發(fā)育生物學(xué)基本原理

關(guān)于發(fā)育生物學(xué)基本原理第一章細(xì)胞命運(yùn)的的決定動(dòng)物機(jī)體是由分化細(xì)胞組成的。分化細(xì)胞不僅形態(tài)多樣，而且功能各異。

表1.1部分已分化細(xì)胞的類型、特征產(chǎn)物及功能第2頁,共34頁，2024年2月25日，星期天部分已分化細(xì)胞的類型、特征產(chǎn)物及其功能細(xì)胞類型特征產(chǎn)物功能角質(zhì)細(xì)胞（表皮細(xì)胞）角蛋白保護(hù)身體免受損傷及防止干燥紅細(xì)胞血紅蛋白輸送氧氣晶體細(xì)胞晶體蛋白傳送光線B－淋巴細(xì)胞免疫球蛋白合成抗體T-淋巴細(xì)胞細(xì)胞表面抗原（淋巴因子）破壞外源細(xì)胞；調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)黑素細(xì)胞黑色素產(chǎn)生色素胰島細(xì)胞胰島素調(diào)節(jié)糖類代謝Leydig細(xì)胞（♂）睪酮雄性特征軟骨細(xì)胞硫酸軟骨素；膠原纖維Ⅱ腱、韌帶成骨細(xì)胞骨基質(zhì)支撐骨骼肌肉細(xì)胞肌動(dòng)蛋白、肌球蛋白肌肉收縮肝細(xì)胞血清白蛋白；多種酶類產(chǎn)生血清白蛋白；多種酶類功能神經(jīng)元神經(jīng)遞質(zhì)（乙酰膽堿、腎上腺素等）傳導(dǎo)點(diǎn)刺激雞輸卵管管狀細(xì)胞（♀）卵清蛋白產(chǎn)生保護(hù)胚胎并為之提供營養(yǎng)的卵清蛋白昆蟲輸卵管濾泡細(xì)胞（♀）卵殼蛋白產(chǎn)生保護(hù)胚胎的卵殼蛋白B－淋巴細(xì)胞免疫球蛋白合成抗體T-淋巴細(xì)胞細(xì)胞表面抗原（淋巴因子）破壞外源細(xì)胞；調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)黑素細(xì)胞黑色素產(chǎn)生色素胰島細(xì)胞胰島素調(diào)節(jié)糖類代謝第3頁,共34頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)細(xì)胞定型和分化細(xì)胞分化：從單個(gè)全能的細(xì)胞（受精卵）產(chǎn)生各種類型分化細(xì)胞的發(fā)育過程。已分化細(xì)胞不僅具有一定形態(tài)和合成的特異性產(chǎn)物，而且行使特定的功能。。第4頁,共34頁，2024年2月25日，星期天細(xì)胞定型：細(xì)胞在分化之前，將發(fā)生一些隱蔽的變化，使細(xì)胞朝特定方向發(fā)展的過程。定型細(xì)胞與未定型細(xì)胞的表型相近，但前者發(fā)育命運(yùn)限制定型分為特化和決定兩個(gè)時(shí)相第5頁,共34頁，2024年2月25日，星期天特化：當(dāng)細(xì)胞或組織放在中性環(huán)境如培養(yǎng)皿中可以自主分化時(shí)，該細(xì)胞或組織已經(jīng)特化。已特化的細(xì)胞或組織的命運(yùn)是可逆的。決定：當(dāng)一個(gè)細(xì)胞或者組織放在胚胎另一部位可以自主分化時(shí)，該細(xì)胞或組織已經(jīng)決定。

已決定的細(xì)胞或組織的發(fā)育命運(yùn)是不可逆的。

在細(xì)胞發(fā)育過程中，定型和分化是兩個(gè)相互關(guān)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(yù)定方向發(fā)育。第6頁,共34頁，2024年2月25日，星期天細(xì)胞定型有兩種方式：自主特化和有條件特化（1）自主特化：細(xì)胞命運(yùn)完全由內(nèi)部細(xì)胞質(zhì)決定。

通過胞質(zhì)隔離實(shí)現(xiàn)：卵裂時(shí)，受精卵內(nèi)特定的細(xì)胞質(zhì)分離到特定的卵裂球中，卵裂球中所含的特定細(xì)胞質(zhì)決定它發(fā)育成哪一類細(xì)胞，而與鄰近細(xì)胞無關(guān)。

鑲嵌型發(fā)育：以細(xì)胞自主特化為特點(diǎn)的胚胎發(fā)育模式?！?頁,共34頁，2024年2月25日，星期天第8頁,共34頁，2024年2月25日，星期天（2）有條件特化（漸進(jìn)特化、依賴型特化）：細(xì)胞的發(fā)育命運(yùn)完全取決與其相鄰的細(xì)胞或組織。

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

調(diào)整型發(fā)育：以細(xì)胞有條件特化為特點(diǎn)的胚胎發(fā)育模式?！?頁,共34頁，2024年2月25日，星期天事實(shí)上，任何動(dòng)物的胚胎發(fā)育過程，兩種細(xì)胞定型方式在一定程度上發(fā)生作用。一般來說，無脊椎動(dòng)物胚胎發(fā)育過程中，細(xì)胞自主特化為主，細(xì)胞有條件特化次之；而在脊椎動(dòng)物胚胎發(fā)育過程中，細(xì)胞有條件特化為主，細(xì)胞自主特化次之。第10頁,共34頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)細(xì)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(zhì)決定子）：細(xì)胞質(zhì)中含有的決定細(xì)胞分化的特定物質(zhì)。第11頁,共34頁，2024年2月25日，星期天例1水蛭

卵裂、囊胚期細(xì)胞數(shù)目相對少，可以根據(jù)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(yùn)。（細(xì)胞系譜）中胚層成肌肉胚帶肌肉中胚層干細(xì)胞成神經(jīng)細(xì)胞的神經(jīng)胚帶腹神經(jīng)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(chǎn)生卵球的過程中，特定的細(xì)胞質(zhì)不均等分配。第12頁,共34頁，2024年2月25日，星期天例2：海鞘圖1-1受精時(shí)細(xì)胞質(zhì)決定子的隔離透明動(dòng)物極表皮灰色新月區(qū)脊索神經(jīng)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(xì)胞質(zhì)被分配到不同裂球中，從而決定裂球的命運(yùn)

。

第13頁,共34頁，2024年2月25日，星期天圖1-2海鞘胚胎的鑲嵌決定作用

8－細(xì)胞期4對裂球分開后，每對裂球都形成獨(dú)特的結(jié)構(gòu)（1）每對卵裂球的發(fā)育命運(yùn)不同：B4.1發(fā)育形成內(nèi)胚層、間質(zhì)和肌肉組織（2）胚胎中神經(jīng)組織是從動(dòng)物極前面一對裂球（a4.2）和植物極前面一對裂球（A4.1）產(chǎn)生；單獨(dú)培養(yǎng)時(shí)，它們都不能形成神經(jīng)組織。在海鞘這樣嚴(yán)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(xì)胞發(fā)育命運(yùn)的漸進(jìn)決定作用。第14頁,共34頁，2024年2月25日，星期天圖1-3擠壓實(shí)驗(yàn)B4.1肌肉b4.2無肌肉將B4.1黃色新月區(qū)胞質(zhì)擠壓入b4.2，b4.2產(chǎn)生肌肉細(xì)胞質(zhì)存在某些形態(tài)發(fā)生決定子，能夠決定細(xì)胞朝一個(gè)方向分化，形成一定的組織結(jié)構(gòu)。第15頁,共34頁，2024年2月25日，星期天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(dòng)物、線蟲、軟體動(dòng)物。在這些典型的鑲嵌型發(fā)育的動(dòng)物卵子細(xì)胞質(zhì)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(dòng)物的胚胎屬于典型的調(diào)整型發(fā)育胚胎。同樣，也存在著形態(tài)決定子。第16頁,共34頁，2024年2月25日，星期天二、胞質(zhì)定域

形態(tài)發(fā)生子在卵細(xì)胞質(zhì)中呈一定形式分布，受精后發(fā)生運(yùn)動(dòng)，被分隔到一定區(qū)域，并在卵裂時(shí)分配到特定的卵裂球中，決定裂球的發(fā)育命運(yùn)。這一現(xiàn)象稱為胞質(zhì)定域，或胞質(zhì)隔離、胞質(zhì)區(qū)域化、胞質(zhì)重排。第17頁,共34頁，2024年2月25日，星期天海鞘形態(tài)發(fā)生決定子的運(yùn)動(dòng)

圖1－5海鞘肌肉、內(nèi)胚層、表皮三種組織胞質(zhì)決定子的運(yùn)動(dòng)比較（圖為卵子表面觀）海鞘卵子受精時(shí)，卵質(zhì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生獨(dú)特的胞質(zhì)區(qū)域；不同的胞質(zhì)區(qū)域含有不同的形態(tài)決定子，并在卵裂時(shí)分配到不同的卵裂球中。第18頁,共34頁，2024年2月25日，星期天三、形態(tài)發(fā)生子的性質(zhì)（1）激活某些基因轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)（2）某些mRNA第19頁,共34頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)細(xì)胞命運(yùn)通過相互作用的漸進(jìn)特化在海膽和脊椎動(dòng)物等后口動(dòng)物中，細(xì)胞發(fā)育命運(yùn)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(shí)獲得哪一塊細(xì)胞質(zhì)。胚胎一部分細(xì)胞可以對鄰近另一部分細(xì)胞施加影響，并決定其分化方向，這種作用稱為胚胎誘導(dǎo)。第20頁,共34頁，2024年2月25日，星期天一、經(jīng)典的胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)

1.Roux缺損實(shí)驗(yàn)(蛙)

鑲嵌型發(fā)育缺損實(shí)驗(yàn)奠定實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)第21頁,共34頁，2024年2月25日，星期天2.Driesch分離組合實(shí)驗(yàn)(海膽)WilhelmRoux的同事HansDriesch的下述實(shí)驗(yàn)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(diào)節(jié)的。（調(diào)整型發(fā)育）第22頁,共34頁，2024年2月25日，星期天3.Horstadius分離實(shí)驗(yàn)(海膽)8-細(xì)胞(圖1.15)受精卵(圖1.16)既鑲嵌型發(fā)育,又調(diào)整型發(fā)育第23頁,共34頁，2024年2月25日，星期天4.雙梯度模型植物極化梯度(圖1.17)動(dòng)物極化梯度(圖1.18)雙梯度模型(圖1.19)第24頁,共34頁，2024年2月25日，星期天本章小結(jié):細(xì)胞分化細(xì)胞定型及其時(shí)相（特化、決定）細(xì)胞定型的兩種方式與其特點(diǎn)（自主特化、有條件特化）胚胎發(fā)育的兩種方式與其特點(diǎn)（鑲嵌型發(fā)育、依賴型發(fā)育）形態(tài)決定子胞質(zhì)定域（海膽）形態(tài)決定子的性質(zhì)細(xì)胞命運(yùn)漸進(jìn)特化的系列實(shí)驗(yàn)雙梯度模型第25頁,共34頁，2024年2月25日，星期天第二章細(xì)胞分化的分子機(jī)制個(gè)體發(fā)育的中心問題是細(xì)胞分化。細(xì)胞表型：細(xì)胞特定基因型在一定的環(huán)境條件下的表現(xiàn)。從表型特征上，將可細(xì)胞分為3種類型：全能細(xì)胞：能夠產(chǎn)生有機(jī)體所有細(xì)胞表型，或者一個(gè)完整的有機(jī)體。全套基因信息都可以表達(dá)。多潛能細(xì)胞：發(fā)育潛能受到一定的限定，僅能分化形成特定范圍內(nèi)的細(xì)胞。部分限制、部分表達(dá)。分化細(xì)胞：由多潛能細(xì)胞通過一系列分裂和分化發(fā)育成的特殊細(xì)胞表型。大部分限制、5-10%的信息表達(dá)。第26頁,共34頁，2024年2月25日，星期天細(xì)胞分化是基因差異性表達(dá)的結(jié)果；由于基因差異性表達(dá)，不同細(xì)胞具有了不同的轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組。

引起差異基因表達(dá)來源于：

——細(xì)胞內(nèi)卵質(zhì)差異

——細(xì)胞外鄰近細(xì)胞的相互作用。差異基因表達(dá)的調(diào)控機(jī)制：

——差異基因轉(zhuǎn)錄

——核RNA的選擇性加工

——mRNA的選擇性翻譯

——差別蛋白質(zhì)的加工第27頁,共34頁，2024年2月25日，星期天第四章發(fā)育中的信號(hào)傳導(dǎo)多細(xì)胞動(dòng)物的胚胎發(fā)育是一個(gè)復(fù)雜又高度協(xié)調(diào)的過程。信號(hào)傳導(dǎo)是細(xì)胞間通訊的主要形式，即由信號(hào)細(xì)胞產(chǎn)生信號(hào)分子，誘導(dǎo)靶細(xì)胞發(fā)生某種反應(yīng)；靶細(xì)胞通常通過特異性受體識(shí)別細(xì)胞外信號(hào)分子，并把細(xì)胞外信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)胞內(nèi)信號(hào)，引起細(xì)胞反應(yīng)的這一過程稱為信號(hào)傳導(dǎo)。第28頁,共34頁，2024年2月25日，星期天參與早期胚胎發(fā)育的信號(hào)調(diào)節(jié)途徑一、TGF信號(hào)途徑二、Wnt信號(hào)途徑三、Hedghog信號(hào)途徑四、Notch信號(hào)途徑第29頁,共34頁，2024年2月25日，星期天Wnt信號(hào)