發(fā)育生物學(xué)第五講胚胎誘導(dǎo)

思考題1.名詞：胚胎誘導(dǎo)細(xì)胞分化的決定胚胎場(chǎng)程序性細(xì)胞死亡2.試舉例說(shuō)明初級(jí)、次級(jí)、三級(jí)誘導(dǎo)。第五講胚胎發(fā)育機(jī)制主講：彭柯前言從受精卵發(fā)育為一個(gè)新個(gè)體歷經(jīng)復(fù)雜的演變過(guò)程，包括細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、識(shí)別、遷移、死亡和功能表達(dá)，以及組織和器官的形成等；這些變化具有精細(xì)的時(shí)間順序和空間關(guān)系；胚胎發(fā)育變化中，細(xì)胞基因的表達(dá)起決定作用，并受內(nèi)外環(huán)境因素的影響。海膽水螅秀麗廣桿線(xiàn)蟲(chóng)爪蟾果蠅小鼠

醫(yī)學(xué)發(fā)育生物學(xué)的模式生物：主要發(fā)育機(jī)制細(xì)胞生長(zhǎng)（長(zhǎng)大與增殖）細(xì)胞分化胚胎誘導(dǎo)形態(tài)發(fā)生機(jī)制胚胎場(chǎng)現(xiàn)象細(xì)胞生長(zhǎng)CellGrowth一、細(xì)胞生長(zhǎng)細(xì)胞長(zhǎng)大+細(xì)胞增殖㈠

細(xì)胞長(zhǎng)大（CellEnlargement）

本質(zhì)：蛋白質(zhì)與核酸等合成

有細(xì)胞長(zhǎng)大：有絲分裂+減數(shù)分裂

無(wú)細(xì)胞長(zhǎng)大：卵裂細(xì)胞周期中的細(xì)胞長(zhǎng)大G1phase:

合成DNA復(fù)制所需蛋白(RNA).Sphase:

合成DNA和組蛋白G2phase:

合成少量RNAMphase:

有絲分裂,

形成兩個(gè)子代細(xì)胞非細(xì)胞周期中的細(xì)胞長(zhǎng)大非生理?xiàng)l件下的細(xì)胞長(zhǎng)大高血壓癥之心肌肥大惡性貧血之巨紅細(xì)胞（↑）（二）細(xì)胞增殖（CellReproduction）胚胎早期發(fā)育最基本生物學(xué)特性之一。過(guò)程：有絲分裂

?

細(xì)胞周期

細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)

?

細(xì)胞周期的調(diào)控

√基因調(diào)節(jié)：cdc基因（細(xì)胞分裂周期基因）

cyclin-CDKs-CKIs網(wǎng)絡(luò)

√核外信號(hào)的調(diào)節(jié)：生長(zhǎng)因子及其受體、cAMP與

cGMP、PI早期胚胎--特殊的細(xì)胞周期：無(wú)G1和G2期,S期很短（多點(diǎn)復(fù)制）(2)僅需合成DNA(3)無(wú)細(xì)胞長(zhǎng)大早期胚胎細(xì)胞周期特殊性之意義：細(xì)胞核/質(zhì)比由低到高變化,利于激活基因；體大受精卵→成體C大小；形成大量的小細(xì)胞,便于組織分化、器官發(fā)生；細(xì)胞分化CellDifferentiation細(xì)胞分化是胚胎發(fā)育的核心；細(xì)胞分化是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果。二、細(xì)胞分化相關(guān)基本概念2.細(xì)胞分化的決定(celldetermination)

細(xì)胞在出現(xiàn)特有形態(tài)結(jié)構(gòu)/功能/生化特征之前

發(fā)生的決定細(xì)胞分化方向之內(nèi)在隱蔽變化過(guò)程。1.細(xì)胞分化(celldifferentiation）

胚胎細(xì)胞或幼稚細(xì)胞發(fā)育成具有特殊形態(tài)與功能之專(zhuān)一化細(xì)胞的過(guò)程。3.細(xì)胞的分化潛能全能性多能性單能性標(biāo)志：特異性蛋白質(zhì)（包括酶和受體）的合成。決定發(fā)生在細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)變化之前。決定是細(xì)胞分化的基礎(chǔ)，分化是決定穩(wěn)定發(fā)展的結(jié)果。細(xì)胞分化的決定（celldetermination）實(shí)質(zhì)：基因的差別表達(dá)管家基因/奢侈基因細(xì)胞分化是奢侈基因按一定時(shí)/空順序表達(dá)的結(jié)果。過(guò)程：化學(xué)分化——合子基因激活，組織特異性蛋白的產(chǎn)生形態(tài)分化——核分化、胞質(zhì)分化功能分化細(xì)胞分化（celldifferentiation）

特點(diǎn)：過(guò)程一般不可逆，終末分化細(xì)胞一般不再分裂

過(guò)程漸進(jìn)：全能-多能-單能-終末（專(zhuān)一）受細(xì)胞內(nèi)外信號(hào)調(diào)控1）細(xì)胞核在細(xì)胞分化過(guò)程中具有主導(dǎo)作用。

細(xì)胞分化的調(diào)控：控制細(xì)胞分化的兩大因素：細(xì)胞內(nèi)的控制細(xì)胞之間的相互影響細(xì)胞核細(xì)胞質(zhì)核移植試驗(yàn)：細(xì)胞中絕大部分基因位于細(xì)胞核內(nèi)染色體上，通過(guò)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生mRNA進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，翻譯成各種蛋白質(zhì)，從而決定細(xì)胞新陳代謝類(lèi)型和個(gè)體發(fā)育方向。

細(xì)胞核的主導(dǎo)作用不是絕對(duì)的，核的活動(dòng)受到胞質(zhì)中一些物質(zhì)調(diào)節(jié)與制約。細(xì)胞核在細(xì)胞分化中主導(dǎo)作用之機(jī)制

2）細(xì)胞質(zhì)在細(xì)胞分化過(guò)程中的作用

1928年，施佩曼做了個(gè)實(shí)驗(yàn):用較細(xì)的嬰兒頭發(fā)將蠑螈受精卵結(jié)扎成兩個(gè)半球狀，其中一個(gè)半球中含灰新月區(qū)(受精時(shí)，蠑螈卵細(xì)胞上出現(xiàn)的一個(gè)淺灰色的半月形區(qū)帶)和細(xì)胞核，另一個(gè)不含這個(gè)區(qū)帶。結(jié)果前者發(fā)育成了胚，后者則不能。即使后者含有細(xì)胞核，細(xì)胞也不能分化，只能發(fā)育成沒(méi)有一定形狀的團(tuán)塊。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：灰新月區(qū)(細(xì)胞質(zhì))中含某種物質(zhì)，只有完全具備這種物質(zhì)，胚胎發(fā)育才能正常進(jìn)行。卵細(xì)胞質(zhì)各區(qū)域組分并不相同，這些特殊胞質(zhì)組分稱(chēng)為細(xì)胞質(zhì)決定子(cytoplasmicdeterminants)—RNA與蛋白質(zhì)。胞質(zhì)在C分化中的作用：是通過(guò)C質(zhì)決定子影響胞核基因表達(dá)，一定程度上決定C早期分化。胞質(zhì)對(duì)核內(nèi)基因活動(dòng)有調(diào)節(jié)作用，但不能改變機(jī)體的基因型。核與質(zhì)間相互作用對(duì)細(xì)胞分化影響

互相依賴(lài)，缺一則不能生存核控制著遺傳信息質(zhì)對(duì)核有重要調(diào)節(jié)作用兩者通過(guò)核孔相互傳遞蛋白來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞分化調(diào)控3）細(xì)胞間的相互作用對(duì)細(xì)胞分化的影響：

相互識(shí)別、誘導(dǎo)、分化抑制等胚胎誘導(dǎo)（induction）：胚胎發(fā)育過(guò)程中，一部分細(xì)胞影響其它細(xì)胞分化方向。細(xì)胞抑制（inhibition）：已分化細(xì)胞抑制鄰近細(xì)胞進(jìn)行相同分化。如把發(fā)育中蛙胚置于含有成體蛙心碎片的培養(yǎng)液中，胚不能產(chǎn)生心臟。細(xì)胞識(shí)別與粘合（組織親合性）：三胚層細(xì)胞混雜培養(yǎng)→各胚層自我挑選，相互粘著

腫瘤細(xì)胞不能識(shí)別粘著，失去了正常細(xì)胞調(diào)控能力轉(zhuǎn)分化（transdifferentiation，化生）：1)從一種分化狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種分化狀態(tài)；2)通過(guò)增生干C或低分化C轉(zhuǎn)化為其他類(lèi)型C；

去分化和轉(zhuǎn)分化：去分化（dedifferentiation，逆轉(zhuǎn)）：分化C失去特有結(jié)構(gòu)和功能變?yōu)榫哂形捶只?xì)胞特性的過(guò)程。誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞胚胎誘導(dǎo)Induction三、胚胎誘導(dǎo)胚胎誘導(dǎo)（induction）：

胚胎發(fā)育時(shí)期，部分C提供或傳遞信號(hào)，其它C接受該信號(hào)，并向特定方向分化。

誘導(dǎo)組織（inductor）：起誘導(dǎo)作用之C或組織

反應(yīng)組織（respondingtissue）：接受信號(hào)并起反應(yīng)之C或組織?；靖拍?912年，施佩曼最早發(fā)現(xiàn)：兩棲類(lèi)發(fā)育中視泡能誘導(dǎo)覆蓋它的表皮形成晶狀體

誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)一誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)二-蠑螈早期原腸胚的背唇移植實(shí)驗(yàn)供體胚胎受體胚胎背唇背腹神經(jīng)板誘導(dǎo)物特性大分子：蛋白質(zhì)或核酸，小分子：苯丙氨酸、胞嘧啶核苷酸存在于胚胎或成體組織活、死組織反應(yīng)組織特點(diǎn)1）有權(quán)能期（periodofcompetence）

一定時(shí)間內(nèi)發(fā)生，一旦超出臨界時(shí)間，反應(yīng)能力會(huì)逐漸減退、消失。2）誘導(dǎo)刺激異，反應(yīng)異同一外胚層→神經(jīng)誘導(dǎo)物→神經(jīng)組織中胚層誘導(dǎo)物→脊索、肌肉等4）反應(yīng)組織的分化是持續(xù)的、不可逆的，說(shuō)明誘導(dǎo)刺激在反應(yīng)C中一旦引起了某些基因表達(dá)，就會(huì)按固有程序進(jìn)行下去。

3）反應(yīng)C產(chǎn)生何種結(jié)構(gòu)由誘導(dǎo)物決定產(chǎn)生結(jié)構(gòu)之遺傳性由反應(yīng)C決定誘導(dǎo)層次性1）初級(jí)誘導(dǎo)脊索誘導(dǎo)神經(jīng)系統(tǒng)形成稱(chēng)之為初級(jí)誘導(dǎo)2）次級(jí)誘導(dǎo)與三級(jí)誘導(dǎo)眼形成是最典型例子：前腦區(qū)兩側(cè)外突視泡誘導(dǎo)其外方之外胚層形成晶狀體，為次級(jí)誘導(dǎo)晶狀體再誘導(dǎo)其表面外胚層形成角膜，為三級(jí)誘導(dǎo)1.指令性誘導(dǎo)——在誘導(dǎo)發(fā)生前，反應(yīng)組織分化未決定①

誘導(dǎo)組織A存在，反應(yīng)組織B才能分化為特定結(jié)構(gòu)；②如果A組織不存在，B組織不會(huì)沿特定方向分化為特定結(jié)構(gòu)；③A組織存在，正常情況下與B組織分化方向不同的C組織也會(huì)沿著B(niǎo)組織的發(fā)育方向進(jìn)行分化。誘導(dǎo)類(lèi)型視泡誘導(dǎo)晶狀體的形成ABC2.允諾性誘導(dǎo)

特征：在誘導(dǎo)作用發(fā)生前，反應(yīng)組織已完成了分化決定；

誘導(dǎo)物不能改變反應(yīng)細(xì)胞類(lèi)型，而僅僅是讓它有能力表達(dá)。

（1）接觸性誘導(dǎo)——通過(guò)誘導(dǎo)組織與反應(yīng)組織之間的細(xì)胞接觸而實(shí)現(xiàn)：簡(jiǎn)單的表面接觸形成縫管連接（2）非接觸性誘導(dǎo)誘導(dǎo)組織產(chǎn)生的大分子物質(zhì)在細(xì)胞外基質(zhì)中形成一定的濃度梯度；誘導(dǎo)作用機(jī)制特定化學(xué)物質(zhì)的擴(kuò)散總之，誘導(dǎo)物必須激活反應(yīng)細(xì)胞內(nèi)有關(guān)基因和基因組，一組基因被激活，產(chǎn)生一組特異性蛋白，從而導(dǎo)致細(xì)胞分化。形態(tài)發(fā)生和細(xì)胞行為MorphogenesisandCellBehavior四、形態(tài)發(fā)生和細(xì)胞行為組織和器官形態(tài)發(fā)生是通過(guò)細(xì)胞的：

細(xì)胞運(yùn)動(dòng)

細(xì)胞識(shí)別和粘著

細(xì)胞增殖和死亡等過(guò)程而實(shí)現(xiàn)的形態(tài)發(fā)生（morphogenesis）

：胚胎各個(gè)水平上的結(jié)構(gòu)和形態(tài)逐步形成的發(fā)育過(guò)程。1.細(xì)胞運(yùn)動(dòng)和形態(tài)發(fā)生神經(jīng)管形成過(guò)程細(xì)胞形狀與微絲、微管配布變化的關(guān)系：（1）外胚層細(xì)胞呈立方形，微絲和微管任意分布；（2）細(xì)胞變長(zhǎng)，微管平行于長(zhǎng)軸排列，形成神經(jīng)板；（3）細(xì)胞頂部縮窄，微絲與表面平行分布，形成神經(jīng)管。位置信息

位置信息(positionalinformation)：那些可使C獲得在同一系統(tǒng)中特定位置之物質(zhì)或因素(相當(dāng)于電影票)。

位置信息決定細(xì)胞空間定位

位置信息來(lái)源:

①來(lái)自外界環(huán)境——如地球引力，精子進(jìn)入點(diǎn)，細(xì)胞所處的周?chē)h(huán)境；②來(lái)自卵子中形態(tài)發(fā)生決定子的分布模式；③位置信息貯存于基因中；④來(lái)自細(xì)胞的相互作用和協(xié)調(diào)。細(xì)胞—細(xì)胞黏著/細(xì)胞—基質(zhì)黏著作用：①通過(guò)選擇性的粘附，同類(lèi)或相關(guān)細(xì)胞按一定的模式聚集在一起，構(gòu)成組織；②通過(guò)區(qū)別粘附形成突起、內(nèi)陷、囊腔、基板等結(jié)構(gòu)；③通過(guò)與周?chē)募?xì)胞或基質(zhì)不斷的粘附和去粘附實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的遷移。2.細(xì)胞黏著和形態(tài)發(fā)生3.程序性細(xì)胞死亡與形態(tài)發(fā)生程序性細(xì)胞死亡（programmedcelldeath，PCD）1）定義：也稱(chēng)細(xì)胞凋亡（apoptosis）一種由基因控制之主動(dòng)的細(xì)胞生理性自殺行為。2）特點(diǎn)：形態(tài)：凋亡小體等生化：階梯狀DNA條帶3）胚胎發(fā)育中PCD意義：控制細(xì)胞數(shù)目去除不需要的結(jié)構(gòu)保護(hù)機(jī)體過(guò)程失控，將導(dǎo)致各種疾病2002年10月7日英國(guó)人悉尼·布雷諾爾、美國(guó)人羅伯特·霍維茨和英國(guó)人約翰·蘇爾斯頓，因在細(xì)胞程序性死亡方面的研究獲諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。SydneyBrennerH.RobertHorvitzJohnE.Sulston

胚胎場(chǎng)現(xiàn)象EmbryonicField五、胚胎場(chǎng)現(xiàn)象一）肢芽發(fā)生實(shí)驗(yàn)1若將早期肢芽挖除，其周?chē)M織仍能長(zhǎng)出一個(gè)正常肢芽；距原肢芽越近的組織發(fā)生新肢芽的能力越強(qiáng)，反之則弱。2若切除肢芽的1／2或3／4，余部仍能發(fā)育為正常肢體。3若把一肢芽中胚層組織挖出，填入另一肢芽?jī)?nèi)，使后者具有雙倍肢芽中胚層，該肢芽仍?xún)H發(fā)育為一正常肢體

。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：胚體可形成肢芽范圍比預(yù)定發(fā)生肢芽部位要廣

這種能發(fā)育形成某種結(jié)構(gòu)的組織場(chǎng)地稱(chēng)為該結(jié)構(gòu)之胚胎場(chǎng)（embryonicfiel