原肠作用(1).pptx

原肠作用,第一页，共一百五十页。,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。原肠形成期间，囊胚细胞彼此间位置发生变动，重新占有新的位置，并形成由三胚层细胞构成的胚胎结构。通过原肠作用，胚胎首先建立起三个胚层(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间相互作用奠定根底。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。,第二页，共一百五十页。,主要细胞迁移类型外包(epiboly):外皮层以整片细胞为单位，沿胚胎外表扩展，包裹胚体的深层细胞。内陷(invagination):外层细胞成片同时向胚胎内部陷入，在胚胎外表形成凹陷。内卷(involution):正在扩展的胚体外表细胞由外层向内卷入，覆盖胚体的内外表。内移(ingression):表层的单个细胞自胚体的外表向内移入。分层(delamination):单一的细胞层分成两层或多个平行的细胞层。会聚伸展(convergent extension):指细胞间相互插入，使所在组织变窄、变薄，并推动组织朝一定方向移动-向背部中轴线迁移。,第三页，共一百五十页。,(1)外包(epiboly)：表皮层做为一个整体扩展，使胚胎的内层被覆盖.,(2)内陷(invagination)：一局部细胞同时一起向里面陷进去，内陷进入的细胞层所围成的腔为原肠腔，向外的通道就是胚孔。,第四页，共一百五十页。,(3)内卷(involution)：指正在扩展的外层向内卷折，并沿外层细胞内外表扩展.,(4)内移(ingression)：胚胎外表一小局部细胞以单个细胞向里面迁移的方式移入。它们可由植物极一极移入，也可在多处同时向内迁移的多极移入。,第五页，共一百五十页。,(5)分层(delimination)：一个细胞层别离为近似平行的二或多层细胞的过程。,(6)会聚延伸(convergent extension):指细胞间相互插入，使所在组织变窄、变薄，并推动组织一定方向移动。,不同动物原肠作用方式不同同一种动物原肠作用又常常包括几种不同的彼此协调一致的细胞运动方式,第六页，共一百五十页。,表皮细胞和间质细胞的概念,表皮细胞：细胞与细胞间紧密连接成管状或片层状结构,局部 或整个结构一起动。间质细胞:细胞与细胞间松散相连，每个细胞为一个行动单元,外包的表皮细胞 内移的间质细胞,第七页，共一百五十页。,胚层的分化,胚层分化就是指各胚层细胞不断分裂变化，形成各种器官组织的发育过程。这是整个胚体发育由量变到质变的过程。在原肠形成之前，只是通过卵裂使其胚胎细胞的数量不断增加，纯属量变过程。但从胚层形成之后，就出现了质变过程。表现在各个胚层细胞的分裂速度、分裂方向，以及分裂形成的各胚层细胞的形态等均发生了显著的变化，使各胚层之间出现了明显的差异。,第八页，共一百五十页。,一外胚层的分化,在原肠形成过程中，外胚层始终保持在胚胎的外外表，即与外界相接触的地方，对胚体起着重要的保护作用。在胚层分化过程中，外胚层经不断分化，分别演变成整个胚体的皮肤表皮及其衍生物如鳞片、皮肤腺等，神经组织、感觉上皮、口腔食管及泄殖孔上皮等。,第九页，共一百五十页。,二中胚层的分化,中胚层位于内外胚层之间，在胚层分化过程中，中胚层可分化演变成皮肤的真皮、肌组织、结缔组织、血管及淋巴管的内皮、体腔浆膜外表的间皮，泌尿生殖器官的上皮等。总之除神经系统、消化器官和呼吸器官有粘膜上皮外，其余所有内脏器官都由中胚层分化演变而来。,第十页，共一百五十页。,三内胚层,内胚层主要分化演变形成消化器官和呼吸器官的粘膜上皮。,第十一页，共一百五十页。,上述三个胚层分化并非孤立进行，而是互相联系，共同完成某一器官的形成，任何一个器官的形成必须两个以上的胚层同时参入，任何一个胚层均不能单独完成某一器官的形成。如心脏：其内膜、肌层和外膜层均由中胚层分化形成，但其中神经那么由外胚层分化形成。又如消化管：其粘膜上皮由内胚层分化形成，粘膜固有层、粘膜下层、肌层、外膜层等均由中胚层分化形成，管壁内的神经组织那么由外胚层分化形成。,第十二页，共一百五十页。,第二节 海胆的原肠作用,第十三页，共一百五十页。,14,海胆晚期囊胚由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和特性。,海胆的早期卵裂,第十四页，共一百五十页。,海胆胚胎第四次卵裂时形成的小分裂球(micromere),第十五页，共一百五十页。,海胆的囊胚,(A)细胞持续分裂形成一个囊胚。(B)快速分裂末期，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，动物极细胞分泌孵化酶，使胚胎从受精膜中孵化出来。,第十六页，共一百五十页。,海胆胚胎的早期囊胚,植物极细胞开始加厚。,第十七页，共一百五十页。,原肠作用前的海胆晚期囊胚,植物极变得扁平。,第十八页，共一百五十页。,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和收缩线状伪足(filopdia)，脱离外表单层细胞，进入囊胚腔，称为初级间质细胞(primary mesenchyme cell)。,第十九页，共一百五十页。,海胆早期原肠胚内，初级间质细胞沿囊胚腔内外表运动，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。,第二十页，共一百五十页。,索状合胞体扫描电镜照片,第二十一页，共一百五十页。,初级间质细胞在Lytechinus variegatus早期幼虫内的定位。,第二十二页，共一百五十页。,细胞粘连作用的变化导致初级间质内移,初级间质细胞与透明层及相邻裂球间的亲和力减小，而与基质片层间的亲和力增加。而非间质细胞与透明层及相邻裂球间的亲和力维持不变。,第二十三页，共一百五十页。,间质(非间质)细胞与不同胚层细胞(胞外组分)间的亲和力,第二十四页，共一百五十页。,初级间质细胞内移(扫描电镜),第二十五页，共一百五十页。,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决定了间质细胞迁移的方向。,第二十六页，共一百五十页。,内移至囊胚腔的初级间质细胞被大量胞外基质包绕。,第二十七页，共一百五十页。,原肠作用过程中沿动植物极轴分布的纤维决定了初级间质细胞的迁移方向。,第二十八页，共一百五十页。,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发生联系。,第二十九页，共一百五十页。,初级间质细胞的线状伪足。,第三十页，共一百五十页。,至少有三种蛋白可能在间质细胞迁移过程中起重要作用:包括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。,第三十一页，共一百五十页。,初级间质细胞选择性地聚集在-连环蛋白(catenin)浓度高的位置。,第三十二页，共一百五十页。,去除硫酸基(sulfate deprivation)(B)对海胆初级间质细胞运动的影响。,第三十三页，共一百五十页。,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。所陷入的局部称为原肠(archenteron or primitive gut)，而原肠在植物极的开口称为胚孔(blastopore)。,第三十四页，共一百五十页。,植物极内陷的双金属片模型,(A)透明层由内、外两个片层组成。由植物极板细胞伸出的微绒毛插入透明层中；植物极板细胞的细胞质中含有贮存着硫酸软骨素蛋白多糖(CSPG)的分泌小泡。(B)CSPG由分泌小泡分泌到透明层内层中，CSPG吸水使透明层内层膨胀，导致透明层弯曲，相连的细胞层内陷。,第三十五页，共一百五十页。,随着植物极板的内陷，初级间质细胞在植物极区域形成一个细胞环。,第三十六页，共一百五十页。,晚期原肠内陷,早期原肠内陷完成后，经短暂停歇，原肠大幅度拉长，短粗的原肠成为细长管状，其间无新细胞形成。原肠拉长是通过细胞重排实现的，原肠周长内细胞数大为减少。,第三十七页，共一百五十页。,原肠顶端形成次级间质细胞，原肠延伸是以次级间质细胞提供的张力为动力。次级间质细胞伸出线状伪足，穿过囊胚腔液，直达囊胚腔壁内外表。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时，才不会缩回。这些特定的靶位可能位于将来形成口的区域。,第三十八页，共一百五十页。,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。海胆的胚孔最终形成肛门。,海胆原肠作用的整个历程(25)。,第三十九页，共一百五十页。,海胆的长腕幼虫,第四十页，共一百五十页。,总结海胆原肠作用过程及机制：原植物极中央细胞内陷进入囊胚腔，表皮细胞转变成为初级间质细胞伪足纤丝收缩促进细胞内陷，然后内胚层表皮细胞内陷和扩展，其前端表皮细胞转化为次级间质细胞伪足收缩起定向和驱动细胞移动的作用，细胞会聚伸展。,第四十一页，共一百五十页。,第四十二页，共一百五十页。,第三节 鱼类的原肠作用,第四十三页，共一百五十页。,中期囊胚转换和细胞运动性的获得,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。二倍体鱼囊胚较四倍体鱼晚一个细胞周期进入MBT，比单倍体早一个细胞周期。,第四十四页，共一百五十页。,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，导致在卵黄上形成一堆分裂球。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。,第四十五页，共一百五十页。,斑马鱼的囊胚,(A)原肠形成以前，深层细胞被包被层包围。卵黄细胞的动物极外表平坦，含有卵黄合胞体层细胞的核。微管穿行于卵黄化的胞质和卵黄合胞体的外部区域。(B)细胞混合后，深层细胞的命运图。,第四十六页，共一百五十页。,鱼类胚胎中最早的细胞运动是胚盘细胞沿卵黄四周下包。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，表层细胞沿卵黄外表下包，直到将卵黄全部包围起来。卵黄合胞体层(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，切断卵黄合胞体层和包被层之间的联系，胚盘细胞反弹缩回卵黄的顶部，而卵黄合胞体层那么继续包绕卵黄扩展。,第四十七页，共一百五十页。,下包完成30时的胚盘(4.7h),第四十八页，共一百五十页。,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，该加厚区域称胚环(germ ring)，由外层的上胚层(epiblast)和内层的下胚层(hypoblast)构成。一般认为，下胚层是边缘表层细胞内卷继而向动物极迁移形成的，也可能由上胚层细胞分层后内移形成。,第四十九页，共一百五十页。,下胚层一旦形成后，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，称胚盾(embryonic shield)。胚盾在功能上相当于两栖类的背唇。将它移植到宿主胚胎中，能够诱导形成次级胚胎。,第五十页，共一百五十页。,胚盾(6.0h)：通过下包胚盘的边缘细胞内卷或上胚层细胞分层形成下胚层。,第五十一页，共一百五十页。,斑马鱼原肠作用时，细胞的集中和延伸将下胚层和上胚层细胞带到背部形成胚盾。胚盾内脊索中胚层向动物极延伸。,第五十二页，共一百五十页。,细胞沿卵黄下包时，在边缘同时内卷，并朝