發(fā)育生物學(xué)論文

PAGE1-學(xué)院________________專業(yè)_________________班級_____________本專學(xué)號_________________姓名__________________密封線學(xué)生須將文字寫在此線以下魯東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院________________專業(yè)_________________班級_____________本專學(xué)號_________________姓名__________________密封線學(xué)生須將文字寫在此線以下《》課程論文課程號：任課教師成績論文題目：（可指定題目，也可說明題目范圍。）調(diào)控因子在胚胎發(fā)育中的研究進(jìn)展論文要求：（對論文題目、內(nèi)容、行文、字?jǐn)?shù)等作出判分規(guī)定。）1、發(fā)育生物學(xué)或動物發(fā)育相關(guān)內(nèi)容2、正文3000字以上3、參考文獻(xiàn)10篇以上，至少2篇英文文獻(xiàn)教師評語：教師簽字：年月日正文摘要:發(fā)育具有嚴(yán)格的時間和空間的次序性,這種次序性由發(fā)育的遺傳程序控制。發(fā)育是有機(jī)體的各個細(xì)胞協(xié)同作用的結(jié)果,也是一系列基因網(wǎng)絡(luò)性調(diào)控的結(jié)果。DNA上的一維信息是如何控制生物體三維形態(tài)結(jié)構(gòu)構(gòu)建和生命現(xiàn)象的發(fā)展是目前研究的熱點之一。文章從早期胚胎細(xì)胞全能性、胚胎空間結(jié)構(gòu)定位、發(fā)育程序的控制、形狀變化、胚胎血液的形成以及胚胎發(fā)育的調(diào)控因子等,對近幾年胚胎發(fā)育與形成機(jī)理的研究進(jìn)展做了簡要綜述。關(guān)鍵詞:發(fā)育;調(diào)控因子;胚胎一個有機(jī)體的發(fā)生,從簡單到復(fù)雜,從單細(xì)胞到功能多樣的多細(xì)胞,里面隱含著極其精妙的發(fā)育調(diào)控機(jī)制。發(fā)育的核心問題是細(xì)胞分化,而導(dǎo)致細(xì)胞分化的則是基因的作用。發(fā)育是物種遺傳特性的表達(dá),是遺傳信息按照特定的時間和空間表達(dá)的結(jié)果是生物體基因型與內(nèi)外環(huán)境因子相互作用,并逐步轉(zhuǎn)化為表型的過程,它產(chǎn)生了生命機(jī)體內(nèi)的細(xì)胞多樣性和時序性,同時又保證了生命代代相傳的連續(xù)性。胚胎發(fā)育的遺傳程序及其形成機(jī)理已經(jīng)成為目前生命科學(xué)領(lǐng)域的研究重點之一。1、早期胚胎基因組的活化胚胎生長發(fā)育初始需要的所有物質(zhì)都是由成熟卵母細(xì)胞提供的,因此,卵子在充分生長前活躍地轉(zhuǎn)錄和翻譯其自身特有的基因,在此期間,卵母細(xì)胞中合成并積聚了多種RNA、蛋白質(zhì)、細(xì)胞器,這些構(gòu)成了早期胚胎發(fā)育的母源物質(zhì)。完全生長的卵子在隨后的減數(shù)分裂過程中,基因轉(zhuǎn)錄完全停止,翻譯減少,母源性基因的表達(dá)程序可能被消除。受精以后,母源物質(zhì)逐漸下降,胚胎基因組的轉(zhuǎn)錄表達(dá)開始,胚胎的發(fā)育逐漸由自身合成的物質(zhì)來調(diào)控,這一過程即發(fā)育由母源向胚胎調(diào)控的轉(zhuǎn)變(transitionfrommaternaltoembryoniccontrolofdevelopment,MET),以胚胎基因組的活化(embryonicgenomeactivation,EGA)為主要特征。在MET之前,DNA一直與來自卵母細(xì)胞的組蛋白結(jié)合,而來自于胚胎細(xì)胞合成的組蛋白一般在MET期與DNA結(jié)合,且結(jié)合速度與DNA轉(zhuǎn)錄和復(fù)制活性直接相關(guān)。胚胎基因組的轉(zhuǎn)錄取代了直接作用于早期發(fā)育的母本轉(zhuǎn)錄,使得高度分化的卵母細(xì)胞在胚胎附植前的早期卵裂階段轉(zhuǎn)變?yōu)槁蚜亚颉Ｅ咛ゼ?xì)胞核中組蛋白的乙?；駾NA的復(fù)制是啟動其基因組轉(zhuǎn)錄的首要條件。2、早期胚胎發(fā)育與調(diào)控因子的研究2.1早期胚胎細(xì)胞全能性的研究在某些非哺乳類動物,如果蠅卵子不同部位的特定分子濃度不同。如果將昆蟲卵一分為二,它們會分別發(fā)育成為昆蟲的前半部和后半部。但是哺乳動物不同,取一個卵裂成兩個細(xì)胞的小鼠胚胎,毀掉其中一個細(xì)胞,剩下的細(xì)胞仍然能發(fā)育成一只完整的小鼠,這使人們認(rèn)為,哺乳動物早期胚胎細(xì)胞是全能的,能夠發(fā)育成任何類型的細(xì)胞。但是最近,科學(xué)家使用處于2-細(xì)胞階段的小鼠胚胎,用染料給其中一個細(xì)胞染色,以便追蹤其發(fā)展過程。在大多數(shù)胚胎中,一個細(xì)胞會縱向分裂,另一個會橫向分裂。如果縱向分裂首先發(fā)生,分裂產(chǎn)生的細(xì)胞就會形成小鼠的身體,隨后橫向分裂產(chǎn)生的細(xì)胞則形成胎盤。從處于4-細(xì)胞階段的胚胎中取出細(xì)胞,僅利用縱向分裂產(chǎn)生的細(xì)胞或僅利用橫向分裂產(chǎn)生的細(xì)胞來培育新的胚胎。結(jié)果,胚胎植入小鼠子宮后,縱向分裂細(xì)胞形成的胚胎有85%完全發(fā)育,而橫向分裂胚胎只有30%能夠完全發(fā)育。結(jié)果表明在4-細(xì)胞的小鼠胚胎里,各個細(xì)胞是彼此不同的。這一實驗對于哺乳動物早期胚胎里的細(xì)胞是否具有全能性提出了質(zhì)疑。2.2早期胚胎發(fā)育空間結(jié)構(gòu)的定位機(jī)制動物在胚胎發(fā)育早期,左右兩部分會開始出現(xiàn)差異,這會影響到內(nèi)臟器官以后的布局。廣川信隆等發(fā)現(xiàn)了形成胚胎空間結(jié)構(gòu)的定位機(jī)制。在小鼠早期胚胎中,作為細(xì)胞分裂中心的節(jié)點部位存在著纖毛,纖毛旋轉(zhuǎn)引發(fā)的液體流,能自右向左運輸由節(jié)點所分泌的類維生素A和一種名為Shh的蛋白質(zhì),于是在節(jié)點的右側(cè)和左側(cè)出現(xiàn)了物質(zhì)不均衡,結(jié)果導(dǎo)致胚胎內(nèi)物質(zhì)出現(xiàn)濃度差異,最終分別決定動物身體左右兩部分的基因開始發(fā)揮作用。研究人員在對斑馬魚的研究中發(fā)現(xiàn)一種在內(nèi)在器官不對稱的情況下,確保身體外在對稱性發(fā)育的機(jī)制:維生素A是一種能夠在初期胚胎干細(xì)胞中減輕不對稱信號的特殊物質(zhì),并且能使這些細(xì)胞對稱發(fā)育,在胚胎進(jìn)入胚胎的節(jié)點區(qū)域并開始形成胚胎的三胚層時起作用。缺乏維生素A時,身體外部可能發(fā)育成不對稱。因此,維生素A既能影響身體內(nèi)的器官和組織的非對稱性排列,同時又影響生物外形的對稱性發(fā)育。動物的每個器官都有固定的位置。LevinM發(fā)現(xiàn)一種藥物能使青蛙胚胎中軸線發(fā)生左右偏移在配制胚胎發(fā)育的培養(yǎng)液時加入該藥物,將剛受精的青蛙受精卵浸浴到含藥的培養(yǎng)液中,然后在胚胎發(fā)育出器官之前將該藥洗脫。結(jié)果25%用過藥的胚胎的器官發(fā)生錯位,而未用藥的胚胎器官的錯位率還不到1%,發(fā)現(xiàn)該藥作用的青蛙蛋白是14-3-蛋白。14-3-3蛋白是14-3-3家族成員,它是廣泛分布于真核生物高度保守性多功能蛋白質(zhì)。14-3-3蛋白在鈣離子/鈣調(diào)素依賴的蛋白激酶Ⅱ存在的情況下激活酪氨酸羥化酶,并且強(qiáng)力激活蛋白激酶C,很可能是細(xì)胞信號程序的調(diào)節(jié)因子。受精卵卵裂為個細(xì)胞之后,胚胎細(xì)胞中的未知分子介導(dǎo)14-3-3蛋白進(jìn)入其中一個細(xì)胞,表明14-3-3蛋白在發(fā)育最初階段就參與確定胚胎的左右軸向,當(dāng)14-3-3蛋白比未知分子表達(dá)得更多時,14-3-3蛋白遏制未知分子并溢入另一細(xì)胞,使得蛋白錯位,最終導(dǎo)致器官易位。2.3早期胚胎發(fā)育程序的控制具有獨特功能的蛋白因子的相互作用可改變發(fā)育命運。自配子配合形成單細(xì)胞胚胎后,個體發(fā)育就開始啟動,早期胚胎中的細(xì)胞就呈現(xiàn)出不同的形狀,并分成多個層面,這些層面最終將發(fā)育形成不同的有機(jī)組織和器官。但細(xì)胞分裂和變化的形態(tài),則是兩個截然不同的過程,不能同時發(fā)生。VolkT等通過對果蠅胚胎的發(fā)育過程進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)胚胎細(xì)胞中存在一種蛋白Twist,這種蛋白控制著cdc25蛋白的產(chǎn)生。cdc25蛋白能夠暫時中止細(xì)胞分裂,讓其他過程得以進(jìn)行,即細(xì)胞從初生胚胎的外部轉(zhuǎn)向胚胎內(nèi)部,發(fā)生著形狀的改變,形成了中胚層,并最終促使肌肉和其他內(nèi)部組織的產(chǎn)生,一旦中胚層構(gòu)造完成,被內(nèi)部中胚層束縛的細(xì)胞移動滯后時,細(xì)胞則面臨著一個分裂波,即當(dāng)細(xì)胞完成形狀變化和定位在某處時,

cdc25可達(dá)到一個促進(jìn)細(xì)胞分裂的臨界水平。2.4早期胚胎的形狀變化機(jī)制收斂延伸是胚胎形狀變化的一個重要機(jī)制,它涉及細(xì)胞的有序運動,導(dǎo)致它們的空間重排和整個組織沿著其中線的延伸。一項新的研究表明,在脊椎動物中,收斂延伸的方向是與身體軸向一致的。2.5早期胚胎血液的形成機(jī)制在研究突變斑馬魚胚胎的貧血癥起因時,科學(xué)家證明了cdx4控制著某些hox基因,它調(diào)節(jié)著血液的發(fā)育。通過研究小鼠胚胎造血干細(xì)胞,發(fā)現(xiàn)小鼠胚胎干細(xì)胞中過量表達(dá)的cdx4不僅改變了小鼠hox基因的表達(dá),還引起造血祖細(xì)胞數(shù)目的明顯增多。3、早期胚胎發(fā)育與形成的調(diào)控因子調(diào)控因子通過自分泌和旁分泌的形式作用于胚胎和母體,從而對受精卵的分裂和進(jìn)一步發(fā)育發(fā)揮重要的作用,利用RNA干擾技術(shù),研究線蟲親代表達(dá)的基因和被傳遞到卵細(xì)胞中的基因,這些基因被用于受精后最早期的發(fā)育階段,發(fā)現(xiàn)大約有另外的150種新基因是胚胎發(fā)育所需的。TanakaM等利用消減雜交的方法發(fā)現(xiàn)了一種與cs-H1和B4類似的卵母細(xì)胞特異性連接組蛋白H1oo,H1oo不但能夠在卵母細(xì)胞-胚胎發(fā)育轉(zhuǎn)換過程中發(fā)揮功能,而且還可能在基因組重編程過程中起到關(guān)鍵性作用。子宮產(chǎn)生的轉(zhuǎn)化生長因子-α(transforminggrowthfactor,TGF-α)通過自分泌及旁分泌與表皮生長因子受體(EGFR)結(jié)合,經(jīng)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑作用于早期胚胎,刺激胚胎內(nèi)細(xì)胞的DNA和蛋白質(zhì)合成及胚泡腔的擴(kuò)展,從而發(fā)揮促進(jìn)胚胎發(fā)育的作用。小鼠胚胎體外培養(yǎng),于桑椹胚階段加入TGF-α,明顯增加了發(fā)育到胚泡的數(shù)目,并且促進(jìn)胚泡植入子宮。低氧誘導(dǎo)因子-l(hypoxia-induciblefactor-1,HIF-1)是由α和β兩個亞單位形成的二聚體,廣泛表達(dá)于體內(nèi)的組織和細(xì)胞。有研究發(fā)現(xiàn),將HIF-1α+/-胚胎干細(xì)胞注射到小鼠胚泡中,HIF-1α-/-胚胎在E9.0前發(fā)育停止,且在El0.5死于心臟、血管、鰓弓、神經(jīng)管缺陷以及廣泛的細(xì)胞死亡。HIF-1α-/-胚胎最初的血管發(fā)生比較正常,但隨著發(fā)育,在E9.25之前會發(fā)生劇烈的血管退化和重建。這些都說明HIF-1α在胚胎血管形成和神經(jīng)形成過程中發(fā)揮著重要作用。Noggin在發(fā)育中有重要功能,對小鼠的研究表明,Noggin基因表達(dá)于小鼠的脊索、節(jié)點和背側(cè)體節(jié),并對神經(jīng)管的生長與模式有重要作用。Noggin是骨骼系統(tǒng)發(fā)育的重要調(diào)控基因,在軟骨的形成中有重要作用。Noggin通過壓制BMP4的抑制性作用在胚胎皮膚器官中誘導(dǎo)毛囊的產(chǎn)生,還參與心臟中隔的形成。齊偉亞等在培養(yǎng)懷孕14d的大鼠胚胎腦神經(jīng)細(xì)胞中加入不同濃度堿性成纖維細(xì)胞生長因子(bFGF),結(jié)果發(fā)現(xiàn)中腦神經(jīng)細(xì)胞胞體較大,突起較長,而且有豐富的神經(jīng)纖維連結(jié)成網(wǎng)絡(luò)狀,細(xì)胞相對蛋白質(zhì)含量增加,說明bFGF能促進(jìn)中腦神經(jīng)細(xì)胞分化和增殖,增加中腦神經(jīng)細(xì)胞突起的長度,促進(jìn)中腦神經(jīng)細(xì)胞的活性。應(yīng)用免疫組化技術(shù)觀察STAT3在小鼠胚胎肝臟中期發(fā)育中的表達(dá),結(jié)果STAT3蛋白在El3.5d鼠胚肝臟中出現(xiàn)較強(qiáng)表達(dá),在E14.5d和E15.5d鼠胚肝臟中的表達(dá)有所下降。說明STAT3可能參與了胚胎肝臟中期發(fā)育的調(diào)控,并可能涉及胚胎肝臟的造血功能。UlgerH等在體外胚胎培養(yǎng)過程中去除VEGF,則胚胎發(fā)育遲緩甚至停止,再加入VEGF后,胚胎發(fā)育恢復(fù)正常并可見心血管形成,表明VEGF在胚胎發(fā)育過程中,通過促進(jìn)血管生長而調(diào)節(jié)各組織器官乃至整個胚胎的正常發(fā)育。4、展望任何生命現(xiàn)象都是遺傳信息按一定時間、空間和次序表達(dá)的結(jié)果,即按照發(fā)育的遺傳程序(geneticprogram)展開的結(jié)果。發(fā)育是從基因型實現(xiàn)表型的過程,是基因組內(nèi)的基因選擇性表達(dá)的結(jié)果。闡明發(fā)育機(jī)制的核心問題是弄清遺傳信息以何種方式編碼在基因組上,DNA上的一維信息又是如何控制生物體的三維形態(tài)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建和生命現(xiàn)象的發(fā)展。研究胚胎發(fā)育與調(diào)控因子對于解決人口、健康、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和生物資源的利用都有著重要意義。目前,人們對真核細(xì)胞基因組的結(jié)構(gòu)和基因表達(dá)的調(diào)控,基因產(chǎn)物構(gòu)建細(xì)胞結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)細(xì)胞功能的機(jī)制已有一定的了解,特別是近十年來,人們開始能夠認(rèn)識動物發(fā)育的分子機(jī)制,對動物發(fā)育過程中基因水平的分析已經(jīng)全面展開,應(yīng)用各種分子遺傳學(xué)和基因工程技術(shù)對高等生物發(fā)育和遺傳的分析取得了驚人的進(jìn)展,基因、細(xì)胞和發(fā)育已經(jīng)成為生命科學(xué)研究最活躍的領(lǐng)域之一。生物體的整個生命周期都處于動態(tài)的發(fā)育中,一個單細(xì)胞受精卵如何通過一系列的細(xì)胞分裂和細(xì)胞分化,產(chǎn)生有機(jī)體的所有形態(tài)和功能不同的細(xì)胞,這些細(xì)胞又如何通過細(xì)胞之間的作用共同構(gòu)建各種組織和器官,建成一個有機(jī)體并完成各種發(fā)育過程等等一系列問題,有待于我們深入去探索與研究。

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