發(fā)育生物學第七章性別決定及生殖發(fā)育

發(fā)育生物學第七章性別決定及生殖發(fā)育第1頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四第七章性別決定及生殖發(fā)育

Sexdeterminationandreproduction第2頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四公元前335年，Aristotle指出性別決定于熱(heat)，當母親子宮的冷超過父親的精熱時子代發(fā)育為female，female是發(fā)育不健全的men。1600s/1700s，已認識到female可以產生能夠傳遞親本性狀的卵子。19世紀末之前，人們認為溫度、營養(yǎng)、年齡等環(huán)境因素決定了性別。有利于能量和營養(yǎng)儲存的因子將使一個人生產女嬰，而有利于能量和營養(yǎng)利用的因子則使人有男嬰。20世紀初，Mendel定律重新發(fā)現(xiàn)(1900)、McClung發(fā)現(xiàn)性染色體(1902)、Stevens和Wilson在昆蟲上發(fā)現(xiàn)了性染色體組成與性別的關系(male=XYorXOwhilefemale=XX)(1905)，從而認識到遺傳物質在性別決定中起重要作用。一、性別表現(xiàn)型的決定第3頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四(一)、哺乳動物的性別決定1.Primarysexdetermination:

指生殖腺發(fā)育為睪丸或卵巢的選擇。胚胎生殖腺(gonad)的發(fā)育命運決定于其染色體組成，Y染色體的存在使生殖腺的體細胞發(fā)育為testis而非ovary。

e.g.,基因型為XXY的Klinefelter綜合癥患者的表型為male，但不具生殖力；基因型為XO的Turner綜合癥患者為不能產卵的female。第4頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四生殖嵴原基有兩種發(fā)育方向：Testis－OvaryGranulosacellsdifferentiatedfromCorticalsexcordsandthecalcellsderivedfrommesenchymalcellsformfolliclesthatenvelopthegermcells.第5頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四第6頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四哺乳動物性特征的發(fā)育機制LHX9第7頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四睪丸決定基因為Y染色體上的SRY(sex-determiningregionoftheYchromosome)SRY是通過分析XX的men和XY的women的DNA而發(fā)現(xiàn)的(1990)。它是一種編碼223aa的轉錄因子，含有HMGDNA結合區(qū)。第8頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四小鼠Sry基因也存在于Y染色體上，在未分化的生殖腺和正在分化為睪丸的生殖腺中表達。轉Sry基因的XX小鼠可長出睪丸和雄性特征，但不能產生正常的精子。Sry對睪丸發(fā)育的影響的實驗證據(jù)XYXX第9頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四Sry的直接作用模型：Sry直接誘導雄性生殖嵴特異性基因的表達。Sry的間接作用模型：Sry誘導生殖嵴細胞合成某種因子→中腎細胞進入生殖嵴→誘導生殖嵴表皮細胞轉變?yōu)椴G丸支柱細胞、并表達雄性特異性基因。第10頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四與睪丸命運決定有關的常染色體基因Sox9：為含HMGDNA結合區(qū)的轉錄因子。含一個額外的SOX9的XXhuman將發(fā)育為male;而75%的、只含一個有功能的SOX9的XYhumans發(fā)育為female或兩性人。小鼠的Sox9只在雄性生殖嵴中表達，表達時間比Sry約晚。Sox9蛋白可與Amh的啟動子結合，促進Amh的表達。SF1(steroidogenicfactor1)：為含HMGDNA結合區(qū)的轉錄因子。Sf1在雌雄小鼠的未分化的性腺中都表達，但分化開始后就局限在XY小鼠的正在發(fā)育的睪丸中。SF1在睪丸支柱細胞中通過協(xié)助Sox9而增強AMH基因的表達(seenextslide);而在睪丸的間質細胞中，它可激活睪丸酮合成酶基因。第11頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四Sox和SF對Amh基因表達的作用第12頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四DAX1：它編碼細胞核激素受體，是X染色體上的潛在的卵巢決定基因。1980年首次發(fā)現(xiàn)于XY姊妹中，1994年克隆出基因，其性別逆轉是由于2個拷貝的DAX1可以抑制SRY的作用。小鼠Dax1在生殖嵴細胞中表達，它可能是拮抗Sry的活性而下調sf1的表達。與卵巢命運決定有關的X染色體基因第13頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四WNT4：是常染色體上的潛在的卵巢決定基因。小鼠Wnt4在分化前的XX和XY生殖嵴中都表達，其后只在XX生殖腺中表達。在Wnt4-/-XX小鼠上，卵巢形成異常，其細胞表達Amh和睪丸酮等睪丸特異性標記。Sry的作用可能是抑制生殖嵴中Wnt4的表達和促進Sf1的表達。第14頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四2.secondarysexdetermination:

指睪丸或卵巢形成后，由它們分泌的激素來影響性器官的發(fā)育。

在出現(xiàn)睪丸的胚胎中，中腎旁管(Mullerianduct)退化，而中腎管(Wolffianduct)分化為輸精管、附睪、精囊。

在出現(xiàn)卵巢的胚胎中，中腎管退化，中腎旁管分化為輸卵管、子宮等。第15頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四抗中腎旁管激素(anti-Mullerianducthormone,AMH)：由睪丸支柱細胞分泌的560aa糖蛋白，其作用可能是誘導中腎旁管周圍的間質細胞分泌一種促凋亡因子，使中腎旁管退化。culturedinthepresenceoffetaltestisorsertolicells.MullerianductWolffianductMullerianductWolffianduct第16頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四睪丸酮(testosterone)：由睪丸間質細胞合成，其作用是誘導中腎管分化為輸精管、精囊、附睪。該患者攜帶SRY基因

testes

AMHMullerianductdegenerationuterus、oviducttestosteroneNoandrogenreceptor輸精管、精囊、附睪。第17頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四二氫睪丸酮(testosterone)：由睪丸酮轉變而成，其作用是控制外生殖器官的形成。缺少5a-ketosteroidreductase2的XY個體的外形像female.第18頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四雌激素(estrogen)

：在female胚胎中，雌激素由卵巢合成，它誘導Mullerianduct分化為雌性器官。在male胚胎中，雌激素由腎上腺合成，它使中腎旁管細胞吸收睪丸中的水分，有助于增加精子的壽命和數(shù)量。第19頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四(二)、果蠅的性別決定1.果蠅的性別決定于X染色體的數(shù)量:

X染色體上的性別決定基因叫分子基因(numerator)，而常染色體上的性別決定基因叫分母基因(denominator)。二者之比0.5時，個體將發(fā)育為雄性。第20頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四果蠅的雌雄嵌合體GynandromorphhappenswhenanXchromosomeislostfromoneembryonicnucleus.第21頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四控制果蠅雌性的關鍵基因是sexlethal(sxl)higherlower第22頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四第23頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四Transformer1:果蠅性別決定的中間基因。Doublesex:缺失該基因的胚胎的生殖原基(雌雄相同)發(fā)育產生雌雄相間的生殖結構；雌性和雄性特異性dbx促進特異性性別基因的表達。

第24頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四第25頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四(三)、線蟲的性別決定0.2%maleprogeny50%maleprogeny第26頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四線蟲的性別也決定于X染色體與常染色體套數(shù)之比

該比例信號的接受者為Xol-1(XOlethal)(核蛋白)(分泌蛋白)(跨膜蛋白)(轉錄因子)第27頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四線蟲性別決定因子的作用機制第28頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四(四)、X染色體基因的劑量補償效應不同性別個體的X連鎖基因的不平衡性通過不同的機制進行補償

哺乳動物X染色體的失活決定于Xchromosomeinactivationcenter(XIC):該中心含Xist基因，其轉錄的RNA定位于核中，啟動X染色體的失活程序。證據(jù)：在XX細胞中，敲除Xist的X染色體不失活；將Xist植入XY胚胎干細胞的一條常染色體上，該條常染色體或X染色體將失活。失活染色體的H4未乙?；谆?，它們與Xist的關系尚不明。transcripts

第29頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四果蠅雄性的X染色體的基因轉錄水平增加第30頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四線蟲降低雌性個體的X染色體基因的表達雌性個體表達dpy-27基因，sdc-3蛋白指導其產物結合在X染色體上，降低有關基因的轉錄水平。第31頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四(五)、環(huán)境因素對性別發(fā)育的影響爬行動物的性別受溫度的影響第32頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四Bonellia的性別取決于幼蟲的棲息地第33頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四

生殖細胞指機體用來產生精子和卵子的細胞，它們可以長期存在于機體內而死亡、消失。GC不同于生殖嵴前體細胞。二、生殖細胞(GermCells)的發(fā)育(一)、種質質及生殖細胞的遷移第34頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四1、果蠅的原生殖細胞的命運決定于后部極質第35頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四第36頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四決定果蠅原生殖細胞的命運的基因

germcell-less:在卵的生成過程中由營養(yǎng)細胞轉錄，受精后翻譯的蛋白定位在極質中，其缺失導致無生殖細胞。第37頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四

Oskar:其母體mRNA定位在極質中，它的表達量影響極細胞的數(shù)量，如1copyofoskar=10-15polecells,2copies=35polecells,4copies=50polecells.它還影響極細胞的定位。第38頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四果蠅原生殖細胞的遷移第39頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四2、線蟲原生殖細胞的命運決定于Pie-1Pie-1編碼核蛋白，其缺失導致P1－P4也向體細胞命運分化。其作用可能是抑制生殖細胞中基因轉錄活性。第40頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四3、兩棲動物生殖細胞命運也決定于種質質兩棲動物的種質質定位在卵的營養(yǎng)極，用紫外線照射胚胎營養(yǎng)極之后，生殖腺中將缺少生殖細胞。其定位依賴于微管，其遷移與kenesin-likeprotein有關。遷移路線：營養(yǎng)極－囊胚腔內胚層表面－形成PGC－幼蟲腸后部聚集－沿腸背部遷移至中腸上部的生殖嵴中，每個生殖嵴有～30PGC。第41頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四4、哺乳動物生殖細胞在原腸胚期，小鼠的PGC位于上胚層中。在7天的小鼠胚胎中，約8個PGC位于原條后部的胚外中胚層中，其后它們遷移經過內胚層、尿囊、卵黃囊到達后腸，再沿后腸背壁向前遷移到達生殖嵴，此時的PGC達2500~5000個。干細胞生長因子(SCF)是防止PGC凋亡所必需的，也能促進其繁殖。它由PGC遷移路徑中的細胞合成，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)的小鼠無PGC或很少的PGC.第42頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四Oct-4可能與哺乳動物原生殖細胞的形成有關第43頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四5、鳥類生殖細胞鳥類的PGC最早起源于明區(qū)中央的上胚層細胞，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)(germinalcrescent)，這些細胞繁殖成為PGC.第44頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四生殖新月區(qū)形成血管時，PGC進入血管，通過血液循環(huán)到達正在形成的后腸，與腸系膜結合，再遷移進入生殖嵴。第45頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四(二)、生殖細胞類型的選擇小鼠生殖細胞的類型主要決定于周邊細胞的遺傳組成PGC進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)分裂產生卵子。在雄性胚胎中，GC于有絲分裂的G1期停止，直到性成熟后某些細胞繼續(xù)有絲分裂，有些開始減數(shù)分裂產生精子。誤入生殖嵴附近其它組織如腎上腺或中腎的XX或XY型生殖細胞，都將開始減數(shù)分裂并發(fā)育為卵子。XX型生殖細胞在XY型胚胎的睪丸中采精子發(fā)生途徑。第46頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四哺乳動物不同核型的生殖細胞的減數(shù)分裂第47頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四XY型生殖細胞發(fā)育為精子，不受生殖嵴核型的影響，其命運是autonomous。XX型生殖細胞的命運是non-autonomous,它們在卵巢中發(fā)育為卵子，而在睪丸中發(fā)育為精子。影響果蠅生殖細胞類型的因素第48頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四線蟲XX雌雄同體個體的GC細胞的發(fā)育經歷兩次選擇A：有絲分裂和減數(shù)分裂之間的選擇離開生殖腺遠端的細胞進入減數(shù)分裂，而留在遠端的細胞繼續(xù)有絲分裂。遠端的單個distaltipcell的纖毛含lag-2蛋白，它與GC上的受體glp-1結合后抑制GC發(fā)生減數(shù)分裂。用激光使tipcell失活可導致所有GC進入減數(shù)分裂；將該細胞移植到其它處，則可使附近細胞繼續(xù)有絲分裂。第49頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四幼蟲期離開生殖腺遠端的細胞進入減數(shù)分裂，產生精子；在成蟲期離開生殖腺遠端的生殖細胞通過減數(shù)分裂產生卵子。線蟲XX雌雄同體個體的GC細胞的發(fā)育經歷兩次選擇B：生精或生卵之間的選擇第50頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四線蟲上生精或生卵的分子機制第51頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四(三)、精子的發(fā)生(spermatogenesis)青春期生精生殖細胞－精原細胞(spermatogonia)合成的BMP8B積累到一定濃度時便開始分化。生精細胞表面有N-Cadherin及半乳糖，曲精小管中的支柱細胞表面有N-Cadherin及半乳糖受體，兩種細胞通過這些分子的相互作用結合在一起。支柱細胞為生精細胞提供營養(yǎng)和保護，但它們隨著生殖細胞變?yōu)榫佣嘶?。?2頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四Self-renewalapoptosis精子分化(spermiogenesis)人約需70天減數(shù)分裂開始第53頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四精子分化(spermiogenesis):

高爾基體形成頂體泡，中心粒產生精子鞭毛，線粒體整合入鞭毛，核濃縮，胞質廢棄，最后產生成熟的精子。第54頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四(四)、卵子的發(fā)生(oogenesis)

不同物種的產卵力差異很大，如海膽和兩棲動物的卵原細胞可以終身進行有絲分裂，每次可產卵成百上千個。

哺乳動物的生殖細胞在出生后就不具備有絲分裂能力。婦女一生只能排出約400個成熟的卵。初級卵母細胞，減數(shù)分裂停止于前期I部分初級卵母細胞開始恢復減數(shù)分裂第55頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四初級卵母細胞的分裂是不均等的

初級卵母細胞分裂產生一個含有所有細胞質的次極卵母細胞和幾乎不含胞質的第一極體。第56頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四卵母細胞具有豐富的內含物(內含物的積累主要發(fā)生在減數(shù)分裂前期I)第57頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四蛙的卵母細胞的生長第58頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四哺乳動物卵泡的生長人卵巢中的原始卵泡周期性地進入生長期，使卵母細胞增大、顆粒細胞數(shù)量增加(由GDF-9介導)，只有少數(shù)與促性腺激素分泌周期相吻合的卵泡能夠存活。第59頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四人的排卵周期顆粒細胞接受LH信號后關閉其與卵母細胞的縫隙通道，激活減數(shù)分裂FSH和LH使卵泡細胞合成雌激素受精后胚胎滋養(yǎng)層細胞合成催乳素,使黃體繼續(xù)存在分泌孕酮第60頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四哺乳動物的排卵LH導致卵泡合成膠原酶、血纖維蛋白溶原酶激活因子、前列腺素等。前列腺素誘導卵巢局部平滑肌收縮和使水分進入卵泡腔中，膠原酶和血纖維蛋白溶原酶激活因子消化卵泡胞外基質。第61頁，共71頁，2023年，2月20日，星期四(五)、配子中基因的imprinting

Imprinting:

指某一個基