胚胎诱导

第九章胚胎细胞相互作用----胚胎诱导•第一节初级胚胎诱导•第二节反应组织•第三节异源诱导者•第四节刺激诱导和三级诱导•第五节邻近组织的相互作用•第六节单细胞水平的诱导作用胚胎诱导：在有机体发育过程中，一个区域的组织与另一个区域的组织相互作用，引起后一种组织分化方向上的变化过程。此现象是Spemann1901年通过视杯诱导晶状体形成提出的。•在动物胚胎的发育过程中存在着大量的和连续的诱导作用，这对胚体的建成是至关重要的。•原肠胚的脊索中胚层诱导其上方的外胚层形成神经系统这个关键的诱导作用，它传统地被称为初级胚胎诱导。初级胚胎诱导的产物神经管又可作为诱导者，如视杯，诱导表面覆盖的外胚层形成晶状体，这被称为次级胚胎诱导。晶状体和(或)视杯又作为诱导者诱导表面的外胚层形成角膜，此为三级胚胎诱导。胚胎中其他器官的形成也存在类似的诱导级联。第一节初级胚胎诱导Why：在原肠形成时脊索中胚层诱导其表面覆盖的外胚层形成神经板现象建立了胚体的中轴结构,为此后的器官发生奠定了基础,所以经典的胚胎学将其称为初级胚胎诱导。一、组织者的发现Spemann和Mangold(1921-1924)在蝾螈中进行了一系列移植实验，发现早期原肠胚的胚孔背唇能诱导次极胚胎的形成，并将胚孔背唇称为组织者(organizer)。它诱导受体的腹部组织改变其分化方向形成一个神经管和背部的中胚层组织.它组织受体和供体的组织形成具有清楚的前-后轴和背-腹轴的次级胚胎。组织者：能够诱导外胚层形成神经系统，并能和其他组织一起调整成为中轴器官的胚孔背唇部分。组织者的特点：•初级胚胎诱导的三个阶段（爪蟾为例）（一）中胚层的形成和分区(卵裂期)（二）神经诱导--脊索诱导背部外胚层形成神经外胚层并进一步分化（三）中枢神经系统的区域化•Nieuwkoop实验：•动植物极细胞单独培养，结果：•组合培养结果：预定外胚层细胞在植物极内胚层细胞释放因子的诱导下分化为中胚层中胚层由其下方的植物极内胚层细胞诱导形成（一）中胚层的形成和分区动物极帽细胞赤道细胞植物极细胞图内胚层对中胚层形成的诱导作用Nieuwkoop中心：囊胚最背部的植物极细胞，含有背部化决定子，可诱导组织者产生。图示中胚层诱导的区域特异性32细胞期胚胎的动物极细胞和每一个植物极卵裂球分别培养诱导后各类型细胞的百分比背侧中段腹侧•中胚层诱导模式：----最背部的植物极细胞（Nieuwkoop中心）诱导背部的中胚层（体节、脊索和组织者）----腹部和侧部的植物极细胞（靠近精子入卵一侧）诱导腹部（间充质和血液）和中间（肌肉和肾脏）的中胚层形成见图P197，图9.4•中胚层诱导的分子机制：（1）β_连环蛋白（β_catenin）（2）成纤维细胞生长因子（FGF）其作用可能是边缘区细胞具有对Vg1的反应能力（3）成骨蛋白4（BMP4）背部化信号：外胚层受其下方密切接触的原肠顶的诱导形成神经板，继而形成神经管的过程称为神经诱导（即Spemman所称的“初级诱导”）。（二）神经诱导1.神经诱导的非特异性大量的物质，如松节油、美蓝染料、甲醛、死的原肠和一些成体组织都能诱导出神经板。2.神经诱导的机制第一套信号--使背部外胚层倾向于变为神经板：8细胞期的爪蟾神经外胚层缺少Epi-1,为腹部的动物极细胞所特有。第二套信号----来自侧唇及脊索中胚层神经形成诱导能力的获得：一旦边缘带被指定成为中胚层，此处便释放信号进入动物半球，使动物帽获得形成神经组织的能力。图示用背部和腹部外胚层进行诱导实验中神经基因的表达神经诱导作用的机制：组织中心产生的信号分子(如Chordin、Noggin、Follistatin----神经诱导分子)可拮抗腹部化学信号(如BMP4)，从而使其附近的外胚层细胞朝预置的神经命运发育。（三）诱导的区域特异性（不同的发育时期和部位，产生的诱导不同）实验1：早期原肠胚的背唇诱导脑和头的形成，晚期的背唇诱导其上面细胞成为脊髓和尾实验2：Mangold,原肠顶壁切成四段，分别移植到早期原肠胚的囊胚腔内图示原肠顶不同区域的组织块向早期原肠胚中的移植图示不同发育时期胚孔背唇的诱导能力区域特异差异产生的原因•与局部起作用的物质性质有关•与作用因子的浓度有关•与局部地区诱导因子混合物的成分比例发生变化有关•与局部地区组织反应力不同有关第二节反应组织•定义：组织对一种特定刺激以一种特异方式产生反应的能力它本身是一种分化的表型，从空间和时间上区别细胞•现象：•背唇移植入另一原肠胚的任何部位均可诱导外胚层形成神经板和胚轴•背唇移植入另一神经胚预定表皮下时，将不再有神经胚的形成结论：感受性总是和特殊的刺激及相应的反应有关反应者必须具有感受性才能对诱导者或组织者的刺激产生反应一、感受性competence（反应能力）感受性的分级、分类•初级感受性（primarycompetence）：指尚未决定的外胚层所具有的感受性•次级感受性（secondarycompetence）：指已决定了的组织对刺激的感受性对不同诱导刺激：•神经感受性（neuralcompetence）：对神经化的反应能力•中胚层感受性（mesodermalcompetence）：对中胚层化的反应能力1.合成诱导者分子的受体2.合成允许诱导者受体起作用的分子（信号通路上的某个分子）3.通过抑制某种抑制因子（一）感受性的获得•感受性的时间模式神经感受性的丧失都是在神经胚开始以前，即在晚期原肠胚时期胚孔关闭时消失；因此认为随着发育的进展，神经感受性逐渐减弱。•感受性的区域模式早期原肠胚的预定外胚层在初级感受性上不表现区域特异性，但随着发育，不同区域的表皮外胚层表现出不同感受性（晶状体、平衡器和听囊等）•感受性的种间差异不同种外胚层的感受性存在差异，无尾和有尾类对杀死的诱导者的感受性不同，前者无感受性•遗传因子（右图）Figure6.8Geneticspecificityofinduction.Reciprocaltransplantationbetweenthepresumptiveoralectodermregionsofsalamanderandfroggastrulaeleadstonewtswithtadpolesuckersandtadpoleswithnewtbalancers.（二）感受性的特性1、自动神经化•定义：在没有诱导组织或不具诱导活性的化学物质存在的情况下，外胚层外植块出现神经化的现象•机制：可能是从受损伤细胞释放活性因子对存活细胞产生诱导作用的结果2、自动中胚层化•实验：锂处理外胚层→中胚层结构（肌肉、前肾、血细胞等）•机制：可能外胚层中存在一种弱的中胚层化倾向，正常下神经化抑制了中胚层化，Li抑制了神经化，中胚层化便表现出来二自动神经化和自动中胚层化第三节异源诱导者（heterogeneousinductor）定义：能诱导原肠胚外胚层形成一定的结构，并具有区域性诱导效应的组织。作用特点：具有与组织者相当的形态发生效应；无种的特异性。1、异源诱导的类型植物极化因子（vegetalizingfactor）：中胚层诱导（形成肌肉、脊索等中胚层的结构）神经化因子（neuralizingfactor）：诱导前脑、中脑、后脑和脊髓2、影响异源诱导者作用的因素年龄：同一组织在不同发育时期的诱导能力不同。鸡视网膜（胚胎期、刚孵化时期）。饥饿：饥饿3天的豚鼠肝组织，对前脑异源诱导者的作用加强；对中、后脑和躯干部降低。其他因子：组织恶化、射线等。第四节次级诱导和三级诱导次级诱导：通过一种组织与另一种组织的相互作用，特异地指定它的命运三级诱导：次级诱导的产物又可作为诱导者，通过与相邻组织的相互作用进行诱导初级诱导：神经诱导但尚不能构筑整个胚胎，同时神经管、背部中胚层和咽内胚层及其他组织为大量的诱导事件创造了条件。Figure.EctodermalCompetenceandtheAbilitytoRespondtotheOpticVesicleInducerinXenopus眼的发育图示第五节邻近组织的相互作用（proximatetissueinteraction）据性质划分1.指令的相互作用（instructiveinteraction）2.容许的相互作用（permissiveinteraction）•指令的相互作用（instructiveinteraction）：反应组织的发育潜能不稳定，其发育方向和过程取决于接受的诱导刺激类型。例如脊索诱导神经管底板细胞的形成。①在出现组织A时，反应组织B以一定的方式发育②在没有组织A时，反应组织B不能以那种方式发育③没有组织A时，但有组织C时，组织B不能以那种方式发育④有组织A时，正常发育分化的组织D将改变其发育方式，变得像组织B一样发育。指令互作：•容许的相互作用（permissiveinteraction）：反应组织含有所有要表达的潜能，只需要环境允许其表达，但环境不能改变它的发育方向。许多组织需要含纤连蛋白（fibronectin）和层粘连蛋白（laminin）基质。上皮细胞(epithelialcells)：细胞与细胞间紧密连接成管状或片层状结构，局部或整个结构一起运动。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。一、上皮和间质的相互作用---器官原基形成时的相互作用器官上皮成分间质成分皮肤的结构（毛发、羽、汗腺、乳腺）表皮（外胚层）真皮（中胚层）附肢表皮（外胚层）间质（中胚层）消化管器官（肝、胰、唾液腺）上皮（内胚层）间质（中胚层）咽部及呼吸相关的器官（肺、胸腺、甲状腺）上皮（内胚层）间质（中胚层）肾输尿管芽上皮（中胚层）间质（中胚层）牙齿颌上皮（外胚层）间质（神经嵴）•皮肤的胚层组成及衍生物：组成---外胚层的表皮和中胚层的真皮；衍生物---毛发、指甲、羽毛、鳞片等。不同种类的皮肤不同；同一动物不同部位的皮肤也不同。（一）间质指令表皮的分化（皮肤形成的诱导作用）•鸡：实验1将鸡胚不同部位的表皮和不同部位的间质分离后，再按不同方式组合。结论：同一类型的外胚层根据中胚层所取的区域发育。即间质对表皮的分化具指令性作用；外胚层具有分化成羽毛、鳞片或其他皮肤衍生物的潜能Figure6.7Regionalspecificityofinduction.Whencellsfromdifferentregionsofthedermis(mesenchyme)arerecombinedwiththeepidermis(epithelium)inthechick,thetypeofcutaneousstructuremadebytheepidermalepitheliumisdeterminedbytheoriginalsourceofthemesenchyme.(AfterSaunders1980.)实验2：•现象1：将鸡胚预定形成角膜的外胚层分离出来，与鸡胚皮肤的中胚层结合，外胚层分化出鸡皮肤典型的羽毛芽基。•现象2：将上述角膜与小鼠皮肤的中胚层结合，羽毛的芽基也出现。鸡胚角膜外胚层小鼠皮肤中胚层鸡胚角膜外胚层鸡胚中胚层鸡胚羽毛芽基鸡胚羽毛芽基++异种移植的遗传性结论：间质发出的指令能穿越种的屏障，但上皮的反应是该种特异的。器官类型的特异性（羽毛和鳞片）通常是由该种的间质控制的，而种的特异性通常又是被反应的上皮控制的。实验3：•现象：将5d鸡胚颌区的表皮与16-18d的小鼠胚胎臼齿的间质组合，待两组织细胞粘连在一起后，将其放入小鼠眼房中培养，结果产生了不同于哺乳类的牙齿。•结论：表皮的分化依赖于异源的间质鸡的咽弓细胞不形成牙齿已近约10亿年了，它们仍然保持了这种遗传的潜能，在合适的诱导者的作用下起反应形成齿。•间质指令上皮的区域性分化在消化道、呼吸系统发育期间是非常重要的。•内胚层卷折形成的消化管由于不同部位的间质细胞不同，导致其有了食道、胃、肠等不同区段分化上的不同。•预定肺上皮由于遇到不同的间质而导致分化上的不同。（二）间质指令上皮的分化P209图9.17二、间质和腺上皮