发育生物学2 胚胎的早期发育

DevelopmentalBiology第二章胚胎的早期发育DevelopmentalBiologyDevelopmentalBiology(一)、卵裂的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。一、卵裂CleavageDevelopmentalBiology(二)、卵裂的类型经线裂(meridionalcleavage):指卵裂面与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。DevelopmentalBiologyHoloblastic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DevelopmentalBiology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。DevelopmentalBiology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。DevelopmentalBiology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。DevelopmentalBiology蛙类：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。DevelopmentalBiologyDevelopmentalBiology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。DevelopmentalBiology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。DevelopmentalBiology旋转型全卵裂哺乳动物的早期卵裂发生在输卵管中。DevelopmentalBiology哺乳动物旋转型全卵裂：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。DevelopmentalBiology哺乳动物卵裂球的compaction:发生第三次卵裂后不久DevelopmentalBiology小鼠8细胞胚胎compaction前后DevelopmentalBiologyCompaction的机制:8细胞胚胎的外层胞间形成致密连接(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。DevelopmentalBiology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胚层(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。DevelopmentalBiology哺乳动物胚胎的D－V轴与卵的A－V轴的关系DevelopmentalBiology哺乳动物胚泡的着床胚泡在向子宫移动过程中体积增大，是因为因为定位于滋胚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。DevelopmentalBiology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。DevelopmentalBiology人类的连体婴儿DevelopmentalBiology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。哺乳动物中的嵌合胚、胚胎干细胞DevelopmentalBiology人工受精：如主要用于治疗不育症、保存和运输优良个体。胚胎切割：在2－4细胞期分割胚胎细胞，用于繁殖优良家畜个体。哺乳动物中的人工受精和胚胎切割DevelopmentalBiology线虫的旋转全卵裂DevelopmentalBiology在线虫的第二次卵裂中，AB细胞为纬裂(与A－P轴线垂直)，P1细胞为经裂。DevelopmentalBiology鸟类的盘状偏裂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。DevelopmentalBiology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。DevelopmentalBiology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。DevelopmentalBiology斑马鱼中囊胚(经历了10次卵裂)的三类细胞：1.卵黄多核层(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。2.Envelopinglayer(EVL)：位于胚盘最外层已表皮化的细胞，发育后期会脱落。3.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。DevelopmentalBiology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。72345618910111213141516DevelopmentalBiology二、原肠作用Gastrulation(一)、原肠作用的概念和主要特点原肠作用是指囊胚细胞有规则的移动，使细胞重新排列，用来形成内胚层和中胚层器官的细胞迁入胚胎内部，而要形成外胚层的细胞铺展在胚胎表面。原肠作用期的胚胎叫原肠胚(gastrula)。DevelopmentalBiology原肠作用中的主要细胞迁移外包(epiboly):表皮层做为一个整体扩展，使胚胎的内层被覆盖。内陷(invagination):指胚胎的局部区域的内陷。内卷(involution):指正在扩展的外层向内卷折，去从内铺盖原来的外层细胞。内移(ingression):指表层的单个细胞迁入胚胎的内部。分层(delamination):指一个细胞层分成两层或多或少平行的细胞层。会聚伸展(convergentextension):指细胞间相互插入，使所在组织变窄、变薄，并推动组织一定方向移动。DevelopmentalBiologyDevelopmentalBiologyConvergentextensionDevelopmentalBiology表皮细胞和间质细胞的概念表皮细胞(epithelialcells)：细胞与细胞间紧密连接成管状或片层状结构，局部或整个结构一期运动。间质细胞(mesenchymalcells):细胞与细胞间松散相连，每个细胞为一个行动单元。DevelopmentalBiologyDevelopmentalBiology(一)、几种模型动物的原肠作用1、海胆的原肠作用原肠作用前海胆囊胚的结构DevelopmentalBiology海胆原肠作用过程：原植物极中央细胞内陷进入囊胚腔，表皮细胞转变成为初级间质细胞，然后内胚层表皮细胞内陷和扩展，其前端表皮细胞转化为次级间质细胞。两种间质细胞都将长出伪足，后者起定向和驱动细胞移动的作用。DevelopmentalBiology海胆原肠作用的开始DevelopmentalBiology海胆原肠作用的机制：内胚层的早期内陷机制：如下图所示，纤丝收缩使细胞变位契形，成为细胞内陷的原动力。内胚层的晚期内陷机制：伪足的收缩和细胞间的变形重排(会聚伸展)。DevelopmentalBiology海胆原肠作用过程：初级间质细胞在中胚层和内胚层相交处形成一圈，在腹侧有一分支延伸，它们将用于骨的形成。DevelopmentalBiology海胆小分裂球启动原肠作用，可诱导第二胚轴的形成。DevelopmentalBiology海胆小分裂球可以使预置外胚层命运细胞分化为中胚层和内胚层命运的细胞DevelopmentalBiology2.果蝇的原肠作用原肠作用开始于腹部预置中胚层的内陷。羊浆膜(amnioserosa)的作用可能是分泌信号分子，指导germband的收缩，它最后将退化。DevelopmentalBiology3.爪蟾的原肠作用原肠作用开始于瓶状细胞的形成和内突。它们的内突使囊胚表面形成一个小沟，即为胚孔(blastopore)。DevelopmentalBiology3.爪蟾的原肠作用(续)DevelopmentalBiology3.爪蟾的原肠作用(续)DevelopmentalBiology3.爪蟾的原肠作用(续)DevelopmentalBiology3.爪蟾的原肠作用(续)DevelopmentalBiology4.斑马鱼的原肠作用原肠作用开始于胚盘细胞向植物极方向的卵黄下包，由YSL驱动，使胚盘变薄。胚层的形成：50%下包时，与卵黄交界处的deepcells内卷，使交界处形成厚实的一圈，叫germring。内卷的细胞和由上层内移的细胞形成下胚层、上