《发育生物学提纲》PPT课件.ppt

发育生物学发育生物学Developmental Biology主讲人：陶 瑞 松E-mail:发育是一个渐进的过程，细胞的发育命运随时间逐渐发生定型。n n后成论与先成论的持久论争后成论与先成论的持久论争 早在公元前4世纪，Aristotle对于动物胚胎的不同部分和成体动物各种结构形成的原因就提出了自己的观点。在观察鸡、星鲛和一些无脊椎动物胚胎发育的基础上，他首先提出了胚胎是由简单到复杂逐渐发育形成的，这个理论后来称为后成论（theory of epigenesis），也称渐成论。他的思想在19世纪末之前一直占有主要地位。直到公元17世纪后期和18世纪，以精源学说精源学说和卵源学说为代表的先成论和卵源学说为代表的先成论（theory of performation）占据了统治地位。两种学说的共同点认为胚胎是成体的雏形，是配子中固有的结构，胚胎发育仅仅是原有结构的增大。这两种学说还认为卵子中含有所有后代的微小胚胎，一个世代包含下一个世代，使种族得以延续。n nMosaic and Regulative Development 19世纪80年代，Weismann就提出了关于细胞、染色体和基因与胚胎发育关系的理论。他认为合子的细胞核含有大量特殊的信息物质决定子（determinant），在卵裂的过程中这些决定子被不均匀地分配到子细胞中去控制子细胞的发育命运。细胞的命运实际上是由卵裂时所获得的合子核信息早已预定的，这一类型的发育我们称为嵌合型发育（mosaic development）。第一节第一节 细胞发育通过形态发生决定细胞发育通过形态发生决定子自主特化子自主特化一、细胞定型和分化一、细胞定型和分化 从单个全能的受精卵产生各种类型细胞的从单个全能的受精卵产生各种类型细胞的从单个全能的受精卵产生各种类型细胞的从单个全能的受精卵产生各种类型细胞的发育过程叫发育过程叫发育过程叫发育过程叫细胞分化（细胞分化（细胞分化（细胞分化（cell differentiationcell differentiation）。6 已分化的细胞不但具有一定的形态和合成特异已分化的细胞不但具有一定的形态和合成特异的产物，而且行使特异的功能。的产物，而且行使特异的功能。细胞在分化之前，将发生一些隐蔽的变化，使细胞在分化之前，将发生一些隐蔽的变化，使细胞朝特定方向发展，这一过程称为细胞朝特定方向发展，这一过程称为定型定型定型定型。SlackSlack（19911991）建议将定型分为）建议将定型分为特化特化特化特化和和决定决定决定决定两个时相。两个时相。第一篇第一篇 发育生物学基本原理发育生物学基本原理 特化特化 specificationspecification：当细胞或组织放在中性环境如培养皿当细胞或组织放在中性环境如培养皿中可以自主分化时，该细胞或组织已经特化。中可以自主分化时，该细胞或组织已经特化。已特化的细胞或组织的命运是已特化的细胞或组织的命运是可逆可逆的。的。（“签约意向签约意向”）决定决定 determinationdetermination：当一个细胞或者组织放在胚胎另一部位当一个细胞或者组织放在胚胎另一部位可以自主分化时，该细胞或组织已经决定。可以自主分化时，该细胞或组织已经决定。已决定细胞或组织的发育命运是已决定细胞或组织的发育命运是不可逆不可逆的。的。（“正式签正式签 约约”）在细胞发育过程中，定型和分化是两个相互关联的过程。在细胞发育过程中，定型和分化是两个相互关联的过程。在早期发育过程中，某一组织或器官原基必须首先定型，然后在早期发育过程中，某一组织或器官原基必须首先定型，然后才能向预定方向发育。才能向预定方向发育。7胚胎细胞的定型有两种主要方式：胚胎细胞的定型有两种主要方式：n n第一种方式的细胞定型是通过胞质隔离第一种方式的细胞定型是通过胞质隔离第一种方式的细胞定型是通过胞质隔离第一种方式的细胞定型是通过胞质隔离（cytoplasmic segregationcytoplasmic segregationcytoplasmic segregationcytoplasmic segregation）来实现的。）来实现的。）来实现的。）来实现的。卵裂时，卵裂时，卵裂时，卵裂时，受精卵内特定的细胞质分离到特定的分裂球中，裂受精卵内特定的细胞质分离到特定的分裂球中，裂受精卵内特定的细胞质分离到特定的分裂球中，裂受精卵内特定的细胞质分离到特定的分裂球中，裂球中所含有的特定胞质决定它发育成哪一类细胞，球中所含有的特定胞质决定它发育成哪一类细胞，球中所含有的特定胞质决定它发育成哪一类细胞，球中所含有的特定胞质决定它发育成哪一类细胞，细胞命运的决定与临近的细胞无关。这种定型方式细胞命运的决定与临近的细胞无关。这种定型方式细胞命运的决定与临近的细胞无关。这种定型方式细胞命运的决定与临近的细胞无关。这种定型方式称为称为称为称为自主特化（自主特化（自主特化（自主特化（autonomous specificationautonomous specificationautonomous specificationautonomous specification）。以以以以细胞自主特化为特点的胚胎发育模式称为细胞自主特化为特点的胚胎发育模式称为细胞自主特化为特点的胚胎发育模式称为细胞自主特化为特点的胚胎发育模式称为镶嵌型发镶嵌型发镶嵌型发镶嵌型发育（育（育（育（mosaic developmentmosaic developmentmosaic developmentmosaic development），或自主性发育，整），或自主性发育，整），或自主性发育，整），或自主性发育，整体胚胎好像是自我分化的各部分的总和。体胚胎好像是自我分化的各部分的总和。体胚胎好像是自我分化的各部分的总和。体胚胎好像是自我分化的各部分的总和。8n n第二种方式的细胞定型是通过胚胎诱导实现的。胚胎发育过程中，相邻细胞或组织之间通过相互作用，决定其中一方或双方的分化方向，也就是发育命运。n n初始阶段，细胞可能具有不止一种分化潜能，和邻近细胞或组织的相互作用逐渐限制了它们的发育命运，使它们只能朝一定的方向分化。细胞命运的这种定型方式称为有条件特化（conditional specification）或渐进特化（progressive specification）或依赖型特化（dependent specification）。9n n对细胞呈有条件特化的胚胎来说，如果在胚胎发对细胞呈有条件特化的胚胎来说，如果在胚胎发育的早期将一个分裂球从整体胚胎上分离，那么育的早期将一个分裂球从整体胚胎上分离，那么剩余的胚胎细胞可以改变发育命运，填补所留下剩余的胚胎细胞可以改变发育命运，填补所留下的空缺。以细胞有条件特化为特点的胚胎发育模的空缺。以细胞有条件特化为特点的胚胎发育模式称为式称为调整型发育调整型发育（regulative developmentregulative development）。n n任何动物胚胎发育过程中都存在自主特化和有条任何动物胚胎发育过程中都存在自主特化和有条件特化两种细胞定性方式，程度大小不同而已。件特化两种细胞定性方式，程度大小不同而已。n n多数无脊椎动物：自主特化（主要）多数无脊椎动物：自主特化（主要）有条件特化（次要）有条件特化（次要）n n脊脊 椎椎 动动 物：物：有条件特化（主要）有条件特化（主要）自主特化（次要）自主特化（次要）10图图图图1-3 1-3 挤压实验挤压实验挤压实验挤压实验 （B4.1 B4.1 肌肉；肌肉；肌肉；肌肉；b4.2 b4.2 无肌肉；将无肌肉；将无肌肉；将无肌肉；将B4.1B4.1黄黄黄黄色新月区胞质挤压入色新月区胞质挤压入色新月区胞质挤压入色新月区胞质挤压入b4.2b4.2，b4.2 b4.2 产生肌肉）产生肌肉）产生肌肉）产生肌肉）结果表明：细胞质存在某些形态发生决定子，能够决定细胞朝一个方向分化，形成结果表明：细胞质存在某些形态发生决定子，能够决定细胞朝一个方向分化，形成结果表明：细胞质存在某些形态发生决定子，能够决定细胞朝一个方向分化，形成结果表明：细胞质存在某些形态发生决定子，能够决定细胞朝一个方向分化，形成一定的组织结构。一定的组织结构。一定的组织结构。一定的组织结构。11二、形态发生决定子二、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，其概念的形成源于对细胞谱系的研究。三、三、胞质定域胞质定域 形态发生子在卵细胞质中呈一定形式分布，受形态发生子在卵细胞质中呈一定形式分布，受形态发生子在卵细胞质中呈一定形式分布，受形态发生子在卵细胞质中呈一定形式分布，受精后发生运动，被分隔到一定区域，并在卵裂精后发生运动，被分隔到一定区域，并在卵裂精后发生运动，被分隔到一定区域，并在卵裂精后发生运动，被分隔到一定区域，并在卵裂时分配到特定的卵裂球中，决定裂球的发育命时分配到特定的卵裂球中，决定裂球的发育命时分配到特定的卵裂球中，决定裂球的发育命时分配到特定的卵裂球中，决定裂球的发育命运。这一现象称为运。这一现象称为运。这一现象称为运。这一现象称为胞质定域胞质定域胞质定域胞质定域，或胞质隔离、胞，或胞质隔离、胞，或胞质隔离、胞，或胞质隔离、胞质区域化、胞质重排。质区域化、胞质重排。质区域化、胞质重排。质区域化、胞质重排。例：极叶的形成例：极叶的形成例：极叶的形成例：极叶的形成 线虫的生殖质线虫的生殖质线虫的生殖质线虫的生殖质 果蝇的极质果蝇的极质果蝇的极质果蝇的极质12种质学说主要内容种质学说主要内容n n假定卵子和精子都对新生有机体贡献出质量和数量等同的染假定卵子和精子都对新生有机体贡献出质量和数量等同的染色体；染色体由各种能决定细胞发育命运的色体；染色体由各种能决定细胞发育命运的“核决定子核决定子”组组成；染色体携带全部的遗传物质，是有机体不同世代延续的成；染色体携带全部的遗传物质，是有机体不同世代延续的基础。基础。n n受精卵在分裂时，每个裂球内都分配有相同数目的染色体，受精卵在分裂时，每个裂球内都分配有相同数目的染色体，但是组成染色体的但是组成染色体的“核决定子核决定子”并不均等地分配到每个裂球并不均等地分配到每个裂球中，也就是说每个裂球只含有部分中，也就是说每个裂球只含有部分“核决定子核决定子”；不同的；不同的“核决定子核决定子”在胚胎发育过程中分配到不同的细胞内，由此决在胚胎发育过程中分配到不同的细胞内，由此决定细胞的发育命运，使其发育成身体的某一特定部分。只有定细胞的发育命运，使其发育成身体的某一特定部分。只有那些最终将发育成生殖细胞的细胞才含有全部那些最终将发育成生殖细胞的细胞才含有全部“核决定子核决定子”，由此将亲代性状传递给子代，并保持物种的稳定性。，由此将亲代性状传递给子代，并保持物种的稳定性。13n n受精（fertilization）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。n n受精的第一个功能是将父母的基因传递给子代，第二个功能是激发卵细胞中确保发育正常进展的一系列反应。第五章第五章 受精的机制受精的机制n n精子头部由顶体囊泡（acrosomal vesicle）和精核构成。大部分精子的细胞质在精子成熟过程中被排除。顶体位于精核前端，由高尔基体演化而来。顶体中含有多种水解酶，主要作用是溶解卵子的外膜。有些动物的顶体中还有与精卵识别有关的分子。整个精核是一致密结构，几乎看不到染色质丝和核仁，精子中所有的基因都不表达。卵子的结构n n卵质外是卵质外是质膜（质膜（plasma membraneplasma membrane），质膜外是，质膜外是卵黄卵黄膜（膜（vitelline envelopevitelline envelope）。n n质膜质膜在受精时可以调控特定的离子在卵子内外的流在受精时可以调控特定的离子在卵子内外的流动，且能与精子质膜融合。动，且能与精子质膜融合。卵黄膜卵黄膜能识别同一物种能识别同一物种的精子，对受精的物种特异性有非常重要的作用。的精子，对受精的物种特异性有非常重要的作用。在哺乳动物中特称为在哺乳动物中特称为透明带（透明带（zona pellucidazona pellucida），紧靠），紧靠着透明带的一层滤泡细胞称为放射冠（着透明带的一层滤泡细胞称为放射冠（corona corona radiataradiata）。精子获能 哺乳动物的精子需要在雌性生殖道中停留一个特定哺乳动物的精子需要在雌性生殖道中停留一个特定的时期，以获得对卵子受精的能力，这一过程称的时期，以获得对卵子受精的能力，这一过程称为为精子获能（精子获能（capacitationcapacitation ）。顶体反应是指受精前精子在同卵子接触时，顶体反应是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。具有顶体结构的无精子顶体产生的一系列变化。具有顶体结构的无脊椎动物或脊椎动物中，只有发生顶体反应的精脊椎动物或脊椎动物中，只有发生顶体反应的精子才能进入卵子并与卵子融合，也只有精子与卵子才能进入卵子并与卵子融合，也只有精子与卵子接触时才发生顶体反应。子接触时才发生顶体反应。哺乳动物精卵的特异性识别发生在卵细胞的哺乳动物精卵的特异性识别发生在卵细胞的透明带（透明带（zona pellucidazona pellucida）部分。部分。n n在大多数种类的动物中在大多数种类的动物中(哺乳动物例外哺乳动物例外)，受精后早期胚，受精后早期胚胎细胞分裂的速度以及各卵型球所处的位置都是由贮胎细胞分裂的速度以及各卵型球所处的位置都是由贮存在卵内的存在卵内的母型母型mRNAmRNA和和蛋白质蛋白质所控制的。所控制的。n n通过有丝分裂分配到卵裂球中的通过有丝分裂分配到卵裂球中的合子基因组，在早期合子基因组，在早期卵裂胚胎中并不起作用卵裂胚胎中并不起作用，即使用化学物质抑制转录，即使用化学物质抑制转录，早期胚胎也能正常发育。早期胚胎也能正常发育。n n直到卵裂较晚的时期，早期胚胎直到卵裂较晚的时期，早期胚胎合子基因组合子基因组才大量转才大量转录合成录合成mRNAmRNA，实现由母型向合子型过渡实现由母型向合子型过渡的调控胚胎的调控胚胎发育的机制。发育的机制。n n哺乳动物早期卵裂不同步，常哺乳动物早期卵裂不同步，常出现奇数细胞出现奇数细胞存在。存在。第六章 卵裂紧密化紧密化n n紧密化的细胞分裂后，形成紧密化的细胞分裂后，形成1616个细胞的桑葚胚。个细胞的桑葚胚。n n在桑葚胚中有在桑葚胚中有1-21-2个细胞属于内细胞团，并由大多数的外层细个细胞属于内细胞团，并由大多数的外层细胞所包围。胞所包围。n n内细胞团将发育为胚胎，外层细胞将发育为滋养层细胞参与内细胞团将发育为胚胎，外层细胞将发育为滋养层细胞参与胎盘的胚胎组分。胎盘的胚胎组分。n n滋养层细胞与内细胞团细胞的分离代表了哺乳动物发育中的滋养层细胞与内细胞团细胞的分离代表了哺乳动物发育中的第一个分化事件。最初，桑葚胚内部是没有空腔的，后来，第一个分化事件。最初，桑葚胚内部是没有空腔的，后来，在成腔作用过程中，滋养层细胞向桑葚胚中分泌液体产生囊在成腔作用过程中，滋养层细胞向桑葚胚中分泌液体产生囊胚腔，这时的早期胚胎称为囊胚，内细胞团则位于环形滋养胚腔，这时的早期胚胎称为囊胚，内细胞团则位于环形滋养层细胞层的一侧。层细胞层的一侧。n n囊胚形成是哺乳动物卵裂结局的标志。囊胚形成是哺乳动物卵裂结局的标志。第七章第七章 原肠作用原肠作用n n原肠作用原肠作用（gastrulationgastrulation）是胚胎细胞剧烈的、高速是胚胎细胞剧烈的、高速有序的运动过程，通过细胞运动实现囊胚细胞的有序的运动过程，通过细胞运动实现囊胚细胞的重新组合。原肠形成期间，囊胚细胞彼此之间的重新组合。原肠形成期间，囊胚细胞彼此之间的位置位置发生变动，重新占有新的位置，并形成由三发生变动，重新占有新的位置，并形成由三胚层细胞构成的胚胎结构。胚层细胞构成的胚胎结构。尽管整个动物界原肠作用方式变化多样，但总体可概括为五种细胞运动机制，即外包（epiboly）、内陷（invagination）、内卷（involution）、内移（ingression）和分层（delamination）。原肠作用过程中细胞的五种运动方式 海胆的原肠作用海胆的原肠作用n n海胆的晚期囊胚由1000个左右单层细胞构成。这些细胞的细胞质分别来自受精卵的不同区域，细胞表现出不同的大小和特性。初级间质细胞初级间质细胞的内移的内移植物极板中央来源于小分裂球的细胞脱离表面单层细胞，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。斑马鱼的囊胚的三层结构第八章第八章 神经胚和三胚层分化神经胚和三胚层分化n n首先，预定神经外胚层（外胚层中线处细胞）形状发生改变，首先，预定神经外胚层（外胚层中线处细胞）形状发生改变，细胞纵向变长加厚，形成神经板。约占整个外胚层细胞的细胞纵向变长加厚，形成神经板。约占整个外胚层细胞的5050。预定形成表皮的外胚层细胞变得更加扁平。预定形成表皮的外胚层细胞变得更加扁平。n n神经板形成后不久，边缘加厚，并向上翘起形成神经褶。在神神经板形成后不久，边缘加厚，并向上翘起形成神经褶。在神经板中央出现的经板中央出现的U U型沟即神经沟，它将胚胎分为右边和左边面部型沟即神经沟，它将胚胎分为右边和左边面部分。分。n n随后，神经褶向胚胎背中线迁移，最终合拢形成神经管，上面随后，神经褶向胚胎背中线迁移，最终合拢形成神经管，上面覆盖着外胚层。覆盖着外胚层。n n神经褶最靠背面部分的细胞变成神经嵴细胞。神经褶最靠背面部分的细胞变成神经嵴细胞。哺乳类脑区形成哺乳类脑区形成n n哺乳类早期神经管是一笔直的管状结构。哺乳类早期神经管是一笔直的管状结构。n n早在胚胎后部神经管形成之前，神经管的端部发生剧烈早在胚胎后部神经管形成之前，神经管的端部发生剧烈变化，膨大成前脑、中脑、和菱脑变化，膨大成前脑、中脑、和菱脑3 3个原始脑泡。个原始脑泡。n n当神经管后端合拢时，视泡从前脑两侧面凸出来。当神经管后端合拢时，视泡从前脑两侧面凸出来。n n前脑再发育成为前端的端脑和后面的间脑。端脑最终形前脑再发育成为前端的端脑和后面的间脑。端脑最终形成大脑两半球，间脑形成丘脑、下丘脑区域和视觉感受区。成大脑两半球，间脑形成丘脑、下丘脑区域和视觉感受区。n n中脑不再分，中脑腔最终形成大脑导水管。中脑不再分，中脑腔最终形成大脑导水管。n n菱脑再发育成前面的后脑和后面的髓脑。后脑形成小脑，菱脑再发育成前面的后脑和后面的髓脑。后脑形成小脑，负责调解身体运动、姿势和平衡。髓脑最终形成延髓，其负责调解身体运动、姿势和平衡。髓脑最终形成延髓，其神经元调节呼吸以及胃肠道和心血管的运动。神经元调节呼吸以及胃肠道和心血管的运动。人脑的早期发育人脑的早期发育前脑中脑菱脑端脑间脑中脑后脑髓脑第九章第九章 胚胎诱导胚胎诱导n n在有机体的发育过程中，一个区域的组织与另一个区域的组在有机体的发育过程中，一个区域的组织与另一个区域的组织相互作用，引起后一种组织分化方向上的变化的过程称为织相互作用，引起后一种组织分化方向上的变化的过程称为胚胎诱导。胚胎诱导。n n诱导者：在胚胎诱导相互作用的两种组织中，产生影响并引诱导者：在胚胎诱导相互作用的两种组织中，产生影响并引起另一种细胞或组织分化方向变化的这部分细胞或组织。起另一种细胞或组织分化方向变化的这部分细胞或组织。n n反应组织：接受影响并改变分化方向的细胞或组织。反应组织：接受影响并改变分化方向的细胞或组织。n n诱导者的作用可能是激活那些对细胞分化所必需的特异蛋白诱导者的作用可能是激活那些对细胞分化所必需的特异蛋白质的编码基因。质的编码基因。n n而反应组织则必须具有感受性才能接受诱导者的刺激发生分而反应组织则必须具有感受性才能接受诱导者的刺激发生分化的变化。化的变化。n n在动物胚胎的发育过程中存在着大量的和连续的诱导作在动物胚胎的发育过程中存在着大量的和连续的诱导作用：用：n n原肠胚的脊索中胚层诱导其上方的外胚层形成神经系原肠胚的脊索中胚层诱导其上方的外胚层形成神经系统这个关键的诱导作用，它传统地被称为初级胚胎诱导。统这个关键的诱导作用，它传统地被称为初级胚胎诱导。n n初级胚胎诱导的产物神经管又可作为诱导者，如视杯初级胚胎诱导的产物神经管又可作为诱导者，如视杯诱导表面覆盖的外胚层形成晶状体，这被称为次级胚胎诱导表面覆盖的外胚层形成晶状体，这被称为次级胚胎诱导。诱导。n n而晶状体和而晶状体和(或或)视杯又作为诱导者诱导表面的外胚层视杯又作为诱导者诱导表面的外胚层形成角膜，此为三级胚胎诱导。形成角膜，此为三级胚胎诱导。n n胚胎中其他器官的形成也存在类似的诱导级联。胚胎中其他器官的形成也存在类似的诱导级联。n n决定果蝇前后轴的3组母体效应基因包括：前端系统（anterior system）决定头胸部分节的区域，后端系统（posterior system）决定分节的腹部，末端系统（terminal system）决定胚胎两端不分节的原头区和尾节。n n另一组基因即背腹系统（dorsoventral system），决定胚胎的背 腹轴。第十章、第十一章 胚轴形成 前端组织中心前端组织中心 BICOID蛋白浓度梯度 和 HB蛋白浓度n n前端系统至少包括4个主要基因，其中bicoid（bcd）基因对于前端结构的决定起关键的作用。BCD具有组织和决定胚胎极性与空间图式的功能。bcd是一种母体效应基因，其mRNA由滋养细胞合成，后转运至卵子并定位于预定胚胎的前极。exuperantia、swallow和staufen基因与bcd mRNA的定位有关。后端组织中心：后端组织中心：NANOS蛋白和CAUDAL蛋白浓度梯度n n后端系统包括约10个基因，这些基因的突变都会导致胚胎腹部的缺失。在这一系统中起核心作用的是nanos（nos）基因。n n后端系统在控制图式形成中起的作用与前端系统有相似之处，但发挥作用的方式与前端系统不同。四种形态发生素在果蝇受精卵和胚胎中沿前后轴分布的浓度变化。n nNieuwkoopNieuwkoop中心：初级胚胎诱导作用第一阶段即受精中心：初级胚胎诱导作用第一阶段即受精时，在精子入卵点对面的植物极裂球中，由于动物时，在精子入卵点对面的植物极裂球中，由于动物极和植物极细胞质的混和导致裂球内部背部化决定极和植物极细胞质的混和导致裂球内部背部化决定子激活，这些含有已激活的背部决定子称为子激活，这些含有已激活的背部决定子称为NieuwkoopNieuwkoop中心。中心。n n-catenin-catenin是一种母体效应基因，其编码的蛋白质是一种母体效应基因，其编码的蛋白质-CATENIN-CATENIN既能锚定细胞膜上的钙粘着蛋白，又是既能锚定细胞膜上的钙粘着蛋白，又是一个核内转录因子。一个核内转录因子。n n-CATENIN-CATENIN在受精时卵质的旋转移动过程中在预定在受精时卵质的旋转移动过程中在预定胚胎背部累积，在整个早期卵裂阶段仍然主要在胚胚胎背部累积，在整个早期卵裂阶段仍然主要在胚胎背部累积。到卵裂晚期只有胎背部累积。到卵裂晚期只有NieuwkoopNieuwkoop中心的细胞中心的细胞具有具有-CATENIN-CATENIN。-CATENIN-CATENIN 对于形成背部结构对于形成背部结构是必要的。是必要的。WHY?n n后脑是后脑是CNSCNS中唯一在发育过程中出现分节现象的部分。中唯一在发育过程中出现分节现象的部分。n n神经管闭合后，后脑沿前神经管闭合后，后脑沿前-后轴被划为后轴被划为8 8节，成为菱脑节。节，成为菱脑节。n n每一菱脑节的发育命运是不同的，这种差异在菱脑节形成每一菱脑节的发育命运是不同的，这种差异在菱脑节形成时已确定。时已确定。nhox基因在后脑沿前后轴的分化过程中起关键的作用。第十二章第十二章 中枢神经系统和体节形成机制中枢神经系统和体节形成机制n nBMPBMP：在脊髓最背部的顶板及其上方的外胚层组织中表达，在脊髓最背部的顶板及其上方的外胚层组织中表达，可同时参与不同神经细胞群的分化。可同时参与不同神经细胞群的分化。n nShhShh：在脊髓腹侧的基板及其下方的脊索中表达，参与脊：在脊髓腹侧的基板及其下方的脊索中表达，参与脊髓腹侧神经细胞群的特化，具有形态发生原的特性，可以髓腹侧神经细胞群的特化，具有形态发生原的特性，可以浓度依赖性地诱导不同类型神经元的发育。浓度依赖性地诱导不同类型神经元的发育。n n两种分泌性因子形成两个相反的浓度梯度，调节图式化基两种分泌性因子形成两个相反的浓度梯度，调节图式化基因的表达。不同的区域表达不同的图式化基因产物组合，因的表达。不同的区域表达不同的图式化基因产物组合，从而确立了不同背腹轴位置神经细胞的分化命运。从而确立了不同背腹轴位置神经细胞的分化命运。n n随后，在不同背随后，在不同背-腹轴区域表达一组原神经基因。腹轴区域表达一组原神经基因。脊髓的背腹轴分化脊髓的背腹轴分化神经管细胞的增殖和迁移神经管细胞的增殖和迁移n n1.1.神经管细胞的增殖神经管细胞的增殖n n神经管形成后，其柱状上皮变为假复层上皮，此时称为神神经管形成后，其柱状上皮变为假复层上皮，此时称为神经上皮或增殖上皮。经上皮或增殖上皮。n n所有神经上皮的细胞以基底面附着于神经管管腔，进行有所有神经上皮的细胞以基底面附着于神经管管腔，进行有丝分裂的细胞均发现于近管腔处。丝分裂的细胞均发现于近管腔处。n n随着有丝分裂过程的进行，细胞大量地增殖，直到终止增随着有丝分裂过程的进行，细胞大量地增殖，直到终止增殖并开始它们的迁移为止。殖并开始它们的迁移为止。n n在神经管发育的早期，细胞周期通常较短，发育的晚期细在神经管发育的早期，细胞周期通常较短，发育的晚期细胞周期较长，这说明随着神经发育的进行，细胞增殖的速胞周期较长，这说明随着神经发育的进行，细胞增殖的速度逐渐减慢。度逐渐减慢。第十三章第十三章 神经系统发育神经系统发育神经管细胞的迁移神经管细胞的迁移n n在细胞经历了最后一次有丝分裂之后便停止在细胞经历了最后一次有丝分裂之后便停止DNADNA的合成，的合成，停滞于细胞周期的停滞于细胞周期的GG1 1期（从有丝分裂到期（从有丝分裂到DNADNA复制前的一复制前的一段时期，主要合成段时期，主要合成RNARNA和核糖体）。和核糖体）。n n有丝分裂后的细胞开始分化并向基板迁移（管壁方向）。有丝分裂后的细胞开始分化并向基板迁移（管壁方向）。由于细胞的聚集，形成外套层。由于细胞的聚集，形成外套层。n n随着停止分裂后的细胞不断加入，外套层逐渐增厚。随着停止分裂后的细胞不断加入，外套层逐渐增厚。n n在外套层和基板之间是边缘带，外套层中神经细胞和神经在外套层和基板之间是边缘带，外套层中神经细胞和神经系统其他部分细胞的突起侵入此层。系统其他部分细胞的突起侵入此层。基板基板边缘带边缘层神经突起的伸长神经突起的伸长n n神经元轴突和树突的伸长需神经元轴突和树突的伸长需要新的细胞膜、原生质和细要新的细胞膜、原生质和细胞骨架成分一起附加到生长胞骨架成分一起附加到生长的突起中。的突起中。n n新膜被附加到突起的顶端，新膜被附加到突起的顶端，而细胞质和细胞骨架的成分而细胞质和细胞骨架的成分被附加到突起的基部。被附加到突起的基部。n n在培养神经元的轴突伸长期在培养神经元的轴突伸长期间，分支间的距离保持不变，间，分支间的距离保持不变，表明轴突的生长是其顶端伸表明轴突的生长是其顶端伸长的结果。长的结果。第十四章第十四章 附肢的发育和再生附肢的发育和再生能形成一个附肢的所有细胞，称为附肢域（limb field）或附肢场。n n随着鸟类和哺乳类的中胚层间质细胞进入肢区，它们分泌的因子诱导随着鸟类和哺乳类的中胚层间质细胞进入肢区，它们分泌的因子诱导肢芽顶端前、后边缘的外胚层细胞伸长，形成一个增厚的特殊结构，肢芽顶端前、后边缘的外胚层细胞伸长，形成一个增厚的特殊结构，称为顶外胚层嵴（称为顶外胚层嵴（apical ectoderm ridgeapical ectoderm ridge，AERAER）。）。AERAER是一个临时的结是一个临时的结构，对于附肢的继续向外生长是至关重要的。构，对于附肢的继续向外生长是至关重要的。n nFGF10FGF10能够诱导鸡胚背腹交界处的外胚层形成能够诱导鸡胚背腹交界处的外胚层形成AERAER。n n在背部化的肢芽突变体中，由于没有背腹交界，便不能形成在背部化的肢芽突变体中，由于没有背腹交界，便不能形成AERAER。n n附肢发育中至少要求三种类型的外胚层和中胚层间的相互附肢发育中至少要求三种类型的外胚层和中胚层间的相互作用：作用：n n第一第一，中胚层起始附肢芽向外生长和形成，中胚层起始附肢芽向外生长和形成AERAER；n n第二第二，AERAER进一步刺激肢芽的向外生长以及肢芽中胚层的进一步刺激肢芽的向外生长以及肢芽中胚层的增殖和分化；增殖和分化；n n第三第三，附肢芽中胚层提供保持，附肢芽中胚层提供保持AERAER所必须的刺激。所必须的刺激。附肢发育中三个轴的建立具有各自的时间性，它们好像是附肢发育中三个轴的建立具有各自的时间性，它们好像是按下列顺序决定的：前后轴、背腹轴和近远轴。按下列顺序决定的：前后轴、背腹轴和近远轴。第十五章第十五章 眼的发育眼的发育n n 当起源于间脑的视泡与头部外胚层预定晶状体相接触时，当起源于间脑的视泡与头部外胚层预定晶状体相接触时，它们相互作用，预定晶状体外胚层增厚形成晶状体板（它们相互作用，预定晶状体外胚层增厚形成晶状体板（lens lens placodeplacode），而视泡外壁内陷，形成双层壁的视杯（），而视泡外壁内陷，形成双层壁的视杯（optic cupoptic cup）。）。晶状体板形成后内陷形成晶状体窝（晶状体板形成后内陷形成晶状体窝（lens pitlens pit），继而脱离表皮），继而脱离表皮形成晶状体泡（形成晶状体泡（lens vesiclelens vesicle），最后分化为外侧的晶状体上皮和），最后分化为外侧的晶状体上皮和内侧的晶状体纤维。内侧的晶状体纤维。n n 视杯外层的细胞产生色素，发育为色素视网膜（视杯外层的细胞产生色素，发育为色素视网膜（pigmented pigmented retinaretina）。内层的细胞迅速增殖并分化为各种光感受器、胶质细）。内层的细胞迅速增殖并分化为各种光感受器、胶质细胞、中间神经元和神经节细胞，它们共同构成神经视网膜胞、中间神经元和神经节细胞，它们共同构成神经视网膜（neural retinaneural retina）。）。视泡外层内陷视泡外层内陷外胚层增厚形成晶状体板，视泡外层内陷形成外胚层增厚形成晶状体板，视泡外层内陷形成双层的视杯。双层的视杯。前脑壁前脑壁视泡视泡晶状体板晶状体板晶状体泡晶状体泡眼球壁的形成眼球壁的形成n n 晶状体泡与表皮脱离之后，视网膜和晶状体晶状体泡与表皮脱离之后，视网膜和晶状体泡诱导覆盖的表皮形成透明的角膜（泡诱导覆盖的表皮形成透明的角膜（corneacornea）。视）。视杯边缘部分的色素上皮向晶状体扩散形成虹膜杯边缘部分的色素上皮向晶状体扩散形成虹膜（irisiris）和睫状体（）和睫状体（ciliary bodyciliary body）的上皮。）的上皮。n n 神经嵴起源的头部间质聚集形成充满血管的神经嵴起源的头部间质聚集形成充满血管的脉络膜（脉络膜（choriodchoriod）和结缔组织的巩膜（）和结缔组织的巩膜（sclerasclera），），它们共同起营养和保护眼球的作用。它们共同起营养和保护眼球的作用。n n变态：在多种动物中，个体发育要经历一个幼虫期，幼虫变态：在多种动物中，个体发育要经历一个幼虫期，幼虫具有与成体非常不同的特点，在发育中形态和构造经历了具有与成体非常不同的特点，在发育中形态和构造经历了明显的阶段性变化，其中一些器官退化消失，有些得到改明显的阶段性变化，其中一些器官退化消失，有些得到改造，有些新生出来，从而结束幼虫期，建成成体的结构。造，有些新生出来，从而结束幼虫期，建成成体的结构。这种现象统称为变态。这种现象统称为变态。n n变态机制变态机制激素调节发育和细胞分化。激素调节发育和细胞分化。第十六章第十六章 变态变态（一）与昆虫变态有关的激素及其作用（一）与昆虫变态有关的激素及其作用n n激素种类：激素种类：n n（1 1）前胸腺分泌的蜕皮激素：负责幼虫新壳的泌）前胸腺分泌的蜕皮激素：负责幼虫新壳的泌成和硬化、蛹化、蛹壳形成以及蜕皮相关的生长成和硬化、蛹化、蛹壳形成以及蜕皮相关的生长与分化。与分化。n n（2 2）咽侧体分泌的保幼激素：抑制上述激素负责）咽侧体分泌的保幼激素：抑制上述激素负责的各种活动，协调控制蜕皮的特征发育。的各种活动，协调控制蜕皮的特征发育。蜕皮过程蜕皮过程n n蜕皮过程是在脑中起始的，脑中的神经分泌细胞在对神经的、激素蜕皮过程是在脑中起始的，脑中的神经分泌细胞在对神经的、激素的和环境的因子起反应中释放促前胸腺激素的和环境的因子起反应中释放促前胸腺激素(PTTH)(PTTH)。n nPTTHPTTH刺激前胸腺产生蜕皮激素，蜕皮激素并不是一种活性激素，刺激前胸腺产生蜕皮激素，蜕皮激素并不是一种活性激素，它只是一种激素原，它必须被转变为有活性的它只是一种激素原，它必须被转变为有活性的20-20-羟基蜕皮激素。羟基蜕皮激素。n n每次蜕皮由一次或多次每次蜕皮由一次或多次20-20-羟基蜕皮激素的波动引起。羟基蜕皮激素的波动引起。保幼激素n n只要保幼激素存在，只要保幼激素存在，20-20-羟基蜕皮激累激起的蜕皮导致一个新的幼羟基蜕皮激累激起的蜕皮导致一个新的幼虫龄期。虫龄期。n n在最后一次龄期，从脑到咽侧体的中间神经元抑制咽侧体产生保幼在最后一次龄期，从脑到咽侧体的中间神经元抑制咽侧体产生保幼激素，同时体内对已存在的保幼激素的降解能力增加。激素，同时体内对已存在的保幼激素的降解能力增加。n n然而性腺原基正常具有两种选择，当它分化时，它能发育为或是卵巢，然而性腺原基正常具有两种选择，当它分化时，它能发育为或是卵巢，或是精巢。或是精巢。n n性腺原基采取分化的类型决定了有机体将来性别的发育。性腺原基采取分化的类型决定了有机体将来性别的发育。n n乌尔夫氏管：乌尔夫氏管：中肾管中肾管，通常是中肾的收集管，通常是中肾的收集管，在在雄性雄性分化形成分化形成输精管输精管等生殖结构。等生殖结构。n n缪勒氏管缪勒氏管 ：中肾旁管中肾旁管，在，在雌性雌性分化为分化为输卵管输卵管等生殖结构。等生殖结构。第十七章第十七章 性腺发育和性别决定性腺发育和性别决定n n哺乳动物性腺发育先通过一个末分化时期，此时的性腺既不具有雌性哺乳动物性腺发育先通过一个末分化时期，此时的性腺既不具有雌性的特点，也不具有雄性的特点。的特点，也不具有雄性的特点。n n人类性腺原基在妊娠人类性腺原基在妊娠4 4周时出现于中间的中胚层，直到周时出现于中间的中胚层，直到7 7周之前一直处周之前一直处于未分化状态。生殖嵴上皮增生进入其上方的疏松结缔组织中形成性于未分化状态。生殖嵴上皮增生进入其上方的疏松结缔组织中形成性索，并在人类妊娠索，并在人类妊娠6 6周时，包围在迁入性腺的生殖细胞周围。周时，包围在迁入性腺的生殖细胞周围。精巢发育精巢发育n n如果胎儿是如果胎儿是XYXY，那么性索到妊娠，那么性索到妊娠8 8周一直在持续增殖，并向深处延伸到结缔周一直在持续增殖，并向深处延伸到结缔组织中。这些性索彼此愈合，形成内部的性索网和在最远端较细的睾丸网。组织中。这些性索彼此愈合，形成内部的性索网和在最远端较细的睾丸网。n n最后睾丸索失去与表面上皮的连接并被一层细胞外基质白膜将它们分隔开，最后睾丸索失去与表面上皮的连接并被一层