2022年医学专题—原肠作用及早期发育(1).ppt

第四-五章 原肠作用及脊椎动物(jzhudngw)的早期发育,温州大学(dxu)生命与环境科学学院,第一页，共一百五十二页。,It is not birth,marriage,or death,but gastrulation,which is truly the most important time in your life.Lewis Wolpert(1986),第二页，共一百五十二页。,原肠作用（gastrulation）是胚胎细胞剧烈的、高速有序的运动过程，通过细胞运动实现囊胚细胞的重新组合。原肠形成(xngchng)期间，囊胚细胞彼此之间的位置发生变动，重新占有新的位置，并形成由三胚层细胞构成的胚胎结构。,第三页，共一百五十二页。,通过原肠作用，胚胎首先建立起三个胚层，即外胚层、中胚层和内胚层；其次为重新占有新位置的胚胎细胞之间的相互作用奠定了基础。因此，原肠作用是从尚未分化到分化为三个胚层和器官原基决定的关键时期。原肠胚一部分细胞的移动必然和同时发生(fshng)的其他细胞的运动紧密配合，因此原肠作用过程中的细胞运动涉及整个胚胎。,第四页，共一百五十二页。,动物身体的主轴（包括前后轴、背腹轴和左右轴）也会在卵裂和原肠作用期间建立起来，胚胎各部分的细胞会获得(hud)各自的发育潜能。不同动物体轴建立的时间和机制各不相同。如:果蝇体轴的特化自卵细胞形成时就已经开始了，在卵裂过程中完成；而爪蟾的体轴是在整个原肠作用过程中建立的。,第五页，共一百五十二页。,两侧对称(duchn)动物的体轴,第六页，共一百五十二页。,尽管整个动物界原肠作用方式变化多样，但总体可概括为五种细胞运动机制，即外包（epiboly）、内陷(ni xin)（invagination）、内卷（involution）、内移（ingression）和分层（delamination）。同一原肠胚常常包括几种细胞运动方式。,第七页，共一百五十二页。,原肠作用过程中细胞(xbo)的五种运动方式,第八页，共一百五十二页。,本章(bn zhn)授课内容,第一节 海胆的原肠作用第二节 鱼类的原肠作用及形态发生第三节 两栖类的原肠作用及形态发生第四节 鸟类的原肠作用及形态发生第五节 哺乳类的原肠作用及形态发生第六节 胚层(picng)分化概述,第九页，共一百五十二页。,第一节 海胆(hi dn)的原肠作用,海胆的晚期囊胚由1000个左右单层细胞构成。这些细胞的细胞质分别来自受精卵的不同区域，细胞表现出不同的大小(dxio)和特性。,第十页，共一百五十二页。,海胆(hi dn)的早期卵裂,第十一页，共一百五十二页。,海胆胚胎第四次卵裂时形成(xngchng)的小分裂球（micromere）,第十二页，共一百五十二页。,海胆的囊胚 A，细胞持续的分裂形成一个囊胚；B，快速分裂的末期，圆形的胚胎细胞形成一层上皮，受精膜依然可见；C，植物基板变厚，动物极细胞分泌(fnm)孵化酶，使胚胎从受精膜中孵化出来。,第十三页，共一百五十二页。,海胆胚胎的早期囊胚，植物(zhw)极细胞开始加厚。,第十四页，共一百五十二页。,原肠作用前的海胆(hi dn)晚期囊胚，植物极变扁平。,第十五页，共一百五十二页。,一、初级间质细胞的内移 植物极板中央来源于小分裂球的细胞不断伸出线状伪足filopdia，然后(rnhu)收缩，脱离表面单层细胞，进入囊胚腔，称为初级间质细胞（primary mesenchyme cell）。,第十六页，共一百五十二页。,海胆早期(zoq)原肠胚内初级间质细胞沿囊胚腔内表面运动，主动伸出伪足与囊胚腔壁连接，占据囊胚腔预定腹侧面，并形成稳固联系。初级间质细胞融合形成索状合胞体（syncytial cable），最终形成幼虫碳酸钙骨针的轴。,第十七页，共一百五十二页。,初级间质细胞形成的索状合胞体（将来(jingli)形成骨针）的扫描电镜照片,第十八页，共一百五十二页。,初级(chj)间质细胞在Lytechinus variegatus早期幼虫内的定位。,第十九页，共一百五十二页。,细胞粘连作用的变化导致初级间质细胞的内移。初级间质细胞和透明层以及相邻裂球之间的亲和力减少，而与基质(j zh)片层之间的亲和力增加。相比之下，非间质细胞和透明层以及相邻裂球之间的亲和力维持不变。,第二十页，共一百五十二页。,初级间质细胞(xbo)内移的扫描电镜照片,第二十一页，共一百五十二页。,内移至囊胚腔的初级间质细胞被大量胞外片层物质包绕。沿动植物极轴分布的纤维(xinwi)决定了间质细胞迁移的方向。,内移至囊胚腔的初级间质细胞(xbo)被大量胞外基质包绕。,囊胚腔胞外基质纤维与动植物极轴平行排列，最终与初级间质细胞(xbo)发生联系。,第二十二页，共一百五十二页。,原肠作用过程中沿动植物极轴分布的纤维决定(judng)了初级间质细胞的迁移方向。,第二十三页，共一百五十二页。,初级间质细胞(xbo)的线状伪足,第二十四页，共一百五十二页。,初级间质细胞(xbo)选择性地聚集在-catenin浓度高的位置。,第二十五页，共一百五十二页。,至少有三种蛋白可能在间质细胞的迁移过程中起重要的作用，包括(boku)囊胚腔壁基质片层组分纤连蛋白（fibronectin）、间质细胞膜上的硫酸蛋白多糖（sulfated proteoglycans）和囊胚腔细胞胞外基质中只在原肠作用期表达的ECM18。,去除硫酸基（sulfate deprivation）对海胆(hi dn)初级间质细胞运动的影响,第二十六页，共一百五十二页。,二、早期原肠内陷初级间质细胞在囊胚腔内迁移的过程中，仍然留在植物极板上的细胞移动填补(tinb)由初级间质细胞内移而形成的空隙，植物极板进一步变扁平。之后，植物极板向内弯曲，内陷。当植物极板内陷深及囊胚腔的1/41/2时，内陷突然停止。所陷入的部分称为原肠（archenteron or primitive gut），而原肠在植物极的开口称为胚孔（blastopore）。,第二十七页，共一百五十二页。,植物(zhw)极变扁平,第二十八页，共一百五十二页。,初级(chj)原肠内陷,第二十九页，共一百五十二页。,植物(zhw)极内陷的双金属片模型。植物极板细胞分泌硫酸软骨素蛋白多糖（CSPG）到透明层内层中，CSPG吸水膨胀，导致透明层弯曲，相连的细胞层内陷。,第三十页，共一百五十二页。,随着植物极板的内陷，初级间质细胞在植物极区域(qy)形成一细胞环。,第三十一页，共一百五十二页。,三、晚期原肠内陷早期原肠内陷完成之后，经过(jnggu)短暂停歇，原肠大幅度拉长，短粗的原肠变成又细又长的管状结构。在此期间没有新细胞形成，原肠的拉长过程是通过细胞重排实现的，原肠周长内细胞数目大为减少。,第三十二页，共一百五十二页。,海胆(hi dn)胚胎原肠伸长时期的细胞重排。,第三十三页，共一百五十二页。,原肠顶端形成次级(c j)间质细胞，原肠延伸是以次级(c j)间质细胞提供的张力为动力的。次级(c j)间质细胞伸出线状伪足，穿过囊胚腔液，直达囊胚腔壁内表面。动物极半球存在着次级间质细胞附着的靶位。只有当线状伪足接触到特定靶位的时候，才不会缩回。这些特定的靶位可能位于将来形成口的区域。,A 原肠的顶端形成(xngchng)次级间质细胞,B 次级间质细胞(xbo)的线状伪足,第三十四页，共一百五十二页。,当原肠最顶端接触到囊胚腔壁时，次级间质细胞分散进入囊胚腔。次级间质细胞在囊胚腔中分裂，最终形成中胚层器官。囊胚腔壁接触到原肠的位置最终形成口，口和原肠最顶端形成一连续相通的消化管。海胆(hi dn)的胚孔最终形成肛门。,第三十五页，共一百五十二页。,海胆(hi dn)原肠作用的整个历程。发育温度为25度。,第三十六页，共一百五十二页。,海胆(hi dn)的长腕幼虫,第三十七页，共一百五十二页。,海胆正常(zhngchng)的胚胎发育,第三十八页，共一百五十二页。,第二节 鱼类的原肠作用及形态(xngti)发生,一、中期囊胚转换和细胞运动性的获得(hud)斑马鱼第十次卵裂期间，细胞分裂不再同步，新的基因（合子基因）开始表达，且细胞获得运动性，这种现象称为中期囊胚转换（midblastula transition，MBT）。MBT似乎受染色质和细胞质之间比例的控制。,第三十九页，共一百五十二页。,受精后，斑马鱼合子开始不完全卵裂。卵裂最初只限制在胚胎的动物极，卵裂并未延伸到卵黄(lunhung)，导致在卵黄(lunhung)上形成一堆分裂球。前5次卵裂为纵裂，第一次纬裂在受精后约2小时产生了64细胞期。,第四十页，共一百五十二页。,斑马鱼的囊胚,第四十一页，共一百五十二页。,鱼类胚胎中最早的细胞运动时胚盘细胞沿卵黄四周(szhu)下包。初始阶段，胚盘细胞内层细胞向外周迁移，插入表层细胞中。稍后，表层细胞沿卵黄表面下包，直到将卵黄全部包围起来。,下包完成(wn chng)30时的胚盘,第四十二页，共一百五十二页。,卵黄(lunhung)合胞体层（yolk syncytical layer，YSL）细胞的自动扩展拉动与之相连的包被层（enveloping layer，EVL）细胞向下移动。,下包完成(wn chng)30时的胚盘,第四十三页，共一百五十二页。,二、胚层形成当斑马鱼胚盘细胞包绕一半的卵黄时，包被层四周边缘区开始加厚，这个加厚的区域叫胚环（germ ring），它是由外层的上胚层（epiblast）和内层(ni cn)的下胚层（hypoblast）构成。,下包胚盘的边缘区域(qy)的放大，示边缘下包的内卷和细胞内移,第四十四页，共一百五十二页。,通过下包胚盘的边缘细胞(xbo)内卷或上胚层细胞(xbo)分层形成下胚层,第四十五页，共一百五十二页。,下胚层一旦形成以后，上胚层和下胚层的深层细胞都会向将来发育成胚胎背部的一侧插入，形成一个加厚的区域，称为胚盾（embryonic shield）。胚盾在功能上相当于两栖类的背唇，将它移植(yzh)到宿主胚胎中，能够诱导形成次级胚胎。,第四十六页，共一百五十二页。,当细胞沿卵黄下包时，它们也在边缘(binyun)内卷，并朝背部和前端两个方向向胚盾集中。胚盾下胚层细胞向前端集中和延伸，最终沿背中线变成一窄条，它就是脊索中胚层（chordamesoderm），即脊索的原基。,第四十七页，共一百五十二页。,完成(wn chng)下包90时斑马鱼胚胎,第四十八页，共一百五十二页。,原肠作用(zuyng)结束，体节形成。,第四十九页，共一百五十二页。,第三节 两栖类的原肠作用及形态(xngti)发生,两栖类的原肠作用是实验胚胎学中最古老也是最新兴的一个(y)领域。两栖类囊胚与棘皮动物和鱼类的囊胚所面临的基本任务完全相同，也就是把终将形成内胚层器官的细胞拖入胚胎内部，把终将形成外胚层的细胞置于胚胎的四周，而把终将形成中胚层的细胞置于外胚层和内胚层之间适当的位置。,第五十页，共一百五十二页。,两栖类胚胎活体染色。A，用活体染料标记胚胎表特定细胞；B-D，标记细胞的迁移运动；E，将蝾螈(rn yun)胚胎沿中线剖开，示标记细胞在胚胎内部的分布。,第五十一页，共一百五十二页。,一、两栖类原肠作用时的细胞运动非洲爪蟾的中胚层前体只存在于深层细胞中，位于(wiy)赤道区域表面细胞下面，而外胚层和内胚层则来源于表面的表层细胞中。蛙类原肠作用首先是从将来胚胎的背部，即刚好位于赤道下方的灰色新月区开始的。,第五十二页，共一百五十二页。,非洲爪蟾囊胚外层细胞（A）和内部(nib)细胞（B）发育命运图谱。,第五十三页，共一百五十二页。,卵母细胞成熟过程中，母源性的VegT mRNA贮存(zhcn)于植物极。VegT蛋白对内胚层的形成具有决定作用，消除VegT mRNA和VegT蛋白后内胚层不能形成。,第五十四页，共一百五十二页。,两栖类的灰色新月 精子入卵后，皮层向精子进入的方向(fngxing)旋转大约30，在动物极皮层含大量色素而内层含有少量色素的物种中，这一胞质