发育生物学.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流发育生物学.精品文档.发 育 生 物 学第一章 序 言一、引言发育生物学是一门研究生物体从精子和卵子的发生、受精、胚胎发育、生长到衰老、死亡的规律的科学。1、后成论(epigenesis)和先成论(preformation)Preformation:生物体的各个组成部分存在于胚胎中，随胚胎发育而长大。Epigenesis: 胚胎的各个部分是在发育中逐渐形成的。2、细胞学说改变了胚胎发育和遗传的概念19世纪有关的重要发现和理论：细胞、生殖细胞、细胞核、染色体、3、Mosaic and regulative developmentMosaic d

2、evelopment: 合子核中的特殊因子在细胞分裂中的不均等分裂导致不同细胞的产生，这些细胞有各自的发育命运。Regulative development: 胚胎在局部被排除或受损后仍能正常发育。4、诱导(induction)现象的发现1924年，Spemann和Hilde Mangold发现一种组织能够指导另一种组织的发育。5、遗传学和发育学的结合1909年Wilhelm Johannsen提出基因型和表现型的概念，使遗传学和胚胎发育学 首次发生关系；40年代进一步认识到基因在发育中的决定性作用。二、发育生物学研究中的主要动物模型(一)、 Invertebrate models1. Dro

3、sophila melanogaster (fruitfly) -insect model2. Caenorhabditis elegans (nematode)- worm model(二)、 Vertebrate models1. Xenopus laevis (Africa frog) - Amphibian model2. Chick- bird model3. Mouse- mammalian model4. Zebrafish - fish model三、发育生物学中的基本概念及规律(一)、五个主要的developmental processes1. Cell division:

4、早期胚胎发育中的细胞分离不同于后期。2. Pattern formation: 指胚胎形成有序的结构。三条轴线的形成：AP axis; D - V axis; L - R axis; 三个胚层的形成：endoderm(肠、肝、肺)， mesoderm (肌、骨、心、肾)， ectoderm (神经系统和表皮)。3. Morphogenesis:胚胎的立体形态发生显著改变的过程。4. Cell differentiation:同一来源的细胞发展为结构和功能不同的细胞。5. Growth：胚胎在基本的pattern形成之后在体积上显著增加，原因包括细胞数量的增加、细胞体积的增加、胞外基质的增加。(

5、二) 、细胞行为是基因作用与发育进程之间的桥梁即基因影响细胞行为、细胞行为影响发育。主要的细胞行为包括：1. Cell state: 指基因的活性状态。2. Cell-to-cell signaling: 一种细胞产生某种信号物质，而另一种细胞接受该信号而调整 其行为。3. Cell-shape changes/Cell movement: 细胞通过形态的改变及运动产生机械动力， 以形成特殊的构造。4. Cell proliferation: 细胞因 分裂而增加数量，但在躯体的不同部位细胞增生的速度不一，从而也可影响整体结构。5. Cell death: 在特定发育时期，特定部位的细胞的死亡是

6、形成正确结构所必须的。(三) 、基因控制细胞行为是通过控制细胞中的蛋白质的合成来实现的两 类 蛋 白：house-keeping proteins and tissue-specific (luxury) proteins蛋 白 合 成 控 制 点：tanscription, processing of primary transcripts,transportation of mature RNA, translation, posttranslational modification, etc.(四)、发育是渐进式的，细胞的命运决定于不同的发育时期三个胚层的形成 各胚层内细胞的分化描述细胞

7、分化程度的几个概念：Fate of cells：指在正常情况下细胞会分化、 发育为什么；Determination, 指细胞的内部状态已发生不可逆的改变；specification：指一组细胞在中性环境下立体培养，它们仍按其正常命运图谱发育。胚胎细胞的分化潜力随发育深度而异。胚胎细胞的分化潜力因不同物种而异。(五)、诱导作用可使细胞互为不同诱导作用的证据：蝾螈的organizer移植实验。诱导信号的传递方式：胞间隙中自由扩散、细胞表面分子的直接互作、胞间 膜通道的利用。诱导信号的传递距离是有限的。不同细胞对同一诱导信号的反应是不同的。(六)、Patterning常常涉及位置信息(positio

8、nal information)的翻译一些信号分子和转录因子(morphogen)沿一定的方向形成一个浓度梯度，处于 不同浓度下的细胞获得不同的发育命运。(七)、间距模式 (spacing pattern)可以通过侧向抑制作用产生当一组细胞具有具有相同发育方向时，其中的一个细胞的分化能抑制其相邻细胞的分化。e.g., feather, neurons.(八)、 胞 质 决 定 成 分 的 区 域 化 及 细 胞 的 不 对 称 分 布 也 使 细胞 具不 同 个 性四、控制发育的基因的克隆及其表达与功能的检测方法(一)、寻找控制发育的新基因的主要方法1、从自然突变体或人工产生的突变体中克隆控制

9、发育的基因 产生突变体的方法：自然突变体；化学诱变剂(如亚硝基乙脲乙亚硝 基脲)； 外源DNA插入：DNA注射、 病毒侵染、转座子利用等；X-射线或r射 线照射。突变体的种类：隐性突变；半隐性突变； 显性突变。从突变体分离基 因的方法：Positional cloning；Candidate cloning； Direct cloning。2、分离组织特异性或发育阶段特异性表达的基因的方法a. 分离特定组织或器官的方法：直接机械分离；根据细胞表面特定蛋白来识 别、分离；转基因标记法。b. 组织特异性基因表达产物的鉴定及其基因的克隆：从蛋白质到基因标记 不同来源的mRNA去与筛选特异cDNA文库

10、；mRNA differential display；Subtractive cloning。3、利用基因序列同源性的克隆法接利用异源cDNA探针筛选cDNA文库从保守区设计引物 同源探针 筛选 cDNA文库4、利用DNA-蛋白质或蛋白质蛋白质互作关系分离克隆新的基因(二)、基因表达的检测1、mRNA的检测:Northern 杂交；斑点杂交；RTPCR；In situ hybridization。2、蛋白质的检测：Western blot；In situ antibody staining3、启动子活性检测法(三)、基因对发育影响的功能性分析 1、Gene Knockout2、Overexpr

11、ession: mRNA注射法；DNA注射法；病毒感染法3、Rescue4、Antisense RNA/Antisense oligos5、Antibody blocking6、Dominant negative receptor mutations7、Dominant interferring alleles第二章 胚胎的早期发育一、卵裂(Cleavage)(一)、卵裂的特点：分裂间期短；细胞变小；转录不活跃；不等裂。(二)、卵裂的类型：经线裂(meridional cleavage)：卵裂面与AV axis平行；纬线裂(equatorial cleavage)： 卵裂面与AV axis垂直

12、。1. Holoblastic cleavage:卵裂沟穿过整个受精卵，产生两个均等大小的两个 blastomeres. 含卵黄比较少的卵一般采用此种方式, e.g., Sea Urchin, frogs, most mammals。(1) Radial holoblastic cleavage：卵裂是辐射对称的。Sea cumcumber：经线裂 经线裂纬线裂经线裂纬线裂，其后交替进行 直到产生中空的blastula, 中间的空腔为blastocoel。产生的细胞大小相同。Sea urchin：前3次卵裂(经经纬)为均裂，第4次卵裂时Vegetal pole的4个细 胞发生不均等卵裂。Fro

13、g：卵裂沟不能完全穿过卵黄。第1、2次卵裂为均等经裂，第3次不均等纬裂，导致不同大小细胞的产生。植物极的大分裂球分裂快于动物极的小分裂球。(2) Spiral holoblastic cleavage：从第3次卵裂开始，卵裂面与AV axis呈约45o 角螺、蚌等软体动物、多毛类环形动物等采用此种方式。形成的blastula不具有blastocoel。(3) Rotational holoblastic cleavage：哺乳动物受精卵采用此种方式。第1次经裂产生的两个卵裂球，分别采用不同方向的卵裂；卵裂球的分裂具不同步性；早期卵裂在输卵管中进行。线虫的卵裂也为旋转全卵裂。2. Merobla

14、stic Cleavage (偏裂)卵裂沟只停留在动物极或卵子表面，常发生于端黄卵、多黄卵、中黄卵。(1). Discoidal cleavage：为端黄卵和极端端黄卵所采用的方式。卵裂局限于动 物极。鸡卵的卵裂：受精卵在输卵管中开始卵裂，产出的卵已含约60000个细胞， 中间为明区，边缘区为暗区，明区下为胚盘下腔。斑马鱼：前5次卵裂为经裂，产生单细胞层，随后有纬裂发生；第12次分裂之前，不同细胞的分裂是同步的。(2). Superficial cleavage：以昆虫为代表的中黄卵采用此种方式。其合子核位于卵的中央，周围为卵黄。中央的核发生8次卵裂后产生的256个核开始移向卵的外周，至第10

15、次卵裂后核已全部位于卵周质中，形成合胞体。第14次分裂时，核之间的卵膜内陷使之细胞化。(三)、囊胚的类型大多数囊胚为球状空心细胞团，细胞分裂速度已大大下降。1.腔囊胚(1).海鞘囊胚：其囊胚含256个细胞，中间的囊胚腔由单层细胞包围。(2).海胆囊胚：含128个细胞，单层围裹囊胚腔，细胞表面长出纤毛帮助囊胚在受精膜内转动，动物极的细胞分泌孵化酶降解受精膜。其囊胚腔的形成机制：渗透作用；透明层作用。(3).蛙类囊胚：128细胞囊胚的囊胚腔位于动物极。2.表面囊胚：昆虫经14次卵裂产生16400细胞实心囊胚。3.盘状囊胚：(1). 斑马鱼：囊胚期始于128细胞期，再经2次分裂进入midblastu

16、la transition 期，这时细胞分裂变慢。胚胎细胞分三类：与卵黄接触的卵黄多核层(yolk syncytial layer, YSL) 细 胞、位于胚盘最外层的表胚层(enveloping layer, EVL)细胞和上述二者之 间的深层细胞(deep cells)。仅深层细胞发育为胚胎本体组织。(2).鸡：胚盘座落于卵黄之上，由上胚层和下胚层组成，前者将形成胚胎本体，后者形成胚外结构如卵黄囊柄。4.哺乳动物囊胚的形成(1) 卵裂球的compaction: 发生在第3次卵裂后不久，它伴随细胞粘连分子E-Cadherin由均匀分布变为集中分布在卵裂球间的接触部位，其抗体可引起decomp

17、action。Protein Kinase C可促进compaction, 它可能是介导了E-Cadherin的transloction。(2) 细胞命运的早期分化：16细胞的morula, 其外层细胞产生的绝大部分子细胞 发育为32细胞期时的trophoblast,后者将生成chorion；其内层细胞产生的所有子细胞及 外层细胞产生的小部分子细胞将构成32细胞期时的inner cell mass，它们将发育为胚胎 本体及与之相连的卵黄囊、尿囊和羊膜.。两种命运的细胞分泌不同的蛋白。8细胞期时各细胞有相同的发育潜力，在16细胞期时的分化是随机的。(3) 胚泡着床：胚泡囊胚腔的增大是由于滋胚层细

18、胞的Na+泵的作用及随后的渗 透作用；透明带防止胚泡与输卵管壁的粘连；胚泡到达子宫后产生类胰蛋白酶Strypsin,使透明带局部穿孔，释放胚泡与子宫壁接触。(4) 同卵双生：滋胚层形成前的分割；滋胚层形成后而羊膜形成前的分割；羊 膜形成后的分割。(5) 嵌合胚与胚胎干细胞：胚胎干细胞是保持了分化为胚胎本体的潜能的胚胎细胞，来源于内细胞团。(6)人工受精和胚胎切割： 二、原肠作用 Gastrulation原肠作用是指囊胚细胞有规则地移动，使未来的内胚层和中胚层细胞迁入胚胎内部，而未来的外胚层细胞铺展在胚胎的表面，从而形成原肠胚。(一)、原肠期主要的细胞移动类型：外包(epiboly)：表皮层作为

19、一个整体扩展，使胚胎的内层被覆盖；内陷(invagination)：指胚胎局部区域的内陷；内卷(involution)：指正在扩展的外层向内卷折；内移(ingression)：指表层的单个细胞迁入胚胎的内部；分层(delamination)：指一个细胞层分为两层；汇聚伸展(convergent extension)：指细胞相互插入，使所在组织变窄、变薄，并推动组织向前移动。(二)、几种模型动物的原肠作用1. Sea Urchin囊胚的fate map：植物极正中间为预定的中胚层，其相邻两层为预定的内胚 层 ，其余细胞为预定的外胚层。原肠作用开始于预定的中胚层表皮细胞转化为间质细胞，这些间质细胞

20、进入囊胚腔；预定的内胚层细胞内陷和扩展，形成胚胎原肠。内胚层内陷的机制：细胞外侧变形；伪足(filopodia)的伸展和收缩运动；细胞间汇聚伸展。海胆小分裂球启动原肠作用，可诱导第二胚轴的形成，包括使预置外胚层命运细胞分化为中胚层和内胚层命运的细胞。2. Drosophila中胚层的产生：囊胚腹部810个细胞宽的长条区内陷，最终产生的中胚层铺 展在腹部的外胚层内；外胚层的产生：当预定的中胚层内陷成管状时，与其相接的腹部外胚层的部分细胞内移，在中胚层和外胚层之间形成一个成神经细胞层；肠道的产生：囊胚两端的预定内胚层内陷形成中肠；内陷时附带进入的部分外胚层细胞形成前肠和后肠。在果蝇的原肠作用中，细

21、胞不发生分裂。3. XenopusXenopus的囊胚的命运图：囊胚腔上方的细胞为预定的外胚层；预定的内胚层 位于赤道和植物极；预定的中胚层为赤道内胚层的内侧。原肠作用开始于在囊胚的植物极内胚层背部的几个细胞变为瓶状细胞，随后内突形成胚孔(blastopore)。预定的中胚层细胞由胚孔处内卷，赤道边缘区的中胚层细胞通过汇聚扩展向背侧中央沿AP轴铺展。预定的内胚层与其背侧的中胚层一起内卷，在胚胎内部形成原肠腔。预定的外胚层采取下包的方式向植物极扩展并最终覆盖整个胚胎。4. Danio rerio (zebrafish)外包：内层细胞与表面细胞互插使胚盘变薄；胚盘细胞向植物极的卵黄下包，其驱动力可

22、能来自于YSL的微管运动。胚层的形成：50外包(epiboly)期时，胚盘细胞在与卵黄交界处增厚形成germ ring，它由表皮、上胚层(epiblast)和下胚层(hypoblast)组成；其后在未来的背部处的germ ring增厚形成embryonic shield，它相当于Xenopus的organizer。下胚层细胞运动、迁移将形成中胚层和内胚层，上胚层细胞将产生neural keel和皮肤。5. Chicken上胚层和下胚层的形成：囊胚表面细胞为上胚层，其部分细胞掉入胚盘下腔(subgerminal cavity)形成初级下胚层，胚盘后部边缘区的上胚层内卷与初级下胚层混合形成次级下胚

23、层。上胚层将用于产生三个胚层，而下胚层用于形成胚外膜(如卵黄囊)。原条(primitive streak)的形成：由后部边缘区的上胚层加厚而成，原条头部末端的加厚层叫Hensens Node，它是鸡胚的诱导中心。内胚层：最早穿过原条进入囊胚腔的细胞将向头部方向移动，成为前肠内胚层；通过原条侧面进入囊胚腔的一部分上胚层细胞将使其下方的下胚层细胞向两侧移开，它们将形成所有的内胚层器官和大多数胚外膜。中胚层：较晚通过Hensens Node进入囊胚腔的细胞位于内胚层和上胚层之间，并向头部方向运动，形成头部中胚层和脊索中胚层；通过原条侧面进入囊胚腔的另一部分上胚层细胞将作为一个整体在上胚层和下胚层之间

24、扩展，形成其余的中胚层和胚外膜。外胚层：上胚层中的外胚层前体细胞继续增殖，并通过下包覆盖卵黄。6. Mammals上胚层和下胚层的形成：内细胞团分为两层，与blastocoel相接触的一层为下胚层，用于形成yolk sac；与滋胚层接触的一层为上胚层，其一部分细胞将成为羊膜腔的衬里，另一部分发育为胚胎本体。三胚层的形成：基本上与鸡的类似。第三章 神经系统的发育一、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

25、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 neural fold(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

26、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Organ

27、izer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

28、. 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lateral inhibition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commissural neurons，其命运受背部外胚层分泌的TGF-&

29、#61538;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, de

30、ndrite, 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. Sy

31、napse 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

32、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) dorsolateral pathway: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

33、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。第四章 中胚层和内胚层组织的发育一、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

34、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、

35、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

36、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

37、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、TGF1、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 mesod

38、erm)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(hemangioblas

39、t)，成血细胞分化为成血管细胞(angioblast)和多能血液干细胞(pluripotent hematopoietic stem 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。七、内胚层组织的发育1. 咽区(phary

40、nx): 消化道和呼吸道前端共用的区域，该区域产生4个咽囊(pharyngeal pouches)，咽囊间为咽弓(pharyngeal arches)，不同的咽囊将产生不同的组织器官。2. 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。3. 呼吸道(respiratory

41、 tube)：第四对咽囊之间的腹部中央小囊向腹部生长，在颈部直向生长形成气管(trachea)、进入喉区分叉形成一对支气管(bronchi)和肺。直向生长或分叉也决定于其所处的中胚层环境。第五章 果蝇躯体轮廓发育的分子机制一、胚胎躯体轴线的建立由母体基因决定果蝇胚胎沿AP和DV两个轴线建立躯体的轮廓。早期胚胎沿DV轴线分成 4个区域；沿AP轴线先分成几个大的区域，各区域再分节。Maternal genes：在卵子发生过程中转录出RNA、甚至进一步翻译出蛋白质， 其产物定位在成熟卵的细胞质中；Zygotic genes：受精后才开始在细胞核中转录的基 因。母体因子沿AP轴线和DV轴线的差异分布使

42、胚胎具有极性，并在不同位置上激活不同的zygotic genes。1. AP轴线由三类母体基因控制：Anterior class: 突变体表现为无头胸或头胸区萎缩，e.g.,bicoidPosterior class: 突变体失去腹区，胚胎变小， e.g., nanosTerminal class: 突变体的原头区(acron)和尾区(telson)受影响，e.g.,torso2. bicoid 基因产物提供AP轴线形态素梯度：其mRNA在受精前定位在胞质前端，受精后翻译的蛋白质沿AP轴线形成浓度梯度，为下一步分化提供位置信息(做为 转录因子激活其下游基因)。3. nanos和caudal蛋白

43、梯度控制胚胎后区结构: nanos的mRNA在未受精卵中定位在 胚胎的末端，其受精后翻译出的蛋白质形成从后到前的浓度梯度。hunchback的mRNA在未受精卵中均匀分布，受精后前端高浓度的bicoid蛋白激活合子hunchback基因的转录，使hunchback蛋白形成从前到后的浓度梯度；分布在后端的hunchback mRNA被nanos蛋白和Pumilio蛋白结合而不能被转录。caudal mRNA在卵中均匀分布，但受精后其翻译受bicoid蛋白的抑制，从而形成从 后到前的浓度梯度。4. 细胞表面受体的激活决定胚胎AP轴的两个端点：torso mRNA受精后合成的torso蛋白均匀地分布

44、在质膜上，但其配体(torsolike)只在卵的前端和后端的卵泡细胞中合成，它们与相邻的torso蛋白结合而激活后者的酪氨酸激酶活性，并最终将信号传入核内影响下游基因的表达。 5. 卵黄膜中的母体蛋白决定胚胎的背腹轴线(DV轴线)：卵巢中未受精的卵的DV轴线的极性就已经被确定下来，该极性受多个母体基因产物的影响，它们最终使原本在胞质中均匀分布的母体蛋白Dorsal进入细胞核形成Ventral Dorsal的浓度梯度，决定胚胎的DV极性。即：腹部的卵泡细胞产生的Nudel/Pipe/Windbeutel; Gastrulation defective protein; Snake protein

45、; Easter protein只激活分布在腹部的Spatzle protein; Toll receptor激活Tube/Pelle; degradation of Cactus; migration of Dorsal protein into nuclei6. 卵发生过程中胚胎极性的确定：干细胞4次有丝分裂产生的16细胞中的一个细胞发育为卵，其余为营养细胞(nurse cells)，其周围的卵巢体细胞为卵泡细胞(follicle cells)。Gurken mRNA主要分布在卵的预定的后半部，它的翻译产物与相邻的卵泡细胞产生的Torpedo受体结合，从而决定了这些卵泡细胞为后部命运；然后

46、后部的卵泡细胞送回一种信号，使卵细胞内的微管重排，从而影响其它母体mRNA的定位。AP轴线的极性确立之后，卵内微管重排，卵核向前方背部方向移动，它在新的位置又开始表达gurken基因，Gurken蛋白做为一种信号将其相邻的卵泡细胞指定为背部，从而确定DV极性。二、受精后合子基因的表达1. DV 轴线上腹区命运的确定：细胞核中Dorsal浓度梯度决定DV轴线上不同 区域表达不同的合子基因。中胚层细胞表达twist和snail,前者激活其它中胚层基因表达，而后者抑制非中胚层基因表达。腹部外胚层表达rhomboid基因，它在中胚层的表达受Snail的抑制。中线以上的细胞核不含Dorsal，表达dec

47、apentaplegic(dpp)、tolloid、zerknullt (zen)基因。证据：dorsal基因突变了的胚胎中，所有细胞都表达dpp和zen基因，但不表达twist和snail；在ventralized胚胎中，所有细胞核中含高浓度Dorsal，其它基因的表达与dorsal突变体相反。2. DV轴线上背区命运的确定：信号蛋白Decapentaplegic (Dpp)的过量表达使腹部外胚层命运变为背部外胚层命运，说明它决定背区命运。Dpp沿DV轴线的浓度递减分布是因为腹部分泌的Short gastrulation (Sog)的拮抗作用。3. gap基因的表达使胚胎沿AP轴线区域化：gap基因的共同特点：都编码转录因子；在多核胚期开始表达；产物的半衰期短；特定gap基因的缺失会导致AP轴线上相应区域的丢失；表达谱重叠的基因互为抑制 。从前至后的表达顺序：hunchback, giant, kruppel, knirps, tailless。分布在胚胎后部的maternal hunchback mRNA因与nanos结合而不能翻译；高浓度的Bicoid 蛋白激活合子hunchback基因的表达。Hunchback蛋白控制其它gap基因如kuppel的表达。三、Pair-rule基因的表达界定胚胎的类体节(parasegment