胚胎发育的细胞增殖和分化

胚胎发育的细胞增殖和分化概述第2页,共56页，2024年2月25日，星期天概述第3页,共56页，2024年2月25日，星期天胚胎发育过程：细胞生长分化识别迁移死亡功能表达组织和器官的形成等第4页,共56页，2024年2月25日，星期天

细胞增殖：细胞数量的增加

细胞分裂

细胞分化：不同类型细胞的形成

形态结构和生理功能发生专一性的改变第5页,共56页，2024年2月25日，星期天ProliferationofeukaryoticcellCellgrowthDNAreplicationCelldivisionWhatiscellcycle?细胞周期,---从上一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂完成所经历的整个过程。一、细胞增殖第6页,共56页，2024年2月25日，星期天PhasesofthecellcycleG1phaseSphaseG2phaseMphase第7页,共56页，2024年2月25日，星期天Phaseofcellcycle

M-PhaseMitosisCytokinesisInterphaseG1=GapbetweenMandSS=Synthesis(DNAandcentrosomesreplicated)G2=GapbetweenSandM第8页,共56页，2024年2月25日，星期天CellCycleRegulation

Cyclins

CyclinDependentKinases(CDKs)

CyclinDependentKinasesInhibitors(CDKIS)第9页,共56页，2024年2月25日，星期天勒兰德·

哈特韦尔发现了大量控制细胞周期的基因，其中一种被称为“START”的基因对控制各个细胞周期的最初阶段具有决定性的作用。保罗·

纳斯的贡献是，在哈特韦尔的基础上，通过基因与分子法发现了调节细胞周期的一种关键物质CDK（细胞周期蛋白依赖激酶），CDK是通过对其他蛋白质的化学作用来驱动细胞周期的。蒂莫西·亨特的贡献是首次发现了调节CDK功能的物质CYCLIN（细胞周期蛋白）。第10页,共56页，2024年2月25日，星期天TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine2001wasawardedjointlytoLelandH.Hartwell,TimHuntandSirPaulM.Nurse"fortheirdiscoveriesofkeyregulatorsofthecellcycle".LelandH.HartwellTimHuntSirPaulM.Nurse第11页,共56页，2024年2月25日，星期天①连续分裂细胞，在细胞周期中连续运转因而又称为周期细胞，如表皮生发层细胞、部分骨髓细胞。

②休眠细胞暂不分裂，但在适当的刺激下可重新进入细胞周期，称G0期细胞，如淋巴细胞、肝、肾细胞等。

③不分裂细胞，指不可逆地脱离细胞周期，不再分裂的细胞，又称终端细胞，如神经、肌肉、多形核细胞等等。成体细胞分裂第12页,共56页，2024年2月25日，星期天胚胎时期细胞分裂早期：卵裂第13页,共56页，2024年2月25日，星期天第14页,共56页，2024年2月25日，星期天1.细胞在两次分裂之间没有生长期，细胞体积并不增大，基因在早期不表达。2.致密化：细胞核和细胞质的比值迅速增加，细胞之间的粘附加强。3.细胞周期是连续的S期和M期的交替。胚胎时期细胞分裂早期：卵裂第15页,共56页，2024年2月25日，星期天桑葚胚:致密化极性第16页,共56页，2024年2月25日，星期天Stagesofmouseandhumanpreimplantationdevelopment.(TE:trophectoderm;ICM:innercellmass;EPI:epiblast;PE:primitiveendoderm)第17页,共56页，2024年2月25日，星期天第18页,共56页，2024年2月25日，星期天CockburnK,RossantJ.Makingtheblastocyst:lessonsfromthemouse.JClinInvest.2010,120(4):995-1003.第19页,共56页，2024年2月25日，星期天异常卵裂卵裂时间延迟:植入失败不规则卵裂:胚胎异常发育多精受精:多倍体，最终死亡或畸形单卵双胎或多胎:两个胚泡，单独的羊膜和绒毛膜；两个内细胞群，单独的羊膜，共有绒毛膜和胎盘；两个原条，共有羊膜和绒毛膜第20页,共56页，2024年2月25日，星期天第21页,共56页，2024年2月25日，星期天Siamesetwins第22页,共56页，2024年2月25日，星期天早期胚胎发育的调控Beforegenomeactivation母源作用基因(miRNAs,transcriptionalfactors,DNAmethyltransferase,…)Aftergenomeactivation

Transcriptionalfactors(Cdx2,Oct4…)HeatshockproteinsCytokines…第23页,共56页，2024年2月25日，星期天第24页,共56页，2024年2月25日，星期天Cdx2Oct4Oct-4:许多基因的转录因子特异性表达于全能细胞中第25页,共56页，2024年2月25日，星期天当一个细胞分裂有丝分裂产生两个“染色体完全相同的子细胞”。SO,HOWDOTHESECELLSBECOMEDIFFERENTFROMONEANOTHER?第26页,共56页，2024年2月25日，星期天二、细胞分化细胞分化是指合子发育成为个体的过程中细胞之间逐渐产生稳定差异的过程。发育生物学研究之核心。第27页,共56页，2024年2月25日，星期天在细胞分化的基础上，胚胎逐渐产生出许多不同的组织、器官和系统，协调地组成一个复杂、精巧、能自主生活的生命个体。第28页,共56页，2024年2月25日，星期天在细胞之间出现可识别的形态和功能差异之前，细胞已经具备向特定方向分化，最终形成具有一定表型特征细胞的能力，这种细胞的发育选择称为细胞决定。决定先于分化。细胞决定的主要标志是细胞内部开始合成特异性的蛋白质。细胞决定与细胞分化第29页,共56页，2024年2月25日，星期天CytoplasmicDeterminantsandInductiveSignalsAnegg’scytoplasmcontainsRNA,proteins,andothersubstancesthataredistributedunevenlyintheunfertilizedegg.Cytoplasmicdeterminantsarematernalsubstancesintheeggthatinfluenceearlydevelopment.Asthezygotedividesbymitosis,cellscontaindifferentcytoplasmicdeterminants,whichleadtodifferentgeneexpression.第30页,共56页，2024年2月25日，星期天(a)CytoplasmicdeterminantsintheeggTwodifferentcytoplasmicdeterminantsUnfertilizedeggcellSpermNucleus第31页,共56页，2024年2月25日，星期天(a)CytoplasmicdeterminantsintheeggTwodifferentcytoplasmicdeterminantsUnfertilizedeggcellSpermFertilizationZygoteNucleus第32页,共56页，2024年2月25日，星期天(a)CytoplasmicdeterminantsintheeggTwodifferentcytoplasmicdeterminantsUnfertilizedeggcellSpermFertilizationZygoteMitoticcelldivisionTwo-celledembryoNucleus第33页,共56页，2024年2月25日，星期天(b)InductionbynearbycellsSignalmolecule(inducer)SignaltransductionpathwayEarlyembryo(32cells)NUCLEUSSignalreceptor第34页,共56页，2024年2月25日，星期天TotipotentPluripotentUnipotentDifferentiatedTotipotentPluripotentUnipotentDifferentiatedTotipotent→Pluripotent→Unipotent→Differentiated第35页,共56页，2024年2月25日，星期天细胞分化的影响因素基因的调控细胞之间的作用激素环境因素第36页,共56页，2024年2月25日，星期天受精卵发育形成的细胞含有相同基因但在发育中只有5-10%基因表达(人类基因总数约3万--5万)且表达的基因差异较大Why?基因的调控第37页,共56页，2024年2月25日，星期天基因的调控管家基因(house-keepinggenes)：是指所有细胞中均要表达的一类基因，其产物是对维持细胞基本生命活动所必需的。如微管蛋白基因、糖酵解酶系基因与核糖体蛋白基因等。(Helper)奢侈基因(Luxurygene)：即组织特异性基因（tissue-specificgenes），是指不同类型细胞中特异性表达的基因，指导产生细胞分化时出现的各种特异蛋白。(Determinant)第38页,共56页，2024年2月25日，星期天第39页,共56页，2024年2月25日，星期天ExampleMyoblastsproducemuscle-specificproteinsandformskeletalmusclecellsMyoDisoneofseveral“masterregulatorygenes”thatproduceproteinsthatcommitthecelltobecomingskeletalmuscleTheMyoDproteinisatranscriptionfactorthatbindstoenhancersofvarioustargetgenes第40页,共56页，2024年2月25日，星期天EmbryonicprecursorcellNucleusOFFDNAMasterregulatorygenemyoDOthermuscle-specificgenesOFF第41页,共56页，2024年2月25日，星期天EmbryonicprecursorcellNucleusOFFDNAMasterregulatorygenemyoDOthermuscle-specificgenesOFFOFFmRNAMyoDprotein(transcriptionfactor)Myoblast(determined)第42页,共56页，2024年2月25日，星期天EmbryonicprecursorcellNucleusOFFDNAMasterregulatorygenemyoDOthermuscle-specificgenesOFFOFFmRNAMyoDprotein(transcriptionfactor)Myoblast(determined)mRNAmRNAPartofamusclefiber(fullydifferentiatedcell)MyoD第43页,共56页，2024年2月25日，星期天EmbryonicprecursorcellNucleusOFFDNAMasterregulatorygenemyoDOthermuscle-specificgenesOFFOFFmRNAMyoDprotein(transcriptionfactor)Myoblast(determined)mRNAmRNAmRNAmRNAMyosin,othermuscleproteins,andcellcycle–blockingproteinsPartofamusclefiber(fullydifferentiatedcell)MyoDAnothertranscriptionfactor第44页,共56页，2024年2月25日，星期天第45页,共56页，2024年2月25日，星期天细胞之间的作用细胞诱导细胞抑制微环境：细胞外基质第46页,共56页，2024年2月25日，星期天细胞诱导Inductionistheprocessbywhichonegroupofcellsproducesasignalthatdeterminesthefateofasecondgroupofcells.第47页,共56页，2024年2月25日，星期天第48页,共56页，2024年2月25日，星期天细胞外基质

Extracellularmatrix(ECM)ECMcancontrolthedifferentiationbyinfluencingtheintracellulargeneexpressionsviasignaltransduction.第49页,共56页，2024年2月25日，星期天ExogenousECMpreventstheinhibitionofskeletalmuscledifferentiationbyproteoglycansynthesisinhibitors.OssesN,andBrandanEAmJPhysiolCellPhysiol2002;282:C383-C394ChlorateandBDXcaninhibittheproteoglycansynthesis.第50页,共56页，2024年2月25日，星期天激素SteroidsPeptidesToinfluencethegene