發(fā)育生物學(xué)胚胎的早期發(fā)育

1、第二章 胚胎的早期發(fā)育,(一)、卵裂的特點,卵裂期是指受精卵開始有絲分裂并產(chǎn)生由較小的細胞構(gòu)成的囊胚(blastula)的過程。卵裂的主要特點包括：分裂周期短;分裂球的體積下降：海膽胚胎的質(zhì)/核比由550降至6;早期卵裂中合子基因大多處于休眠狀態(tài)；卵裂常經(jīng)歷由均等裂向不均等裂變化。,一、卵裂 Cleavage,(二)、卵裂的類型,經(jīng)線裂(meridional cleavage):指卵裂面與A－V軸平行的卵裂方式。緯線裂(

2、equatorial cleavage):指卵裂面與A－V軸垂直的卵裂方式。,輻射型全卵裂,海鞘：經(jīng)－經(jīng)－緯－經(jīng)……，8次分裂后產(chǎn)生的256細胞柱形胚胎在兩極細胞移動封口后成為中空柱形囊胚。,海膽：第四次分裂后將開始不均等分裂，第7次分裂后產(chǎn)生128細胞組成的囊胚(see next slide). 植物極的micromeres是生骨中胚層命運，具有起動原腸作用、誘導(dǎo)第二胚軸的活性。,海膽早期囊胚的細胞體積一致，其后長出纖毛，使囊胚可在

3、受精膜內(nèi)轉(zhuǎn)動，同時也因細胞的增殖，細胞變癟。囊胚腔形成的2種可能機制：a, 卵裂球分泌的蛋白進入囊胚腔中，導(dǎo)致腔中液體粘稠而吸取胚外水分，腔內(nèi)的膨脹壓阻止了細胞向腔內(nèi)增生；b, 細胞與受精膜內(nèi)的透明層緊密粘接，使細胞不能向腔內(nèi)增生。囊胚的孵化：由動物極細胞分泌孵化酶降解受精膜。,蛙類：卵黃對卵裂的阻礙作用導(dǎo)致卵裂溝延伸緩慢、第三次緯裂發(fā)生不均等分裂。植物極半球分裂的速度始終較慢，所以囊胚的植物極細胞較大。,蛙類的囊胚腔的形成：第一次

4、分裂后兩個子細胞的動物極端相接觸，產(chǎn)生一個裂縫，它將擴大成為囊胚腔。囊胚腔的作用：有利于原腸作用期細胞的移動、防止囊胚腔上下細胞的過早交流。,螺旋型全卵裂：均采經(jīng)線裂。第三次分裂前，卵裂球內(nèi)的紡錘體轉(zhuǎn)動45度，然后向動物極方向出芽小卵裂球。其后的大卵裂球以同樣方式產(chǎn)生一大一小子分裂球，而小分裂球只生成小卵裂球。形成的囊胚無囊胚腔。,旋轉(zhuǎn)型全卵裂,哺乳動物的早期卵裂發(fā)生在輸卵管中。,哺乳動物旋轉(zhuǎn)型全卵裂：第1次為經(jīng)線裂，其后的2個卵裂

5、球各采不同的卵裂方式。早期卵裂球的卵裂不同步，可產(chǎn)生奇數(shù)細胞的胚胎。,哺乳動物卵裂球的compaction:發(fā)生第三次卵裂后不久,小鼠8細胞胚胎compaction前后,Compaction的機制:8細胞胚胎的外層胞間形成致密連接(tight junctions)，而內(nèi)層胞間形成縫隙連接(gap junction)。注射了E-Cadherin抗體的胚胎不能夠致密化。 在4細胞期激活蛋白激酶C導(dǎo)致compaction發(fā)生。因此，Com

6、paction可能始于蛋白激酶C的活化，它引起細胞骨架的重排，在膜上均勻分布的E-Cadherin重新定位在胞間相交處。,哺乳動物囊胚細胞命運的早期分化－位置決定論16細胞期桑椹胚(morula):位于內(nèi)部的少數(shù)細胞產(chǎn)生的子細胞將組成內(nèi)細胞團(inner cell mass)，而位于外部的細胞產(chǎn)生的子細胞大多構(gòu)成滋胚層(trophoblast)。32細胞期胚泡(blastocyst):位于囊胚腔一端的內(nèi)細胞團(約10個細胞)將發(fā)育

7、胚胎的本體及與其相連的卵黃囊、尿囊和羊膜；外層的滋胚層生成絨毛膜，為胎兒從母體攝取營養(yǎng)物質(zhì)和氧，并產(chǎn)生激素以避免母體的排斥反應(yīng)。,哺乳動物胚胎的D－V軸與卵的A－V軸的關(guān)系,哺乳動物胚泡的著床胚泡在向子宮移動過程中體積增大，是因為因為定位于滋胚層細胞膜囊胚腔一側(cè)的Na－K泵將外部Na+泵入腔中，最后通過滲透作用吸水使囊胚腔增大。胚胎外的透明帶阻止了胚泡與輸卵管壁的粘連。胚泡到達子宮時，胚胎細胞分泌strypsin（一種類胰蛋白酶

8、)，它使透明帶穿孔，胚泡從孔中擠出與子宮壁接觸，通過一系列反應(yīng)而著床。,人類的同卵雙生的發(fā)生(占出生總數(shù)的0.25%),人類的連體嬰兒,嵌合胚：如右圖，說明早期卵裂球有同等的發(fā)育潛力。自然人群中也出現(xiàn)過同時有XX型和XY型細胞的人。胚胎干細胞：保持了分化為胚胎本體的潛能的、可在體外增殖的胚胎細胞。在基因功能研究和疾病治療方面有重要的作用。,哺乳動物中的嵌合胚、胚胎干細胞,人工受精：如主要用于治療不育癥、保存 和運輸優(yōu)良個體。胚胎切

9、割：在2－4細胞期分割胚胎細胞，用于繁殖優(yōu)良家畜個體。,哺乳動物中的人工受精和胚胎切割,線蟲的旋轉(zhuǎn)全卵裂,在線蟲的第二次卵裂中，AB細胞為緯裂(與A－P軸線垂直)，P1細胞為經(jīng)裂。,鳥類的盤狀偏裂,胚盤為動物極直徑約2－3mm的胞質(zhì)區(qū)，前3次卵裂經(jīng)線裂，發(fā)生在輸卵管中，胚盤為單細胞層，仍與卵黃相接觸。,雞胚進入子宮后，才發(fā)生緯裂，形成5－6個細胞厚的胚盤。胚盤細胞從稀蛋白吸取液體后，與卵黃分裂，形成胚盤下腔(subgerminal c

10、avity)。該腔使胚盤中央?yún)^(qū)透明，叫明區(qū)(area pellucida)；而邊緣區(qū)的細胞仍與卵黃接觸使其不透明，叫暗區(qū)(area opaca)。上胚層(epiblast)將形成胚胎本體；下胚層(hypoblast)將產(chǎn)生胚外結(jié)構(gòu)如卵黃囊柄和連接卵黃和內(nèi)胚層消化管的蒂。,魚類的盤狀偏裂,斑馬魚受精卵的前5次卵裂均為經(jīng)線裂，產(chǎn)生的32個細胞為單層分布于卵黃上。其后的分裂方向不規(guī)則。囊胚期開始于128細胞期,屬盤狀囊胚。,斑馬魚中囊胚(經(jīng)

11、歷了10次卵裂)的三類細胞：1.卵黃多核層(yolk syncytial layer, YSL)：胚盤的植物極邊緣細胞裂解，其核和質(zhì)與卵黃細胞融合在一起而構(gòu)成的一層細胞核層。在胚盤下包中，部分YSL細胞核移向胚盤下成為internal YSL，它們可能起提供營養(yǎng)的作用；邊緣處的為external YSL,它們可能起驅(qū)動下包的作用。2. Enveloping layer (EVL)：位于胚盤最外層已表皮化的細胞，發(fā)育后期會脫落。3.

12、 Deep Cells：介于YSL和EVL之間的細胞，它們將發(fā)育為胚胎本體。晚期囊胚的深層細胞的命運已經(jīng)建立。,二、原腸作用 Gastrulation,(一)、原腸作用的概念和主要特點 原腸作用是指囊胚細胞有規(guī)則的移動，使細胞重新排列，用來形成內(nèi)胚層和中胚層器官的細胞遷入胚胎內(nèi)部，而要形成外胚層的細胞鋪展在胚胎表面。原腸作用期的胚胎叫原腸胚(gastrula)。,原腸作用中的主要細胞遷移,外包(epiboly): 表皮層

13、做為一個整體擴展，使胚胎的內(nèi)層 被覆蓋。內(nèi)陷(invagination): 指胚胎的局部區(qū)域的內(nèi)陷。內(nèi)卷(involution): 指正在擴展的外層向內(nèi)卷折，去從內(nèi)鋪 蓋原來的外層細胞。內(nèi)移(ingression): 指表層的單個細胞遷入胚胎的內(nèi)部。分層(delamination):指一個細胞層

14、分成兩層或多或少平行 的細胞層。會聚伸展(convergent extension): 指細胞間相互插入，使 所在組織變窄、變薄，并推動組織一定 方向移動。,Convergent extension,表皮細胞和間質(zhì)細

15、胞的概念,表皮細胞(epithelial cells)：細胞與細胞間緊密連接成管狀或片層狀結(jié)構(gòu)， 局部或整個結(jié)構(gòu)一期運動。間質(zhì)細胞(mesenchymal cells):細胞與細胞間松散相連，每個細胞為一個行 動單元。,(一)

16、、幾種模型動物的原腸作用1、海膽的原腸作用,原腸作用前海膽囊胚的結(jié)構(gòu),海膽原腸作用過程：原植物極中央細胞內(nèi)陷進入囊胚腔，表皮細胞轉(zhuǎn)變成為初級間質(zhì)細胞，然后內(nèi)胚層表皮細胞內(nèi)陷和擴展，其前端表皮細胞轉(zhuǎn)化為次級間質(zhì)細胞。兩種間質(zhì)細胞都將長出偽足，后者起定向和驅(qū)動細胞移動的作用。,海膽原腸作用的開始,海膽原腸作用的機制：內(nèi)胚層的早期內(nèi)陷機制：如下圖所示，纖絲收縮使細胞變位契形，成 為細胞內(nèi)陷的原動力。內(nèi)胚層的晚期內(nèi)陷機制：偽

17、足的收縮和細胞間的變形重排(會聚伸展)。,海膽原腸作用過程：初級間質(zhì)細胞在中胚層和內(nèi)胚層相 交處形成一圈，在腹側(cè)有一分支延 伸，它們將用于骨的形成。,,海膽小分裂球啟動原腸作用，可誘導(dǎo)第二胚軸的形成。,,海膽小分裂球可以使預(yù)置外胚層命運細胞分化為中胚層和內(nèi)胚層命運的細胞,2. 果蠅的原腸作用

18、 原腸作用開始于腹部預(yù)置中胚層的內(nèi)陷。,羊漿膜(amnioserosa)的作用可能是分泌信號分子，指導(dǎo)germ band的收縮，它最后將退化。,3. 爪蟾的原腸作用原腸作用開始于瓶狀細胞的形成和內(nèi)突。 它們的內(nèi)突使囊胚表面形成一個小溝，即為胚孔(blastopore)。,3. 爪蟾的原腸作用 (續(xù)),3. 爪蟾的原腸作用 (續(xù)),3. 爪蟾的原腸作用 (續(xù)),3. 爪蟾的原腸作用 (續(xù)),4. 斑馬魚的原腸作用

19、原腸作用開始于胚盤細胞向植物極方向的卵黃下包，由YSL驅(qū)動，使胚盤變薄。 胚層的形成：50%下包時，與卵黃交界處的deep cells內(nèi)卷，使交界處形成厚實的一圈，叫 germ ring。內(nèi)卷的細胞和由上層內(nèi)移的細胞形成下胚層、上層的deep cells為上胚層。 胚盾(embryonic shield)：因深層細胞的內(nèi)卷和會聚擴展而在germ ring的某處形成的加厚區(qū)。它為胚胎的背部，從此處內(nèi)卷的細胞將與其

20、它會聚擴展的下胚層細胞一起沿背部中線形成脊索中胚層(chordamesoderm);下胚層細胞還將生成近軸中胚層和內(nèi)胚層。 上胚層的部分細胞經(jīng)會聚擴展形成neural keel，其余的細胞形成皮膚。,斑馬魚的原腸作用(續(xù)) 內(nèi)卷和會聚擴展形成脊索中胚層的細胞表達no tail基因，而會聚擴展形成近軸中胚層的細胞表達snail基因。,5. 雞胚的原腸作用,下胚層的形成,雞胚原條(primitive streak)

21、的形成：由后部邊緣區(qū)的上胚層細胞加厚而成，它的出現(xiàn)確定了胚胎的A－P軸線。原條內(nèi)會形成一個凹陷，叫原溝，是上胚層細胞進入囊胚腔的門戶。原條的頭部末端是一個加厚層，叫Hansen`s node, 是一個誘導(dǎo)中心。,細胞早期通過原條的移動：最早穿過原條進入囊胚腔的細胞向頭部方向移動，最終遷移至胚胎的頭部，成為前腸內(nèi)胚層。這些細胞的移動將原來的下胚層細胞擠至明區(qū)前部，成為生殖新月區(qū)(germinal crescent)，是原生殖細胞存在部位。

22、 其后通過Node進入囊胚腔的細胞在上胚層和內(nèi)胚層之間向頭部移動，形成頭部中胚層和脊索中胚層。 原條的后退：當(dāng)Node移至明區(qū)中央時，Node和原條一起后退,在此過程中長出脊索。Node退至最后端將形成肛門區(qū)。,通過原條側(cè)面進入囊胚腔的細胞的命運：A，部分遷移的上胚層細胞在中線處與下胚層細胞接觸后，將下胚層細胞趕向兩側(cè)，而自身形成內(nèi)胚層，將生成內(nèi)胚層器官和大部分胚外膜。B，在上胚層和內(nèi)胚層之間的細胞形成中胚層

23、和少量的胚外膜。 上胚層中的預(yù)定外胚層細胞將在上胚層中增殖、下包。,5. 哺乳動物的原腸作用,上胚層和下胚層的形成：在原腸作用開始時，內(nèi)細胞團分裂為兩層。與囊胚腔接觸的一層為下胚層，將用于形成yolk sac；另一層為上胚層。上胚層細胞間的縫隙將合并、擴大成為羊膜腔，腔中的液體可防止胚胎脫水和保護胚胎受振蕩。上胚層將發(fā)育為胚胎的本體。,人體胚胎三胚層的建立及其命運,人類新生胎兒的胚外結(jié)構(gòu),人類胚胎與母體間的物質(zhì)交流,人體胚