《發(fā)育生物學(xué)》課件第五章 卵裂

1、第五章 卵裂（cleavage）定義、特點(diǎn)卵裂期是指受精卵開始有絲分裂并產(chǎn)生由較小的細(xì)胞構(gòu)成的囊胚(blastula)的過程。卵裂的主要特點(diǎn)包括： 分裂周期短;分裂球的體積下降：海膽胚胎的質(zhì)/核比由550降至6;早期卵裂中合子基因大多處于休眠狀態(tài)；卵裂常經(jīng)歷由均等裂向不均等裂變化。蛙早期發(fā)育中細(xì)胞數(shù)目增長曲線體細(xì)胞和早期卵裂球細(xì)胞分裂周期對照卵裂期的重要變化 由于快速的細(xì)胞分裂，發(fā)育由單細(xì)胞進(jìn)入多細(xì)胞狀態(tài)；通過胞質(zhì)的不均等分配，出現(xiàn)了胚胎細(xì)胞的早期分化；合子基因庫起作用，子代“自主性”發(fā)育開始。卵裂的類型經(jīng)線裂(meridional cleavage):指卵裂面與動物極-植物極（AV）軸平行的

2、卵裂方式緯線裂(equatorial cleavage):指卵裂面與AV軸垂直的卵裂方式。卵裂方式的決定因素卵質(zhì)中卵黃的含量與分布情況；卵質(zhì)中影響紡錘體方位角度和形成時間的一些因子。輻射型全卵裂海鞘：經(jīng)經(jīng)緯經(jīng)，8次分裂后產(chǎn)生的256細(xì)胞柱形胚胎在兩極細(xì)胞移動封口后成為中空柱形囊胚。海膽第四次分裂后將開始不均等分裂，第7次分裂后產(chǎn)生128細(xì)胞組成的囊胚(blastula). 植物極的小分裂球（micromeres），具有起動原腸作用、誘導(dǎo)第二胚軸的活性。海膽海膽A.2細(xì)胞期胚胎照片，胚胎位于受精膜內(nèi)；B.4細(xì)胞期胚胎照片，胚胎位于受精膜內(nèi)；C.32細(xì)胞期胚胎照片。海膽早期囊胚的細(xì)胞體積一致，其后

3、長出纖毛，使囊胚可在受精膜內(nèi)轉(zhuǎn)動，同時也因細(xì)胞的增殖，細(xì)胞變癟。囊胚腔形成的2種可能機(jī)制：a, 卵裂球分泌的蛋白進(jìn)入囊胚腔中，導(dǎo)致腔中液體粘稠而吸取胚外水分，腔內(nèi)的膨脹壓阻止了細(xì)胞向腔內(nèi)增生；b, 細(xì)胞與受精膜內(nèi)的透明層緊密粘接，使細(xì)胞不能向腔內(nèi)增生。囊胚的孵化：由動物極細(xì)胞分泌孵化酶降解受精膜。早期囊胚和晚期囊胚兩棲類的卵裂卵黃對卵裂的阻礙作用導(dǎo)致卵裂溝延伸緩慢、第三次緯裂發(fā)生不均等分裂。植物極半球分裂的速度始終較慢，所以囊胚的植物極細(xì)胞較大。蛙卵的卵裂在兩棲類，由16至64細(xì)胞構(gòu)建的胚胎稱為桑椹胚（morulae).在128-細(xì)胞階段，囊胚腔形成，稱為囊胚(blastula).蛙類囊胚腔的

4、形成及其作用蛙類的囊胚腔的形成：第一次分裂后兩個子細(xì)胞的動物極端相接觸，形成緊密連接，從而產(chǎn)生一個裂縫，以后它將擴(kuò)大成為囊胚腔。囊胚腔的作用：a.有利于原腸作用期細(xì)胞的移動；b.防止囊胚腔上下細(xì)胞的過早交流。蛙卵囊胚腔形成A.第一次卵裂平面形成的小裂隙以后擴(kuò)大發(fā)育為囊胚腔；B.8細(xì)胞時的囊胚腔。Figure 10.4. Depletion of EP-cadherin mRNA in the Xenopus oocyte results in the loss of adhesion between blastomeres and the obliteration of the blastoc

5、oel. (A) control embryo; (B) EP-cadherin-depleted embryo. (From Heasman et al. 1994b; photographs courtesy of J. Heasman.)螺旋型全卵裂：均采經(jīng)線裂。第三次分裂前，卵裂球內(nèi)的紡錘體轉(zhuǎn)動45度，然后向動物極方向出芽小卵裂球。其后的大卵裂球以同樣方式產(chǎn)生一大一小子分裂球，而小分裂球只生成小卵裂球。形成的囊胚無囊胚腔稱為實(shí)囊胚。哺乳動物的卵裂屬于旋轉(zhuǎn)型（rotational cleavage)全卵裂哺乳動物的早期卵裂發(fā)生在輸卵管中。研究障礙體積??；數(shù)目少；體內(nèi)完成。和兩棲動物早期卵

6、裂的比較哺乳動物卵裂的特點(diǎn)卵裂速度慢；屬旋轉(zhuǎn)型全卵裂：第1次為經(jīng)線裂，其后的2個卵裂球各采不同的卵裂方式；早期卵裂球的卵裂不同步，可產(chǎn)生奇數(shù)細(xì)胞的胚胎；在早期的卵裂過程中，合子基因組已經(jīng)啟動。體外小鼠早胚的卵裂小鼠8細(xì)胞胚胎compaction前后Compaction的機(jī)制8細(xì)胞胚胎的外層胞間形成緊密連接(tight junctions)，而內(nèi)層胞間形成縫隙連接(gap junction)。注射了E-Cadherin抗體的胚胎不能夠致密化。 在4細(xì)胞期激活蛋白激酶C導(dǎo)致compaction發(fā)生。因此，Compaction可能始于蛋白激酶C的活化，它引起細(xì)胞骨架的重排，在膜上均勻分布的E-Cad

7、herin重新定位在胞間相交處。Compaction的機(jī)制8細(xì)胞小鼠胚胎分裂球膜組分的極化A.4細(xì)胞期熒光標(biāo)記顯示細(xì)胞的膜組分的分布無極性。B.8細(xì)胞期熒光標(biāo)記顯示膜組分的分布有極性。抗細(xì)胞表面粘連糖蛋白抗血清抑制胚胎緊縮AB哺乳動物囊胚細(xì)胞命運(yùn)的早期分化位置決定論16細(xì)胞期桑椹胚(morula):位于內(nèi)部的少數(shù)細(xì)胞產(chǎn)生的子細(xì)胞將組成內(nèi)細(xì)胞團(tuán)(inner cell mass)，而位于外部的細(xì)胞產(chǎn)生的子細(xì)胞大多構(gòu)成滋養(yǎng)層(trophoblast)。32細(xì)胞期胚泡(blastocyst):位于囊胚腔一端的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)(約10個細(xì)胞)將發(fā)育胚胎的本體及與其相連的卵黃囊、尿囊和羊膜；外層的滋胚層生成絨毛膜

8、，為胎兒從母體攝取營養(yǎng)物質(zhì)和氧，并產(chǎn)生激素以避免母體的排斥反應(yīng)。英國倫敦大學(xué)學(xué)院教授約翰奧基夫、挪威科技大學(xué)教授梅布里特莫澤及其丈夫愛德華莫澤因發(fā)現(xiàn)“大腦中的GPS”組成大腦定位系統(tǒng)的細(xì)胞，而獲得今年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。哺乳動物胚泡的著床胚泡在向子宮移動過程中體積增大，是因?yàn)槎ㄎ挥谧甜B(yǎng)層細(xì)胞膜囊胚腔一側(cè)的NaK泵將外部Na+泵入腔中，最后通過滲透作用吸水使囊胚腔增大。胚胎外的透明帶阻止了胚泡與輸卵管壁的粘連。胚泡到達(dá)子宮時，胚胎細(xì)胞分泌strypsin（一種類胰蛋白酶)，它使透明帶穿孔，胚泡從孔中擠出與子宮壁接觸，通過一系列反應(yīng)而著床。小鼠囊胚從透明帶孵出人類的同卵雙生的發(fā)生(占出生總數(shù)的0

9、.25%)發(fā)生在滋胚層形成前(約受精后5天前)的分割，有獨(dú)立的絨毛膜和羊膜。占同卵雙生的33%。發(fā)生在滋胚層形成后但羊膜形成前(約受精后59天)的分割，共用絨毛膜，有獨(dú)立的羊膜。占同卵雙生的66%。發(fā)生在羊膜形成后(約受精9天后)的分割，共用絨毛膜和羊膜，易出現(xiàn)連體兒。人類的連體嬰兒哺乳動物中的嵌合胚、胚胎干細(xì)胞嵌合胚：如右圖，說明早期卵裂球有同等的發(fā)育潛力。自然人群中也出現(xiàn)過同時有XX型和XY型細(xì)胞的人。胚胎干細(xì)胞：保持了分化為胚胎本體的潛能的、可在體外增殖的胚胎細(xì)胞。在基因功能研究和疾病治療方面有重要的作用。胚胎干細(xì)胞來源(1) 發(fā)育良好的囊胚，從中分離內(nèi)細(xì)胞團(tuán)細(xì)胞ES細(xì)胞(2) 從5-9

10、周的胚胎生殖腺中分離出人的EG細(xì)胞 （embryonic germinate cells）(3)惡性胚胎腫瘤或畸胎瘤細(xì)胞 （embryonal carcinoma, EC)(4) 生殖克?。ㄖ委熜钥寺。后w細(xì)胞核轉(zhuǎn)移（SCNT）去核卵細(xì)胞 + 體細(xì)胞核 克隆 囊胚 分離內(nèi)細(xì)胞群 ES細(xì)胞胚胎分割：在24細(xì)胞期分割胚胎細(xì)胞，用于繁殖優(yōu)良家畜個體。線蟲的旋轉(zhuǎn)全卵裂鳥類胚盤為動物極直徑約23mm的胞質(zhì)區(qū)，前3次卵裂經(jīng)線裂，發(fā)生在輸卵管中，胚盤為單細(xì)胞層，仍與卵黃相接觸。雞胚進(jìn)入子宮后，才發(fā)生緯裂，形成56個細(xì)胞厚的胚盤。胚盤細(xì)胞從稀蛋白吸取液體后，與卵黃分裂，形成胚盤下腔(subgerminal c

11、avity)。該腔使胚盤中央?yún)^(qū)透明，叫明區(qū)(area pellucida)；而邊緣區(qū)的細(xì)胞仍與卵黃接觸使其不透明，叫暗區(qū)(area opaca)。上胚層(epiblast)將形成胚胎本體；下胚層(hypoblast)將產(chǎn)生胚外結(jié)構(gòu)如卵黃囊柄和連接卵黃和內(nèi)胚層消化管的蒂。魚類的盤狀偏裂斑馬魚受精卵的前5次卵裂均為經(jīng)線裂，產(chǎn)生的32個細(xì)胞為單層分布于卵黃上。其后的分裂方向不規(guī)則。囊胚期開始于128細(xì)胞期,屬盤狀囊胚。斑馬魚的盤狀卵裂過程斑馬魚中囊胚(經(jīng)歷10次卵裂)的三類細(xì)胞卵黃合胞體層(yolk syncytial layer, YSL)：胚盤的植物極邊緣細(xì)胞裂解，其核和質(zhì)與卵黃細(xì)胞融合在一起而構(gòu)成的一層細(xì)胞核層。在胚盤下包中，部分YSL細(xì)胞核移向胚盤下成為internal YSL，它們可能起提供營養(yǎng)的作用；邊緣處的為external YSL,它們可能起驅(qū)動下包的作用。Enveloping layer (EVL)：位于胚盤最外層已表皮化的細(xì)胞，發(fā)育后期會脫落。Deep Cells：介于YSL和EVL之間的細(xì)胞，它們將發(fā)育為胚胎