发育生物学教案.pdf

教学日志教学日志章节名称授课时间绪 论学时数教学进度学生考勤应到：实到：请假：旷课：课程类型理论课讨论课习题课实验课 上机课技能课其他教学方法多媒体授课1.了解发育生物学的研究对象、任务及其与其他学科的关系目的要求2.掌握动物发育的主要特征和基本规律3.掌握发育生物学模式生物的种类及其特点4.了解发育生物学的发展简史和发育生物学研究技术重点难点思考题作业教学后记重点：动物发育的主要特征和基本规律、发育生物学模式生物难点：动物发育的主要特征和基本规律作业批改及实验记录说明：说明：1 1、每次授课前后，任课教师应及时填写。、每次授课前后，任课教师应及时填写。2 2、授课时间：指授课日期和节次；教学进度：指是否符合教学进度简表、授课时间：指授课日期和节次；教学进度：指是否符合教学进度简表绪绪 论论第一节第一节发育生物学的研究对象、任务及其与其他学科的关系发育生物学的研究对象、任务及其与其他学科的关系一、发育生物学是一门研究生物体从精子和卵子发生、受精、发育、生长到衰老、死亡规律的科学。二、发育生物学主要研究生物个体发育（多细胞生物题从生殖细胞的发生、受精、胚胎发育、生长、衰老和死亡）和生物系统发生中生命发展的机制。三、发育生物学的主要任务是研究生物体发育遗传程序及其调控机制。四、发展基础：胚胎学、遗传学、细胞生物学第二节第二节动物发育的主要特征和基本规律动物发育的主要特征和基本规律一、多细胞有机体的发育有两个主要的功能1.产生细胞的多样性并使各种细胞在本世代有机体中有严格的时间和空间的次序性，保证世代的交替和生命的连续2.通过繁殖产生新一代的个体，使世代延续二、动物发生过程三、动物发育的主要特征和基本规律第三节第三节发育生物学的发展简史发育生物学的发展简史一、后成论和先成论二、细胞理论对胚胎发育和遗传概念的影响三、发育的嵌合型和调整型四、诱导的发现五、遗传学、分子生物学与发育生物学的结合第四节第四节发育生物学模式生物发育生物学模式生物一、脊椎动物模式生物：非洲爪蟾、斑马鱼、鸡、小鼠二、无脊椎动物模式生物：果蝇、线虫三、发育生物学模式植物：拟南芥第五节第五节发育生物学研究技术发育生物学研究技术一、常用发育生物学研究技术（一）显微镜技术（二）组织切片技术（三）分子生物学技术（四）原位杂交技术（五）显微注射（六）报道基因技术（七）细胞标记技术二、发育遗传学技术（一）正向遗传学技术1.大规模诱变筛选技术2.插入诱变筛选3.突变基因的克隆（二）反向遗传学技术1.基因敲除技术2.条件基因敲除技术3.RNA 干扰技术4.吗啉代寡聚核苷酸5.显性抑制6.转基因技术7.基因捕获8.果蝇中的克隆化分析教学日志教学日志章节名称授课时间第一章 细胞命运的决定学时数教学进度学生考勤应到：实到：请假：旷课：课程类型理论课讨论课习题课实验课 上机课技能课其他教学方法多媒体授课目的要求重点难点思考题作业教学后记1.掌握细胞形态发生决定子、定型、分化的概念2.了解胚胎细胞相互作用的概念重点：细胞形态发生决定子、细胞定型、细胞分化难点：胚胎细胞相互作用作业批改及实验记录说明：说明：1 1、每次授课前后，任课教师应及时填写。、每次授课前后，任课教师应及时填写。2 2、授课时间：指授课日期和节次；教学进度：指是否符合教学进度简表、授课时间：指授课日期和节次；教学进度：指是否符合教学进度简表第一章第一章细胞命运的决定细胞命运的决定第一节第一节细胞命运通过形态发生决定子自主特化细胞命运通过形态发生决定子自主特化一、细胞定型和细胞分化1.细胞分化：从单个全能的受精卵产生各种类型的细胞的发育过程。2.细胞定型：细胞在分化之前，将发生一些隐避的变化，使细胞朝特定的方向发展。细胞定型分为特化特化和决定决定两个时相。特化的细胞或组织的发育命运是可逆的可逆的，而决定的细胞或组织的发育命运是不可逆的不可逆的。胚胎细胞定型主要有两种方式：胞质隔离和胚胎诱导。3.自主特化和有条件特化（渐进特化、依赖型特化）。4.胚胎发育主要有两种方式：自主型发育（镶嵌型发育）和调整型发育。海鞘、环节动物、软体动物和线虫等属于典型的镶嵌型发育，而海胆、两栖纲、鱼类等属于典型的调整型发育。二、形态发生决定子形态发生决定子也称为成形素或胞质决定子，广泛存在于各种动物的卵子细胞质中。三、胞质定域胞质定域：形态发生决定子在卵细胞质中呈一定形式分布，受精时发生运动，被分隔到一定区域，并在卵裂时分配到特定的裂球中，决定裂球的发育命运。又称为胞质隔离、胞质区域化、胞质重排。（一）、海鞘1.肌质和肌细胞的特化2.内胚层、表皮和前后轴的决定（二）、软体动物（三）、线虫1.生殖细胞的特化生殖质：胞质中所含的能决定生殖细胞形成的物质。2.咽部原始细胞命运的决定（四）、昆虫1.极质和生殖细胞的特化2.果蝇晚期发育中细胞不对称分裂四、形态发生决定子的性质（一）、海鞘形态发生决定子海鞘胚胎中可能含有两类形态发生决定子：一类是可以激活某些基因转录的物质，另一类可能是RNA。（二）、果蝇极质：果蝇卵子极粒主要有蛋白质和 RNA 组成。第二节第二节细胞命运通过相互作用渐进特化细胞命运通过相互作用渐进特化一、种质学说二、Wilhelm Roux:镶嵌型发育1.镶嵌型发育：Roux 认为，蛙胚是由能自我分化的各部分组织在一起形成的镶嵌体，每一部分的发育命运是不能改变的，因为每一个细胞接受一组特定的核决定子，并依据所接受的核决定子分化成相应的组织。2.Hans Driesch:调整型发育3.Sven Horstadius 双梯度模型：在海胆胚胎发育中存在两个彼此相对的梯度：植物极化梯度和动物极化梯度。植物极化梯度在植物级活性最大，动物级化梯度在动物级活性最大。海胆胚胎的正常发育依赖于动物极化梯度和植物极化梯度两者之间的平衡，而不依赖于它们的绝对强度大小。两个梯度之间的不同组合建立起各种中间状态。只要两个梯度强度是平衡的，胚胎就能正常发育。三、两栖类发育调控（一）、胚胎细胞的渐进决定（二）、初级胚胎诱导1.诱导：胚胎一个区域对另一个区域发生影响，并使后者沿着一条新途径分化的作用。2.初级胚胎诱导：动物胚胎发育过程中存在许多诱导作用，其中脊索中胚层诱导外胚层分化成神经组织，这一关键的胚胎诱导作用称为初级胚胎诱导。教学日志教学日志章节名称授课时间第二章细胞分化的分子机制-转录和转录前的调控学时数教学进度学生考勤应到：实到：请假：旷课：课程类型理论课讨论课习题课实验课 上机课技能课其他教学方法多媒体授课1.掌握基因组相同的概念、基因差异表达的机理目的要求2.掌握染色质结构对基因活性的调控机理3.掌握基因表达的时间和空间特异性、发育中基因转录水平的调节机制。重点：1.基因组相同的概念、基因差异表达的机理重点难点2.染色质结构对基因活性的调控机理3.基因表达的时间和空间特异性、发育中基因转录水平的调节机制难点：基因表达的时间和空间特异性、发育中基因转录水平的调节机制思考题作业教学后记作业批改及实验记录说明：说明：1 1、每次授课前后，任课教师应及时填写。、每次授课前后，任课教师应及时填写。2 2、授课时间：指授课日期和节次；教学进度：指是否符合教学进度简表、授课时间：指授课日期和节次；教学进度：指是否符合教学进度简表第二章第二章细胞分化的分子机制细胞分化的分子机制-转录和转录前的调控转录和转录前的调控1.在多细胞生物体内，每一个细胞有一定的性状，即细胞特定基因型在一定条件下的表现，也称为细胞表型。2.根据细胞表型可将细胞分为 3 类：全能细胞、多潜能细胞、分化细胞。3.细胞分化是基因差异性表达的结果，差异性基因表达产生的原因主要来自两个方面：一是细胞内环境的差异影响核基因的表达；二是细胞外环境的影响。4.基因差异表达的调控机制主要是在以下几个水平完成：一是差异基因转录；二是核 RNA 的选择性加工；三是mRNA 的选择性翻译；四是差别蛋白质加工。第一节第一节基因组相同和基因差异表达基因组相同和基因差异表达一、有机体不同组织细胞基因组相同的证据1.遗传学证据2.胚胎学证据3.分子生物学证据二、核潜能的限定1.在发育中核潜能被限定2.细胞核具有潜在全能性的研究三、基因组相同的例外 基因组的改变1.染色质消减：马蛔虫、瘿蝇2.基因重排：B 淋巴细胞发育过程中免疫球蛋白轻链基因重排3.基因扩增：非洲爪蟾卵母细胞核糖体 RNA 的基因扩增第二节第二节染色体水平基因活性的调控染色体水平基因活性的调控一、染色质染色质根据在细胞分裂间期折叠压缩的状况分为异染色质和常染色质。1.X 染色体失活2.水蜡虫的染色体失活二、选择性基因转录的染色质变化1.染色体疏松区2.灯刷染色体第三节第三节转录水平的调控转录水平的调控一、基因表达的时间和空间特异性1.基因表达的时间特异性是指有些特异性基因，只有在发育的某一个特定时期或某些时期才具有活性，而在其他时期则是无功能的基因。2.基因表达的空间特异性主要指基因表达的组织细胞特异性。二、发育中基因转录水平的调节和变化（一）、卵清蛋白基因的转（二）、珠蛋白基因的转录（三）、转录调控蛋白对 5S 核糖体 RNA 基因表达的转录1.中心启动子元件2.TF a 的转录调节（四）、转录调控的“开关基因”三、差异基因转录的调控机制（一）、外显子和内显子（二）、启动子和增强子1.启动子的结构和功能2.与启动子结合的反式作用因子3.增强子的结构和功能（三）、转录因子转录因子是基因调控的反式作用因子，是能与启动子和增加子结合的蛋白质。转录因子既含有特异性 DNA 结合域，又含有能与启动子或增强子结合并刺激基因转录的结构域，可分为通用转录因子和特殊转录因子。1.同源异型框蛋白2.POU 蛋白（四）、激素应答成分（五）、免疫球蛋白轻链基因的转录调控1.免疫球蛋白基因2.抗体轻链基因的产生3.抗体重链基因的产生4.免疫球蛋白基因的顺式调节5.免疫球蛋白基因表达的反式调节（六）、转录因子活性的调节1.转录调节：如果转录因子是调节特定基因表达的蛋白质，这些转录因子可以通过其他转录因子调节蛋白质的合成。2.蛋白质的修饰和 RNA 剪接教学日志教学日志章节名称授课时间第三章细胞分化的分子机制-转录后的调控学时数教学进度学生考勤应到：实到：请假：旷课：课程类型理论课讨论课习题课实验课 上机课技能课其他教学方法多媒体授课1.掌握 RNA 加工对基因转录的调控作用目的要求2.理解翻译和翻译后水平的基因表达调控机制重点难点思考题作业教学后记重点：RNA 加工对基因转录的调控作用难点：翻译和翻译后水平的基因表达调控机制作业批改及实验记录说明：说明：1 1、每次授课前后，任课教师应及时填写。、每次授课前后，任课教师应及时填写。2 2、授课时间：指授课日期和节次；教学进度：指是否符合教学进度简表、授课时间：指授课日期和节次；教学进度：指是否符合教学进度简表第三章第三章细胞分化的分子机制细胞分化的分子机制-转录后的调控转录后的调控第一节第一节RNARNA 加工水平的调控加工水平的调控一、mRNA 前体与 mRNA1.异质性核 RNA2.细胞核 RNA 和 mRNA 的复杂性3.前体 RNA 的加工对早期发育的调控4.细胞核中未加工 mRNA 前体存在的证据二、RNA 加工水平的调控（一）、淋巴细胞的差别 RNA 加工使同一基因合成不同的蛋白质（二）、相同基因在不同发育时期或不同组织细胞中合成不同的蛋白质（三）、选择性 RNA 加工与性别决定（四）、RNA3末端的决定1.顺式作用元件2.反式作用元件（五）、mRNA 向核外的运输第二节第二节翻译和翻译后的调控翻译和翻译后的调控一、翻译水平的调控（一）、翻译过程（二）、mRNA 寿命的不同对蛋白质合成的调控不同基因的mRNA的半衰期不同，主要受其3UTR控制。短寿命mRNA的3UTR通常含有一个或多个 AU 富集区，其作用是促进 Poly(A)降解。（三）、激素对特定 mRNA 稳定性的影响二、早期发育中母体效应因子的影响（一）、早期发育母体效应因子调控的证据1.蜗牛的卵裂方向由母体效应因子决定2.海胆杂交后代的初级中胚层细胞平均数由母体效应因子决定3.去核实验（二）、贮藏性 mRNA 的发现：Brachet 等（1963）和 Denny、Tyfer（1964）最早发现卵母细胞通过贮藏性 mRNA 调控早期发育，但只能发育到囊胚期。（三）、卵母细胞贮藏性 mRNA 性质和位置1.卵母细胞贮藏性 mRNA 的种类2.贮藏性 mRNA 的定位三、翻译和翻译后的调控的机制（一）、卵母细胞翻译调控的假说1.掩蔽母源性 mRNA 假说2.poly（A）“尾巴”假说或多聚腺苷酸化假说（二）、关于早期发育的几点启示（三）、胚胎基因组的激活（四）、血红蛋白翻译水平的控制（五）、翻译水平控制的广泛性（六）、RNA 编辑（七）、翻译后的调控教学日志教学日志章节名称授课时间第四章发育中的信号传导学时数教学进度学生考勤应到：实到：请假：旷课：课程类型理论课讨论课习题课实验课 上机课技能课其他教学方法多媒体授课1.掌握参与早期胚胎发育的信号途径种类目的要求重点难点思考题作业教学后记2.了解各种信号途径调节过程重点：参与早期胚胎发育的信号调节途径难点：参与早期胚胎发育的信号调节过程作业批改及实验记录说明：说明：1 1、每次授课前后，任课教师应及时填写。、每次授课前后，任课教师应及时填写。2 2、授课时间：指授课日期和节次；教学进度：指是否符合教学进度简表、授课时间：指授课日期和节次；教学进度：指是否符合教学进度简表第四章第四章发育中的信号传导发育中的信号传导1.细胞通讯在胚胎发育中起着关键作用。2.信号传导是细胞通讯的主要形式，即由信号细胞产生信号分子，诱导靶细胞发生某种反应。3.靶细胞通常通过特异性受体识别细胞外信号分子，并把细胞外信号转变为细胞内信号，引起细胞发生反应，这一过程称为信号传导。第一节第一节参与早期胚胎发育的信号调节途径参与早期胚胎发育的信号调节途径一、TGF 信号途径1.TGF即转化生长因子，是一类分泌性的信号分子。2.TGF超家族因子包括 30 多个成员，可分为 TGF、BMP、Activin 等亚类。3.TGF家族因子在早期发育中起关键作用，如TGF1，2，3，5 参与了细胞外基质形成和细胞分裂的调节；BMP 因子在脊椎动物及果蝇的胚胎背-腹轴式形成过程中具有重要作用；Nodal（属于 BMP 因子亚类）在脊椎动物胚胎中胚层的图式形成及左-右轴的建立过程中起着关键作用。二、Wnt 信号途径1.Wnt基因家族编码一类分泌性的信号因子，在早期胚胎发育中具有重要功能，根据其活性的差异，可将 Wnt 蛋白分为两大类：Wnt-1/wg 类和 Wnt-5a 类。2.Wnt-1/wg 类基因在爪蟾胚胎中异位表达时可以诱导次级体轴的形成并能够转化 C57MG 乳腺上皮细胞。3.Wnt-5a 类成员不具有次级体轴诱导的能力，但可以降低细胞的黏着性，改变细胞的运动状态。三、Hedgehog 信号途径1.Hedgehog（Hh）家族蛋白是一类分泌性的信号分子，在动物发育过程中具有重要作用。2.果蝇的 Hedgehog 信号途径在体节形成中起着重要作用。3.脊椎动物的 Sonic Hedgehog（Shh）参与了神经系统的背-腹轴图式形成及肢的发育，Indian Hedgehog（Ihh）参与了骨骼的发育。四、Notch 信号途径1.Notch 信号途径在神经细胞分化、脊椎动物体节的发育等过程中具有重要作用。2.Notch 信号只能作用于相邻细胞之间。3.Notch 信号的传递是通过膜内蛋白水解机制进行的。4.从 Notch 受体的合成、加工到最后的信号传递先后经历了 3 次蛋白水解。五、酪氨酸激酶受体途径1.大多数生长因子的细胞表面受体属于酪氨酸激酶受体（RTK）家族，包括表皮生长因子（EGF）、成纤维细胞生长因子（FGF）、神经细胞生长因子（NGF）、血小板源生长因子（PDGF）、血管内皮细胞生长因子（VEGF）、胰岛素、胰岛素样生长因子（IGF）、Ephrin 等。2.RTK属于单跨膜蛋白，其共同特征是细胞内部部分带有酪氨酸激酶结构域，具有酪氨酸激酶活性。不同生长因子受体在结构上也有所差异。3.RTK主要激活 MAPK（丝裂原激活的蛋白激酶）信号传递途径。六、JAK-STAT信号途径JAK-STAT信号途径在血细胞及骨骼的生长与分化等过程中具有重要作用。七、视黄酸途径1.视黄酸又称维甲酸或维生素 A 酸，是维生素 A 的衍生物，是一类小分子脂溶性信号分子，可以自由通过细胞膜和核膜。视黄酸受体主要存在于细胞核中，可以分为两大类，即视黄酸受体（RAR）和视黄素 X 受体（RXR）。2.视黄酸在脊椎动物神经系统前-后轴的图式形成及肢的再生过程具有重要作用。第二节第二节信号活性的调控与相互关联信号活性的调控与相互关联一、信号活性的调控1.对配体活性的调节2.对受体活性的调节3.对信号途径中转录效应因子活性的调节4.信号活性的负反馈调节二、信号途径的关联与整合1.不同信号传递途径的相互关联2.信号途径特异性的调控1）只有当信号途径转录效应因子与组织特异性转录因子同时结合到靶基因的增强子元件时，其靶基因的转录才会被激活。2）组织特异性转录因子决定靶基因表达的组织特异性，而当信号途径的活性决定靶基因表达的区域特异性，这些组织特异性转录因子被称为主控基因或选择基因。3.不同信号途径在靶基因增强子水平的整合三、形态发生原1.形态发生梯度模型：某些因子沿体轴的分布呈现一个浓度梯度，这些因子在每一局部的水平决定着这一个区域的命运或反应。2.形态发生原：由于这一过程的最终结果往往是由局部细胞形成某种形态结构，具有这种性质的因子称为形态发生原。3.在多细胞体系中，这种浓度梯度的形成可能有几种方式：一是通过扩散作用；二是通过信号因子抑制因子的区域性表达，差异性的抑制相应因子的信号活性，从而使得该信号因子的有效活性形成一个梯度；三是通过 mRNA 降解作用。教学日志教学日志章节名称授课时间第五章 受精的机制学时数教学进度学生考勤应到：实到：请假：旷课：课程类型理论课讨论课习题课实验课 上机课技能课其他教学方法多媒体授课1.理解受精的机制目的要求重点难点思考题作业教学后记2.掌握动物受精的基本过程重点：动物受精的基本过程难点：精卵识别的分子基础作业批改及实验记录说明：说明：1 1、每次授课前后，任课教师应及时填写。、每次授课前后，任课教师应及时填写。2 2、授课时间：指授课日期和节次；教学进度：指是否符合教学进度简表、授课时间：指授课日期和节次；教学进度：指是否符合教学进度简表第五章第五章受精的机制受精的机制第一节第一节卵母细胞成熟卵母细胞成熟一、高等动物卵母细胞成熟的形态学标志二、MPF第二节第二节精子获能精子获能一、获能精子蛋白磷酸化和蛋白激酶活性的改变1.PKA2.磷脂激活的蛋白激酶（PKC）3.酪氨酸激酶二、源于雄性生殖道的受精促进肽第三节第三节精卵识别的分子基础精卵识别的分子基础一、精子的化学趋向性二、具受体功能的精子表面蛋白三、参与配子质膜间相互作用的一些具黏附作用的分子1.fertilin2.cyritestin3.卵质膜上 fertilin 的受体-integrin4.参与精卵间相互作用的其它分子1）DE2）细胞外基质蛋白3）补体成分及它们的受体四、顶体反应的调控机制1.离子调控2.脂质调控3.磷酸肌醇调控第四节第四节配子遗传物质的融合配子遗传物质的融合一、受精过程中精子与卵子之间的互作1.精子穿越卵丘细胞层：依赖精子头表面的透明质酸酶活性。2.顶体反应(acrosomal reaction)：精子头部的 b1,4-galactosyltransferase 与透明区的受 体蛋白 ZP3 结合，导致顶体泡中的内含物的释放。3.质膜融合：顶体反应释放的 b-N-乙酰葡糖胺酶可降解糖蛋白的寡糖侧链、顶体粒蛋白(acrosin)可降解蛋白，使精子穿越透明区而抵达卵母细胞质膜，精子表面的受精蛋白(fertilin)与卵质膜上的 integrin-like 受体蛋白结合，导致质膜融合，雄原核进入卵质中，然后卵继续减数第二次分裂产生成熟的卵，雌雄原核融合。二、阻止多精入卵的机制1.电势变化产生的快速阻止：海胆上，第 1 个精子与卵质膜结合之后的 13秒内，因钠离子大量流入卵内，卵的膜电位迅速升高由负转正，从而组织了其它精子与卵质膜的结合。2.形成受精膜(fertilization envelope)的慢速阻止：受精后卵质膜下的皮质颗粒与质膜 融合，将内含物(蛋白酶、过氧化物酶、透明蛋白)释放到质膜与卵黄膜之间的空间里，最终形成一厚层受精膜以阻止其它精子的进入。第五节第五节卵的激活卵的激活一、受体假说二、融合假说教学日志教学日志章节名称授课时间第六章卵裂学时数教学进度学生考勤应到：实到：请假：旷课：课程类型理论课讨论课习题课实验课 上机课技能课其他教学方法多媒体授课目的要求重点难点思考题作业教学后记1.了解动物卵裂的机制2.掌握哺乳动物卵裂的特点重点：动物卵裂方式难点：卵裂的机制作业批改及实验记录说明：说明：1 1、每次授课前后，任课教师应及时填写。、每次授课前后，任课教师应及时填写。2 2、授课时间：指授课日期和节次；教学进度：指是否符合教学进度简表、授课时间：指授课日期和节次；教学进度：指是否符合教学进度简表第六章第六章卵裂卵裂第一节第一节胚胎的卵裂方式胚胎的卵裂方式早期卵裂是在母型调控下进行的极其协调的过程，每个物种的卵裂方式是由两个因素决定的：卵质中卵黄的含量及其分布情况；卵质中影响纺锤体方位角度和形成时间的一些因子，前者决定卵裂发生的位置和卵裂球的大小。一、两栖类二、哺乳动物1.紧密化2.紧密化的机制3.内细胞团的形成4.囊胚脱离透明带5.双胞胎和胚胎干细胞三、斑马鱼四、果蝇第二节第二节卵裂的机制卵裂的机制一、卵裂周期的调控二、促成熟因子三、Cdc2 激酶四、周期蛋白 B五、Cdc25 磷酸酶六、其他细胞周期蛋白和依赖细胞周期蛋白激酶七、细胞分裂检查点：DNA 和纺锤体八、细胞静止因子教学日志教学日志章节名称授课时间第七章 原肠作用：胚胎细胞重组学时数教学进度学生考勤应到：实到：请假：旷课：课程类型理论课讨论课习题课实验课 上机课技能课其他教学方法多媒体授课1.理解原肠作用的概念目的要求2.海胆、两栖类、鸟类动物胚胎原肠作用过程重点难点思考题作业教学后记重点：海胆、两栖类、鸟类动物胚胎原肠作用过程难点：两栖类、鸟类动物胚胎原肠作用过程作业批改及实验记录说明：说明：1 1、每次授课前后，任课教师应及时填写。、每次授课前后，任课教师应及时填写。2 2、授课时间：指授课日期和节次；教学进度：指是否符合教学进度简表、授课时间：指授课日期和节次；教学进度：指是否符合教学进度简表第七章第七章 原肠作用：胚胎细胞重组原肠作用：胚胎细胞重组第一节第一节海胆海胆一、初级间质细胞的内移二、植物极板内陷三、晚期原肠内陷第二节第二节文昌鱼文昌鱼第三节第三节鱼类鱼类一、中期囊胚转换和细胞运动性的获得二、胚层形成第四节第四节两栖类两栖类一、原肠作用时细胞的运动二、胚孔的定位三、细胞运动和原肠构建四、内卷中胚层的迁移五、外胚层的下包第五节第五节鸟类鸟类一、鸟类原肠作用概述二、鸟类原肠作用的机制1.下胚层的作用和胚轴的形成2.原条细胞的聚集3.脊索的二次形成4.外胚层的外包第六节第六节哺乳类哺乳类一、体内发育带来的变化二、胚外膜的形成教学日志教学日志章节名称授课时间第八章 神经胚和三胚层的分化学时数教学进度学生考勤应到：实到：请假：旷课：课程类型理论课讨论课习题课实验课 上机课技能课其他教学方法多媒体授课1.掌握神经系统的形成过程目的要求2.了解中、内胚层分化形成的器官重点难点思考题作业教学后记重点：神经系统的形成过程难点：神经诱导作用的分子机制作业批改及实验记录说明：说明：1 1、每次授课前后，任课教师应及时填写。、每次授课前后，任课教师应及时填写。2 2、授课时间：指授课日期和节次；教学进度：指是否符合教学进度简表、授课时间：指授课日期和节次；教学进度：指是否符合教学进度简表第八章第八章神经胚和三胚层的分化神经胚和三胚层的分化第一节第一节神经胚形成神经胚形成一、神经管(neural tube)的形成神经管是中枢神经系统的原基，其形成有两种方式。1.Primary neurulation由外胚层细胞增殖、内陷、并最终离开外胚层表面而形成中空的神经管，大多数脊椎动物头部神经管采此种方式。它可分为三个过程：(1)Neural plate(神经板)的形成：背部 mesoderm 诱导中线外胚层细胞变长，而其 侧翼的预定外胚层细胞变扁平，使预定的神经区域凸出于周边外胚层而成为神经板；预定的表皮细胞和神经细胞的运动导致二者交界处形成 neuralfold(神经褶)。(2)Neural floor plate(神经底板)的形成：由神经板中线区的细胞组成，而神经褶 成为神经管的背部。(3)神经板的弯曲：神经板中线细胞被 notochord 锚定，背侧两边各一处也被相邻 的外胚层锚定，被锚定的细胞变短、顶端收缩使神经板出现三个沟，然后神经板以这三个沟为支点而弯曲。同时，外胚层向中线移动的推力也促使神经板弯曲。(4)神经管的闭合：指中线两侧的神经褶在背部中线处合并。神经管最终要与其背部上方的外胚层分开，这一过程可能受钙粘蛋白介导。鸟类神经管闭合早晚与 AP 轴走向一致；哺乳动物神经管的闭合同时发生在多处。在人类胚胎上，神经管闭合失败导致胎儿先天缺陷；SHH、Pax3 等是闭合所必需的，叶酸可降低神经管缺陷风险。2.Secondary neurulation神经管由细胞组成的实心索中空而成。鱼类完全以此类方式形成神经管，而鸟类、哺乳动物、两栖动物胚胎仅尾部神经管的形成采用此方式。二、神经诱导作用(Neural induction)1.Organizer mesoderm 诱导神经管的形成Organizer 移植实验证明，胚孔背唇部位的预定脊索中胚层不仅能够使受体的腹部组织形成神经管和背部中胚层组织，还能将受体和供体组织组成一个完整的次级胚胎。鸟类 Hensen 抯 Node 的移植实验也有类似结果。2.神经诱导作用的分子机制囊胚的外胚层和中胚层细胞的预置命运是 neural fate，但它们因表达 BMP4而朝 腹部中胚层方向发育；Organizer 和 notochord 中表达的信号蛋白如Chordin 和 Noggin 可以拮抗 BMP4，从而使它们附近的细胞可向预置命运发育。三、神经管的分化器官水平上分出脑与脊髓，组织水平上脑和脊髓产生不同的功能区，细胞水平上神经表皮细胞分化为不同的神经元和胶质细胞。1.脑的分区：神经管前部在三个区域膨胀，形成前脑、中脑、后脑。2.后脑的进一步分区：分为多个rhombomeres(菱脑原节)，节间细胞不能自由交换，不同的节表达的Hox家族基因不同。四、神经元的分化1.神经元命运的确定：中枢神经系统中细胞向神经元分化是通过lateralinhibition 机制实现的，主要受 Delta/Notch 信号传导的影响。2.脊髓沿 DV 轴线的分化：腹部产生 motor neurons，腹部命运受 notochord和 floor plate cells 分泌的 Sonic hedgehog 控制；背部产生 commissuralneurons，其命运受背部外胚层分泌的 TGF-家族蛋白如 BMP-4、BMP-7 的控制3.中枢神经系统的分层：在神经管壁中，最内侧的细胞维持分裂能力，为室内增殖区(ventricular proliferative zone)或室管膜层(ependyma)，该区细胞在不同时间点分化出的神经元向外迁移后所停留的位置不同。室管膜层的细胞有两种分裂方式：vertical 或 horizontal。前者的分裂平面与表皮细胞长轴平行，产生两个都有分裂能力的子细胞；后者分裂平面的方向与其相反，产生的两个子细胞有不同的命运，这可能与 Notch 和 numb 蛋白的不均等分布有关。五、神经元的生长和凋亡1.神经元的结构：神经元一般包括 soma,dendrite,axon。Dendrites 接收来自于其它神经元的信号，axon 传递神经信号。髓鞘(myelin sheath)是由神经胶质细胞围绕 axon 形成的多层膜系统，以防止电脉冲在传输过程中损耗。外周神经元的髓鞘由 Schwann cell 形成，而中枢神经元 oligodendrocytes 形成。2.Guidance for axon growth:神经轴突的生长首先决定于其自身表达的基因产物,也决定于其所处的环境因素(environmental cues),某些因素具有吸引作用，而某些具有排斥作用。这些环境因素包括其伸展途径中的组织结构、胞外基质成分、相邻细胞的表面特性。3.Synapse formation:当神经元的生长锥抵达靶位(肌细胞、其它神经元、腺体)时，将在二者间形成特化的连接，即神经突触。如运动神经元与肌细胞间将形成 neuro-muscular junction.4.Neural survival:在中枢和周边神经系统的发育中，50以上的神经元将凋亡。一个神经元对肌细胞的激活将引起其它与该肌细胞接触的神经元的凋亡。不同类型的神经元的存活需要不同的营养神经因子，同类神经元在不同的发育阶段也需要不同的因子维持存活。六、神经嵴细胞(neural crest cells)它们是在神经管闭合时，由闭合处的神经管细胞及相接触的外表层细胞间质化而成。它们具有迁移性，将分化为多种不同类型的细胞，这取决于其起源和迁移目的地。1.躯干神经嵴(trunk neural crest)：其细胞有两条迁移路线。(1)dorsolateralpathway:由背部向侧翼在表皮层和体节之间迁移，将分化为色素细胞。(2)ventral pathway：细胞从体节的后半部进入体节，在体节中形成背根神经节(dorsal root ganlia)，有的穿过体节分化为交感神经细胞和肾上腺髓质细胞。迁移与 Slug、Cadherin 等蛋白有关。2.头部神经嵴(cephalic neural crest)：头部神经嵴细胞向背侧方向移动，将分化产生面部软骨、骨、头部神经元、结缔组织等。3.心神经嵴(cardiac neural crest)：部分后脑后部的神经嵴细胞分化产生主动脉上皮及主动脉与肺动脉之间的隔膜。第二节第二节中胚层中胚层一、神经胚中胚层的发育命运(1)Chordamesoderm:形成脊索；(2)Paraxial mesoderm:形成体节；(3)Intermediate mesoderm:形成泌尿生殖系统；(4)Lateral mesoderm:形成心血管细胞及体腔内和肢体的神经细胞、软骨等组织；(5)Head mesoderm:形成面部结缔组织二、体节(somites)的形成和分化1.体节的形成：体节是胚胎的重要过渡性组织。体节按一定的速度周期性地从躯干后部的近轴中胚层长出，经历细胞聚集、增殖、致密化和表皮化过程。体节的数量因物种而异。2.体节沿躯干的分化：体节沿AP轴线分化，不同位置有不同的发育命运，受Hox转录因子的控制。同一体节的前后区有不同的黏附特性，神经细胞从后区迁移。3.体节内细胞的分化：体节内首先分化出生骨区(sclerotome)和生肌生皮区(dermamyotome)。生骨区将产生脊椎、软骨、肋骨。Demamyotome进一步分化出生肌区(myotome)和生皮区(dermatome)，前者将产生背部深层肌肉及体腔壁、肢体和舌的肌肉，后者形成真皮。其分化由来自脊索、神经管、表皮的信号分子如SHH、Wnt、BMP、FGF的控制。三、骨的发生(Osteogenesis)1.生骨细胞的来源：轴线骨骼来自体节；肢体骨骼来自侧板中胚层；头部骨骼来自神经嵴细胞。2.骨生成的方式：(1).膜内成骨(intramembrane ossification):间质细胞直接成骨，用于头部骨骼的形成。(2).软骨内成骨(endochondrial ossification):是头部骨骼以外的骨的形成方式。过程：间质细胞软骨细胞软骨细胞增生并分泌胞外基质，形成骨雏形软骨细胞膨大变为肥大软骨细胞、分泌骨基质血管侵入软骨雏形、肥大细胞凋亡。3.破骨细胞(osteoclast):来自于血管，形成多核细胞，作用是溶解骨基质中的无机物和蛋白质，从而控制骨的硬度。四、中间中胚层肾的形成中间中胚层将产生肾、性腺及相关的循环管道。1.原肾管(pronephric duct)的形成和分化：前部体节腹侧中间中胚层形成一对原肾管，前部原肾管诱导附近的间质细胞形成原肾小管(pronephric duct)，鱼类和两栖动物的原肾小管将形成有功能的肾脏，而哺乳动物的原肾小管将退化。哺乳动物原肾小管退化的时，肾管中部诱导中肾小管(mesonephric duct)的形成，其作用是作为血液干细胞的发源地，在雄性哺乳动物中还将转变成输精管。中肾小管在后肾小管形成时将凋亡。肾管的后部形成后肾(metanephros)，其形成依赖于后肾间质细胞与输尿管芽(ureteric bud)的相互诱导作用。哺乳动物的后肾将发育为肾脏。2.肾组织的互作机制：后部肾管附近的间质细胞表达转录因子 WT1 才能来自输尿管的信号；WT1 激活 GDNF1 和 HGF 的分泌，二者诱导后部肾管长出输尿管芽和使输尿管芽延长及分枝；输尿管芽分泌FGF2 和 BMP7，其作用是防止间质细胞凋亡、促进间质细胞聚集、维持 WT1 的表达；输尿管芽产生的 LIF 使聚集的间质细胞表皮化，诱导间质细胞分泌 Wnt4；间质细胞分泌的 GDNF1、TGF1、Activin促进输尿管的分枝。五、侧板中胚层心脏的形成生心中胚层细胞(cardiogenic mesoderm)最早位于 Hensens Node 之后的原条两侧，然后在外胚层和内胚层之间向前迁移至 Node 前的两侧。内胚层中表达的 BMP 是重要的生心诱导因子，生心区后部边界由Wnt 信号控制。内胚层BMP信号诱导附近的中胚层细胞表达转录因子 Nkx2.5，后者再诱导一系列的生心特异性基因如 GATA 因子等的表达。两侧生心中胚层细胞向中线移动、表皮细胞化，形成心管。在此过程中，构成未来心脏各腔室的细胞有不同的定位。心管首先沿 AP 轴分隔出索泡区、心室、心房区，然后弯曲而使心房位于背部、心室位于腹部，心房和心室均进一步分隔为左、右两室。六、血管的生成血管和血细胞都起源于脏壁中胚层成血细胞(hemangioblast)，成血细胞分化为成血管细胞(angioblast)和多能血液干细胞(pluripotent hematopoieticstem cells)。血 管 的 发 生 分 为vasculogenesis和angiogenesis两 个 过 程。Vasculogenesis:脏壁中胚层血岛(blood islands)内皮细胞初级毛细血管丛(primary capillary plexus)。该过程主要涉及 FGF2、VEGF、Ang-1 因子。Angiogenesis:毛细血管丛重塑形成成熟的毛细血管丛，包括动脉、静脉。该过程涉及 VEGF、TGF、PDGF。第三节第三节内胚层内胚层一、咽区(pharynx)消化道和呼吸道前端共用的区域，该区域产生4 个咽囊(pharyngealpouches)，咽囊间为咽弓(pharyngeal arches)，不同的咽囊将产生不同的组织器官。二、消化道(digestive tube)及其衍生组织紧接咽区之后的消化道收缩依次形成食道、胃、小肠、大肠，内胚层细胞近形成其内层，其外层的肌肉细胞来自于中胚层细胞。消化道沿 AP 轴线的分化决定于不同位置的内胚层细胞表达不同浓度的 Shh，后者诱导附近的中胚层细胞表达特定的 Hox 基因，特定的 Hox 激活 BMP、FGF 以不同水平表达，中胚层表达的 BMP、FGF 再决定内胚层的分化。三、呼吸道(respiratory tube)第四对咽囊之间的腹部中央小囊向