神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育ppt課件

1、Developmental Biology第三章第三章 神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育Developmental Biology一、神經(jīng)管的構(gòu)成一、神經(jīng)管的構(gòu)成 神經(jīng)管神經(jīng)管(neural tube)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的原基，其構(gòu)成稱為是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的原基，其構(gòu)成稱為neurulation。其方式分。其方式分primary neurulation和和secondary neurulation兩種。兩種。 1. Primary neurulation: 由外胚層細(xì)胞增殖、內(nèi)陷并最終分開外胚層外表而構(gòu)成中空的神由外胚層細(xì)胞增殖、內(nèi)陷并最終分開外胚層外表而構(gòu)成中空的神經(jīng)管。絕大多數(shù)脊椎動(dòng)物前部神經(jīng)管的構(gòu)成

2、采用此種方式。經(jīng)管。絕大多數(shù)脊椎動(dòng)物前部神經(jīng)管的構(gòu)成采用此種方式。Developmental Biology 外胚層細(xì)胞的命運(yùn)：背部中線區(qū)的細(xì)胞將構(gòu)成腦和脊髓；中外胚層細(xì)胞的命運(yùn)：背部中線區(qū)的細(xì)胞將構(gòu)成腦和脊髓；中線區(qū)外側(cè)的細(xì)胞將生成皮膚；上述二者相交處的細(xì)胞為神經(jīng)嵴細(xì)線區(qū)外側(cè)的細(xì)胞將生成皮膚；上述二者相交處的細(xì)胞為神經(jīng)嵴細(xì)胞胞(neural crest)，它們將遷移各處構(gòu)成外周神經(jīng)元、色素細(xì)胞、，它們將遷移各處構(gòu)成外周神經(jīng)元、色素細(xì)胞、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞等。神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞等。Developmental Biology 神經(jīng)管構(gòu)成的起始：來自背部中胚層的信號(hào)誘導(dǎo)預(yù)置神經(jīng)板神經(jīng)管構(gòu)成的起始：來自背部中胚

3、層的信號(hào)誘導(dǎo)預(yù)置神經(jīng)板邊緣的細(xì)胞的背測(cè)收縮，而預(yù)置的表皮細(xì)胞向中線挪動(dòng)，使表邊緣的細(xì)胞的背測(cè)收縮，而預(yù)置的表皮細(xì)胞向中線挪動(dòng)，使表皮與神經(jīng)板交接處凸起構(gòu)成神經(jīng)褶。皮與神經(jīng)板交接處凸起構(gòu)成神經(jīng)褶。Developmental Biology Primary neurulation的過程的過程Developmental Biology神經(jīng)管構(gòu)成的神經(jīng)管構(gòu)成的掃描電鏡圖掃描電鏡圖Developmental Biology 神經(jīng)管與相鄰?fù)馀邔蛹?xì)胞分別能夠與細(xì)胞粘連分子有關(guān)神經(jīng)管與相鄰?fù)馀邔蛹?xì)胞分別能夠與細(xì)胞粘連分子有關(guān)Developmental Biology 神經(jīng)管沿神經(jīng)管沿AP 軸線依次閉軸線依次閉

4、合，完成構(gòu)成合，完成構(gòu)成過程。過程。 Developmental Biology 人類胚胎的神經(jīng)管閉合缺陷癥人類胚胎的神經(jīng)管閉合缺陷癥 不同區(qū)域的神經(jīng)管的封口時(shí)間不同。第二區(qū)封口失敗，胚胎的前腦不發(fā)育，即不同區(qū)域的神經(jīng)管的封口時(shí)間不同。第二區(qū)封口失敗，胚胎的前腦不發(fā)育，即致死性的無腦癥；第致死性的無腦癥；第5區(qū)不封口導(dǎo)致脊柱裂口癥。區(qū)不封口導(dǎo)致脊柱裂口癥。 Sonic Hedgehog、Pax3等因子是神經(jīng)管閉合所必需的。孕婦服用葉酸和適量的膽等因子是神經(jīng)管閉合所必需的。孕婦服用葉酸和適量的膽固醇可降低胎兒神經(jīng)管缺陷的風(fēng)險(xiǎn)。固醇可降低胎兒神經(jīng)管缺陷的風(fēng)險(xiǎn)。Developmental Biolo

5、gy 2. Secondary Neurulation 特點(diǎn)：神經(jīng)管由胚胎特點(diǎn)：神經(jīng)管由胚胎內(nèi)細(xì)胞組成的實(shí)心索中空內(nèi)細(xì)胞組成的實(shí)心索中空而成。而成。 鳥類、哺乳類、兩棲鳥類、哺乳類、兩棲類動(dòng)物胚胎的后部神經(jīng)管類動(dòng)物胚胎的后部神經(jīng)管及魚類胚胎的全部神經(jīng)管及魚類胚胎的全部神經(jīng)管的構(gòu)成采取此種方式。的構(gòu)成采取此種方式。Developmental Biology斑馬魚神經(jīng)管的構(gòu)成斑馬魚神經(jīng)管的構(gòu)成Developmental Biology 1.Organizer mesoderm 誘導(dǎo)神經(jīng)管的構(gòu)成誘導(dǎo)神經(jīng)管的構(gòu)成 兩棲動(dòng)物胚胎胚孔背唇誘兩棲動(dòng)物胚胎胚孔背唇誘導(dǎo)第二胚軸構(gòu)成的作用叫做導(dǎo)第二胚軸構(gòu)成的作用

6、叫做primary embryonic induction二、神經(jīng)誘導(dǎo)作用二、神經(jīng)誘導(dǎo)作用Developmental Biology 主要胚胎誘導(dǎo)作用也存在于其它物種上主要胚胎誘導(dǎo)作用也存在于其它物種上鴨的鴨的Hensens node移植到雞胚上誘導(dǎo)一個(gè)次級(jí)胚軸構(gòu)成移植到雞胚上誘導(dǎo)一個(gè)次級(jí)胚軸構(gòu)成Developmental Biology斑馬魚的胚盾具有斑馬魚的胚盾具有組織中心活性組織中心活性Developmental Biology 神經(jīng)誘導(dǎo)作用的機(jī)制神經(jīng)誘導(dǎo)作用的機(jī)制 組織中心產(chǎn)生的信號(hào)分子組織中心產(chǎn)生的信號(hào)分子(如如Chordin、Noggin、Follistatin)可拮抗可拮抗腹部化

7、信號(hào)腹部化信號(hào)(如如BMP4)，從而使其附近，從而使其附近的外胚層細(xì)胞朝預(yù)置的神經(jīng)命運(yùn)發(fā)育。的外胚層細(xì)胞朝預(yù)置的神經(jīng)命運(yùn)發(fā)育。Developmental Biology三、神經(jīng)管的分化三、神經(jīng)管的分化 1.腦的分區(qū)腦的分區(qū)Developmental Biology 2. 后腦的分區(qū)后腦的分區(qū) 脊椎動(dòng)物后腦普通脊椎動(dòng)物后腦普通都再分出多個(gè)菱腦原節(jié)都再分出多個(gè)菱腦原節(jié)(rhom-bomeres),每個(gè)每個(gè)菱腦原節(jié)是一個(gè)發(fā)育單菱腦原節(jié)是一個(gè)發(fā)育單位，節(jié)內(nèi)的細(xì)胞可交換，位，節(jié)內(nèi)的細(xì)胞可交換，而節(jié)間不能交換。而節(jié)間不能交換。 后腦產(chǎn)生控制面部后腦產(chǎn)生控制面部和頸部的神經(jīng)，其產(chǎn)生和頸部的神經(jīng)，其產(chǎn)生的神經(jīng)

8、嵴細(xì)胞分化出周的神經(jīng)嵴細(xì)胞分化出周邊神經(jīng)和面部骨骼和結(jié)邊神經(jīng)和面部骨骼和結(jié)締組織。締組織。Developmental BiologyHox基因在不同的后腦區(qū)域有不同的表達(dá)譜基因在不同的后腦區(qū)域有不同的表達(dá)譜Developmental BiologyHox基因在菱腦原節(jié)表基因在菱腦原節(jié)表達(dá)的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型達(dá)的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型 Hoxb2的一個(gè)加強(qiáng)子的一個(gè)加強(qiáng)子使使lacZ在在r3和和r5中表達(dá)；中表達(dá)；而而Hoxb1的一個(gè)加強(qiáng)子的一個(gè)加強(qiáng)子使堿性磷酸酶在使堿性磷酸酶在r4表表達(dá)。達(dá)。Developmental Biology四、神經(jīng)元的分化四、神經(jīng)元的分化1.神經(jīng)元命運(yùn)確實(shí)定神經(jīng)元命運(yùn)確實(shí)定lat

9、eral inhibition 跨膜蛋白跨膜蛋白Delta和和Notch的相互作用在神經(jīng)元命運(yùn)確的相互作用在神經(jīng)元命運(yùn)確定中起關(guān)鍵作用。二者互作后，定中起關(guān)鍵作用。二者互作后，Notch經(jīng)過一系列反響經(jīng)過一系列反響抑制抑制NeuroD和和Neurogenin的表達(dá)。的表達(dá)。Neurogenin是激活是激活Delta表達(dá)所必需的。表達(dá)所必需的。Developmental Biology2.脊髓沿脊髓沿DV軸線的分化軸線的分化 脊髓沿背腹軸線的不同區(qū)脊髓沿背腹軸線的不同區(qū)域的細(xì)胞有不同的發(fā)育命運(yùn)域的細(xì)胞有不同的發(fā)育命運(yùn).Developmental BiologyCommissural neuron

10、s Dorsal root ganglia Sensory neurons Motor neurons Developmental Biology脊髓沿脊髓沿DV軸分化的機(jī)制軸分化的機(jī)制 腹部命運(yùn)：決議于來自脊索和腹部命運(yùn)：決議于來自脊索和floor plate的信號(hào)。將脊索置于脊髓的信號(hào)。將脊索置于脊髓的側(cè)面或背部，其接觸的脊髓部位的側(cè)面或背部，其接觸的脊髓部位將構(gòu)成第二個(gè)將構(gòu)成第二個(gè)floor plate, 附近分化附近分化出出motor neuron, 但背部標(biāo)志基因但背部標(biāo)志基因pax3和和pax7的表達(dá)受抑制。的表達(dá)受抑制。 腹部信腹部信號(hào)分子是號(hào)分子是Sonic Hedgehog，

11、其不同，其不同的濃度決議了不同的腹部命運(yùn)的濃度決議了不同的腹部命運(yùn)(高濃高濃度誘導(dǎo)度誘導(dǎo)motor neurons,而低濃度誘導(dǎo)而低濃度誘導(dǎo)C. neurons)。 背部命運(yùn)：決議于來自神經(jīng)管構(gòu)背部命運(yùn)：決議于來自神經(jīng)管構(gòu)成中背部外胚層產(chǎn)生的成中背部外胚層產(chǎn)生的BMP4和和BMP7,它們可以誘導(dǎo)脊髓背部細(xì)胞它們可以誘導(dǎo)脊髓背部細(xì)胞表達(dá)表達(dá)BMP4和和Dorsalin-1。 背、腹部信號(hào)分子間的互作提供背、腹部信號(hào)分子間的互作提供了脊髓細(xì)胞分化的位置信息。如將了脊髓細(xì)胞分化的位置信息。如將notochord去除后，去除后，Dorsalin的表達(dá)的表達(dá)區(qū)就向腹部擴(kuò)展。區(qū)就向腹部擴(kuò)展。SHH BMP

12、4、BMP7 BMP4、BMP7 BMP4Dorsalin-1SHH Developmental Biology 3.中樞神經(jīng)系統(tǒng)的分層中樞神經(jīng)系統(tǒng)的分層 在不同時(shí)間點(diǎn)產(chǎn)生的神在不同時(shí)間點(diǎn)產(chǎn)生的神經(jīng)元的最終停留位置不同，經(jīng)元的最終停留位置不同，最早產(chǎn)生的最接近管腔。最早產(chǎn)生的最接近管腔。 左圖為人類胚胎神經(jīng)管左圖為人類胚胎神經(jīng)管不同區(qū)域的管壁的分層圖不同區(qū)域的管壁的分層圖示。最接近管腔的一層為示。最接近管腔的一層為室管膜層，又叫室管增殖室管膜層，又叫室管增殖區(qū)，其內(nèi)的細(xì)胞維持了分區(qū)，其內(nèi)的細(xì)胞維持了分裂才干。裂才干。 外套層外套層(mantle zone)來來自室管膜層的細(xì)胞分化為自室管膜層的

13、細(xì)胞分化為神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。 邊緣區(qū)邊緣區(qū)(marginal zone) 主要為神經(jīng)軸索和膠質(zhì)細(xì)主要為神經(jīng)軸索和膠質(zhì)細(xì)胞。胞。Developmental Biology脊髓神經(jīng)系統(tǒng)的分層脊髓神經(jīng)系統(tǒng)的分層 Developmental Biology最初構(gòu)成的神經(jīng)管上皮細(xì)胞分裂產(chǎn)生兩類細(xì)胞：可以繼續(xù)分裂的上皮細(xì)胞；失最初構(gòu)成的神經(jīng)管上皮細(xì)胞分裂產(chǎn)生兩類細(xì)胞：可以繼續(xù)分裂的上皮細(xì)胞；失去再分裂才干的神經(jīng)細(xì)胞，它們沿放射狀分布的膠質(zhì)細(xì)胞向外遷移。去再分裂才干的神經(jīng)細(xì)胞，它們沿放射狀分布的膠質(zhì)細(xì)胞向外遷移。Developmental Biology 室管膜層區(qū)細(xì)胞的分裂方式與

14、子細(xì)胞命運(yùn)的關(guān)系室管膜層區(qū)細(xì)胞的分裂方式與子細(xì)胞命運(yùn)的關(guān)系 Vertical division:分裂面與表皮細(xì)胞長(zhǎng)軸平行，產(chǎn)生分裂面與表皮細(xì)胞長(zhǎng)軸平行，產(chǎn)生2個(gè)有繼個(gè)有繼續(xù)分裂才干的子細(xì)胞。續(xù)分裂才干的子細(xì)胞。 Horizontal division:分裂面與表皮長(zhǎng)軸垂直，只產(chǎn)生一個(gè)有繼分裂面與表皮長(zhǎng)軸垂直，只產(chǎn)生一個(gè)有繼續(xù)分裂才干的子細(xì)胞。續(xù)分裂才干的子細(xì)胞。 緣由：緣由：Notch-1和和numb蛋白的不均勻分布。蛋白的不均勻分布。Developmental Biology五、神經(jīng)元的生長(zhǎng)和凋亡五、神經(jīng)元的生長(zhǎng)和凋亡1.神經(jīng)元的構(gòu)造神經(jīng)元的構(gòu)造 神經(jīng)元普通包括神經(jīng)元普通包括4個(gè)組成部分：個(gè)

15、組成部分：soma, dendrites, axon, growth cone.Developmental Biology 軸突絕緣層髓鞘軸突絕緣層髓鞘(myelin sheath)： 由神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞圍繞由神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞圍繞axon構(gòu)成的多層膜系統(tǒng)，以構(gòu)成的多層膜系統(tǒng)，以防止電脈沖在傳輸過程中損耗。外周神經(jīng)元的髓鞘由防止電脈沖在傳輸過程中損耗。外周神經(jīng)元的髓鞘由Schwann cell構(gòu)成，而中樞神經(jīng)元構(gòu)成，而中樞神經(jīng)元oligodendrocytes構(gòu)成。構(gòu)成。Developmental Biology2. Guidance for axon growth 神經(jīng)軸突的神經(jīng)軸突的生長(zhǎng)首先決議于生

16、長(zhǎng)首先決議于其本身表達(dá)的基其本身表達(dá)的基因產(chǎn)物。因產(chǎn)物。Developmental Biology 神經(jīng)軸突的生長(zhǎng)也決議于其所處的環(huán)境要素神經(jīng)軸突的生長(zhǎng)也決議于其所處的環(huán)境要素(environmental cues),某些要某些要素具有吸引作用，而某些具有排斥作用。這些環(huán)境要素包括其伸展途徑中的素具有吸引作用，而某些具有排斥作用。這些環(huán)境要素包括其伸展途徑中的組織構(gòu)造、胞外基質(zhì)成分、相鄰細(xì)胞的外表特性。組織構(gòu)造、胞外基質(zhì)成分、相鄰細(xì)胞的外表特性。Developmental Biology神經(jīng)管中的神經(jīng)管中的netrin分泌蛋白對(duì)連合神經(jīng)神經(jīng)元軸突的生分泌蛋白對(duì)連合神經(jīng)神經(jīng)元軸突的生長(zhǎng)具有吸引作

17、用長(zhǎng)具有吸引作用Developmental Biology體節(jié)生骨區(qū)中的體節(jié)生骨區(qū)中的ephrin對(duì)對(duì)motor neuron的生長(zhǎng)起排斥作用的生長(zhǎng)起排斥作用Developmental Biology昆蟲肢體中跨膜蛋白昆蟲肢體中跨膜蛋白semaphorin對(duì)覺得神經(jīng)元的生長(zhǎng)起排斥作用對(duì)覺得神經(jīng)元的生長(zhǎng)起排斥作用Developmental Biology神運(yùn)營(yíng)養(yǎng)因子的作用神運(yùn)營(yíng)養(yǎng)因子的作用由靶細(xì)胞分泌的由靶細(xì)胞分泌的NGF、BDNG、NT-3/4/5等是近間隔趨向等是近間隔趨向因子，某種因子對(duì)一種神經(jīng)元起吸引作用，但能夠?qū)α硪灰蜃?，某種因子對(duì)一種神經(jīng)元起吸引作用，但能夠?qū)α硪环N神經(jīng)元起排斥作用。

18、種神經(jīng)元起排斥作用。Developmental Biology3. Synapse formation 當(dāng)神經(jīng)元的當(dāng)神經(jīng)元的生長(zhǎng)錐抵達(dá)靶位生長(zhǎng)錐抵達(dá)靶位(肌細(xì)胞、其它肌細(xì)胞、其它神經(jīng)元、腺體神經(jīng)元、腺體)時(shí)，將在二者間時(shí)，將在二者間構(gòu)成特化的銜接，構(gòu)成特化的銜接，即神經(jīng)突觸。如即神經(jīng)突觸。如運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元與肌運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元與肌細(xì)胞間將構(gòu)成細(xì)胞間將構(gòu)成neuro-muscular junction.Developmental BiologyAgrin誘導(dǎo)乙酰膽堿受體重排和激活其表達(dá)的機(jī)制誘導(dǎo)乙酰膽堿受體重排和激活其表達(dá)的機(jī)制Developmental Biology4. Neural survival

19、在中樞和在中樞和周邊神經(jīng)系統(tǒng)周邊神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育中，的發(fā)育中，50以上的神經(jīng)以上的神經(jīng)元將凋亡。元將凋亡。 一個(gè)神經(jīng)一個(gè)神經(jīng)元對(duì)肌細(xì)胞的元對(duì)肌細(xì)胞的激活將引起其激活將引起其它與該肌細(xì)胞它與該肌細(xì)胞接觸的神經(jīng)元接觸的神經(jīng)元的凋亡。的凋亡。Developmental Biology不同類型的神經(jīng)元的存活需求不同的營(yíng)養(yǎng)神經(jīng)因子，同不同類型的神經(jīng)元的存活需求不同的營(yíng)養(yǎng)神經(jīng)因子，同類神經(jīng)元在不同的發(fā)育階段也需求不同的因子維持存活。類神經(jīng)元在不同的發(fā)育階段也需求不同的因子維持存活。Developmental Biology五、神經(jīng)嵴細(xì)胞五、神經(jīng)嵴細(xì)胞 發(fā)生部位發(fā)生部位: 神經(jīng)管閉合處的神經(jīng)管細(xì)胞和與神經(jīng)管相

20、接的外表層細(xì)胞，它們間神經(jīng)管閉合處的神經(jīng)管細(xì)胞和與神經(jīng)管相接的外表層細(xì)胞，它們間質(zhì)細(xì)胞化而成為神經(jīng)嵴細(xì)胞。質(zhì)細(xì)胞化而成為神經(jīng)嵴細(xì)胞。 特點(diǎn)特點(diǎn): 具有遷移性。具有遷移性。 分化命運(yùn)：因發(fā)生的部位和遷移目的地不同而不同?？煞只癁橛X得、交感及副交分化命運(yùn)：因發(fā)生的部位和遷移目的地不同而不同?？煞只癁橛X得、交感及副交感神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞；腎上腺髓質(zhì)細(xì)胞；表皮中的色素細(xì)胞；頭骨軟骨感神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞；腎上腺髓質(zhì)細(xì)胞；表皮中的色素細(xì)胞；頭骨軟骨和結(jié)締組織等。和結(jié)締組織等。Developmental BiologyDevelopmental Biology 軀干神經(jīng)嵴細(xì)胞的遷移軀干神經(jīng)嵴細(xì)胞的遷移 Dorsolateral migration pathway:由背部向側(cè)翼、再向腹部的遷由背部向側(cè)翼、再向腹部的遷移，位于表皮與體節(jié)之間，分化為色素細(xì)胞。移，位于表皮與體節(jié)之間，分化為色素細(xì)胞。 Ventral migration pathway: 進(jìn)入體節(jié)的的遷移，有的在體節(jié)進(jìn)入體節(jié)的的遷移，有的在體節(jié)中構(gòu)成背根神經(jīng)節(jié)，有的穿越體節(jié)的前半?yún)^(qū)分化為交感神經(jīng)和腎中構(gòu)成背根神經(jīng)節(jié)，有的穿越體節(jié)的前半?yún)^(qū)分化為交感神經(jīng)和腎上腺髓質(zhì)細(xì)胞。上腺髓質(zhì)細(xì)胞。 遷移機(jī)制：即將遷移前表達(dá)遷移機(jī)制：即將遷移前表達(dá)Slug蛋白蛋白,用反義寡核苷酸抑制用反義寡核苷