胚后生长及变态课件

Developmental BiologyDevelopmental Biology一、组织、器官、个体的生长一、组织、器官、个体的生长Developmental Biology生长的策略生长的策略Axon of neurone.g.,bone,cartilagee.g.,many tissues损伤或刺激可诱导细胞增殖或生长：损伤或刺激可诱导细胞增殖或生长：如将大鼠肝脏切除如将大鼠肝脏切除2/3,剩余部分增殖剩余部分增殖使肝脏恢复原来的大小；切除肾的一使肝脏恢复原来的大小；切除肾的一部分，剩余部分主要通过细胞增大而部分，剩余部分主要通过细胞增大而增大。增大。在正在生长的组织中，生长速度决在正在生长的组织中，生长速度决定于细胞的增殖和凋亡的速度。定于细胞的增殖和凋亡的速度。Developmental Biology细胞增殖受内外因素的控制细胞增殖受内外因素的控制During cleavage of fertilized eggs,there are virtually no G-phase.Developmental Biology果蝇受精卵含母体磷酸化果蝇受精卵含母体磷酸化蛋白蛋白string，使，使113次卵次卵裂只发生细胞核的分裂，裂只发生细胞核的分裂，无无G期。其后期。其后,母体母体string蛋白消失，合子蛋白消失，合子string基基因按时空特异性表达，其因按时空特异性表达，其表达受表达受gap、pair-ruled等等基因产物的控制，只有表基因产物的控制，只有表达达string的细胞才能进入的细胞才能进入有丝分裂。由于有丝分裂有丝分裂。由于有丝分裂不同步，不同组织有不同不同步，不同组织有不同数量的细胞。数量的细胞。果蝇胚胎早期发育中细胞的分裂特点果蝇胚胎早期发育中细胞的分裂特点Developmental Biology人的生长速率因发育阶段而异人的生长速率因发育阶段而异Developmental Biology人躯体的不同部分有不同的生长速率人躯体的不同部分有不同的生长速率Developmental Biology营养对生长的影响营养对生长的影响胚胎在子宫中发育期间营养不良，一般会产胚胎在子宫中发育期间营养不良，一般会产生较小、但各部分比例正常的个体。生较小、但各部分比例正常的个体。出生后营养不良可影响某些器官的正常生长。出生后营养不良可影响某些器官的正常生长。如断奶后营养不良的大鼠骨架生长正常，但如断奶后营养不良的大鼠骨架生长正常，但肝和肾会很小。肝和肾会很小。出生时个体较小的婴儿，长大后易患心血管出生时个体较小的婴儿，长大后易患心血管疾病和非胰岛素依赖性糖尿病。疾病和非胰岛素依赖性糖尿病。Developmental Biology生长受激素的调控生长受激素的调控缺失缺失IGF-2基因的小鼠出生时的重量基因的小鼠出生时的重量仅为正常鼠的仅为正常鼠的60%，表明，表明IGF-2是早是早期胚胎生长所必需的。期胚胎生长所必需的。IGF-1主要在主要在出生后起作用。出生后起作用。Developmental Biology不同的器官具有不同的内在生长程序不同的器官具有不同的内在生长程序Developmental BiologyGH,IGF-1长骨的生长依赖生长板中细胞数量的增加长骨的生长依赖生长板中细胞数量的增加Developmental Biology肌肉组织的生长来自单个肌肉组织的生长来自单个肌纤维的加长和膨大肌纤维的加长和膨大Developmental Biology成年哺乳动物的皮肤表皮细胞不断更新成年哺乳动物的皮肤表皮细胞不断更新干细胞分裂产生一个新的干细干细胞分裂产生一个新的干细胞和一个将要分化的细胞。干胞和一个将要分化的细胞。干细胞命运与其表达细胞命运与其表达integrin并通并通过其与基底层的过其与基底层的laminin和和collagen相连有关。相连有关。Developmental Biologycrypt小鼠小肠的每个小鼠小肠的每个隐窝含有隐窝含有1个干细个干细胞和胞和30-40个潜在个潜在的干细胞，约的干细胞，约150个分裂的细胞、个分裂的细胞、每天分裂每天分裂2次，每次，每天产生约天产生约300个细个细胞。胞。成年哺乳动物的肠上皮细胞也不断更新成年哺乳动物的肠上皮细胞也不断更新Developmental Biology不同物种的寿命不同：遗传控制不同物种的寿命不同：遗传控制Disposable soma theoryDevelopmental Biology影响衰老的基因影响衰老的基因 食物摄取量影响寿命：食物摄取量影响寿命：处于最低营养水平的大鼠的寿命比高摄食量处于最低营养水平的大鼠的寿命比高摄食量的大鼠长的大鼠长40，可能是因为食物分解中产生的自由基对，可能是因为食物分解中产生的自由基对DNA和蛋白和蛋白质起破坏作用。质起破坏作用。线虫的线虫的daf-2基因：基因：刚孵化的线虫在宽爽的空间、丰富的食物条件下刚孵化的线虫在宽爽的空间、丰富的食物条件下存活存活2周，但在拥挤、缺食条件下进入不摄食、不生长的周，但在拥挤、缺食条件下进入不摄食、不生长的dauer larval state,可长达数月。可长达数月。Daf-2基因突变的线虫即使在有丰富的食物基因突变的线虫即使在有丰富的食物时仍进入时仍进入dauer state，其寿命比正常线虫长其寿命比正常线虫长2倍。倍。线虫的线虫的clk-1基因：基因：该基因突变个体的细胞周期变长，寿命比正常胚该基因突变个体的细胞周期变长，寿命比正常胚胎长胎长70。Daf-2、clk-1及另外及另外2个个clk基因都突变的个体的寿命延长基因都突变的个体的寿命延长5倍。倍。人的人的Werner Syndrome:患者青春期生长缓慢，患者青春期生长缓慢，20余岁白发、易患心余岁白发、易患心脏病，绝大多数死于脏病，绝大多数死于50岁前。其成纤维细胞在体外培养时只能分裂岁前。其成纤维细胞在体外培养时只能分裂几次就死亡。其被突变的基因编码的蛋白与几次就死亡。其被突变的基因编码的蛋白与 DNA解螺旋有关，而解螺旋有关，而DNA解螺旋是解螺旋是DNA复制、修复、基因表达所必需的。复制、修复、基因表达所必需的。Developmental Biology生长失控导致肿瘤生长失控导致肿瘤 连续分裂的细胞最可能连续分裂的细胞最可能致癌，如致癌，如85的癌症发生的癌症发生在表皮细胞，白细胞过多在表皮细胞，白细胞过多导致白血病。导致白血病。Proto-oncogene突变为突变为oncogene是癌症的诱因，多为显性是癌症的诱因，多为显性突变。突变。原癌基因与细胞增原癌基因与细胞增殖、分化和迁移有关，编殖、分化和迁移有关，编码生长因子和信号分子及码生长因子和信号分子及与信号传导有关的蛋白质。与信号传导有关的蛋白质。抑癌基因的突变也导抑癌基因的突变也导致癌症，但属隐性突变。致癌症，但属隐性突变。如调控细胞周期的如调控细胞周期的Rb突变突变可导致视网膜细胞瘤。人可导致视网膜细胞瘤。人的的patched基因也是一个抑基因也是一个抑癌基因，其突变导致各种癌基因，其突变导致各种皮肤癌。皮肤癌。Developmental Biology极少数肿瘤不涉及遗传物质的改变极少数肿瘤不涉及遗传物质的改变畸胎瘤畸胎瘤teratocarcinomas常见于卵巢常见于卵巢和睾丸，起源于生殖细胞。在小鼠和睾丸，起源于生殖细胞。在小鼠卵巢中，未受精卵的偶然激活使其卵巢中，未受精卵的偶然激活使其发育到上胚层形成期，然后形成肿发育到上胚层形成期，然后形成肿瘤。将小鼠胚胎的上胚层移植到成瘤。将小鼠胚胎的上胚层移植到成年小鼠体内的任何部位，都将形成年小鼠体内的任何部位，都将形成畸胎瘤。畸胎瘤。Developmental BiologyDevelopmental BiologyDevelopmental BiologyDevelopmental Biology 昆虫变态昆虫变态的激素控制由的激素控制由WigglesworthWigglesworth(1934)(1934)的著名的著名实验所证实。实验所证实。表明血液提供表明血液提供的激素负责变的激素负责变态的诱导作用。态的诱导作用。咽侧体产生一咽侧体产生一种激素，抑制种激素，抑制进行变态的作进行变态的作用。用。（二）昆虫变态的激素调控（二）昆虫变态的激素调控Developmental Biology1.1.昆虫变态相关激素及其作用昆虫变态相关激素及其作用 与昆虫变态直接相关的激素与昆虫变态直接相关的激素主要有两大类：一类是由前胸腺主要有两大类：一类是由前胸腺分泌的蜕皮激素，它负责幼虫新分泌的蜕皮激素，它负责幼虫新壳的泌成和硬化、蛹化、蛹壳形壳的泌成和硬化、蛹化、蛹壳形成以及与蜕皮相关的生长和分化成以及与蜕皮相关的生长和分化等。另一类是由咽侧体分泌的保等。另一类是由咽侧体分泌的保幼激素，它主要抑制上述蜕皮激幼激素，它主要抑制上述蜕皮激素负责的各种活动，协调控制蜕素负责的各种活动，协调控制蜕皮的特征发育。昆虫的变态是由皮的特征发育。昆虫的变态是由脑神经分泌的肽激素所控制的，脑神经分泌的肽激素所控制的，并由蜕皮激素和保幼激素调节的并由蜕皮激素和保幼激素调节的Developmental Biology 蜕皮过程是在脑中起始的，脑中的神经分泌细蜕皮过程是在脑中起始的，脑中的神经分泌细胞对神经的、激素的和环境的因子起反应中释放促胞对神经的、激素的和环境的因子起反应中释放促前胸腺激素前胸腺激素(PTTH)(PTTH)。在某些情况下，环境条件能控。在某些情况下，环境条件能控制蜕皮过程。如天蚕蛾在蛹形成以后制蜕皮过程。如天蚕蛾在蛹形成以后PTTHPTTH的分泌停的分泌停止。蛹在整个冬季保持这种暂停状态，称为滞育。止。蛹在整个冬季保持这种暂停状态，称为滞育。Developmental BiologyDevelopmental BiologyDevelopmental BiologyDevelopmental BiologyDevelopmental BiologyDevelopmental BiologyDevelopmental BiologyDevelopmental Biology2.2.生物化学的变化生物化学的变化 一是在变态顶峰期，由蝌蚪期视网膜上的视紫一是在变态顶峰期，由蝌蚪期视网膜上的视紫质变为成体的视紫红质。前者是一种蛋白质，视蛋质变为成体的视紫红质。前者是一种蛋白质，视蛋白与维生素白与维生素A2A2的醛基之间结合形成的的醛基之间结合形成的种复合物。种复合物。而后者是由维生素而后者是由维生素A1A1的醛基与视蛋白组成的。的醛基与视蛋白组成的。Developmental BiologyDevelopmental Biology（四）两栖类变态的激素控制（四）两栖类变态的激素控制 两栖类变态期间发生的形形色色的变化，两栖类变态期间发生的形形色色的变化，都是由甲状腺分泌的激素，甲状腺素都是由甲状腺分泌的激素，甲状腺素(T4)(T4)和三和三碘甲腺原氨酸碘甲腺原氨酸(T3)(T3)引起的。引起的。T3T3是极活跃的一种是极活跃的一种激素，它以比激素，它以比T4T4低得多的浓度，在切除甲状腺低得多的浓度，在切除甲状腺的蝌蚪中引起变态的变化。的蝌蚪中引起变态的变化。Developmental Biology 催乳激素是一种幼虫生长激素，促进幼虫催乳激素是一种幼虫生长激素，促进幼虫的生长，但它又通过抑制甲状腺激素而抑制两的生长，但它又通过抑制甲状腺激素而抑制两栖类的变态。栖类的变态。在绿红东美螈中，甲状腺激素在发育晚期在绿红东美螈中，甲状腺激素在发育晚期被催乳激素所抑制，所以引起成体动物返回水被催乳激素所抑制，所以引起成体动物返回水中产卵。因此在一些蝾螈中存在两次变态：第中产卵。因此在一些蝾螈中存在两次变态：第一次是由甲状腺激素刺激的；第二次则是由催一次是由甲状腺激素刺激的；第二次则是由催乳激素诱导的。乳激素诱导的。Developmental Biology 另外，另外，T3T3的释放还处的释放还处于下丘脑合于下丘脑合成的激素的成的激素的控制之下。控制之下。在幼虫变态在幼虫变态前的生长期，前的生长期，脑的这一部脑的这一部分是发育不分是发育不完全的，所完全的，所以下丘脑对以下丘脑对腺垂体不产腺垂体不产生控制。生控制。Developmental Biology 两栖类的变态过程实际上是甲状腺受垂体两栖类的变态过程实际上是甲状腺受垂体和下丘脑的抑制和反抑制之间不断出现新平衡和下丘脑的抑制和反抑制之间不断出现新平衡的过程，不管甲状腺激素和催乳素是在高水平的过程，不管甲状腺激素和催乳素是在高水平或是低水平上进行，变态总是受正负两种因素或是低水平上进行，变态总是受正负两种因素的动态平衡所调控。的动态平衡所调控。Developmental BiologyDevelopmental Biology （五）在乳腺发育中多种激素的相互作用（五）在乳腺发育中多种激素的相互作用 l.l.胚胎期胚胎期 在雌性小鼠的正常发育中，在妊在雌性小鼠的正常发育中，在妊娠娠1l1l天两条隆起的表皮组织带出现在小鼠腹中线天两条隆起的表皮组织带出现在小鼠腹中线的两侧，称为的两侧，称为乳腺嵴乳腺嵴(mammary ridge)(mammary ridge)。在每一。在每一个嵴中，细胞浓缩集合于嵴的中央，并保留在那个嵴中，细胞浓缩集合于嵴的中央，并保留在那里，形成里，形成乳腺芽基乳腺芽基。在临近出生前。在临近出生前1 1天，这些芽天，这些芽基地方的上皮迅速增生，产生基地方的上皮迅速增生，产生乳腺索乳腺索(mammry(mammry cord)cord)，这条索在靠近皮肤的一端开口，形成乳，这条索在靠近皮肤的一端开口，形成乳头，而它的另一端开始分支成管。头，而它的另一端开始分支成管。Developmental BiologyDevelopmental BiologyDevelopmental BiologyDevelopmental BiologyDevelopmental BiologyDevelopmental Biology 3 3 妊娠期妊娠期 在青春期和妊娠期之间，小鼠乳房在青春期和妊娠期之间，小鼠乳房细胞在有丝分裂上是不活跃的，是末分化的。这细胞在有丝分裂上是不活跃的，是末分化的。这种情况在妊娠后半期出现改变，在雌激素和孕激种情况在妊娠后半期出现改变，在雌激素和孕激素的作用于，新的乳腺管形成，而管远端的细胞素的作用于，新的乳腺管形成，而管远端的细胞开始发育出分泌组织的特征。开始发育出分泌组织的特征。Developmental BiologyTHE END