發(fā)育與分化的機(jī)制課件

1、第五節(jié) 發(fā)育與分化的機(jī)制浙所網(wǎng)喇有紋姜冰粱師消月衫盞剖涵澗獸組幽啟孤抄隋申奢潛尹鋅既妝巧發(fā)育與分化的機(jī)制發(fā)育與分化的機(jī)制第1頁，共28頁。多細(xì)胞有機(jī)體的發(fā)育一般始于單個細(xì)胞，即看上去勻質(zhì)的受精卵。 個體發(fā)育時，簡單的、無定型的物質(zhì)逐漸多樣化，自發(fā)地形成有機(jī)體。 雄性生殖細(xì)胞中的遺傳信息和卵細(xì)胞內(nèi)攜帶信息的結(jié)構(gòu)賦予有機(jī)體自我復(fù)制的能力，然而，來自雌雄生殖細(xì)胞的DNA信息含量顯然無法儲存建造有機(jī)體高度復(fù)雜的結(jié)構(gòu)的全部藍(lán)圖，例如，人腦的突觸連接就有10181024之多，大大超過了人類基因組1012堿基對的數(shù)量。 現(xiàn)代發(fā)育生物學(xué)認(rèn)為，動物的發(fā)育與分化的調(diào)控是通過基因表達(dá)的時空順序以及細(xì)胞間的相互作用來

2、實(shí)現(xiàn)的。觀埠撩舟亢憫淘幌蝕頃羨瓢豐疫錳顆柬刺睬脊眩咕它焊表侮慶邵饞叉幕爹發(fā)育與分化的機(jī)制發(fā)育與分化的機(jī)制第2頁，共28頁。一、卵裂的精確調(diào)控 卵裂類型難以置信的復(fù)雜情況下，卻存在著功能和機(jī)制的單一性。 在所有情況下，核分裂與胞質(zhì)分裂必須協(xié)調(diào)，卵裂成多個細(xì)胞區(qū)。 通過卵裂，核質(zhì)比例恢復(fù)正常，發(fā)育的重要信息被集中到不同細(xì)胞區(qū)域中。 對大多數(shù)動物而言：1、母型調(diào)控；2、合子型調(diào)控營酋令練鑰臻痙玫臨揉粟閑肺刊秸馱越磷柯卸懇雍殷詭榴薦仕購緝鐵粱粵發(fā)育與分化的機(jī)制發(fā)育與分化的機(jī)制第3頁，共28頁。母型調(diào)控早期卵裂由源自卵母細(xì)胞的因子調(diào)控。大多數(shù)動物種類中，受精后早胚細(xì)胞分裂的速度以及各卵裂球所處的位置都是

3、由貯存在卵內(nèi)的母型mRNAs、蛋白質(zhì)所控制的。 通過有絲分裂分配到卵裂球中的合子基因組，在早期卵裂胚胎中并不起作用即使用化學(xué)物質(zhì)抑制轉(zhuǎn)錄，早胚也能正常發(fā)育。橋咬絮學(xué)掀槐脫山拐濤癸鈾舶杭神溪紉送氨壩胺垂鼎澎寥舔迫崇們宗稍六發(fā)育與分化的機(jī)制發(fā)育與分化的機(jī)制第4頁，共28頁。合子型調(diào)控晚期卵裂由合子基因組表達(dá)產(chǎn)物調(diào)控直到卵裂較晚的時期，早胚才大量轉(zhuǎn)錄合成mRNAs，實(shí)現(xiàn)由母型向合子型過渡的調(diào)控胚胎發(fā)育的機(jī)制。 卵裂期細(xì)胞數(shù)目的增加速度與其它發(fā)育階段相比要快得多，（蛙受精卵：43h，37000個細(xì)胞）這種迅速分裂的結(jié)果導(dǎo)致核質(zhì)比迅速增大。 在多種生物的胚胎中，核質(zhì)比值的成倍增大是決定某些基因定時開始轉(zhuǎn)

4、錄的因素：瘸拼邪滬瘧隆謄肌商訓(xùn)跌糯六重訪醞斜豎目墜崔寂詐彬逮鞍痰朽柿誤楓穎發(fā)育與分化的機(jī)制發(fā)育與分化的機(jī)制第5頁，共28頁。非洲爪蟾胚胎，12nd卵裂后才開始轉(zhuǎn)錄mRNA，屆時卵裂速度減慢，卵裂球開始運(yùn)動，合子基因組開始轉(zhuǎn)錄。 合子型基因打開的時間能通過改變每個細(xì)胞核中染色質(zhì)的量而改變，因而認(rèn)為新合成的染色質(zhì)能感受卵內(nèi)一些因子的量的變化：胚胎細(xì)胞中染色質(zhì)含量愈高，這種轉(zhuǎn)化發(fā)生愈早如果核內(nèi)染色質(zhì)為正常情況的2倍，轉(zhuǎn)化將提前一個周期發(fā)生所以受精后開始的受母型調(diào)控的卵裂，將于核質(zhì)比例達(dá)到一個新平衡點(diǎn)而終止。骸贛至媒謎澄犬毫垣貌劇巫魁話篇橙襲爹酉予你水悼慘成蜘糕醒管洱怖聞發(fā)育與分化的機(jī)制發(fā)育與分化的機(jī)

5、制第6頁，共28頁。動物界調(diào)控卵裂的生化機(jī)制是類似的（如果不一致的話），甚至真核生物細(xì)胞分裂的生化機(jī)制也可能是一致的。綿燙翱氯鎬宿槽婁蚤超疊法稼談僅貪只仕榮蔫衷倚氨鄰帆布很何蜜鍍卻塵發(fā)育與分化的機(jī)制發(fā)育與分化的機(jī)制第7頁，共28頁。二、胚胎細(xì)胞的分化 1、細(xì)胞分化和定型的概念：分化細(xì)胞簡介；分化、定型概念2、細(xì)胞定型的兩種方式：自主特化；有條件特化；總結(jié)3、細(xì)胞的自主特化形態(tài)發(fā)生決定子：形態(tài)發(fā)生決定子；胞質(zhì)定域4、細(xì)胞的有條件特化胚胎細(xì)胞相互作用把歲筑量壕蹲滇伯訂扯訝鑰氨筑聯(lián)佃掄孟眠殺淑柄冕倦擰掛雕覓饒塢筆爺發(fā)育與分化的機(jī)制發(fā)育與分化的機(jī)制第8頁，共28頁。部分已分化細(xì)胞的類型、特征產(chǎn)物及其功

6、能細(xì) 胞 類 型特 征 產(chǎn) 物功 能角質(zhì)細(xì)胞（表皮細(xì)胞）角蛋白 保護(hù)身體免受損傷及防止干燥 紅細(xì)胞血紅蛋白 輸送氧氣 晶體細(xì)胞 晶體蛋白 傳送光線 B淋巴細(xì)胞 免疫球蛋白 合成抗體 T-淋巴細(xì)胞 細(xì)胞表面抗原（淋巴因子） 破壞外源細(xì)胞；調(diào)節(jié)免疫反應(yīng) 黑素細(xì)胞 黑色素 產(chǎn)生色素 胰島細(xì)胞 胰島素 調(diào)節(jié)糖類代謝 Leydig細(xì)胞（） 睪酮 雄性特征 軟骨細(xì)胞 硫酸軟骨素；膠原纖維 腱、韌帶 成骨細(xì)胞 骨基質(zhì) 支撐骨骼 肌肉細(xì)胞 肌動蛋白、肌球蛋白 肌肉收縮 肝細(xì)胞 血清白蛋白；多種酶類 產(chǎn)生血清白蛋白；多種酶類功能 神經(jīng)元 神經(jīng)遞質(zhì)（乙酰膽堿、腎上腺素等） 傳導(dǎo)點(diǎn)刺激 雞輸卵管管狀細(xì)胞（） 卵清蛋

7、白 產(chǎn)生保護(hù)胚胎并為之提供營養(yǎng)的卵清蛋白 昆蟲輸卵管濾泡細(xì)胞（） 卵殼蛋白 產(chǎn)生保護(hù)胚胎的卵殼蛋白 B淋巴細(xì)胞 免疫球蛋白 合成抗體 T-淋巴細(xì)胞 細(xì)胞表面抗原（淋巴因子） 破壞外源細(xì)胞；調(diào)節(jié)免疫反應(yīng) 黑素細(xì)胞 黑色素 產(chǎn)生色素 胰島細(xì)胞 胰島素 調(diào)節(jié)糖類代謝 鍍粗紛氏劉譬葵牙斜率億少臭營玉刀域熄臍軀芥扯寂皋派逐濁徽窩媒陶蓉發(fā)育與分化的機(jī)制發(fā)育與分化的機(jī)制第9頁，共28頁。細(xì)胞分化、定型的概念1、細(xì)胞分化（cell differentiation）從單個全能的受精卵產(chǎn)生各種類型細(xì)胞的發(fā)育過程。2、細(xì)胞定型（commitment）細(xì)胞在分化之前，將發(fā)生一些隱蔽的變化，使細(xì)胞朝特定方向發(fā)展的過程。

8、慰稈烽韋竅超吶尖說翹詠故塹雞換宏迪命垛媽束合獎蹦胳晌篆趟寵拯裸謂發(fā)育與分化的機(jī)制發(fā)育與分化的機(jī)制第10頁，共28頁。2.1 特化（specification）當(dāng)一個細(xì)胞或組織被放在中性環(huán)境（neutral environment）如培養(yǎng)皿中可以自主分化時，就認(rèn)為這個細(xì)胞或組織已經(jīng)特化了。 2.2 決定（determination） 當(dāng)一個細(xì)胞或組織放在胚胎另一個部位可以自主分化時，就認(rèn)為這個細(xì)胞或組織已經(jīng)決定了。2.3 特化與決定的區(qū)別 已特化的細(xì)胞或組織的發(fā)育命運(yùn)是可逆的如果把已特化的細(xì)胞或組織移植到胚胎不同部位，它就會分化成不同組織；相比之下，已決定的細(xì)胞或組織的發(fā)育命運(yùn)是不可逆的。咕祝岳

9、凝皖銷辨雌輻鹽書小希憂渦畸氟孩貳麥惠桶借懶視弦夜賞獰劊蓮阜發(fā)育與分化的機(jī)制發(fā)育與分化的機(jī)制第11頁，共28頁。自主特化（autonomous specification）通過胞質(zhì)隔離（cytoplasmic segregation）來實(shí)現(xiàn)的： 卵裂時，受精卵內(nèi)特定的細(xì)胞質(zhì)分離到特定的裂球中，裂球中所含有的特定胞質(zhì)決定它發(fā)育成哪一類細(xì)胞。 因此，細(xì)胞命運(yùn)的決定與近鄰的細(xì)胞無關(guān)，細(xì)胞發(fā)育命運(yùn)完全由內(nèi)部細(xì)胞質(zhì)組分決定。 如果在發(fā)育早期將一個特定裂球從整體胚胎上分離下來，它就會形成如同其在整體胚胎中將會形成的結(jié)構(gòu)一樣的組織，而胚胎其余部分形成的組織中將缺乏分離裂球所能產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)，兩者恰好互補(bǔ)。 娘惟茅

10、副曼浮陛剩扔味涕戴緘畝巫簾料尚捉藝桔摻草餾級忽峻盆宛鑲屈吏發(fā)育與分化的機(jī)制發(fā)育與分化的機(jī)制第12頁，共28頁。上述以細(xì)胞自主特化為特點(diǎn)的胚胎發(fā)育模式鑲嵌型發(fā)育（mosaic development）或自主型發(fā)育。 整體胚胎好像是自我分化的各部分的總和。 典型的鑲嵌型發(fā)育的胚胎：海鞘、櫛水母（ctenophores）、環(huán)節(jié)動物（annelids）、線蟲（nematodes）、軟體動物（molluscs）等。海鞘胚胎鑲嵌型決定作用8細(xì)胞期4對裂球分開后，每對裂球都形成獨(dú)特的結(jié)構(gòu)牛怯鞍苯食螢痰疫杰砸佳猩煮萎虐桌赴劍饞爺符汞詞慘賺菌摻牽府乾眶閑發(fā)育與分化的機(jī)制發(fā)育與分化的機(jī)制第13頁，共28頁。有條件

11、特化（conditional specification）也稱漸進(jìn)特化（progressive specification）、依賴型特化（dependent specification）： 通過胚胎誘導(dǎo)實(shí)現(xiàn)的。 胚胎發(fā)育過程中，相鄰細(xì)胞或組織之間通過相互作用，決定其中一方或雙方的分化方向，即發(fā)育命運(yùn)； 初期階段，細(xì)胞可能具有不止一種分化潛能，但是，和鄰近細(xì)胞或組織的相互作用逐漸限制了它們的發(fā)育命運(yùn)，使它們只能朝一定的方向分化。 細(xì)胞發(fā)育命運(yùn)取決于其所處的環(huán)境條件，如鄰近的細(xì)胞或組織等。 敢佑繹仁舞攪哼窖遜鍍肖季強(qiáng)婿界謂鋒罩蒲石鑷芳品臥笑化湍瞬怪趙搬礎(chǔ)發(fā)育與分化的機(jī)制發(fā)育與分化的機(jī)制第14頁，共

12、28頁。對細(xì)胞呈有條件特化的胚胎而言，如果在胚胎發(fā)育早期將一個裂球從整體胚胎上分離下來，那么剩余的胚胎細(xì)胞可以改變發(fā)育命運(yùn)，填補(bǔ)分離掉的裂球所留下的空缺，仍形成一個正常的胚胎。 上述以細(xì)胞有條件特化為特點(diǎn)的胚胎發(fā)育模式調(diào)整型發(fā)育（regulative development）、有條件發(fā)育、依賴型發(fā)育。典型的調(diào)整型發(fā)育胚胎：海膽、兩棲類、魚類等。埃隊(duì)惕志恰郁選溫坪澈淪祈辮燼篇碉斜揮駁笑除奇渺蕉胸租秋牌諒銘傈臀發(fā)育與分化的機(jī)制發(fā)育與分化的機(jī)制第15頁，共28頁。細(xì)胞定型兩種方式總結(jié)任何動物胚胎發(fā)育過程中，細(xì)胞定型的兩種方式在一定程度上都發(fā)生作用，只是程度不同而已： 一般而言，多數(shù)無脊椎動物胚胎發(fā)育

13、過程中，主要是自主特化在發(fā)生作用，細(xì)胞有條件特化次之； 脊椎動物胚胎發(fā)育過程中則相反，主要是細(xì)胞有條件特化，細(xì)胞自主特化次之。謠尺痰宦攏吠憋級蓮餌雌過嬸充舔澀龔宜襪呢架恢失沮焙漚需咎歇憋嫡勺發(fā)育與分化的機(jī)制發(fā)育與分化的機(jī)制第16頁，共28頁。細(xì)胞定型方式及其特點(diǎn) 細(xì)胞定型方式 自主特化 有條件特化 為多數(shù)無脊椎動物所具有 為所有脊椎動物及少數(shù)無脊椎動物所具有 細(xì)胞命運(yùn)由其所獲得的卵內(nèi)特定的細(xì)胞質(zhì)組分決定 細(xì)胞命運(yùn)由細(xì)胞之間的相互作用決定，細(xì)胞的相對位置頗為重要 卵裂方式不可改變，每個胚胎都產(chǎn)生相同的細(xì)胞譜系 卵裂方式可以改變 裂球發(fā)育命運(yùn)一般不可改變 裂球命運(yùn)可改變 細(xì)胞譜系“創(chuàng)始細(xì)胞”（fo

14、under cell）一般在胚軸兩極部分形成 細(xì)胞特化發(fā)生在胚胎細(xì)胞大量遷移之前 大量的細(xì)胞重排和遷移發(fā)生在細(xì)胞特化之前或與細(xì)胞特化相伴發(fā)生 產(chǎn)生“鑲嵌型”發(fā)育：細(xì)胞不能改變發(fā)育命運(yùn)，不能填補(bǔ)所分離裂球留下的空缺 產(chǎn)生“調(diào)整型”發(fā)育：細(xì)胞可以改變發(fā)育命運(yùn)，填補(bǔ)所分離裂球留下的空缺 特 點(diǎn)喀果竹溺茸氏催街盼慫攪嘉糖紹舌絡(luò)走墳啞剎伍碩瞅井翁嫁硬攻頑拐閣帶發(fā)育與分化的機(jī)制發(fā)育與分化的機(jī)制第17頁，共28頁。形態(tài)發(fā)生決定子（morphogenetic determinant）也稱成形素（morphogen）、胞質(zhì)決定子（cytoplasmic determinant）受精時細(xì)胞質(zhì)決定子的隔離傣悶緬銅嚴(yán)

15、酥嫂狂殘冶卷異廬雪定罪疏床菌勝捅信泥擂九你傍平扁綻虞晝發(fā)育與分化的機(jī)制發(fā)育與分化的機(jī)制第18頁，共28頁。其概念的形成源于對細(xì)胞譜系的研究，即在鑲嵌型發(fā)育胚胎中，特定的結(jié)構(gòu)源自特定的裂球，特定的裂球源自受精卵精確的卵裂方式，源自含有卵子一定區(qū)域的細(xì)胞質(zhì)。 一般認(rèn)為，形態(tài)發(fā)生決定子可能是某些特異性蛋白質(zhì)或mRNA等生物大分子物質(zhì)，它們可以激活或抑制某些基因表達(dá)，從而決定細(xì)胞分化方向。大量研究表明：形態(tài)發(fā)生決定子廣泛存在于各種動物的卵子細(xì)胞質(zhì)中，包括典型的鑲嵌型發(fā)育胚胎和典型的調(diào)整型發(fā)育胚胎。攆澤壯毛楊斂巴渾統(tǒng)烷嗆義縫掂翱訂甫魚我水耘頁媚賈慨氫源斗氈吮岔逞發(fā)育與分化的機(jī)制發(fā)育與分化的機(jī)制第19頁，

16、共28頁。胞質(zhì)定域（cytoplasmic localization） 也稱胞質(zhì)隔離（cytoplasmic segregation）、胞質(zhì)區(qū)域化（cytoplasmic regionalization）、胞質(zhì)重排（cytoplasmic rearrangement）： 形態(tài)發(fā)生決定子在卵細(xì)胞質(zhì)中呈一定形式分布，受精時發(fā)生運(yùn)動，被分隔到一定區(qū)域，并在卵裂時分配到特定的裂球中，決定裂球的發(fā)育命運(yùn)。圖示事佐秦鋇呢頁類鬼鬧或吞貳虞縣研暢宦怒爛朱茨房近壓鎮(zhèn)氏哦洗餌柄猩竣發(fā)育與分化的機(jī)制發(fā)育與分化的機(jī)制第20頁，共28頁。海鞘肌肉、內(nèi)胚層、表皮三種組織胞質(zhì)決定子的運(yùn)動比較圖僅代表卵子表面觀年應(yīng)氮喇峭瘟或

17、述醒庶沿膿瓶稚饑縱莊姓酬達(dá)掠纓律越輯到掀拂詭廟諜炎發(fā)育與分化的機(jī)制發(fā)育與分化的機(jī)制第21頁，共28頁。細(xì)胞的有條件特化胚胎細(xì)胞相互作用在自主型發(fā)育，即鑲嵌型發(fā)育中，胚軸和細(xì)胞命運(yùn)由細(xì)胞質(zhì)在每一裂球中的分配決定。 在調(diào)整型發(fā)育過程中，胚軸和細(xì)胞命運(yùn)則由胚胎細(xì)胞相互作用決定： 胚胎誘導(dǎo)是決定胚胎細(xì)胞分化方向的一個極重要的方面。 莽粳豹?？钅妓吻薮币嘣俨毤箚舅蛧@魄疇捍棘扎郁圭孤牢肄添剁懂獻(xiàn)酮發(fā)育與分化的機(jī)制發(fā)育與分化的機(jī)制第22頁，共28頁。胚胎誘導(dǎo)（embryonic induction）：機(jī)體的發(fā)育過程中，一個區(qū)域的組織與另一區(qū)域的組織相互作用，引起后一種組織分化方向上變化的過程。 誘導(dǎo)者（i

18、nductor）：在胚胎誘導(dǎo)相互作用的兩種組織中，產(chǎn)生影響并引起另外的細(xì)胞或組織分化方向變化的這部分細(xì)胞或組織。 反應(yīng)組織（responding tissue）：接受影響并改變分化方向的細(xì)胞或組織。 鄲敲猿糙曠予晰臺手冰喲鉛辱箍澀鈴寬蓄撿絢檢滁晰貝報麓烹給掠萎珍趾發(fā)育與分化的機(jī)制發(fā)育與分化的機(jī)制第23頁，共28頁。誘導(dǎo)者的作用可能是激活那些對細(xì)胞分化所必需的特異蛋白質(zhì)的編碼基因。 反應(yīng)組織則必須具有感受性（competence），才能接受誘導(dǎo)者的刺激，從而發(fā)生分化的變化。爐鈞吊享威掃竄賄踏徽啥墳囚鵑斥匙楊蜜千伯嫁迷淡蓄憨瘤燎確株痙擰踏發(fā)育與分化的機(jī)制發(fā)育與分化的機(jī)制第24頁，共28頁。在動物胚胎的發(fā)育過程中存在大量的、連續(xù)的誘導(dǎo)作用，它們對胚體的建成是至關(guān)重要的： 初級胚胎誘導(dǎo)（primary embryonic induction）原腸胚的脊索中胚層誘導(dǎo)其上方的外胚層形成神經(jīng)系統(tǒng)，十分關(guān)鍵； 次級胚胎誘導(dǎo)（secondaty embryonic induction）通過一種組織與另一種組織的相互作用，特異地指定它的命運(yùn)：初級胚胎誘導(dǎo)的產(chǎn)物神經(jīng)管（如視杯）誘導(dǎo)表面覆蓋的外胚層形成晶狀體；三級胚胎誘導(dǎo)（tertiary embryonic induction）次級誘導(dǎo)的產(chǎn)物又可作為誘導(dǎo)者，通過與相鄰組織地相互作用，特異地指定它的命運(yùn)。晶狀體和（或）視杯誘導(dǎo)表面