表达区域主要位于胚胎前部，,HB蛋白,从前向后也形成一种浓度梯度。,15,Bicoid,基因突变失活,Bicoid,编码一种转录因子。其突变体,缺失头胸结构,，,原头区由尾区取代,。,16,（a）免疫法染色的卵细胞形态，图中显示的是正常发育的果蝇,bicoid（bcd）,基因产物的分布;,(b)如果,bcd,基因,在母体中,没有表达,(,bcd-/,bcd-,突变体,)，卵的前端就没有,bcd,基因产物，这样的胚胎将会,发育成两个后端,。,17,在卵细胞成熟过程，,bcd,mRNA直接进入卵细胞，并,锚定于卵细胞的前极,的微管系统,，使卵细胞前端成为,组织中心,(organizing center),，在受精卵发育的开始先翻译产生,BICOID蛋白,，比较集中在前端，还扩散到接近受精卵的前半，形成前极最高浓度的浓度梯度。,18,2.后端组织中心:,Nanos,和Caudal蛋白分布,19,滋养细胞合成,nos,mRNA,定位到卵子后极；,翻译的,Nanos,与,hb,mRNA,结合，,阻止,Hb,在后区的翻译，帮助形成,Hb,蛋白梯度,；,HB,蛋白含有,6,个锌指结构并可以与,DNA,结合，它可能直接,抑制形成腹部的缺口基因,knirps,和,giant,的表达,母源,缺口基因,20,Nanos控制hunchback mRNA翻译的机制,Nanos和Pumilio,蛋白作为,hunchback,基因转录的阻遏物，,阻遏卵细胞后端的Hunchback蛋白的合成,。在没有Nanos蛋白时Pumilio蛋白没有功能,21,母源性产物,caudal(cdl),mRNA,最初也是均匀分布于整个卵质内，,BCD,能抑制,cdl,mRNA,的翻译,。BCD活性从前到后降低的浓度梯度作用下,形成CDL蛋白从后到前降低的浓度梯度。,caudal,基因的突变导致腹部体节发育不正常。,22,受精后这些基因产物延长母源bicoid mRNA多聚腺苷酸的尾巴，起始翻译。,Oskar,是后段生殖质的关键组成物，Nanos定位在Oskar生殖质复合体上，其翻译需要Oskar蛋白。,23,头胸部形成：,从前到后的Bicoid 和hunchback蛋白梯度，起始头部结构的发育。,母体Hunchback mRNA在卵中均匀分布，受精后翻译的,Nanos,与,hb,mRNA,结合，,阻止Hb,在,后区,的翻译，帮助形成Hb蛋白梯度；,受精后前区高浓度的Bicoid蛋白激活合子hunchback基因的表达，从而帮助形成HB蛋白浓度梯度。,24,腹部形成：,从后向前的,Caudal,蛋白质梯度，控制腹部形成。,受精后翻译的,Nanos,与,hb,mRNA,结合，阻止,Hunchback,在后区的翻译，帮助形成Hb蛋白梯度，腹部低浓度Hb不能抑制形成,腹部缺口基因,knirps,和,giant,的表达。,母体Caudal mRNA在卵中也是均匀分布，受精后bicoid蛋白,抑制Caudal,在,前区,的表达，因而Caudal 蛋白形成类似于nanos,的浓度梯度。,25,果蝇卵细胞前后轴关键的调控事件,26,TSL,蛋白的存在量很低，受精后其扩散距离有限。其突变体类似,TOR,突变体。,TOR,与,TSL,结合,卵子前极-边缘细胞,卵子后极-极性滤泡细胞,表达Torsolike(,TSL,)mRNA-,TSL,蛋白,TSL,释放到两极的卵周隙,TOR,自我磷酸化,激活合子基因表达,胚胎前后端细胞命运特化,未受精前,-torso(,TOR,),蛋白-整个胚胎表面,3.末端系统:,TORSO信号途径,torso-like,基因编码TOR受体的配体,27,Torso信号传导途径,TSL不会扩散末端区以外，从而保证,tor,基因只在末端区被活化，,参与胚胎末端的特化,。,28,1.背腹系统,背,-,腹系统最为复杂，涉及约,20,个基因。其中,：,dorsal(dl,),等基因的突变,-,胚胎背部化,-,有背无腹,cactus,等基因突变,-,胚胎腹部化,-,只有腹部,三、果蝇,背-腹轴,的形成,“dorsal”可能是个错误，因在,正常胚胎中，这个蛋白限于在腹侧,。然而，当基因,dorsal缺失,时，胚胎,不能产生腹侧结构,，整个个体将,呈现,背侧,外观,；这个胚胎就被说成,背部化,(dorsalized),因此而产生了这个基因和其产物的名字,29,Dorsal,蛋白的VD浓度梯度的形成,Dorsal,mRNA和蛋白在卵子中均匀分布,。当胚胎第9次细胞核分裂之后，细胞核迁移到合胞体外周皮质层，在胚胎,腹侧,Dorsal,蛋白开始往,核内聚集，,但在背侧,Dorsal,蛋白,仍位于胞质中,，从而使,Dorsal,蛋白在,细胞核内的分布沿背腹轴形成一种浓度梯度,。,TOLL,激活,使DL蛋白在,细胞核内,的浓度,沿背腹轴形成浓度梯度,30,核Dorsal蛋白定位的机制,与定位在整个细胞膜表面的,跨膜受体,Toll 蛋白,结合,卵室腹侧的特异性,滤泡细胞,无活性,的,Spatzle前体,释放到卵周隙中,产生,细胞内信号传导（涉及pelle 和tube基因）,Cactus蛋白降解,DL蛋白释放而,进入细胞核,形成V-D梯度,背侧：,dpp和zen表达,不受抑制,腹侧,：,活化合子基因twists和snail,抑制,dpp和zen,指导背部结构发育,指导腹部结构发育,腹侧,Spatzle前体,被水解,激活,Spatzle,31,dpp,基因,编码,的Decapentaplegic因子（,DPP因子,，,属于生长因子的TGF家族,），在细胞外形成,DPP因子,背侧高浓度,的浓度梯度，与细胞内的DORSAL浓度梯度协同作用，使,囊胚细胞分成几个不同命运的区域,：沿腹中线是未来的中胚层区，其两侧是神经外胚层，将来形成神经系统，与其相连的背外侧是外胚层，将来形成幼虫表皮。,32,沿背腹轴：,使胚体分化为4个区域羊浆膜-背部外胚层-腹侧外胚层-中胚层,33,3组,与胚胎,前后轴,的决定有关,前端系统,-,决定头胸部分节,bicoid(BCD,),hunchback(HB,),（卵）,后端系统,-,决定分节的腹部,Nanos,和,Caudal,（卵）,末端系统,-,决定原头区和尾节,TOR,（卵）,与,TSL(,前后极滤泡细胞,),1,组,与胚胎,背,腹轴,的决定有关,背腹系统,Spatzle,(,腹侧滤泡细胞,),与,Toll(,合胞体卵,)-,Dorsal,入核,34,四、分节基因与胚胎体节的形成,分节基因的功能,是把早期胚胎沿前,-,后轴,分为一系列重复的体节原基,。,分节基因的突变可使胚胎缺失,某些体节或体节的某些部分。,分节基因分为三类：,缺口基因、成对控制基因,和,体节极性基因,，这三类基因的调控是逐级进行的。,35,胚胎躯体轴线的建立由母体基因决定,母体基因产物量或活性形成空间分布上的差异，,在AP,和DV轴线的不同区域激活不同的基因，使不同区域的基因活性谱不同而出现分化。,Gap genes,间隙基因、间隔基因、缺口基因,Pair-rule genes,成对控制基因、对控基因,segment polarity genes,体节极性基因,homeotic selector genes,同源异型选择基因,36,gap基因,(,间隙基因、间隔基因、缺口基因,),，它们的突变造成胚胎发育时,数个体节,无法产生。,例如,Krppel基因突变,，使得,第一胸节至第五腹节不见,，胚胎由头部直接连至第六腹节。,Kruppel突变缺失,T1-T3胸部,A1-A5腹部,37,Pair-rule基因,(,成对控制基因,)：,对控基因是控制副节形成的基因，由于这种基因发生,突变,，可引起每,隔一节缺一节,。,对控基因包括fushi、tarazu、hairy、even-skipped基因等，它们在细胞副节的条纹中表达，编码产物是转录因子。,每一个对控基因在7个副节中表达，表达的副节可以是偶数，也可以是奇数副节，表达后产生7条表达条纹。,例如,even-skipped基因突变使得,偶数的体节都无法产生,，胚胎只具有奇数的体节。,eve突变缺失,偶数体节,38,segment polarity基因,(,体节极性基因,),:,体节极性基因,是指在pair-rule基因表达之后立即表达的基因，,它们决定了体节的边界和体节内细胞的命运,。这些基因的产物包括,扩散分子,、,受体,、,转录因子,等多种类型。,这些基因的突变,影响每一体节的发育.,例如gooseberry突变造成,每一体节的后半节变成反向的前半节。,39,40,1.缺口基因（,gap gene,）,gap gene,的表达使胚胎沿AP轴线区域化,Gap,基因是指那些在受精后最早沿AP轴线呈区域性表达的合子基因。,Gap,基因的表达特点：,(1)都编码转录因子；(2)都在多核胚期开始表达；(3)其产物的半衰期一般较短，仅数分钟，因而它们的扩散距离较短；(4)其表达局限在一定的区域，其突变会导致胚胎在该区域及附近区域的缺失。,41,果蝇间隙基因的表达,在母体基因的作用下，不同间隙基因出现区域性表达，图显示间隙基因在体轴不同区域中的表达图案。,42,缺口基因（,gap gene,）,的表达,43,44,GAP,基因突变体,45,Kruppel突变：,T1-T3胸部,A1-A5腹部缺失,46,hunchback突变：头部、T1-T3胸部 缺失,47,knirps突变：A1-A7腹部 缺失,48,2.成对控制基因（Pair-rule）,副体节,(parasegment),由pair-rule基因活性界定。在原肠作用开始后，胚胎表面沿AP轴线出现一些过渡性的浅沟，将胚胎分为,14个区,域，这些区域即为,副,体节,。每个副体节受一套特定的基因的控制，成为独立的发育单位，将逐渐获得自身特有的特性。,果蝇胚胎eve(奇数)、ftz(偶数)表达的双染色图案(显示副体节),49,体节：,原肠期后，胚胎沿AP轴线出现有规则的节段，即,体节,(segments)，每个体节有不同的特性及发育命运。晚期胚胎和幼虫的每一个体节由,前一个副体节的后区,和,后一个副体节的前区,构成。,通常讲的果蝇体节是肉眼可见到成年果蝇身上的节，每一体节都有自己的特性，因此,体节不是发育单位,。相反，副节是指胚胎沿前后轴由一套选择基因作用后形成的,空间区域是发育的单位。,50,什么是对控基因？,在果蝇的发育中有什么作用?,对控基因是控制副节形成的基因，由于这种基因发生突变，可引起每隔一节缺一节，因此之故称为对控基因。,果蝇胚胎共分14个副节，每一个副节在特定的一组基因控制下成为一个独立的发育单位。,前3个,副节参与,形成头部体节,，,再3个,副节形成,胸部体节,，,后8个,副节形成,腹部体节,。副节与后来的体节并不对应，每一个体节是由一个副节的后区和后一个副节的前区组成。胚胎,前部的副节发生了融合，因此头区不分节。,51,对控基因包括,fushi、tarazu、hairy、even-skipped,基因等，它们在细胞副节的条纹中表达，,编码产物是转录因子,。每一个对控基因在7个副节中表达，表达的副节可以是偶数，也可以是奇数副节，表达后产生7条表达条纹。各种不同的研究结果表明条纹的出现为一渐变过程，条纹的最初边缘模糊，随后才逐渐明显。每一条纹中表达的基因分别受不同的间隔基因和母体基因编码的转录因子的控制，对控基因对不同浓度和不同组合间隔基因转录因子的反应，确定了每一条带纹的定位。,52,果蝇副体节、区室、体节与成体结构对应关系,图中字母和数字分别表示：C、r、A为头、胸、腹体节；a、p为区室；1-14为副体节,头包括3个体节,胸包括3个体节,腹包括8个体节,53,副,体节的边界决定,副,体节,的边界由成对控制(,pair-rule,),基因活性决定,。,(1).每个基因只在半数副体节中表达，如even-skipped（eve）在奇数类体节(1、3、5、7、9、11、13)中表达，而fushi tarazu（ftz）在偶数类体节中表达。表达横纹一般只有3个细胞宽。(2).绝大多数编码转录因子，表达开始于胚胎细胞分化前夕。,54,Pair-rule,基因的突变导致胚胎缺失相应的区域,55,成对控制基因,的每个表达横纹由一组Gap转录因子控制,Pair-rule,基因表达的间隔性重复，,无法通过单一浓度梯度来控制，,而是由多个转录因子来控制。例如，,Even-skipped（eve）,在第三副体节中的表达受bicoid和hunchback的激活，而受giant和kuppel的抑制。,56,3.体节极性基因(segment polarity genes),体节极性基因,是指在,pair-rule(,成对控制基因,),基因表达之后立即表达的基因，它们,决定了体节的边界和体节内细胞的命运,。这些基因的产物包括扩散分子、受体、转录因子等多种类型。副体节之间或体节之间均没有细胞的相互迁移。,57,engrailed(en),和,wingless(wg),基因是最重要的体节,极性,基因。en基因在每一副体节,最前端一列细胞,中表达，wg基因的表达区域刚好位于en基因表达带之前，即每一副体节的,最后一列细胞,。因此，这两个基因表达区域的界线正好确立副体节的界线。,58,59,Engrailed（en）,的表达受高浓度ftz和eve的激活,fushi tarazu（,ftz,）,even-skipped（,eve,）,60,4.同源异型选择者基因,(homeotic selector genes),同源异型选择者基因,赋予细胞位置值，突变会导致同源异型转变，身体的某部分被另一部分,置换,。这个表型的发生是因为这些细胞已经被给予了错误的位置值，以沿体轴与不同位置值对应的方式发育。,同源异型转变可能是由于下游基因的选择变更造成的。,Ubx基因,的表达被抑制或,缺失后，第三胸节(T3)的平衡棒会象T2 一样长出一对翅膀,61,有两簇选择基因(selector genes)在控制果蝇外部结构的正确发育途径中起关键作用：,双胸复合物,(bithorax complex,BX-C),BX-C含有3个结构基因,，分别是：Ubx、abdA和abdB，它们各编码一种具有同源框的,转录因子,。这三个基因都含有很多内含子，这些内含子对于调节这些基因在不同副体节进行不同的表达具有重要作用。,触角足复合物,(antennapedia complex,ANT-C)。,ANT-C基因簇含有5个基因,：lab、pb、Dfd、Scr和Antp。,这两簇基因都定位于,3号染色体,。,ANT-C,簇编码的蛋白质,控制05副体节的发育,，,BX-C基因簇,编码的蛋白质,控制514副体节的发育。,62,图7-6果蝇的同源异性基因，,ANTP-C,和,BX-C,组成基因序列沿着染色体顺序排列，其表达也是按染色体基因序列从头部到尾进行。（引自Mller WA.1997）表达产物,63,Antp基因,在第二体节处表达，控制腿的发育，其错误地在头部表达,使触角,部位长出了,肢体,64,反之，若Antp基因在第二胸节的表达被抑制,，,触须,将,代替,应有的,肢体,发育。,如果使原来只在T1表达的,Antennapedia,也在头部表达，则头窝中长出的不是触角而是腿。,65,proboscipedia使口器的部分转变为腿的构造,66,果蝇3号染色体中BX-C基因簇的组织结构,(a)三个基因都是从右向左转录，外显子（黑线）所占比例极小；,(b)三个基因在副体节414中的表达模式，深色部分表示高浓度。,67,68,同源异形复合体(HOM-C),HOM-C,是由8个基因构成的2个基因簇；,HOMC,基因的结构是十分复杂的，有些基因具有多个启动子和多个转录启始位点；,HOM-C,基因含有一段180 bp的保守序列，称为同源异型框。,69,在哺乳动物中，ANT-C和BX-C的基因的同源性发生在四个基因簇，并且定位在不同的染色体上，将它们称为Hox-复合物(Hox-C)。,由于果蝇的ANT-C和BX-C的基因也具有同源框，所以将它们称为Hom-C。,70,图,7-8 脊椎动物四个Hox复合体与果蝇同源异型基因复合体的排列比较,（改自Krumlauf R.1993）,71,已经发现在哺乳动物如小鼠，包括人类同样有同源盒基因。人和小鼠的同源盒基因与果蝇相应的基因组有高度相似性，并成线形排列在染色体上。小鼠和人的同源盒基因有4个基因簇，位于4种不同的染色体，每个基因簇是由13个不同的基因组成。,小鼠,Hox-A,，,-B,，,-C,，,-D,基因簇,，分别位于,第6、11、15和2染色体,。,人的同源盒基因是,HOX-A，-B，-C,，,-D,基因簇，分别位于第7、17、12和2染色体。,每个基因簇转录的方向多数是从基因的3端开始。接近3端的基因在胚胎的前段最早表达。接近5端的基因在胚胎的后段，且较迟表达（图7-8）。,72,哺乳动物的Hox基因,73,总之，胚胎形态发生过程，包括模式形成，头尾轴和背腹轴，分节的形成以及每个器官的各种细胞组成的特定结构等一系列的事件，都由调控基因决定，以转录因子的方式识别特异性启动子上的结合位点，对启动子施加不同的作用，再作用于结构基因的表达。上述只是扼要地简述胚胎形成相关的部分基因调控的概念。目前有关基因调控的研究还在继续深入中。,74,果蝇的图式形成(小结),胚胎的前-后轴和腹-背轴,分别独立地由,母体效应基因,产物决定,母体效应基因主要编码转录因子，其产物通常形成一种,浓度梯度,并产生,特异的位置信息,，以进一步激活一系列合子基因的表达,随着合子基因的表达，胚胎被分成不同的区域。每个区域表达特异性基因的组合，沿前-后轴形成间隔性的图式，即,体节的前体形式,。此时，每一条带的基因活性是由,局部分布的蛋白质因子,决定的,最后，每一体节通过,同源异型基因的特异性表达,而确定该区细胞的命运和结构,特征,75,调控胚轴与形态发生的基因表达层次,母性影响基因调控缺口基因的表达,缺口基因调节,成对控制基因的表达,成对控制基因调控体节极性基因的表达,以上所有基因调控同源异型基因的表达.,同一层次的基因产物间存在相互作用,76,第一节 两栖类胚轴形成,第十一章,脊椎动物的,胚轴形成,77,组织者细胞在早期胚胎发育中具有的功能：,能够启动原肠作用；,有能力发育成背部中胚层；,能够诱导外胚层背部化形成神经板，并使后者发育为神经管；,组织者细胞能够,诱导其周围的中胚层背部化,。,一、组 织 者和Nieuwkoop中心,组织者,：,78,Nieuwkoop中心,在两栖类囊胚中最靠近背侧的一群植物半球细胞，对组织者具有特殊的诱导能力，称为,Nieuwkoop,中心。,79,二、两栖类胚轴形成机制,1.Nieuwkoop中心的分子生物学研究,Nieuwkoop中心指令位于其上方,背部边缘带细胞分化成为组织者,。,-Catnin,是Nieuwkoop中心的一个主要细胞因子。,-catenin基因：是一种母体效应基因，其编码的蛋白质-Catnin是一种多功能蛋白，既能锚定细胞膜上的,钙粘蛋白,又是个,核内转录因子,。-Catnin对于形成,背部结构,是必需的。,糖原合成激酶-3(GSK-3)：对,-CATENIN有负调控,作用，进而对于背侧细胞分化起抑制作用；,Disheveled(DSH)蛋白：背侧细胞中存在的GSK-3的抑制因子。,80,两栖类背-腹的形成,Dsh protein如何去稳定在背部区域的-cat。,Dsh protein一开始是位在植物极的特定区域,受精之后，这些protein会沿着表层细胞内面移位,之后便会释放到embryo中，形成在背侧部分浓度较高的梯度,（蓝色）,81,在腹侧，Dsh protein浓度低，GSK-3将-cat被降解掉，如此可形成-cat的梯度分布，影响接下来的转录。,在背侧，Dsh protein会抑制GSK-3的功能，避免-cat被降解掉，因此-cat 积累（橙色）,82,GCD激活组织者中其他基因所必需,Vgl，VegT和,Nodal-,相关基因编码蛋白,SMS,GCD,83,84,较少,极低,大量,组织者,侧板中胚层,腹侧中胚层,85,2.第一类组织者分泌性蛋白因子和BMP抑制因子,GCD,在细胞核中直接或间接地激活一些基因，而这些基因产物是调控细胞进行背腹轴和前后轴分化功能的,可溶性蛋白因子,。,BMP4,由非组织者区的中胚层细胞合成和分泌是最重要的上皮分化和腹侧化诱导因子。神经发生中，它是抑制因子或抗神经化因子，,其功能与组织者的作用正好相反。,进行神经发生的,外胚层和组织者,能分泌一些,可溶性蛋白因子阻滞BMP的作用,。已知NGN、CHD、Nodal相关蛋白3和FST均能防止BMP与靠近组织者的外胚层和中胚层接触。,86,NGN是首先从组织者分离的一种可溶性蛋白因子。,ngn,mRNA,首先出现在胚孔背唇区域，以后在脊索组织中表达,左图利用染色的方法,in situ,hybridization找出noggin mRNA的位置。,(A)在原肠作用开始时，noggin mRNA会聚集在背缘区,(B)当细胞开始内卷时，noggin会跑到背唇,(C)在汇聚延展时，noggin会在脊索出现。,87,向1细胞期胚胎注射ngn mRNA可以弥补紫外线照射对胚胎的损伤，进行正常背轴分化和发育成完整的胚胎。,最上方的胚胎是受到UV光照射导致Noggin不表现，下面的四个图则是重新在Noggin不表现的胚胎中加入不同浓度的Noggin的结果，胚胎一开始会随着Noggin浓度的增加而渐渐恢复正常，当Noggin浓度到了一定量后再继续增加的话，胚胎的发育又会开始往另一种不正常的型态进行。,88,另一个组织者蛋白是CHD，其mRNA最初也定位于胚孔背唇区域，以后在脊索和背中胚层组织中表达,89,Nodal相关蛋白3(XNR3)由组织者表面的细胞合成。,第四个组织者分泌蛋白是,FST,，它能结合和抑制辅肌动蛋白(ACTIVIN)和其他相关蛋白。,NGN和CHD能与BMP2和BMP4结合，可抑制它们与受体的结合。,Nodal相关蛋白-3(XNR-3)对BMP4也有抑制作用。,90,两栖类背腹轴形成的调控,91,3.第二类组织者分泌性蛋白因子和WNT抑制因子,最前端的头部,结构是由在头和脑的最前端下方,咽鳃区内胚层,和,头部中胚层,诱导，由这种内-中胚层组织构成胚孔背唇的前缘。同时阻滞WNT信号传导途径。,由除背唇区以外的所有边缘带中胚层细胞合成生长分化因子WNT家族的成员之一的,WNT8,，其具有,抑制神经诱导的功能。,组织者分泌一些阻滞WNT8功能蛋白,，如CERBERUS(CBR)，FRZB和DICKKOPF(DCK)等，完成对最前端头部结构形成的诱导。,92,93,FRZB是个相对分子质量较小的可溶性蛋白，也是WNT的受体。如果使胚胎超表达frzb基因，WNT信号传导途径就不能发生，胚胎将只有发育的头部而缺乏腹侧和后部结构。,94,wnt8抑制前脑发育,frzb1促进前脑发育,95,两栖类胚胎中阻滞WNT8和BMP4功能的蛋白因子示意图,在外胚层中控制神经分化表型的关键蛋白是NEUROGENIN(NRG)。,nrg,基因表达与否决定于外胚层中是否有BMP信号。当BMP信号缺乏时，转录因子可引起nrg基因表达；当外胚层中存在BMP信号时，由BMP诱导产生的转录因子如MSXl等抑制nrg基因表达。,96,4.后端化因子和中侧轴特化因子,后端化因子：,随着前端神经系统的区域性特化神经管，后端开始进行分化。后端的分化由胚胎后端产生后端化因子进行调控，,成纤维母细胞生长因子(eFGF)，WNT3a和视黄酸(RA),都是后端化因子。,中侧轴特化因子：,蝌蚪不仅外形是两侧对称的，内脏器官的分布也左右平衡，所以除背腹轴和前后轴之外，两栖类胚胎还存在中侧轴。目前已研究过的脊椎动物中侧轴形成的关键事件都是由原肠胚左侧侧板中胚层中表达的,nodal相关基因调控。,97,后端化因子,98,1、,果蝇胚胎躯体前后轴线如何建立,？答：形态发生素调节首先表达的合子基因（缺口基因）。缺口基因表达区呈带状，带宽约3体节，不同缺口基因表达区之间有部分重叠，它翻译的蛋白质以其浓度效应调控成对控制基因的表达。成对控制基因的带状表达区将胚胎沿前-后轴划分成周期性单位。它翻译的蛋白质激活体节极性基因转录。体节极性基因表达产物进一步将胚胎划分成14体节。同时，缺口基因和成对控制基因的编码蛋白质，以及体节极性基因与同源异形框基因之间的相互作用，调节同源异形基因的表达，而后者的表达产物则决定每个体节的发育命运。,2、,什么是缺口基因,？有什么特性？起什么作用？答：缺口基因：沿果蝇前后轴最早表达的合子基因,它们均编码转录因子,参与果蝇胚胎前后轴早期模式的形成 缺口基因的特性：（1）编码转录因子（2）都在多核胚期开始表达（3）其产物的半衰期一般较短近数分钟，因而它们的扩散距离较短（4）其表达局限在一定的区域，其突变会导致胚胎在该区域及附近区域的缺失。,3、,成对控制基因的作用,？答：成对控制基因的作用：把缺口基因确定的区域进一步分成体节。,4、,什么是体节极性基因,，有什么作用？答：体节极性基因：在成对控制基因表达之后立即表达的基因，它们决定了体节的边界和体节内细胞的命运，这些基因的产物包括扩散分子，受体，转录因子等这种类型 体节极性基因作用：是确定体节和体节边界的关键基因，它在每个类型体节中的前部表达，占据一行细胞，从而确定了副体节的前部边界，体节出现后，它在每个体节的后部表达，将一个体节分成前后两个区域，两个区域内的细胞不发生交换，各自有不同的发育命运。,5、同源异形基因,？答：同源异形基因：在体节边界建立之后，用来控制每个体节的特征结构发育的基因，它们编码homeodomain转录因子。,99,Thanks!,100,Thanks！,101,