發(fā)育生物學基本原理

發(fā)育生物學基本原理第1頁/共33頁部分已分化細胞的類型、特征產物及其功能細胞類型特征產物功能角質細胞（表皮細胞）角蛋白保護身體免受損傷及防止干燥紅細胞血紅蛋白輸送氧氣晶體細胞晶體蛋白傳送光線B－淋巴細胞免疫球蛋白合成抗體T-淋巴細胞細胞表面抗原（淋巴因子）破壞外源細胞；調節(jié)免疫反應黑素細胞黑色素產生色素胰島細胞胰島素調節(jié)糖類代謝Leydig細胞（♂）睪酮雄性特征軟骨細胞硫酸軟骨素；膠原纖維Ⅱ腱、韌帶成骨細胞骨基質支撐骨骼肌肉細胞肌動蛋白、肌球蛋白肌肉收縮肝細胞血清白蛋白；多種酶類產生血清白蛋白；多種酶類功能神經元神經遞質（乙酰膽堿、腎上腺素等）傳導點刺激雞輸卵管管狀細胞（♀）卵清蛋白產生保護胚胎并為之提供營養(yǎng)的卵清蛋白昆蟲輸卵管濾泡細胞（♀）卵殼蛋白產生保護胚胎的卵殼蛋白B－淋巴細胞免疫球蛋白合成抗體T-淋巴細胞細胞表面抗原（淋巴因子）破壞外源細胞；調節(jié)免疫反應黑素細胞黑色素產生色素胰島細胞胰島素調節(jié)糖類代謝第2頁/共33頁第一節(jié)細胞定型和分化細胞分化：從單個全能的細胞（受精卵）產生各種類型分化細胞的發(fā)育過程。已分化細胞不僅具有一定形態(tài)和合成的特異性產物，而且行使特定的功能。。第3頁/共33頁細胞定型：細胞在分化之前，將發(fā)生一些隱蔽的變化，使細胞朝特定方向發(fā)展的過程。定型細胞與未定型細胞的表型相近，但前者發(fā)育命運限制定型分為特化和決定兩個時相第4頁/共33頁特化：當細胞或組織放在中性環(huán)境如培養(yǎng)皿中可以自主分化時，該細胞或組織已經特化。已特化的細胞或組織的命運是可逆的。決定：當一個細胞或者組織放在胚胎另一部位可以自主分化時，該細胞或組織已經決定。

已決定的細胞或組織的發(fā)育命運是不可逆的。

在細胞發(fā)育過程中，定型和分化是兩個相互關聯(lián)的過程。在早期發(fā)育過程中，某一組織或器官原基必須首先定型，然后才能向預定方向發(fā)育。第5頁/共33頁細胞定型有兩種方式：自主特化和有條件特化（1）自主特化：細胞命運完全由內部細胞質決定。

通過胞質隔離實現：卵裂時，受精卵內特定的細胞質分離到特定的卵裂球中，卵裂球中所含的特定細胞質決定它發(fā)育成哪一類細胞，而與鄰近細胞無關。

鑲嵌型發(fā)育：以細胞自主特化為特點的胚胎發(fā)育模式。………第6頁/共33頁第7頁/共33頁（2）有條件特化（漸進特化、依賴型特化）：細胞的發(fā)育命運完全取決與其相鄰的細胞或組織。

通過胚胎誘導實現：胚胎發(fā)育過程中，相鄰細胞或組織之間通過相互作用，決定其中一方或雙方細胞的分化方向。相互作用之前，細胞具有多種分化潛能，但和鄰近細胞或組織相互作用后逐漸限制了它們的發(fā)育命運，使之朝某一特定方向分化。

調整型發(fā)育：以細胞有條件特化為特點的胚胎發(fā)育模式?！?頁/共33頁事實上，任何動物的胚胎發(fā)育過程，兩種細胞定型方式在一定程度上發(fā)生作用。一般來說，無脊椎動物胚胎發(fā)育過程中，細胞自主特化為主，細胞有條件特化次之；而在脊椎動物胚胎發(fā)育過程中，細胞有條件特化為主，細胞自主特化次之。第9頁/共33頁第一節(jié)細胞發(fā)育通過形態(tài)發(fā)生決定子自主特化一、形態(tài)發(fā)生決定子形態(tài)發(fā)生決定子(成形素、胞質決定子）：細胞質中含有的決定細胞分化的特定物質。第10頁/共33頁例1水蛭

卵裂、囊胚期細胞數目相對少，可以根據大小、形狀和位置將卵裂球區(qū)分，追蹤卵裂球的來源及其發(fā)育命運。（細胞系譜）中胚層成肌肉胚帶肌肉中胚層干細胞成神經細胞的神經胚帶腹神經索分化組織是早期由某一特定卵裂球發(fā)育而來，在以特定的卵裂方式產生卵球的過程中，特定的細胞質不均等分配。第11頁/共33頁例2：海鞘圖1-1受精時細胞質決定子的隔離透明動物極表皮灰色新月區(qū)脊索神經管黃色新月區(qū)肌肉灰色卵黃區(qū)消化管

卵裂過程中，不同細胞質被分配到不同裂球中，從而決定裂球的命運

。

第12頁/共33頁圖1-2海鞘胚胎的鑲嵌決定作用

8－細胞期4對裂球分開后，每對裂球都形成獨特的結構（1）每對卵裂球的發(fā)育命運不同：B4.1發(fā)育形成內胚層、間質和肌肉組織（2）胚胎中神經組織是從動物極前面一對裂球（a4.2）和植物極前面一對裂球（A4.1）產生；單獨培養(yǎng)時，它們都不能形成神經組織。在海鞘這樣嚴格的鑲嵌型發(fā)育胚胎中，也存在裂球之間相互作用決定細胞發(fā)育命運的漸進決定作用。第13頁/共33頁圖1-3擠壓實驗B4.1肌肉b4.2無肌肉將B4.1黃色新月區(qū)胞質擠壓入b4.2，b4.2產生肌肉細胞質存在某些形態(tài)發(fā)生決定子，能夠決定細胞朝一個方向分化，形成一定的組織結構。第14頁/共33頁海鞘屬于典型的鑲嵌型發(fā)育胚胎。其他還有：櫛水母、環(huán)節(jié)動物、線蟲、軟體動物。在這些典型的鑲嵌型發(fā)育的動物卵子細胞質中，都存在形態(tài)發(fā)生決定子。另一方面，海膽、兩棲類和魚類等動物的胚胎屬于典型的調整型發(fā)育胚胎。同樣，也存在著形態(tài)決定子。第15頁/共33頁二、胞質定域

形態(tài)發(fā)生子在卵細胞質中呈一定形式分布，受精后發(fā)生運動，被分隔到一定區(qū)域，并在卵裂時分配到特定的卵裂球中，決定裂球的發(fā)育命運。這一現象稱為胞質定域，或胞質隔離、胞質區(qū)域化、胞質重排。第16頁/共33頁海鞘形態(tài)發(fā)生決定子的運動

圖1－5海鞘肌肉、內胚層、表皮三種組織胞質決定子的運動比較（圖為卵子表面觀）海鞘卵子受精時，卵質運動，產生獨特的胞質區(qū)域；不同的胞質區(qū)域含有不同的形態(tài)決定子，并在卵裂時分配到不同的卵裂球中。第17頁/共33頁三、形態(tài)發(fā)生子的性質

（1）激活某些基因轉錄的物質（2）某些mRNA第18頁/共33頁第二節(jié)細胞命運通過相互作用的漸進特化在海膽和脊椎動物等后口動物中，細胞發(fā)育命運主要取決于它在胚胎中所處的位置，而不是取決于它在卵裂時獲得哪一塊細胞質。胚胎一部分細胞可以對鄰近另一部分細胞施加影響，并決定其分化方向，這種作用稱為胚胎誘導。第19頁/共33頁一、經典的胚胎學實驗

1.Roux缺損實驗(蛙)

鑲嵌型發(fā)育缺損實驗奠定實驗胚胎學第20頁/共33頁2.Driesch分離組合實驗(海膽)WilhelmRoux的同事HansDriesch的下述實驗表明，胚胎具有在局部被排除或受損傷后仍正常發(fā)育的能力，即胚胎發(fā)育是可調節(jié)的。（調整型發(fā)育）第21頁/共33頁3.Horstadius分離實驗(海膽)8-細胞(圖1.15)受精卵(圖1.16)既鑲嵌型發(fā)育,又調整型發(fā)育第22頁/共33頁4.雙梯度模型植物極化梯度(圖1.17)動物極化梯度(圖1.18)雙梯度模型(圖1.19)第23頁/共33頁本章小結:細胞分化細胞定型及其時相（特化、決定）細胞定型的兩種方式與其特點（自主特化、有條件特化）胚胎發(fā)育的兩種方式與其特點（鑲嵌型發(fā)育、依賴型發(fā)育）形態(tài)決定子胞質定域（海膽）形態(tài)決定子的性質細胞命運漸進特化的系列實驗雙梯度模型第24頁/共33頁第二章細胞分化的分子機制個體發(fā)育的中心問題是細胞分化。細胞表型：細胞特定基因型在一定的環(huán)境條件下的表現。從表型特征上，將可細胞分為3種類型：全能細胞：能夠產生有機體所有細胞表型，或者一個完整的有機體。全套基因信息都可以表達。多潛能細胞：發(fā)育潛能受到一定的限定，僅能分化形成特定范圍內的細胞。部分限制、部分表達。分化細胞：由多潛能細胞通過一系列分裂和分化發(fā)育成的特殊細胞表型。大部分限制、5-10%的信息表達。第25頁/共33頁細胞分化是基因差異性表達的結果；由于基因差異性表達，不同細胞具有了不同的轉錄組和蛋白質組。

引起差異基因表達來源于：

——細胞內卵質差異

——細胞外鄰近細胞的相互作用。差異基因表達的調控機制：

——差異基因轉錄

——核RNA的選擇性加工

——mRNA的選擇性翻譯

——差別蛋白質的加工第26頁/共33頁第四章發(fā)育中的信號傳導多細胞動物的胚胎發(fā)育是一個復雜又高度協(xié)調的過程。信號傳導是細胞間通訊的主要形式，即由信號細胞產生信號分子，誘導靶細胞發(fā)生某種反應；靶細胞通常通過特異性受體識別細胞外信號分子，并把細胞外信號轉變?yōu)榧毎麅刃盘?，引起細胞反應的這一過程稱為信號傳導。第27頁/共33頁參與早期胚胎發(fā)育的信號調節(jié)途徑一、TGF信號途徑二