胚胎的早期发育受精

3.1胚胎的早期发育-门类体制特征的建立,主要内容,受精 卵裂 囊胚 原肠胚 神经胚,主要特征:脊索、背神经管、咽鳃裂; 次要特征：心脏的位置、肛后尾、生物的内骨骼等; 脊索动物与高等无脊椎动物相同的特征：后口、三胚层、真体腔、两侧对称和分节现象.,3/52,动物发生史贝尔定律,在动物的胚胎发育过程中，一般结构比专门结构出现的早。,3.1 受精（fertilization）-胚胎发育的启动,定义功能,受精是指两性生殖细胞融合并形成具备双亲遗传潜能的新个体的过程。受精作用是发育的开端，一个新的生命从此开始。,将父母的基因传递给子代激发卵细胞中确保发育正常进展的一系列反应。,3.1.1 受精的专一性和唯一性精子活化精子趋向穿卵膜细胞融合3.1.2 精核入卵后受精卵细胞的重组和触发胚胎发育程序的启动雌雄原核融合胞质重组代谢启动胚胎发育程序开始,受精过程中两个重要的事件：,3.1.1 受精的专一性-精子活化,定义：位置：输卵管变化：内膜分子重排、精子细胞浆碱化。,指哺乳类精子在雌体生殖道中，受若干因子的作用，精子发生一系列变化，从而获得受精的能力的过程。,哺乳动物精子的活化，牛精子在到达输卵管壶腹部之前与输卵管上皮细胞的接触。,定义如:海胆卵膜释放的精子激活肽resact和精膜上的受体蛋白结合使精子中的鸟苷酸环化酶活化cGMP动力蛋白ATPase活化提供给鞭毛摆动的能量使精子游向卵子,卵释放物种特异性的向化因子，精子膜上有受体，两者结合使精子游向卵子。,3.1.1 受精的专一性-精子趋向,加入10nM精子激活肽（resact）1纳升后，海胆精子的聚集。A、B、C和D示加入呼吸活化肽1、20、40、90秒后的观察结果,A,B,C,D,3.1.1 受精的专一性穿卵膜,Ca2+介导，精子顶体中水解酶释放，卵细胞外包被的胶膜降解，精子穿越胶膜，突起（Bindin蛋白）与卵黄膜（Bindin蛋白受体）识别。顶体与卵黄膜、卵细胞膜融合，导致精核进入卵细胞。（海胆）,定义：诱发：,顶体反应（acrosomal reaction）,指受精前精子在同卵子接触时，精子顶体产生的一系列变化。,Ca2+内流导致H+外流使精子内部pH升高诱发顶体反应,顶体：是覆盖于精子头部细胞核前方、介于核与质膜间 的囊状细胞器。,顶体发应包括两个主要的事件：,顶体膜与精子质膜发生融合顶体突起（acrosomal process）形成，与卵子特异识别,顶体突起,海胆精子的顶体反应过程,顶体膜,结合素,精子细胞膜,球形肌动蛋白,顶体酶,微丝,透明质酸酶、顶体素等,结合蛋白在顶体突上的定位,DAB沉淀,卵细胞的卵黄膜,顶体,海胆顶体突起与卵黄膜绒毛接触,卵精特异性结合,精子与卵细胞的特异识别发生在卵细胞的透明带部位。,哺乳动物的顶体反应,放射冠细胞卵母细胞透明带,仓鼠卵子,哺乳动物精子顶体是一个帽状结构，覆盖于精核的前端。顶体反应时，顶体帽部分的质膜与顶体外膜在多处发生融合，使顶体内的物质从融合处释放出来。,小鼠透明带丝状串珠样结构示意图,具受体功能的精子表面蛋白（能和ZP3结合的蛋白质）,1. sp56（56kDa，半乳糖结合蛋白）2. 半乳糖基转移酶 (GalTase，激活G蛋白，结合ZP3上的N-乙酰葡糖胺)3. P95 （跨膜蛋白，外侧结合ZP3，内侧有酪氨酸激酶功能）,小鼠精子和透明带的结合,仓鼠精子的顶体反应,顶体膜,精子细胞膜,细胞核,精子细胞膜与连接的顶体膜融合,参与配子间质膜相互识别的分子,海胆：精子质膜上的Bindin蛋白 鲍鱼：精子质膜上的Lysin蛋白哺乳类：精子质膜上的Fertilin蛋白、Cyritestin蛋白（应用沙门氏菌疫苗株表达精子 cyritestin蛋白构建口服避孕疫苗）卵子质膜上的Integrin蛋白（即整联蛋白）,海胆卵子细胞膜去极化（快封闭反应）卵子皮质颗粒的胞吐作用（慢封闭反应）,3.1.2 受精的唯一性,快封闭反应的细胞学过程：,精子进入卵细胞触发细胞膜电位势迅速改变，引起膜外精子与卵细胞识别和融合的障碍。受精前：卵内膜Na+浓度低，K+浓度高，膜两侧电位差稳定。受精时：1-3s，膜电位差改变。快封闭反应维持时间1min左右。,B：control 490 mmol/L Na C：120 mmol/L Na导致多精入卵的比率升高,去极化,慢封闭反应的细胞学过程：,海胆卵膜下方有大量皮质颗粒，精子进入卵细胞后，皮质颗粒与细胞膜融合，颗粒内含物释放到细胞膜和卵黄膜间的基质中。皮质颗粒内含物： 1.蛋白水解酶 使卵黄膜与卵细胞膜间的联系分离； 2.粘多糖 形成高渗透压，使卵黄膜进水膨胀成受精膜； 3.过氧化物酶 催化酪氨酸残基与邻近蛋白发生铰链作用使受精膜硬化。 4.透明质素 在卵外形成透明质层，卵细胞质膜突起的微绒毛深入到透明质层内部。,海胆受精膜的形成及多余精子的移除,海胆皮质颗粒反应示意图,微绒毛,卵质膜,卵黄膜,皮层颗粒,卵黄膜上多余的精子,释放的蛋白酶和粘多糖,微丝,透明质素,受精膜,精子释放,透明带,细胞膜,微绒毛,未受精卵（左）和受精卵（右）的皮层,哺乳动物不形成受精膜，但皮质颗粒中释放的酶可剥离ZP3分子上的糖基，使之丧失与精子结合的能力，称为透明带反应。,精卵融合,卵子的微绒毛扩大为半球状的受精锥，将精子拖入卵子,金色仓鼠精子入卵过程 ：A，精卵融合的扫描电镜照片 B，精子与透明带的结合 C，精子头部穿过透明带。,D，精子与卵子质膜的融合 E，精子顶体与带有微绒毛的卵子质膜融合的示意图,1、定义2、内容,3.1.3 受精卵的代谢启动,未受精的卵子是惰性的，细胞的呼吸活动、RNA的转录和蛋白质的合成处于或几乎处于零水平，只有受精的刺激才能唤醒其代谢的活跃进行。,早期应答：钙离子作用引起的受精卵变化（P51 表3.1.1）。如：NAD激酶被激活，NAD和NADH含量上升，耗氧量上升等。晚期应答：伴随钙离子浓度升高，细胞内pH提高带来的一系列变化。如：活化卵细胞贮存mRNA，大量合成蛋白质。,Model of possible pathway of egg activation in the sea urchin. 海胆卵受精后活化的路径和可能机制,精子结合或精卵细胞膜融合,钠离子内流,卵细胞膜去极化,快速阻断多精入卵,PKT激活,PLC激活,产生IP3,二酰甘油,钙离子释放,NAD激酶激活,PKC激活,Na/H+交换,细胞内pH升高,皮层颗粒反应,慢速阻断多精入卵,刺激蛋白质合成、DNA复制和细胞质运动等,卵子激活的可能机制1受体假说,精子融合前的激活,卵子激活的可能机制2-融合假说,精子融合后的激活,可溶的精子因子,可溶的卵子因子,3.1.4 遗传物质融合-雌雄原核的形成,单倍体的精原核在进入卵细胞时，呈高度浓缩状态，称为雄原核（male pronucleus），卵细胞核则形成雌原核（female pronucleus）。精核形成雄性原核的过程受到卵子的严格控制。精子入卵过程中线粒体与鞭毛降解，因此线粒体基因一般认为是母源性的；但中心体是父源性的。,精核进入卵细胞后的变化：,核膜裂解成小片段，染色质暴露于卵细胞质中，使精核染色质压缩和钝化的结合蛋白成分被来自卵细胞质中的其他蛋白所取代，导致雄原核染色体转入去压缩状态。,海胆精核进入卵细胞后，相对于中心体发生一次180旋转，其中心体位于雌、雄原核之间，装配成星状体，连接并牵动雄原核与雌原核相互靠近，最后融合形成合子核（zygote nucleus）（1h）,海胆雌雄原核的融合,海胆雌雄原核的迁移,雄原核,雌原核,中心体发出的微管形成星光，连接并牵动雄原核与雌原核相互靠近,哺乳动物精子入卵后，在卵母细胞胞质中谷胱甘肽的作用下精子染色体解凝聚。随着卵母细胞完成第二次减数分裂，雄原核增大，中心体产生星光，并向雌性原核的方向迁移。雌雄原核彼此靠拢，在迁移过程中复制DNA。两原核相遇后，核膜解体，染色质浓缩成染色体，定位于纺锤体上。因此，在合子中观察不到真正的二倍体核，两细胞期才可看见。,哺乳动物雌雄原核的融合,人类受精过程中雌雄原核的运动,形成合子的雌雄原核所携带的单倍体基因组功能上并不等同。Imprinting 基因: 在卵子发生或精子发生过程中被打上了不同印记的基因。目前已有60多个哺乳动物的印记基因得到克隆，这些基因在发育过程中起着重要的作用。只有来自于精子和卵子的二倍体才能正常发育，而仅来自于雌核或雄核的二倍体胚胎在发育过程中夭亡。,哺乳动物雌雄原核的不均等性,正常对照（左）和两个雌原核发育成的胚胎（右）,卵细胞质重排：这种重排对于以后发育过程中细胞的分化至关重要。,3.1.5 细胞质成分在受精后的的重组,卵细胞受精后引起卵细胞成分的重新排布和分配。,被囊动物Styela partite减数分裂中，核破裂释放出一种透明细胞质，集中在动物极。受精5min后，透明细胞质与黄色皮质层(含脂肪)向植物极迁移。随着雄原核向赤道方向迁移，透明细胞质和黄色皮质也随之迁移，形成新月结构。黄色皮质集中在了幼虫肌细胞将要发生的部位。,绒毛膜,雌原核,黄色皮质,雄原核,黄色皮质,透明细胞质,黄色皮质,雄原核,被囊动物黄色新月的产生,黄色新月,卵黄,灰色卵黄,细胞核释放透明物质,精子入卵后，皮层向精子进入的方向旋转大约30，在动物极皮层含大量色素而内层含有少量色素的物种中，这一胞质