發(fā)育生物學(xué)課件-第四章、配子發(fā)生

1、第四章、 配子發(fā)生(gametogenesis)Aug.30, 20061h第四章、 配子發(fā)生(gametogenesis)Aug.第一節(jié)、生殖細(xì)胞的發(fā)生和遷移一、生殖質(zhì)與原始生殖細(xì)胞A. 生殖細(xì)胞從體細(xì)胞分離而來(lái)B. 生殖細(xì)胞從受精卵第一次卵裂時(shí)就已經(jīng)分出 特殊的細(xì)胞質(zhì)生殖質(zhì)預(yù)定原始生殖細(xì)胞原始生殖細(xì)胞（PGC）2h第一節(jié)、生殖細(xì)胞的發(fā)生和遷移一、生殖質(zhì)與原始生殖細(xì)胞2h爪蟾：在卵的植物極果蠅：極粒在果蠅卵的后端局限化分布線蟲(chóng)：P顆粒鳥(niǎo)類和哺乳類沒(méi)有生殖質(zhì)一般認(rèn)為原始生殖細(xì)胞（PGCs，primordial germ cells)由生殖質(zhì)形成。生殖質(zhì)位于卵子的植物極。生殖細(xì)胞的命運(yùn)可以由卵中

2、特定的生殖質(zhì)所決定。PGC與生殖嵴來(lái)源不同3h爪蟾：在卵的植物極一般認(rèn)為原始生殖細(xì)胞（PGCs，primo1、線蟲(chóng)原生殖細(xì)胞的命運(yùn)決定于Pie-1Pie-1編碼核蛋白，其缺失導(dǎo)致P1P4也向體細(xì)胞命運(yùn)分化。4h1、線蟲(chóng)原生殖細(xì)胞的命運(yùn)決定于Pie-1Pie-1編碼核蛋白線蟲(chóng)未受精卵中有一種均勻分布于整個(gè)卵質(zhì)中的P顆粒。受精后P顆粒集中位于預(yù)定胚胎后部。第一次卵裂時(shí)形成一個(gè)AB大細(xì)胞和一個(gè)含有P顆粒的P1小細(xì)胞。P4細(xì)胞是所有生殖細(xì)胞的始祖細(xì)胞，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)含有所有原來(lái)卵質(zhì)中的P顆粒。生殖細(xì)胞最初的分化開(kāi)始于P4細(xì)胞。5h線蟲(chóng)未受精卵中有一種均勻分布于整個(gè)卵質(zhì)中的P顆粒。5hSegregation

3、of P-granules into the Germ LineLineage of the C. elegans Embryo6hSegregation of P-granules into7h7h2、果蠅的原生殖細(xì)胞的命運(yùn)決定于后部極質(zhì)8h2、果蠅的原生殖細(xì)胞的命運(yùn)決定于后部極質(zhì)8h9h9h決定果蠅原生殖細(xì)胞的命運(yùn)的基因 germ cell-less (gcl):在卵的生成過(guò)程中由營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞轉(zhuǎn)錄，受精后翻譯的蛋白定位在極質(zhì)中，其缺失導(dǎo)致無(wú)生殖細(xì)胞。10h決定果蠅原生殖細(xì)胞的命運(yùn)的基因 germ cell-less11h11h Oskar: 其母體mRNA定位在極質(zhì)中，它的表達(dá)量影響極細(xì)胞的數(shù)

4、量，如 1 copy of oskar=10-15 pole cells, 2 copies=35 pole cells, 4 copies=50 pole cells. 它還影響極細(xì)胞的定位。12h Oskar: 其母體mRNA定位在極質(zhì)中，它的表達(dá)量影響極13h13h果蠅原生殖細(xì)胞的遷移14h果蠅原生殖細(xì)胞的遷移14h3、兩棲動(dòng)物生殖細(xì)胞命運(yùn)也決定于生殖質(zhì)無(wú)尾類的生殖質(zhì)雖無(wú)膜包圍，但有明顯的界限，一般呈直徑5-12 um的小斑，由許多生殖顆粒所組成。15h3、兩棲動(dòng)物生殖細(xì)胞命運(yùn)也決定于生殖質(zhì)無(wú)尾類的生殖質(zhì)雖無(wú)膜包Germ Plasm at the Vegetal Pole of Frog

5、 Embryos16hGerm Plasm at the Vegetal Pole 將吸管插入盤舌蟾的受精卵或四細(xì)胞期的胚胎的植物極，吸去約占卵體積1/4的細(xì)胞質(zhì)，結(jié)果在能變態(tài)的蝌蚪生殖腺中沒(méi)有或只有少量的生殖細(xì)胞。 17h17h Ikenishi等（1986）將含生殖質(zhì)的植物極細(xì)胞注入從32細(xì)胞期分離出的單個(gè)體細(xì)胞分裂球中，并將此細(xì)胞以3H-胸腺嘧啶標(biāo)記，然后注入到神經(jīng)胚中，結(jié)果這種標(biāo)記的細(xì)胞發(fā)育為PGCs。并可隨宿主胚胎的PGCs一起遷移到生殖嵴中。18h 18h如果用紫外線照射豹蛙或林蛙的動(dòng)物極，則對(duì)生殖細(xì)胞的形成沒(méi)有影響，但照射植物極后，形成的蝌蚪中生殖細(xì)胞明顯減少，有的可減少90%。

6、19h如果用紫外線照射豹蛙或林蛙的動(dòng)物極，則對(duì)生殖細(xì)胞的形成沒(méi)有影爪蟾PGCs遷移與kenesin-like protein有關(guān)。移動(dòng)時(shí)，先伸出一偽足，在收縮尾部時(shí)，多卵黃的細(xì)胞質(zhì)進(jìn)入偽足中。遷移路線：植物極囊胚腔內(nèi)胚層表面形成PGC幼蟲(chóng)腸后部聚集沿腸背部遷移至中腸上部的生殖嵴中，每個(gè)生殖嵴有30 PGC。遷移20h遷移20h4、鳥(niǎo)類生殖細(xì)胞 鳥(niǎo)類的PGC最早起源于明區(qū)中央的上胚層細(xì)胞，在原腸作用中遷移至明區(qū)的前部邊緣的下胚層，形成生殖新月區(qū)(germinal crescent)，這些細(xì)胞繁殖成為PGC.21h4、鳥(niǎo)類生殖細(xì)胞 鳥(niǎo)類的PGC最早起源于明區(qū)中央的上胚22h22h23h23h生殖新

7、月區(qū)形成血管時(shí)，PGC進(jìn)入血管，通過(guò)血液循環(huán)到達(dá)正在形成的后腸，在此處，從血流中流出，與腸系膜結(jié)合，再遷移進(jìn)入生殖嵴。遷移24h生殖新月區(qū)形成血管時(shí)，PGC進(jìn)入血管，通過(guò)血液循環(huán)到達(dá)正在形25h25hPGCs以血球滲出的方式進(jìn)入血管。PGCs須知道何時(shí)進(jìn)入血管進(jìn)入胚胎，以及何時(shí)從血管滲出進(jìn)入生殖嵴。但其機(jī)理不明。當(dāng)一胚胎的新月切除并將此胚胎的循環(huán)系統(tǒng)與另一正常胚胎的循環(huán)系統(tǒng)相連時(shí)，PGCs會(huì)進(jìn)入兩個(gè)胚胎的性腺中。很可能發(fā)育中的性腺分泌一化學(xué)吸引性物質(zhì)，從而吸引PGCs進(jìn)入性腺。26hPGCs以血球滲出的方式進(jìn)入血管。PGCs須知道何時(shí)進(jìn)入血管若將雞胚的生殖嵴切下，移至此胚胎的另一非正常部位，其

8、原始生殖細(xì)胞便遷移至該非正常部位。體外培養(yǎng)的雞胚生殖嵴也能吸引原始生殖細(xì)胞。而且，雞胚的生殖嵴還能吸引鴨胚的原始生殖細(xì)胞，反之亦然。雞胚的生殖嵴還能吸引小鼠的原始生殖細(xì)胞，但小鼠的原始生殖細(xì)胞不能在雞胚的生殖嵴內(nèi)存活。這些都表明原始生殖細(xì)胞向生殖嵴移動(dòng)是一種趨化作用。 27h若將雞胚的生殖嵴切下，移至此胚胎的另一非正常部位，其原始生殖5、哺乳動(dòng)物生殖細(xì)胞28h5、哺乳動(dòng)物生殖細(xì)胞28h哺乳動(dòng)物的生殖細(xì)胞在早期發(fā)育中形態(tài)學(xué)特征是不明顯的。利用識(shí)別細(xì)胞表面差異的單克隆抗體將PGCs定位于原腸期胚胎的上胚層(epiblast)。29h哺乳動(dòng)物的生殖細(xì)胞在早期發(fā)育中形態(tài)學(xué)特征是不明顯的。利用識(shí)別30h

9、30h在原腸胚期，小鼠的PGC位于上胚層中。在7天的小鼠胚胎中，約8個(gè)PGC位于原條后部的胚外中胚層中，其后它們遷移經(jīng)過(guò)內(nèi)胚層、尿囊、卵黃囊到達(dá)后腸，再沿后腸背壁向前遷移到達(dá)生殖嵴，此時(shí)的PGC達(dá)2500-5000個(gè)。31h在原腸胚期，小鼠的PGC位于上胚層中。在7天的小鼠胚胎中，約32h32hOct-4可能與哺乳動(dòng)物原生殖細(xì)胞的形成有關(guān)33hOct-4可能與哺乳動(dòng)物原生殖細(xì)胞的形成有關(guān)33h干細(xì)胞生長(zhǎng)因子(SCF)是防止PGC凋亡所必需的，也能促進(jìn)其繁殖。它由PGC遷移路徑中的細(xì)胞合成，定位在膜上。White突變(缺失SCF受體基因)或Steel-Dickie突變(SCF不能定位在膜上)的小

10、鼠無(wú)PGC或很少的PGC.34h干細(xì)胞生長(zhǎng)因子(SCF)是防止PGC凋亡所必需的，也能促進(jìn)其哺乳動(dòng)物的PGCs運(yùn)動(dòng)類似兩棲類，也靠偽足移動(dòng)。這些細(xì)胞有能力穿越單細(xì)胞層及多層細(xì)胞，其機(jī)理不明。Fibronectin很可能為PGCs在上面移動(dòng)的一重要基層。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)已證實(shí)，10.5天的小鼠胚胎分泌一擴(kuò)散性的TGF-1 樣的蛋白，有能力吸引小鼠的PGCs。遷移35h哺乳動(dòng)物的PGCs運(yùn)動(dòng)類似兩棲類，也靠偽足移動(dòng)。這些細(xì)胞有能36h36h37h37h二、生殖細(xì)胞類型的選擇38h二、生殖細(xì)胞類型的選擇38h線蟲(chóng)XX雌雄同體個(gè)體的GC細(xì)胞的發(fā)育經(jīng)歷兩次選擇A：有絲分裂和減數(shù)分裂之間的選擇離開(kāi)生殖腺遠(yuǎn)端的細(xì)胞

11、進(jìn)入減數(shù)分裂，而留在遠(yuǎn)端的細(xì)胞繼續(xù)有絲分裂。遠(yuǎn)端的單個(gè)distal tip cell的纖毛含lag-2蛋白，它與GC上的受體glp-1結(jié)合后抑制GC發(fā)生減數(shù)分裂。用激光使tip cell失活可導(dǎo)致所有GC進(jìn)入減數(shù)分裂；將該細(xì)胞移植到其它處，則可使附近細(xì)胞繼續(xù)有絲分裂。39h線蟲(chóng)XX雌雄同體個(gè)體的GC細(xì)胞的發(fā)育經(jīng)歷兩次選擇離開(kāi)生殖腺遠(yuǎn)幼蟲(chóng)期離開(kāi)生殖腺遠(yuǎn)端的細(xì)胞進(jìn)入減數(shù)分裂，產(chǎn)生精子；在成蟲(chóng)期離開(kāi)生殖腺遠(yuǎn)端的生殖細(xì)胞通過(guò)減數(shù)分裂產(chǎn)生卵子。線蟲(chóng)XX雌雄同體個(gè)體的GC細(xì)胞的發(fā)育經(jīng)歷兩次選擇B：生精或生卵之間的選擇40h幼蟲(chóng)期離開(kāi)生殖腺遠(yuǎn)端的細(xì)胞進(jìn)入減數(shù)分裂，產(chǎn)生精子；在成蟲(chóng)期離線蟲(chóng)生精或生卵的分子機(jī)制41h線蟲(chóng)生精或生卵的分子機(jī)制41hXY型生殖細(xì)胞發(fā)育為精子，不受生殖嵴核型的影響，其命運(yùn)是autonomous。XX型生殖細(xì)胞的命運(yùn)是non-autonomous,它們?cè)诼殉仓邪l(fā)育為卵子，而在睪丸中發(fā)育為精子。影響果蠅生殖細(xì)胞類型的因素42hXY型生殖細(xì)胞發(fā)育為精子，不受生殖嵴核型的影響，其命運(yùn)是auPGC進(jìn)入生殖嵴的最初幾天繼續(xù)分裂，不分化。隨后，在雌性胚胎中，GC進(jìn)入減數(shù)第一次分裂的前期，然后停止直到性成熟才繼續(xù)減數(shù)分裂產(chǎn)生卵子。在雄性胚胎中，GC于有