1、胚胎發育過程：細胞生長分化辨認遷移死亡功效表示組織和器官形成等胚胎發育細胞增殖和分化第1頁第1頁細胞長大+細胞增殖本 質：蛋白質與核酸等合成 細胞生長1 細胞長大 :細胞體積 胞質長大 胞核長大2 細胞增殖：細胞數量 由細胞分裂實現第2頁第2頁生長方式損傷或刺激可誘導細胞增殖或生長。如將大鼠肝臟切除2/3，剩余部分增殖使肝臟恢復本來大小第3頁第3頁生長方式切除腎一部分，剩余部分主要通過細胞增大而增大。細胞增殖受內外原因控制第4頁第4頁細胞分化-發育生物學研究之關鍵細胞分化(cell differentiation）定義：由同一個受精卵分裂、增殖而來胚胎細胞發育成含有特殊形態與功效專一化細胞過程

2、。在細胞分化基礎上，胚胎逐步產生出許多不同組織、器官和系統，協調地組成一個復雜、精致、能自主生活生命個體。第5頁第5頁細胞分化經歷事件：化學分化: 合子基因激活、特異蛋白合成 RBC（血紅蛋白）形態分化：核分化、胞質分化功效分化總體上分為兩個階段：一、細胞命運決定（determination）二、細胞分化（differentiation）第6頁第6頁細胞命運決定 決定是指細胞被賦予特殊“使命”或“命運”，并進入程序性分化過程。在這一階段，細胞即使還沒有顯示出特定形態、生理和生化特性，但是已經擬定了向特定方向分化程序。第7頁第7頁二、決定兩種基本方式1、鑲嵌型發育(mosaic developm

3、ent)： 由細胞質內形態發生決定因子決定 ，整體胚胎象是自我分化各部分組裝在一起集合體。（自主發育） 2、調整型發育(regulative development)： 胚胎發育過程中，相鄰細胞之間通過互相作用，決定其中一方或雙方分化方向。（依賴性發育）第8頁第8頁形態發生決定子（morphgenetic determinant）也稱為成型素（morphogen）或細胞質決定子（cytoplasmic determinant），是卵子或受精卵中存在能夠決定細胞分化方向，發育形成一定組織和形態結構特殊細胞質因子。形態發生決定子在受精卵中特殊定位，以及卵裂時對各個子細胞分派不均一性稱為細胞質定域（

4、cytoplasm locolization）。 1.鑲嵌型發育第9頁第9頁由于鑲嵌型發育胚胎細胞定型方式與鄰近細胞互相作用無關，因此，假如在發育早期將一個卵裂球從胚胎整體上分離下來進行單獨培養，它仍然會發育成在整體中負責發育組織結構，而胚胎其余部分發育形成胚胎中將缺乏這種組織結構，兩者正好互補。如：海鞘。第10頁第10頁柄海鞘受精卵細胞質依據所含色素不同可分為四個不同區域.動物極部分含透明細胞質；植物極部分靠近赤道處有兩個彼此相對排列新月區，一個是呈淺灰色灰色新月區，和一個呈黃色黃色新月區；植物極其它部分含灰色卵黃，為灰色卵黃區。 第11頁第11頁動物極部分含透明細胞質，未來形成幼蟲表皮。黃

5、色新月區未來形成肌肉細胞，稱為肌細胞質。灰色新月區未來形成脊索和神經管。灰色卵黃區含大量灰色卵黃，未來形成幼蟲消化道。 第12頁第12頁用卵裂球分離方式證實：每個卵裂球都負責產生幼蟲一定組織。當特定卵裂球分離下來后，由這些卵裂球負責產生結構在幼蟲中便不復存在。 第13頁第13頁因此，海鞘每個卵裂球都是能夠自主發育，胚胎好象是由能自主分化各部分構成鑲嵌體。 第14頁第14頁童第周等在海鞘卵子受精后20分鐘，把受精卵一分為二。用其中無核卵塊作受體，分別把原腸胚外胚層、中胚層和內胚層細胞細胞核移植到受體中。結果：無論移植細胞核來自哪一個胚層，所形成組織結構總是和無核卵塊中所含有細胞質組分相關。闡明海

6、鞘胚胎細胞發育命運是由其所含有細胞質形態決定子相關，而與細胞核無關。 第15頁第15頁試驗結果清楚地說明海鞘類動物受精卵不同細胞質區域含有特殊形態發生決定子。卵裂時，這些組分伴隨胚胎卵裂被準確地分布到胚胎一定部位，經過調控不同基因表示而決定細胞分化方向。呈經典鑲嵌型胚胎發育動物卵子還有櫛水母、步驟動物，線蟲和軟體動物等一些低等無脊椎動物。在這些經典鑲嵌型發育動物卵子細胞質中，都存在著形態發生決定子。 第16頁第16頁在海鞘、櫛水母這些典型鑲嵌型發育動物中，細胞互相作用對決定一些胚胎細胞發育命運也是必要。神經細胞是從a4.2和A4.1兩對產生。當這兩對卵裂球被分離下來單獨培養時都不能形成神經組織

7、。可是兩者配合才干形成神經組織。 第17頁第17頁2. 調整型發育(regulative development)： 胚胎發育過程中，相鄰細胞之間通過互相作用，決定其中一方或雙方分化方向。（依賴性發育）第18頁第18頁調整型胚胎發育形態發生決定子與細胞質定域在發育初始階段，采用調整型發育動物胚胎細胞也許含有不止一個分化潛能，但在和鄰近細胞互相作用過程中逐步限制了它們發育命運，使其只能朝一定方向分化。第19頁第19頁在胚胎發育早期，從采用調整型發育胚胎上分離出一個卵裂球，則胚胎上其它相鄰卵裂球能夠調整和改變發育命運，填補分離掉卵裂球所留下空缺，使其仍然能夠發育成一個完整胚胎。但在發育較晚時期，當

8、胚胎細胞命運已經決定后，其決定狀態在正常發育過程中也不再能改變。第20頁第20頁海膽、魚類和兩棲類等動物胚胎屬于典型調整型發育胚胎。在胚胎發育早期階段當胚胎受到一些局部試驗性損傷時，仍能通過本身調整形成正常有機體。第21頁第21頁如兩棲類和海膽四細胞期卵裂球分離后，每個卵裂球都含有潛力形成完整胚胎。第22頁第22頁兩棲類卵子在受精后會因細胞質流動而形成一個灰色新月區。蛙第一次卵裂使灰色新月區平均分派到所形成兩個卵裂球中，這兩個卵裂求都含有全能性。將其分離后，兩個都能夠發育成正常胚胎。但調整型發育胚胎中也存在形態發生決定子細胞質定域 第23頁第23頁試驗證實：1、灰色新月區含有合子形成完整胚胎

9、所必須形態發生決定子。 2、鑲嵌型發育胚胎和調整型發育胚胎 之間差異只是程度上不同。 第24頁第24頁海膽受精卵也是調整 型發育。第一次卵裂形成兩個 卵裂球分離后也都能夠 形成完整胚胎。但在第3次卵裂以后，將動、植物極卵裂球分離培養，則動物極卵裂球形成初級外胚層組織，植物極卵裂球形成初級內胚層組織。說明動物極和植物極含有不同形態發生決定子。這種決定子在8細胞時第一次分離。 第25頁第25頁在任何動物胚胎發育過程中，細胞定型兩種發育模式都在發生作用。但在不同動物中哪種方式起主要作用在程度是不同。多數無脊椎動物胚胎發育過程中，主要是細胞自主特化在發生作用，細胞間相互作用次之，是鑲嵌型發育類型。在脊

10、椎動物中則相反，主要是細胞相互關系在起主要作用，細胞自主特化起次要作用，是調整型發育類型。第26頁第26頁把某時期某種組織原基移植到另一胚胎與原地不同之部位，假如移植塊按照在原地情況發育，表明在移植時已發生了分化決定；假如按照在移植部位進行發育，說明在移植時其命運還未決定。三、細胞分化參考信息 第27頁第27頁第28頁第28頁（1）細胞核（2）細胞質（3）細胞間互相調控 細胞誘導 細胞克制 細胞辨認與粘合 其它四、細胞分化調控內部原因外部原因第29頁第29頁1. 細胞核在細胞分化過程中具主導作用 試驗一 施佩曼將受精卵結扎，二分之一球含細胞核，另二分之一球不含細胞核。結果有核半球能進行正常卵裂

11、，無核則不能。在16或32細胞期，讓一胞核通過結扎處進入無核半球，結果這個半球也開始卵裂，并且發育成正常胚胎。第30頁第30頁取一羊乳腺細胞細胞核取另一羊去核卵細胞兩者融合發育至32細胞時移植入待孕羊子宮后代像供核之羊 試驗二 核移植試驗試驗表明：胚胎發育過程中細胞核起主導作用第31頁第31頁 細胞中絕大部分基因位于細胞核內染色體上，通過轉錄產生mRNA進入細胞質，翻譯成各種特異性蛋白質從而決定細胞新陳代謝類型和個體發育方向。 細胞核主導作用不是絕正確，核活動受到胞質中一些物質調控與制約細胞核在細胞分化中主導作用之機制 第32頁第32頁受精卵發育形成細胞含有相同基因但在發育中只有5-10%基因

12、表示(人類基因總數約3萬-5萬)且表示基因差別較大Why?第33頁第33頁（2）細胞質在分化過程中作用第34頁第34頁 1928年，施佩曼用嬰兒頭發將蠑螈受精卵結扎成兩個半球狀，其中一個半球中含灰新月區和細胞核，另一個不含這個區帶。結果前者發育成了胚胎，后者則不能。即使后者含有細胞核，細胞也不能分化，只能發育成沒有一定形狀團塊。 試驗闡明：灰新月區(細胞質)中含某種物質，只有完全具備這種物質，胚胎發育才干正常進行。第35頁第35頁這些特殊胞質組分為形態發生決定子（RNA與蛋白質）。胞質在細胞分化中作用：是通過細胞質決定子影響胞核基因表示，一定程度上決定細胞早期分化。第36頁第36頁核與質間互相

13、作用影響細胞分化 互相依賴，缺一則不能生存核控制著遺傳信息質對核有主要調整作用兩者通過核孔互相傳遞蛋白來實現對細胞分化調控第37頁第37頁(3)細胞間互相作用（細胞社會學）對細胞分化影響誘導克制辨認其它第38頁第38頁胚胎誘導（induction）：胚胎發育過程中，一部分細胞影響其它細胞分化方向。細胞克制(inhibition)：已分化細胞克制鄰近細胞進行相同分化。如把發育中蛙胚置于含有成體蛙心碎片培養液中，胚不能產生心臟。其它：激素，細胞數量，細胞外基質等細胞辨認與粘合(組織親合性)：三胚層細胞混雜培養各胚層自我挑選，互相粘著。癌細胞不能辨認粘著，失去了正常細胞調控能力第39頁第39頁1.

14、概念胚胎誘導：胚胎發育時期，部分細胞提供或傳遞信號，其它細胞接受該信號，并向特定方向分化。誘導者（inductor）： 起誘導作用細胞或組織反應者（responding tissue）： 接受信號并起反應細胞或組織。 三 胚 胎 誘 導第40頁第40頁19施佩曼最早發覺：兩棲類發育中眼泡能誘導覆蓋它表皮形成晶狀體 誘導試驗一第41頁第41頁過程：將遷移到內部之前背唇切下來，移植到另一正常原腸胚腹部。結果：移植物發育成第二條脊索在移植物上方出現了一條神經板最后這個原腸胚發育成一雙頭怪物。誘導試驗二試驗二表明：在移植物作用下，移植物周圍胚層改變了本來發育方向第42頁第42頁2 誘導特點1）有權能期

15、（period of competence） 一定期間內發生，一旦超出臨界時間， 誘導或反應能力會減退、消失第43頁第43頁將原腸晚期原腸頂不同部位移植塊放到早期原腸胚囊胚腔中，會誘導不同結構形成。第44頁第44頁4）誘導引起反應細胞分化連續、不可逆3）誘導物決定反應細胞產生何種結構 反應細胞決定產生結構之遺傳性2）誘導者異，反應異同一外胚層神經誘導物神經組織中胚層誘導物脊索、肌肉等第45頁第45頁初級誘導、次級誘導與三級誘導脊索誘導神經系統形成為初級誘導3 誘導層次性第46頁第46頁前腦區兩側外突視泡誘導其外方之外胚層形成晶狀體，為次級誘導晶狀體再誘導其表面外胚層形成角膜，為三級誘導第47頁

16、第47頁誘導組織必須激活反應細胞內相關基因基因表示產物又激活或克制其它相關基因細胞產生特異性蛋白從而造成分化 第48頁第48頁總來說發育問題歸根結底依賴于基因在發育過程中按一定期間和一定空間有秩序、有選擇地表示第49頁第49頁第三節 細胞分化基因控制 一、主導基因如何控制一個組織和一個完整器官形成第50頁第50頁主導基因(master gene)或選擇者基因(selector gene)即為一些能夠啟動和控制一系列下游基因表示基因。功效：選擇和控制一套擬定細胞類型和區域特異性發育基因。即主導基因表示是啟動選擇、實現選擇以及進一步保持特定分化狀態關鍵。細胞命運決定也許就是形態發生決定子特異性地激

17、活了主導基因。第51頁第51頁一、生肌蛋白基因家族為肌組織發生設定發育程序 1. 成肌細胞決定基因1(MyoD1)生肌蛋白基因家族主導基因是成肌細胞決定基因1(MyoD1)。整個成體終末分化所需其它附屬基因都統歸在成肌細胞決定基因控制下。只要用MyoD1mRNA轉染，成纖維細胞及脂肪組織細胞即可被重新編程，并使其成為穩定而可遺傳成肌細胞。這闡明，只要MyoD1被轉錄，這個細胞命運就已經被決定成為成肌細胞，并按成肌細胞分化程序進行分化。 第52頁第52頁MyoD1蛋白具有一種堿性螺旋折疊螺旋結構域(bHLH)，這種結構域可結合到受控基因控制區，作為轉錄因子啟動下游生肌蛋白基因表達。 另一方面，M

18、yoD1蛋白還能與自身基因上游調控區結合，使自身基因保持轉錄活性，從而擴大和維持本身合成。該過程也叫自催化或者正反饋。自催化機制保證了胚胎細胞在分裂增殖過程中，決定狀態能被穩定下來并忠實地傳遞給子細胞 。 第53頁第53頁哺乳動物中，已知有4種類似生肌主導者基因：MyoD1，myf-5，mrf-4和myogenin，他們都屬于同一基因家族，且序列高度相同，都是編碼含有bHLH轉錄因子。 將其注射到成纖維細胞種，它們都能啟動肌肉分化地程序。myogenin不能被其它三種基因替換，其它三種能夠互相替換（genetic redundancy, 遺傳冗余）。 第54頁第54頁2. 控制眼形成主導基因e

19、yeless 在果蠅中，Eyeless突變會造成眼睛變少或完全沒有眼睛。Eyeless基因編碼蛋白質有與DNA同源異型框(homeodomain)及配對框相結合兩個結構域。這個主導基因靶標可能是各種不同視蛋白基因。 第55頁第55頁Gehring等人將帶有UAS啟動子eyeless cDNA導入到含有酵母轉錄因子GAL4基因轉基因果蠅卵中。GAL4是一個轉座子，當其插入到啟動區下游時，能夠在果蠅許多器官芽中被激活而轉錄、翻譯成蛋白質。GAL4基因這種蛋白質能夠作為轉錄因子與UAS啟動子特異地結合，從而啟動eyeless基因轉錄。 第56頁第56頁在發育到果蠅變態時，許多器官中除了將本身基因表示程序表示之外，eyeless cDNA也被GAL4轉錄因子啟動表示。由于eyeless基因是一個主導基因，成復眼基因表示程序就在許多器官芽中被啟動。結果在轉基因果蠅腿上、翅膀上等都額外長出了眼睛。最多一個果蠅體上長出了多達14個眼睛。 第57頁第57頁3. 同源異型基因主要特性在細胞分化決定過程中，負責作出決定主導基因或選擇者基因是同源異型基因。1）它們都有一個高度保守基本序列，即同源異型框，在果蠅中叫做HOM序列。其所編碼蛋白叫同源異型域結構域，一個由6070個氨基酸構成，在立體結構上為螺旋折疊螺旋結構域（HLH）結構。第58