发育生物学：第5讲 胚胎发育机制学习要点

1、胚胎学发育机制学习笔记学习要点1 胚胎细胞的分化、分化决定2 胚胎诱导：定义、分类、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、细胞社会学行为、胚胎形态发生（各层次）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；胚胎发育机理是现代发育生物学中重大的研究课题。主要胚胎发育机制：细胞生长（长大与增殖）；细胞分化；胚胎诱导；形态发生机制；胚胎场现象。一 细胞生长：细胞长大+细胞增殖；本质：蛋白质与核酸等合成。1 细胞长大 :C体积：胞质长大+ 胞核长大2 细胞增殖：C数目，由细胞分裂实现。二 细胞分化-发育生

2、物学研究之核心 1 两个概念：1）细胞全能性(totipotency) ：C含有形成完整个体之潜能（分化潜能最强）。全能性多能性专能性 终末（内细胞群C外胚层C神经干C神经C）2）信息连 ：（不同）基因 （不同） mRNA （不同）蛋白质 （不同）功能。2 细胞分化的决定(cell determination)：C在出现特有形态结构/生化特征/功能之前发生之决定C分化方向之内在隐蔽变化过程。决定的C沿特定类型分化,一般不会中途改变。3 细胞分化(cell differentiation, P82）1)定义：胚胎C或幼稚C发育成具有特殊形态结构 生化特性功能 之专一化C之过程2）原因：基因差异表

3、达（5-10%）3) 事件：化学分化:特异蛋白合成等RBC（Hb）,神经细胞(烯醇化酶)等；形态结构. :外形分化、核分化、胞质分化；功能. :4）特点：过程一般不可逆；过程渐进：全能-多能-专能-终末；终末分化C一般不再分裂，若能分裂，则可维持和传递终末分化状态；受细胞内外信号调控。细胞分化参考信息 ：实验一 细胞决定的标准实验：把某时期供体组织原基移植到受体不同位，如果移植块按照在受体移植部位进行发育，说明在移植时其命运尚未决定；如果按照在供体原地情况发育，表明在移植时已发生了分化决定。实验二 干细胞移植治疗老年痴呆:神经干细胞标记后移植入病变区检测功能改善、形态结构变化、特异蛋白表达证实

4、是否发生了分化。5）细胞分化调控, P83内部因素： （1）细胞核对细胞分化调控（2）细胞质对；外部因素：（3）细胞间相互作用对：细胞诱导，细胞抑制，细胞识别与粘合，其他。（1）细胞核在细胞分化过程中具主导作用：实验一：施佩曼将受精卵结扎，一半球含细胞核，另一半球不含细胞核。结果有核半球能进行正常卵裂分化，无核则不能。在16或32个细胞期，让一胞核通过结扎处进入无核半球，结果这个半球也开始卵裂分化，并且发育成正常胚胎。两实验表明：胚胎发育分化过程中细胞核起主导作用细胞核在细胞分化中主导作用之机制：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，从而决定细胞和个体发育

5、分化方向。受精卵发育形成的细胞含有相同基因组（在细胞核内），但在发育中只有5-10%基因表达(人类基因总数约3万-5万)，且表达之基因差异较大Why?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（2）细胞质在分化过程中的作用：1928年，施佩曼做了个实验:用较细的婴儿头发将蝾螈受精卵结扎成两个半球状，其中一个半球中含灰新月区(受精时，蝾螈卵细胞上出现的一个浅灰色的半月形区带)和细胞核，另一个不含这个区带。结果前者发育成了胚，后者则不能。即使后者含有细胞核，细胞也不能分化，只能发育成没有一定形状的团块。实验说明：灰新月区(细胞质)中含某种物质，只有具备这种物质，胚胎发育分化才

6、能正常进行；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。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（细胞社会学）在细胞分化中的影响,P83：诱导，抑制，识别，其他。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

7、化。如把发育中蛙胚置于含有成体蛙心碎片培养液中，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。癌细胞不能识别粘着，失去了正常细胞调控能力；其他：激素，细胞数量，细胞外基质等4 去分化（dedifferentiation），又称逆转：高度分化C失去分化能力，返回到未分化或低分化状态。5 转分化（transdifferentiation）：1) 从一种分化状态转变到另一种分化状态；2) 通过增生干C或低分化C转化为其他类型C 3) 转分化表明已分化的细胞存在潜在的可塑性三、胚胎诱导,P84诱导实验：过程：将迁移到内部之前的背唇切下来，移植到另一正常原肠胚

8、腹部。结果：移植物发育成第二条脊索在移植物上方出现了一条神经板最后这个原肠胚发育成一双头怪物。实验表明：在移植物诱导下，移植物周围胚层改变了原来发育方向。1概念：胚胎诱导（induction）： 胚胎发育时期，部分C提供或传递信号，其它C接受该信号，并向特定方向分化。诱导者（inductor）：起诱导作用之C或组织。反应者（responding tissue）：接受信号并起反应之C或组织。2 诱导物本质：大分子：蛋白质或核酸，小分子：苯丙氨酸、胞嘧啶核苷酸3 诱导特点：1）诱导具有双向性2）诱导者决定反应者产生何结构反应者决定所产生结构的遗传性3）诱导者异，反应异：同一外胚层神经诱导物神经组织

9、；中胚层诱导物肌肉，骨骼等等4）有权能期（period of competence）：一定时间内发生，一旦超出临界时间，诱导或反应能力会减退、消失5）诱导引起的反应C的分化持续、不可逆4 诱导层次性：初级诱导、次级诱导与三级诱导：脊索诱导神经系统形成称之初级诱导；前脑区两侧外突视泡诱导其外方之外胚层形成晶状体，乃次级诱导；晶状体再诱导其表面外胚层形成角膜，乃三级诱导5 诱导类型1）指令性诱导：定义：诱导者决定（命令）反应者基因如何表达（如晶状体形成）；特点：在诱导发生前，反应者分化未决定；诱导组织A存在，反应组织B才能向特定方向分化；A不存在，B不能向特定方向分化；A存 在，与B不同的C也能沿

10、B分化方向分化；A不存在，与A不同的D来诱导B分化，但B不能以原方式发育。2）允诺性诱导：定义：反应者有完善应答潜能，但潜能表现则需诱导者参与（允许）特点：诱导发生前，反应者已完成了分化决定诱导者不能改变反应者基因如何表达，而仅仅是让它有能力表达6 诱导作用机制（1）接触性诱导：直接接触；缝隙连接（2）非接触性诱导：信号物质扩散；细胞外基质。 总之，诱导者必须激活反应者有关基因，基因活动产物又激活其他有关基因，一组基因被激活，产生一组特异性蛋白，从而导致细胞分化 四 形态发生机制,P86，组织和器官形态发生（morphogenesis）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

11、而实现的。1 细胞运动：定义：相对位置移动；分类：单细胞.+群体.；主要原因：形态改变C内微丝、微管配布变化2 细胞识别和粘着：3 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之细胞生理性自杀行为2）PCD机制,P88调控基因：凋亡基因（caspase等）: 造成C自杀性死亡；抗凋亡基因（Bcl-2等）: 阻止C凋亡。3）途径：死亡受体途径：经典途径；线粒体途径：主要途径；内质网途径：新发现途径（研究热点）4）胚胎发育中PCD之意义,P88：系统匹配(量与位置)：如80%卵母C,迷路C；雕刻躯体：；食管管化，指（趾）蹼及尾巴消失；保护机体：去除有害C，如自身反应TB，癌细胞等PCD失控，将导致各种疾病：如 PCD 癌；而 PCD 艾滋病（AIDS）。脑细胞PCD失控将导致多种严重疾病，如：帕金森症，老年性痴呆等四 胚胎场现象,P90一） 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