3.3 胚胎的早期发育--原肠胚ppt课件VIP

.,3.3原肠胚三胚层建立,.,一、原肠胚发育概述二、海胆的原肠胚发育三、两栖类的原肠胚发育四、果蝇的原肠胚发育五、鸟类的原肠胚发育六、哺乳类的原肠胚发育,主要内容,.,一、原肠胚发育概述,原肠胚发育（gastrulation）从尚未分化到分化为三个胚层和器官原基决定的关键时期。,是胚胎细胞剧烈的、高速有序的运动过程，通过细胞运动实现囊胚细胞的重新组合，彼此之间的位置发生变动，重新占有新的位置，并形成由三胚层细胞构成的胚胎结构。这期间，细胞增殖分化，细胞和组织进行形态自组织。,.,七种细胞运动机制同一原肠胚常常包括几种细胞运动方式。,外包（epiboly）嵌入（intercalation）内陷（invagination）内卷（involution）内移（ingression）分层（delamination）会聚性延伸,原肠胚发育的细胞运动方式,.,内陷内卷会聚性延伸外包分层嵌入内移变形,要干的活原来这么多,.,二、海胆的原肠胚发育,.,.,1、植物极变平加厚2、植物极细胞内移形成初级间质细胞。3、植物极细胞层内陷形成原肠，内胚层建立。4、原肠顶端的次级间质细胞迁入体腔，并通过与内外胚层的连接牵动原肠向顶部延伸。5、初级间质细胞分化产生间质纤维和骨针，原肠末端与体外通连形成口，次级间质细胞分散进入囊胚腔分裂，形成中胚层。,发育要点：,.,海胆胚胎的早期囊胚，植物极细胞开始加厚。,原肠胚形成前的海胆晚期囊胚，植物极变扁平，形成植物极板。,中胚层,内胚层,外胚层,透明层,纤毛,囊胚腔,外纤层,动物极,植物极,.,植物极中央的小裂球进入囊胚腔初级间质细胞迁移至腹面两侧连接成索状合胞体环最终形成幼虫碳酸钙骨针的轴,.,植物极板中央来源于小分裂球的细胞不断伸出和收缩线状伪足，脱离表面单层细胞，进入囊胚腔，称为初级间质细胞。,初级间质细胞,.,海胆早期原肠胚内初级间质细胞沿囊胚腔内表面运动，主动伸出伪足与囊胚腔壁连接，占据囊胚腔预定腹侧面，并形成稳固联系。,.,初级间质细胞的线状伪足,.,初级间质细胞形成索状合胞体（将来形成骨针）,.,初级间质细胞内移的原因：,细胞粘连作用的变化-初级间质细胞和透明层以及相邻裂球之间的亲和力减少，而与基质片层之间的亲和力增加。相比之下，非间质细胞和透明层以及相邻裂球之间的亲和力维持不变。,透明层,裂球,基质片层,初级间质细胞,.,初级间质细胞内移的扫描电镜照片,.,初级间质细胞在囊胚腔内迁移的过程中，仍然留在植物极板上的细胞移动填补由初级间质细胞内移而形成的空隙，植物极板进一步变扁平。之后，植物极板向内弯曲，内陷。当植物极板内陷深及囊胚腔的1/41/2时，内陷突然停止。所陷入的部分称为原肠（archenteronorprimitivegut），而原肠在植物极的开口称为胚孔（blastopore）。早期原肠内陷完成之后，经过短暂停歇，原肠大幅度拉长，短粗的原肠变成又细又长的管状结构。,内胚层建立,.,初级原肠内陷,.,植物极板内陷的双金属片模型。植物极板细胞分泌硫酸软骨素蛋白多糖（CSPG）到透明层内层中，CSPG吸水膨胀，导致透明层弯曲，相连的细胞层内陷。,透明层,内层,外层,微绒毛,植物极板细胞,囊胚腔,植物极板细胞向上推举,含CSPG的分泌小泡,分泌到内层的CSPG吸水膨胀,.,海胆胚胎原肠伸长时期的细胞重排。,.,随着植物极板的内陷，初级间质细胞在植物极区域形成一细胞环。,.,原肠顶端形成次级间质细胞，原肠延伸是以次级间质细胞提供的张力为动力的。次级间质细胞伸出线状伪足，穿过囊胚腔液，直达囊胚腔壁内表面。当原肠最顶端接触到囊胚腔壁时，次级间质细胞分散进入囊胚腔。次级间质细胞在囊胚腔中分裂，最终形成中胚层器官。囊胚腔壁接触到原肠的位置最终形成口，口和原肠最顶端形成一连续相通的消化管。海胆的胚孔最终形成肛门。,次级间质细胞迁入体腔,.,A，原肠的顶端形成次级间质细胞；B，次级间质细胞的线状伪足。,.,海胆正常的胚胎发育,外胚层骨棒消化管,动物极,植物极,中裂球大裂球小裂球,纤毛束,次级间质,内陷内胚层,口,初级间质,.,三、两栖类的原肠胚发育,动物极细胞的外包和内卷运动动物极表层细胞以外包方式向四周延展，覆盖植物极。灰新月区部位内卷进入胚胎内部。两侧迁移细胞到达灰新月区时间不同，动物极端的内卷首先出现，即出现背唇结构。之后，内卷向植物极方向延伸，背唇向下延伸合拢，形成一个环丘结构，即胚孔。胚孔环中隆起的是卵黄栓，将伴随胚孔收缩进入胚体内部。,.,爪蟾早期胚孔背唇的表面观，示动、植物极细胞大小的差异。,.,动物极分裂球表面细胞通过胚孔褶入胚胎内部（close-up）,.,通过胚孔进入胚胎内部的细胞的运动,.,随着背唇、侧唇和腹唇的连续形成，胚孔区域的变化。,.,细胞外包内卷，胚体中形成原肠结构。同时，三胚层建立。外胚层：胚胎外侧细胞层（动物极的表层细胞）。中胚层：边缘区细胞（赤道附近及内层的细胞）。内胚层：环绕原肠腔的细胞层（植物极半球的表层细胞）。同时，建立了未来胚胎的体轴走向。,发育的命运图,.,蛙类原肠胚发育首先是从将来胚胎的背部，即刚好位于赤道下方的灰色新月区开始的。灰色新月区的预定内胚层细胞内陷，形成狭缝状胚孔（slit-likeblastopore），内陷细胞称为瓶状细胞（bottlecell），它们沿最初的原肠排列。,胚孔的决定,.,爪蟾的晚期囊胚，示边缘区被内胚层细胞覆盖。,囊胚腔,边缘区,.,胚孔处形成瓶状细胞,瓶状细胞,胚孔,.,正常情况下，由精子驱动的卵细胞内部细胞质的重新排列能够引起亚细胞因子（subcellularfactor）的不对称分布。,胚孔的定位,受精卵内亚细胞因子的不对称分布产生了背腹区分，并最终将胚孔的位置确定在精子入卵点对面的一组植物极裂球上。,细胞质的运动激活精子入卵点对面的细胞质开启原肠胚发育。,.,通过机械方法（如离心）人为地改变皮层细胞质和皮层下细胞质的空间关系，将可以使胚胎在精子入卵点的同一侧开启原肠胚发育。将精子决定的细胞质旋转与人工诱导的细胞质旋转相结合，就可能获得两个原肠作用起点，最终形成联体双胞胎蝌蚪（BlackandGerhart，1985）。,.,植物极细胞负责形成胚胎背唇和启动原肠发生,.,推论：,精子的进入起到的只是触发细胞质重组和给出未来胚体走向的线索。胚孔发生的原因：细胞质重组后皮质成分和内部成分的相互作用，植物极下部含有对此负责的有效成分，其对紫外线敏感。,.,Niewkoop中心（Niewkoopcenter）,定义：精子入卵点对面的植物极卵裂球中，由于皮质转动（corticalrotation）以及动物极和植物极细胞质的混合，导致卵裂球内部背部化决定子激活。这些含有已激活的背部化决定子的植物极细胞，能诱导其背侧细胞组织形成spemann组织者的功能，我们称之为Niewkoop中心。,.,爪蟾中胚层诱导中心,背部中胚层诱导信号,中胚层诱导信号,例如：两栖类动物原肠胚的背唇能起“组织者”的作用，除去自身向一定方向分化外，还能诱导邻近的外胚层细胞分化为神经组织，共同形成由脊索、肌肉、神经管组成的中轴构造。,Spemann,（Vg1、activin、Noggin、Wnt8等）,（FGF2、BMP4）,（-catenin）,.,特点：功能：爪蟾胚胎发育中，-CATENIN最初存在于全部细胞中。受精时卵质的旋转移动过程中在预定胚胎背部积累，在整个早期卵裂阶段仍然主要在背部积累。到卵裂晚期，只有Nieuwkoop中心的细胞具有。,-CATENIN,-CATENIN对于形成背部结构是必要的,Nieuwkoop中心的一个主要细胞因子，一种母体效应基因，既能锚定细胞膜上的钙粘着蛋白，又是一个核内转录因子。,.,DSH将CATENIN定位于胚胎背部的机制,受精,皮层旋转,背部DSH富集,背部GSK-3抑制,CATENIN降解,CATENIN稳定,.,DSH将CATENIN定位于胚胎背部的机制,背部CATENIN富集,核里无CATENIN,核里有CATENIN,.,CATENIN是WNT信号途径中的成分。,CATENIN降解,CATENIN自由,卷曲蛋白：wnt信号通路的受体,.,起始于背唇表层细胞内卷，迁移中的边缘区细胞到达胚孔的背唇时，转向内部沿着外层细胞的内表面运动，因此构成背唇的细胞在不断更新。最初构成背唇的细胞因为内陷形成原肠前缘的瓶状细胞，它们随后发育为前肠咽部的细胞。随着瓶状细胞进入胚胎内部，背唇被后来内卷进入胚胎发育为头部中胚层前体的细胞代替。接下来，由胚孔背唇内卷进入胚胎的细胞为脊索中胚层细胞，它们将形成脊索。,原肠形成,.,瓶状细胞的收缩拉动边缘区细胞向动物极运动，同时将植物极的内胚层细胞推向胚胎的内部。边缘区细胞的运动导致外胚层细胞向植物极外包，预定前端中胚层细胞沿囊胚腔内表面延伸。,内胚层,瓶状细胞,预定前端中胚层,预定后端中胚层,深层内卷缘区,背唇,胚孔,深层细胞插入混合,表面边缘细胞,深处细胞形态改变,胚唇向腹侧延伸,深层边缘细胞,瓶状细胞,.,深层迁移带细胞变平，内表面细胞形成原肠壁。,展开的瓶状细胞,表层IMZ向动物极迁移,细胞插入混合,咽内胚层的头部中胚层前体,.,原肠期特征：一孔，二腔，三胚层。,.,果蝇胚胎的表面卵裂,四、果蝇的原肠胚发育,.,2.5h约6000个细胞,3h1/3处裂痕决定头位置，下腹部裂痕决定未来原肠胚出现处。,.,中胚层的分化来自于腹面表层细胞的内陷和分离内胚层和消化道的分化来自于头尾两端的内陷消化道中段起源于中胚层组织的加入，留在胚胎表面的将构成胚胎的外胚层,神经组织：散在外胚层中的神经母细胞独立地迁入胚胎深层并向中线聚拢，形成腹侧中枢神经系统。,.,.,五、鸟类的原肠胚发育,鸟类行不完全的盘状卵裂，胚胎经过卵裂在大量的卵黄上形成一个胚盘（blastodisk）。胚盘下方“惰性”的卵黄对上面细胞的运动施以严格限制。,.,由动物极（胚胎将来的背部）观察的鸡卵的盘状卵裂,明区,暗区,明区,暗区,缘区,明区,边缘区,.,鸟类的原肠胚发育,要点：1、下胚层和上胚层的形成2、原条的形成3、通过原条的细胞的迁移：内胚层和中胚层的形成4、外胚层的外包和原条的退缩,.,鸟类胚盘中央细胞被胚下腔（subgerminalcavity）和卵黄分开，看起来透明，称为明区（areapellucida）。明区边缘细胞和卵黄接触看起来不透明，称为暗区（areaopaca）。上胚层某些细胞单个的内移到胚下腔中，形成初级下胚层（primaryhypoblast）。暗区深层细胞向内长入和初级下胚层汇合，形成次级下胚层（secondaryhypoblast）。,1、下胚层和上胚层的形成,.,鸡胚双层囊胚的形成,原条发生起始处,.,由上胚层和下胚层组成的双层囊胚在暗区边缘连接在一起，两层之间的空腔即为囊胚腔（blastocoel）。鸟类胚胎命运图谱仅局限于上胚层，胚胎本身和大量胚胎外膜都是由上胚层所产生。下胚层对正在发育的卵的本身并没有任何实质性的贡献。下胚层细胞只形成部分胚胎外膜（extraembryonicmembrane），尤其是卵黄囊（yolksac）和连接卵黄的基柄（stalk）。,.,鸟类的原条（primitivestreak）首先见于胚胎的后端上胚层细胞的加厚处。这种加厚是来自上胚层细胞向深层侵入和两侧细胞向中央积聚所致。,2、原条的形成,.,原条一旦形成，上胚层细胞便开始向原条边缘迁移，进入囊胚腔内，组成原条的细胞也在不断地变化。进入鸟类囊胚腔的细胞以单个细胞为单位，内移的细胞并不形成紧密联系的细胞层，只形成松散联系的间质细胞。随着细胞进入原条，原条不断变窄，向胚胎未来头部区域延长至明区长度60至75处。,.,在原条的前端是一个细胞加厚区叫原节（primitiveknot）或亨氏节（Hensensnode）。亨氏节的中央有一个烟囱状的凹陷，叫原窝（primitivepit）。周围上胚层细胞由此进入胚胎内部。亨氏节在功能上相当于两栖类胚孔的背唇。原条向前延伸同时，原条长轴中央留下一条沟样结构，称为原沟（primitivegroove）。原沟与两栖类胚孔的作用相似。上层细胞持续经由原沟向深部陷入，进入囊胚腔中。,下胚层,.,移植亨氏节能够诱导一个次生胚胎的形成。,.,从亨氏节进入囊胚腔的细胞向前迁移形成头部中胚层和脊索。两侧由原沟进入囊胚腔的细胞是未来个体的内胚层和中胚层的原始细胞成分。,进入囊胚腔的细胞顶端伸长形成瓶状细胞；鸡胚原肠作用立体图解，示原条、正在迁移的细胞和原有两胚层之间的关系。,.,最早通过原条迁移的细胞是预定发育成前肠的细胞，这一点与两栖类相似。原有下胚层细胞被推移至明区的前端部位构成了生殖新月区，它们是生殖细胞前体细胞，通过内移方式植入胚体性腺原基中发育为生殖细胞。通过亨氏节进入囊胚腔的细胞也向前迁移，保持在内胚层和上胚层之间，将来形成头部中胚层和脊索。,3、通过原条的细胞的迁移：内胚层和中胚层的形成,.,以上细胞的内移和向前推进，使外胚层亨氏节前方沿中轴线形成一个长形的隆起成为头突。随着亨氏节的前移和原条的伸长，两侧的表层细胞连续向囊胚腔内迁移。这些细胞分成两部分：一部分深入到囊胚腔底部取代原有的下层细胞，构成了对前端形成的内胚层的延续并向后发育；一部分散离在外胚层和内胚层之间的囊胚腔中，构成胚体中后段的中胚层。头突出现后，原条开始回缩，使大致位于明区中央的亨氏节向后推移。在原条回缩的痕迹上出现了胚胎背轴和头突。随着亨氏节继续回缩，脊索后端部分开始形成。原条逐渐缩短，经原沟向囊胚腔的细胞迁移终止，至此，胚胎发育完成了三胚层分化和原肠的构建。最终亨氏节回缩到最后端区域，将来形成肛门。,.,明区,暗区,.,当预定中胚层和内胚层细胞向囊胚腔内运动时，预定外胚层细胞还在分裂，并成为胚胎最上层唯一的细胞群。预定外胚层细胞迁移离开胚盘，通过下包包被卵黄。鸟类原肠作用结束的时候，外胚层已将卵黄包被起来，内胚层已经取代了下胚层，而中胚层则已经迁移到内外两胚层之间的位置。,.,六、哺乳类的原肠胚发育,哺乳类胚体原肠发育模式和鸟类相似。与鸟类区别：1.胚外器官发育不同；2.哺乳动物胚体发育来自内细胞团，三胚层形成开始，外胚层面向内腔面，故以后要经过一个翻转过程。,卵裂及胚泡：受精后2630小时开始卵裂，每1012小时进行一次卵裂，有1632个细胞时开始称为桑椹胚，此时开始到达子宫腔。第45天时，形成早期胚泡，透明带溶解消失，胚泡开始侵入子宫内膜，1112天完成植入。胚泡滋养层细胞迅速增殖，由单层变为复层，外层细胞融合形成合体滋养层，深部的一层细胞界限明显，称细胞滋养层。植入后，滋养层向外长出许多指状突起，称绒毛，逐渐发育、分化形成胎盘。滋养层直接从母体血液中吸取营养供胚胎发育所需,.,哺乳动物在母体内发育，其胚胎直接从母体获取营养，而不是从卵子所储备的卵黄获取营养。哺乳动物这一进化导致母体解剖结构发生巨大变化（输卵管膨大形成子宫）以及专司吸收母体营养的胎儿器官胎盘的出现。胎盘主要由胚胎滋养层细胞和内细胞团形成的中胚层细胞发育而来。,.,原肠胚发育前的胚泡，示内细胞团和滋养层细胞。,子宫壁,母体毛细血管,子宫上皮,内细胞团,囊胚腔,滋养层,.,哺乳动物胚泡植入子宫的过程,.,囊胚晚期，内细胞团与相接的外周囊胚细胞间出现新的腔裂，以后成为羊膜腔，内细胞团成为羊膜腔和囊胚腔中间的片状结构，并且形成两个细胞层，近羊膜腔的一侧为上胚层，将发育为胚体，近囊胚腔的一侧为下胚层，将发育为卵黄囊，参加胚外器官的建设。上胚层细胞被缝隙（cleft）隔开；缝隙最后连接起来，把胚胎上胚层和形成羊膜腔壁的上胚层（羊膜外胚层）隔开。羊膜腔一旦形成，内部便充满羊水（amnioticfluid）。,.,下胚层细胞从内细胞团中分离出来形成卵黄囊，滋养层细胞分裂形成细胞滋养层和合胞体滋养层；细胞滋养层形成绒毛，合胞体滋养层融入子宫组织。,羊膜腔,合胞体滋养层侵入子宫内膜,上胚层,囊胚腔,细胞滋养层,.,上胚层分裂形成羊膜外胚层（包绕羊膜腔）和胚胎上胚层，哺乳类胚胎由胚胎上胚层形成。,滋养层腔隙,羊膜腔,上胚层,下胚层,囊胚腔,滋养层,合胞体滋养层,.,下胚层发育为卵黄囊，最终成为胚外中胚层。,合胞体滋养层,羊膜腔,母体血液进入滋养层腔隙,胚外中胚层细胞相互连接成网,胚外中胚层产生,.,哺乳类胚胎上胚层包含所有形成胚胎本身的细胞。和鸡胚一样，哺乳动物的中胚层和内胚层细胞同样通过原条迁移。当它们进入原条时，上胚层细胞停止表达将细胞凝集在一起的E-细胞选择蛋白，并各自独立迁移。,人类原肠作用过程中，羊膜结构的形成和细胞的运动。,.,形成小鼠脊索的细胞整合到原肠内胚层中，这些细胞构成一条从亨氏节向吻端延伸的细胞带。该细胞带由小而具有纤毛的细胞组成，它们向中线处集中，再从原肠顶壁向背部隆起折叠形成脊索。哺乳类胚胎外胚层位于已充分延伸的原条的前端，和鸡胚外胚层的位置相似。,哺乳动物脊索也是通过亨氏节迁移的细胞形成，但脊索形成方式和鸟类不同。,.,小鼠脊索的形成:A，预定脊索细胞为小而具有纤毛的细胞，位于背中线上，两侧是预定形成原肠的较大的内胚层细胞。B，预定脊索中胚层细胞向背部折叠形成脊索。,预定神经管,间质细胞,内胚层,预定脊索,神经管,脊索,.,在胚胎上胚层细胞迁移的同时，胚外细胞则正在形成时胎儿在母体内生存的哺乳类特有的组织。最早的滋养层细胞分裂时只发生核分裂，细胞质不分裂，