第五章 卵裂

第五章卵裂（cleavage）定义、特点卵裂期是指受精卵开始有丝分裂并产生由较小的细胞构成的囊胚(blastula)的过程。卵裂的主要特点包括：●分裂周期短;●分裂球的体积下降：海胆胚胎的质/核比由550降至6;●早期卵裂中合子基因大多处于休眠状态；●卵裂常经历由均等裂向不均等裂变化。蛙早期发育中细胞数目增长曲线体细胞和早期卵裂球细胞分裂周期对照卵裂期的重要变化由于快速的细胞分裂，发育由单细胞进入多细胞状态；通过胞质的不均等分配，出现了胚胎细胞的早期分化；合子基因库起作用，子代“自主性”发育开始。卵裂的类型经线裂(meridionalcleavage):指卵裂面与动物极-植物极（A－V）轴平行的卵裂方式纬线裂(equatorialcleavage):指卵裂面与A－V轴垂直的卵裂方式。卵裂方式的决定因素卵质中卵黄的含量与分布情况；卵质中影响纺锤体方位角度和形成时间的一些因子。Holoblastic全卵裂Radial辐射型:海鞘、海胆、两栖类Rational旋转型:哺乳动物Spiral螺旋型:螺、蚌、软体动物、纽形动物、多毛类动物Discoidal盘状偏裂：鸟类、鱼类等端黄和极端端黄卵Meroblastic偏裂Superficial表面裂:中黄卵(昆虫)卵裂类型Holoblastic全卵裂Radial辐射型:海鞘、海胆、两栖类Rational旋转型:哺乳动物Spiral螺旋型:螺、蚌、软体动物、纽形动物、多毛类动物Discoidal盘状偏裂：鸟类、鱼类等端黄和极端端黄卵Meroblastic偏裂Superficial表面裂:中黄卵(昆虫)卵裂类型辐射型全卵裂海鞘：经－经－纬－经……，8次分裂后产生的256细胞柱形胚胎在两极细胞移动封口后成为中空柱形囊胚。海胆第四次分裂后将开始不均等分裂，第7次分裂后产生128细胞组成的囊胚(seenextslide).植物极的micromeres是生骨中胚层命运，具有起动原肠作用、诱导第二胚轴的活性。海胆海胆•海胆早期囊胚的细胞体积一致，其后长出纤毛，使囊胚可在受精膜内转动，同时也因细胞的增殖，细胞变瘪。•囊胚腔形成的2种可能机制：a,卵裂球分泌的蛋白进入囊胚腔中，导致腔中液体粘稠而吸取胚外水分，腔内的膨胀压阻止了细胞向腔内增生；b,细胞与受精膜内的透明层紧密粘接，使细胞不能向腔内增生。•囊胚的孵化：由动物极细胞分泌孵化酶降解受精膜。两栖类的卵裂卵黄对卵裂的阻碍作用导致卵裂沟延伸缓慢、第三次纬裂发生不均等分裂。植物极半球分裂的速度始终较慢，所以囊胚的植物极细胞较大。蛙卵的卵裂在两栖类，由16至64细胞构建的胚胎称为桑椹胚在128-细胞阶段，囊胚腔形成，称为囊胚蛙类囊胚腔的形成及其作用蛙类的囊胚腔的形成：第一次分裂后两个子细胞的动物极端相接触，产生一个裂缝，它将扩大成为囊胚腔。囊胚腔的作用：有利于原肠作用期细胞的移动、防止囊胚腔上下细胞的过早交流。蛙卵囊胚腔形成Figure10.4.DepletionofEP-cadherinmRNAintheXenopusoocyteresultsinthelossofadhesionbetweenblastomeresandtheobliterationoftheblastocoel.(A)controlembryo;(B)EP-cadherin-depletedembryo.(FromHeasmanetal.1994b;photographscourtesyofJ.Heasman.)螺旋型全卵裂：均采经线裂。第三次分裂前，卵裂球内的纺锤体转动45度，然后向动物极方向出芽小卵裂球。其后的大卵裂球以同样方式产生一大一小子分裂球，而小分裂球只生成小卵裂球。形成的囊胚无囊胚腔称为实囊胚。哺乳动物的卵裂属于旋转型（rotationalcleavage)全卵裂哺乳动物的早期卵裂发生在输卵管中。研究障碍体积小；数目少；体内完成。和两栖动物早期卵裂的比较哺乳动物卵裂的特点卵裂速度慢；属旋转型全卵裂：第1次为经线裂，其后的2个卵裂球各采不同的卵裂方式；早期卵裂球的卵裂不同步，可产生奇数细胞的胚胎；在早期的卵裂过程中，合子基因组已经启动。体外小鼠早胚的卵裂小鼠8细胞胚胎compaction前后Compaction的机制8细胞胚胎的外层胞间形成紧密连接(tightjunctions)，而内层胞间形成缝隙连接(gapjunction)。注射了E-Cadherin抗体的胚胎不能够致密化。在4细胞期激活蛋白激酶C导致compaction发生。因此，Compaction可能始于蛋白激酶C的活化，它引起细胞骨架的重排，在膜上均匀分布的E-Cadherin重新定位在胞间相交处。Compaction的机制8细胞小鼠胚胎分裂球膜组分的极化A.4细胞期荧光标记显示细胞的膜组分的分布无极性。B.8细胞期荧光标记显示膜组分的分布有极性。抗细胞表面粘连糖蛋白抗血清抑制胚胎紧缩AB哺乳动物囊胚细胞命运的早期分化－位置决定论16细胞期桑椹胚(morula):位于内部的少数细胞产生的子细胞将组成内细胞团(innercellmass)，而位于外部的细胞产生的子细胞大多构成滋养层(trophoblast)。32细胞期胚泡(blastocyst):位于囊胚腔一端的内细胞团(约10个细胞)将发育胚胎的本体及与其相连的卵黄囊、尿囊和羊膜；外层的滋胚层生成绒毛膜，为胎儿从母体摄取营养物质和氧，并产生激素以避免母体的排斥反应。哺乳动物胚泡的着床胚泡在向子宫移动过程中体积增大，是因为定位于滋养层细胞膜囊胚腔一侧的Na－K泵将外部Na+泵入腔中，最后通过渗透作用吸水使囊胚腔增大。胚胎外的透明带阻止了胚泡与输卵管壁的粘连。胚泡到达子宫时，胚胎细胞分泌strypsin（一种类胰蛋白酶)，它使透明带穿孔，胚泡从孔中挤出与子宫壁接触，通过一系列反应而着床。小鼠囊胚从透明带孵出人类的同卵双生的发生(占出生总数的0.25%)发生在滋胚层形成前(约受精后5天前)的分割，有独立的绒毛膜和羊膜。占同卵双生的33%。发生在滋胚层形成后但羊膜形成前(约受精后5－9天)的分割，共用绒毛膜，有独立的羊膜。占同卵双生的66%。发生在羊膜形成后(约受精9天后)的分割，共用绒毛膜和羊膜，易出现连体儿。人类的连体婴儿哺乳动物中的嵌合胚、胚胎干细胞嵌合胚：如右图，说明早期卵裂球有同等的发育潜力。自然人群中也出现过同时有XX型和XY型细胞的人。胚胎干细胞：保持了分化为胚胎本体的潜能的、可在体外增殖的胚胎细胞。在基因功能研究和疾病治疗方面有重要的作用。胚胎干细胞来源(1)发育良好的囊胚，从中分离内细胞团细胞ES细胞(2)从5-9周的胚胎生殖腺中分离出人的EG细胞（embryonicgerminatecells）(3)恶性胚胎肿瘤或畸胎瘤细胞（embryonalcarcinoma,EC)(4)生殖克隆（治疗性克隆）：体细胞核转移（SCNT）去核卵细胞+体细胞核克隆囊胚分离内细胞群ES细胞胚胎分割：在2－4细胞期分割胚胎细胞，用于繁殖优良家畜个体。线虫的旋转全卵裂鸟类胚盘为动物极直径约2－3mm的胞质区，前3次卵裂经线裂，发生在输卵管中，胚盘为单细胞层，仍与卵黄相接触。鸡胚进入子宫后，才发生纬裂，形成5－6个细胞厚的胚盘。胚盘细胞从稀蛋白吸取液体后，与卵黄分裂，形成胚盘下腔(subgerminalcavity)。该腔使胚盘中央区透明，叫明区(areapellucida)；而边缘区的细胞仍与卵黄接触使其不透明，叫暗区(areaopaca)。上胚层(epiblast)将形成胚胎本体；下胚层(hypoblast)将产生胚外结构如卵黄囊柄和连接卵黄和内胚层消化管的蒂。鱼类的盘状偏裂斑马鱼受精卵的前5次卵裂均为经线裂，产生的32个细胞为单层分布于卵黄上。其后的分裂方向不规则。囊胚期开始于128细胞期,属盘状囊胚。斑马鱼的盘状卵裂过程斑马鱼中囊胚(经历10次卵裂)的三类细胞卵黄合胞体层(yolksyncytiallayer,YSL)：胚盘的植物极边缘细胞裂解，其核和质与卵黄细胞融合在一起而构成的一层细胞核层。在胚盘下包中，部分YSL细胞核移向胚盘下成为internalYSL，它们可能起提供营养的作用；边缘处的为externalYSL,它们可能起驱动下包的作用。Envelopinglayer(EVL)：位于胚盘最外层已表皮化的细胞，发育后期会脱落。DeepCells：介于YSL和EVL之间的细胞，它们将发育为胚胎本体。晚期囊胚的深层细胞的命运已经建立。斑马鱼囊胚昆虫的表面裂果蝇受精卵的合子核位于卵黄中央，胞质已被挤在卵黄与细胞膜之间成为卵周质。前13次分裂仅为细胞核的分裂，这期间的胚叫多核胚(syncytialblastoderm)。在第14次分裂时，已移至外周的核之间的卵膜内陷，将每个核围成一个细胞，形成细胞化胚。细胞化过程需75min－175min。果蝇胚胎的表面裂昆虫的表面裂果蝇受精卵的合子核位于卵黄中央，胞质已被挤在卵黄与细胞膜之间成为卵周质。前13次分裂仅为细胞核的分裂，这期间的胚叫多核胚(syncytialblastoderm)。在第14次分裂时，已移至外周的核之间的卵膜内陷，将每个核围成一个细胞，形成细胞化胚。细胞化过程需75min－175min。72345618910111213141516昆虫的表面裂果蝇受精卵的合子核位于卵黄中央，胞质已被挤在卵黄与细胞膜之间成为卵周质。前13次分裂仅为细胞核的分裂，这期间的胚叫多核胚(syncytialblastoderm)。在第14次分裂时，已移至外周的核之间的卵膜内陷，将每个核围成一个细胞，形成细胞化胚。细胞化过程需75min－175min。72345618910111213141516