發(fā)育過程中的細胞增殖分化

發(fā)育過程中的細胞增殖分化精子卵子受精卵(合子)桑椹胚胚泡卵裂2021/4/272胚胎早期發(fā)育與部位2021/4/273受精卵(合子)2021/4/2742細胞4細胞桑椹胚胚泡透明帶2021/4/275一、卵裂1.卵裂的特點2.卵裂的方式3.卵裂球的基因表達4.卵裂的機制2021/4/2761.卵裂的特點（與體細胞分裂的不同）體細胞的細胞周期分：間期（interphase）和有絲分裂期(Mphase)間期：又分為G1期，S期和G2期有絲分裂期：前、中、后、末期，通常在此期細胞體積迅速增大。卵裂基本上是一種典型的有絲分裂。但：1）細胞數(shù)量增加，總的體積不增。2）核/質比大。3）缺少G1、G2期，且S、M期短。原因：卵母細胞的特殊性，DNA復制多位點同時進行。2021/4/2772021/4/2782.卵裂的方式三個決定因素：核的位置卵黃的含量及分布細胞質成分和極性卵裂的方式：完全卵裂：輻射式，螺旋式，兩側對稱式，旋轉式等。不完全卵裂：盤狀，表面2021/4/279旋轉式卵裂2021/4/2710體外人胚胎的卵裂A，受精卵；B，2細胞階段；C，4細胞階段；D，6細胞階段；E，桑椹胚；F，囊胚。2021/4/2711不完全卵裂①盤狀卵裂

卵裂僅在動物極的胚盤上進行，胚盤下的大量卵黃部分不分裂，如軟體動物中的頭足類，軟骨魚、硬骨魚、爬行類和鳥類。②表面卵裂卵黃集中于卵的中央，最初幾次卵裂只是細胞核在卵黃里的原生質島中進行，細胞核達到一定數(shù)目、進入卵黃四周的卵質中，在表面繼續(xù)進行分裂，如昆

蟲。2021/4/27123.卵裂球的基因表達（1）基因表達的激活：輔助階段：單細胞晚期主要階段：2細胞晚期（2）基因表達：Oct-4：母性遺傳。熱休克蛋白：HSP70，90，30連接蛋白：細胞因子：多肽生長因子和受體。2021/4/2713Oct-4（也叫Oct-3或Oct3/4）屬POU轉錄因子一員，最初鑒定為DNA結合蛋白，可通過順式元件活化基因轉錄。它在全能胚胎干細胞(ES)和生殖細胞表達。該表達對于維持干細胞的自我更新和多能性是必要的。ES的分化導致Oct-4的下調。Oct-4不僅是細胞系多能分化的主要調節(jié)因子，而且也是首要的作為鑒定全能ES細胞的標志物。Oct-4:順式元件:包括啟動子、增強子、調控序列和可誘導元件等.不編碼結構蛋白。轉錄因子：有時也稱反式作用因子，是指能直接或間接地識別或結合在各類順式元件核心序列上參與調控靶基因轉錄效率的蛋白質。2021/4/2714Oct-42021/4/27154.卵裂的機制（1）細胞周期蛋白cyclinCyclin的周期性變化目前從芽殖酵母、裂殖酵母和各類動物中分離出的周期蛋白有30余種，在脊椎動物中為A1-2、B1-3、C、D1-3、E1-2、F、G、H等。分為G1型、G1/S型、S型和M型4類。泛素降解2021/4/2716不同類型的周期蛋白激酶復合體脊椎動物芽殖酵母CyclinCDKCyclinCDKG1-CDKCyclinD*CDK4、6Cln3CDK1(CDC28)G1/S-CDKCyclinECDK2Cln1、2CDK1(CDC28)S-CDKCyclinACDK2Clb5、6CDK1(CDC28)M-CDKCyclinBCDK1(CDC2)Clb1-4CDK1(CDC28)*包括D1-3，各亞型cyclinD，在不同細胞中的表達量不同，但具有相同的功效2021/4/2717成熟促進因子CyclinB+Cdc2（即CDK1）兩種狀態(tài)：去磷酸化：有活性，多種蛋白質磷酸化。磷酸化：無活性（2）CDK：1~7細胞周期蛋白依賴性激酶。7種。細胞周期引擎。為cdc(celldivisioncycle)基因產物。2021/4/2718（3）Cdc25string基因的表達產物2021/4/2719（4）細胞靜止因子阻止cyclin降解，MPF始終保持活性，細胞處于M期。Ca2+蛋白酶細胞靜止因子降解cyclin降解細胞周期啟動2021/4/2720二、桑椹胚形成緊密化：第三次卵裂后。細胞球外部細胞：緊密連接內部細胞：縫隙連接。桑椹胚：16個細胞。卵裂球出現(xiàn)極性。頂部區(qū)：微管和微絲，緊密連接基底區(qū)：核，縫隙連接。卵裂球小而無極性細胞：內部，含基部區(qū)胞質大而有極性細胞：周邊，含頂部區(qū)胞質2021/4/2721三、胚泡形成基底部細胞膜上出現(xiàn)Na+/K+-ATP酶水分聚集胚泡腔出現(xiàn)內細胞群：約13個細胞（64細胞階段時）滋養(yǎng)層：連接復合體。第一個分化事件全能干細胞或胚胎干細胞2021/4/2722四、異常卵裂和胚胎發(fā)育1.同卵雙生：兩個胚泡：各自羊膜和絨毛膜兩個內細胞群：各自羊膜，共絨毛膜兩個原條：共羊膜和絨毛膜2.不規(guī)則卵裂和細胞碎片開始退化的卵細胞或成熟不夠。3.多精受精與卵裂卵細胞成熟不夠。2個以上精子受精和雙精受精。卵裂速度快，并不形成3倍體，通常很快死亡。2021/4/2723第二節(jié)細胞分化一、分化前的定向二、分化的類型三、分化的機理四、去分化與轉分化2021/4/2724一、分化前的定向在出現(xiàn)真正的形態(tài)和功能的分化之前，細胞將分化成什么類型，具有什么功能就已經被“定向”(commitment)“定向”可以分成兩個階段：特化(specification)和決定(determination)。2021/4/2725

所謂“特化”，是指細胞或組織在一個中性環(huán)境中，例如，在一個周圍沒有其他細胞或組織影響的體外培養(yǎng)環(huán)境中，仍按原先被指定的命運自主地進行分化。

所謂“決定”，則是指細胞或組織即使處在胚胎的另一區(qū)域中，仍不受周圍其他細胞或組織的影響，按原先指定的命運自主地進行分化。(1)自主特化(autonomousspecification)

這是大部分無脊椎動物的特性。(2)條件特化(conditionalspecification)

這是所有脊椎動物和少數(shù)無脊椎動物的特性。(3)合胞特化(syncytialspecification)

這是大部分昆蟲綱的無脊椎動物的特性。2021/4/2726決定與卵型的關系鑲嵌型卵:胞質決定子調整型卵:8~16細胞期,位置信息決定的時空性早期胚胎:細胞分裂同步不同步(卵裂球內的某些母體物質逐漸被耗盡)轉決定:遺傳突變。2021/4/2727二、分化的類型區(qū)野分化器官分化組織分化細胞分化化學分化形態(tài)分化：核分化，胞質分化轉分化：化生功能分化2021/4/2728細胞分化的機理極其復雜，概括而言細胞的分化命運取決于兩個方面：

一是細胞的內部特性，與細胞的不對稱分裂（asymmetricdivision）以及隨機狀態(tài)有關，尤其是不對稱分裂使細胞內部得到不同的基因調控成分，表現(xiàn)出一種不同于其它細胞的核質關系和應答信號的能力；

二是細胞的外部環(huán)境，表現(xiàn)為細胞應答不同的環(huán)境信號，啟動特殊的基因表達，產生不同的細胞的行為，如分裂、生長、遷移、粘附、程序性死亡等，這些行為在形態(tài)發(fā)生中具有極其重要的作用。三、細胞分化的機理2021/4/27291.不對稱分裂動物受精卵具有高度的異質性。在胚胎發(fā)育階段，不對稱分裂是常見的現(xiàn)象，如果蠅神經系統(tǒng)發(fā)生時，成神經細胞經過連續(xù)不對稱分裂，像出芽的一樣產生一些小細胞，這些小細胞是神經節(jié)母細胞（ganglionmothercells），再經過一次分裂形成神經元或神經膠質細胞。在哺乳動物中，干細胞的分裂也是不對稱的，產生一個祖細胞和另一個干細胞，祖細胞只具有有限的自我更新能力，只能分化為終端細胞。2021/4/2730細胞質中有著決定細胞分化全能性的物質，稱為分化決定子。細胞質中的分化決定子，是RNA。它們對紫外線敏感，對RNase敏感。在卵子形成過程中，卵母細胞中含有2－5萬種mRNA，每種約600個拷貝。這些RNA構成母體信息，決定受精卵的發(fā)育潛能。2021/4/2731例如哺乳動物胚胎直到8細胞期，各個細胞在形態(tài)和分化潛能上沒有本質的區(qū)別，之后處于內部的細胞將來形成內細胞團，進一步發(fā)育為胚胎，而處于外部的只能發(fā)育為滋養(yǎng)層。將小鼠4細胞期的分裂球，移植到緊密化后的細胞團外部，這些細胞也只能發(fā)育為滋養(yǎng)層。從這個例子上我們不難推測在組織和器官的構建中，可能也存在著同樣的現(xiàn)象。2.細胞的隨機狀態(tài)2021/4/27323.誘導誘導信號（inducingsignaling）:脊索→神經板級聯(lián)信號（cascadesignaling）：視泡→晶體→角膜梯度信號（gradientsignaling）：成形素（morphogen）拮抗信號（antagonisticsignaling）Chordin抑制BMP/TGFβ信號途徑組合信號（combinatorialsignaling）側向信號（lateralsignaling）Notch信號途徑在果蠅中可以觸發(fā)側向抑制，正在分化的神經元周圍的前體細胞發(fā)育成上皮細胞。一部分細胞影響相鄰細胞使其向一定方向分化的作用稱為胚胎誘導,或稱為分化誘導。2021/4/27332021/4/2734一些誘導信號信號途徑配體受體拮抗物受體酪氨酸激酶EGFEGF受體ArgosFGF（branchless）FGF受體

ephrinsEph受體

TGFβ家族TGFβTGFβ受體

BMP（Dpp）BMP受體Chordin（Sog）,nogginNodal

WNTWNTFrizzledDikkopf，sFRP，CerberusHedgehogHedgehog

NotchDelta

NotchFringe2021/4/27354.其他因素的影響激素對細胞分化的影響：蛻皮素，甲狀腺激素，抑素，性激素等。細胞外基質在分化中的作用：膠原，非膠原糖蛋白，彈性蛋白，氨基多糖，蛋白多糖等。干細胞在不同的細胞外基質條件下向不同方向分化。環(huán)境因素：溫度，光線等2021/4/27365.基因調控基因組印跡(genomicimprinting)：指基因表達活性只局限于來自雙親之一的基因版本。H19，IGF2，IGF2R等目前研究最多。

基因組印跡的機制--DN