器官系统发生奠定

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,器官系统发生奠定,主要内容,脊椎动物器官系统发生的奠定,节肢动物体节的形成与分化,鱼类、两栖类、爬行类、鸟类和哺乳类都具有相同的器官发生模式：,外胚层：,神经系统和,皮肤,；,中胚层：,结缔组织、血细胞、心脏、泌尿系统、大部分内脏器官。,内胚层：,呼吸系统和消化管。,(,图,4.1.1,哺乳动物三胚层发育命运图,),Hox,基因和胚胎前后轴向上的进一步分化,胚胎背腹与左右方向上的分化,（一）表皮和皮肤结构起源,表皮细胞的起源：,表皮细胞,胎皮（胚胎的临时性保护结构，最终脱落）,基底层（生发层）,棘层,马尔皮基层,颗粒层,色素细胞,角质细胞,表皮发育与两种生长因子密切相关。一种是,转化生长因子,（,TGF,）,。是一种自分泌生长因子，由基底层细胞自身合成分泌并作用于基底层细胞。能促进基底层细胞的自身分裂。,在马尔皮基层形成的角质细胞和色素细胞大约需,8,周到达角质层，并可以再角质层存活约,2,周时间。,银屑病：存活,2,天，,TGF,过度表达。,与表皮发育有关的另一种生长因子是,角质细胞生长因子（,KGF,）,，也称为成纤维细胞生长因子,-7,（,FGF-7,）。,由,成纤维细胞,产生，是一种外分泌生长因子，能调节基底层细胞增殖。,（二）,中胚层,脊椎动物中胚层的分化对于器官和系统的发生起着主导和奠基的作用。,其中脊索是这一阶段发育的启动和组织者,，而在脊索和神经管的作用下，中胚层分化深入。,脊椎动物中胚层的分化发育与神经胚的形成几乎是同时进行，,相互促进的，而神经胚发育的完成又为中胚层的进一步发育奠定了形态结构以及诱导控制环境的基础。,中胚层发育的主要特征：,区域化,和,集约化,。,神经胚期，中胚层分为,5,部分,脊索中胚层：,脊索,背部体节中胚层：,近轴中胚层,，体节和神经管两侧的中胚层细胞；背部结缔组织（骨、肌肉、软骨、真皮）,中间中胚层：,泌尿器官、生殖器官,侧中胚层,：体腔上皮、心脏、血管、血细胞、胚胎外膜，除肌肉外四肢所有中胚层成分。,头部中胚层：,面部结缔组织及肌肉,（,P83,图,4.2.1,鸡胚胎发育中的中胚层分化）,1.,近轴中胚层和体节分化：,（,1,）近轴中胚层 体节,近轴中胚层：脊索两侧加厚的中胚层,体节,：,体节的,作用,：,当原条退化时，神经褶开始向胚胎中央合拢时，轴旁中胚层被分隔成一团团细胞块。,决定神经嵴细胞和脊神经轴突的迁移途径,体节数目通常是发育进程的最佳指标,当原条退化时，神经褶开始向胚胎中央合拢时，轴旁中胚层被分隔成一团团细胞块。,2.,体节小体和体节形成,过程,过程和纤连蛋白（,fibronectin,）和,N-,细胞选择蛋白（,N-cadherin,）有关,蛋白受,notch1,和,paraxis,的调控,从轴旁中胚层的前端依次形成轮状的体节小体，松散的间充质变成致密的上皮性结构，体节小体转变成体节。,缺陷型,3.,体节细胞的分化,在体节最初形成时，各部位的细胞在发育潜能上是等同的，随着体节成熟，各区定型。,体节腹中部细胞：,生骨节脊椎骨软骨细胞脊椎、肋骨、软骨、韧带,体节侧面细胞 生皮肌节,生皮节：背部皮肤真皮,受,NT-3,诱导。,生肌节：椎骨肌肉,轴上肌受,wnt,诱导,轴下肌受,Wnt,和,BMP-4,联合诱导,四肢和体壁肌肉的前体细胞,生皮节,影响体节分化的因子,由脊索和神经管底板分泌,SHH,（,Sonic hedgehog,）蛋白诱导,生骨节,来自神经管顶端和背部外胚层分泌产生的,Wnt,、,BMP4,诱导产生,MyoD,、,Myf5,等基因转录调节因子,诱导,生肌节,皮节,的分化因子是神经管的分泌产物,NT-3,。,神经管,生骨节,脊索,侧中胚层,真皮,背大动脉,体壁肌,轴上肌,体壁肌,真皮,轴上肌,背部外胚层,侧中胚层,神经管,轴上肌肉细胞,中央,背中胚层,生皮肌节,真皮,侧面,四肢肌肉,侧中胚层,生骨节,生骨节,二、侧中胚层的分化与心脏发生的决定,位置：,中间中胚层的外侧,水平划分：,背侧的体中胚层,腹侧的内脏中胚层,在胚胎发育的后期，左边和右边体腔融合，并从体中胚层伸出皱褶，将体腔分成分离的胸腔、腹腔。,神经管,神经板,脊索,内胚层,中肠,体节,体节中胚层,脏壁中胚层,侧中胚层,神经嵴,体腔,神经管,体节,体腔,原肠,卵黄,切割取下胚胎,原肠,卵黄,心脏,内脏中胚层对胚胎发育的最大贡献之一是形成循环系统，,心脏是第一个发挥功能的器官。,形成过程,亨氏节后方细胞预定心脏细胞向前迁移到前肠两侧两个原基融合（融合时，心脏开始搏动）成直管状心脏扭曲成,S,形产生隔膜，形成四室结构,三、内胚层,1,、咽,消化管道及消化器官,内胚层原肠咽,呼吸器官,中胚层消化管肌肉,咽囊,水生动物的咽囊鳃,哺乳类,4,对咽囊：,第一对：中耳室、咽鼓管,第二对：扁桃体、甲状腺,第三对：胸腺、一对甲状旁腺,第四对：另一对甲状旁腺,2,、消化管,咽后部，消化管紧缩成,食管、胃、小肠、大肠,前肠伸出一管状,肝盲囊,肝脏,；一个分支胆囊,胃后肠管产生背部盲囊、腹部盲囊胰腺,肝、胰的发育受间充质的诱导作用,3,、呼吸管道的分化,第四对咽囊之间的喉气管沟向腹面延伸、分支两个支气管、肺的内表皮（和中胚层的相互作用）,四、,Hox,基因和胚胎前,后轴向上的进一步分化,爪蟾尾芽期胚胎的前后轴、背腹轴和左右轴（中侧轴），互成垂直角度。,1,、,Hox,基因簇,的组织方式,同一染色体上的不同的,Hox,基因构成一个,同源异形基因簇,。,同一号数位于不同染色体上的基因合称为,平行进化同源异形基因组,，,与果蝇一样，不同,Hox,基因在染色体上的排列顺序与它们在体轴上表达的前后顺序是一致的，但与果蝇不同的是，在结构上各,Hox,基因之间不组成复合体。,2,、,Hox,基因在胚胎神经系统和躯体中的表达图案,Hox,基因的顺序表达,Hox,基因在小鼠体节中的表达,前,后,枕椎 颈椎 胸椎 腰椎 骶椎 尾椎,3,、对脊椎动物,Hox,基因功能的研究,同一,Hox,基因簇中的不同基因,组成一组，它们的协同作用对于完成个体前后轴向上的区域分化是必须的。,处在同一排列位置上的不同,Hox,平行进化同源异形基因组,成另一组，负责同一区域中的侧向分化。,4,、,Hox,基因的表达调控,作用最,显著,的成分,视黄酸（,RA,）,5,、,Hox,基因对生物进化的启示,不同物种在解剖上相去甚远，但,Hox,基因指导身体各区段脊椎的分化上高度一致。,如颈,-,胸分化都发生在,Hox5-Hox6,基因差异表达的界面上,。,P92,图,P93,图,果蝇和小鼠沿体轴方向上,Hox,基因表达对照。,五、胚胎背,-,腹与左,-,右方向上的分化,背,-,腹：,鸟类：分化源于胚胎发育早期下胚层细胞的定位,哺乳类：分化源于内细胞团在囊胚腔的定位。以后脊索和神经管的形成进一步发展了背腹轴的分化。,左,-,右,（小鼠）方向,：,iv,：,心脏定位（,leftynodal,基因表达两侧或停止,）,inv,：,左右不对称定位 （,leftynodal,基因表达错位,）,鸡：,shh,：,开始对称表达于原节，数小时后表达左侧。,24h,后停止，左侧出现,nodal,基因表达。,ActRIIa,：表达右侧,（,鸡,P94,图,4.2.19 P95.,图,）,（,P93,图,）,爪蟾的,nodal-,相关基因,-1,（,Xnr-1,）的表达区域仅限于原肠胚左侧，,Xnr-1,激活,pitx-2,在胚胎左侧专一性表达。,VG1,蛋白可以增加胚胎左右对称的特化，异位表达,VG1,可导致胚胎左右逆转。,节肢动物体节的形成与分化,果蝇体节的形成与分化,受,3,组基因的控制：,间隙基因；成对规则基因；体节极化基因,。,3,组基因调控逐级进行。,体节：,14,条,ftz,基因和,eve,基因,条带相间表达。每一条带进一步区分前后两个部分，前一条带后半部分与后一条带前半部分组成一个,体节,。,果蝇沿前后轴、背腹轴和中侧轴建立形体模式。,头节 胸节 腹节 尾部,原头,尾节,羊浆膜,背侧外胚层,腹侧外胚层,中胚层,预定后端肠道内胚层,预定前端肠道内胚层,胸,1,、体节的形成,间隙基因（,gap gene,）,成对规则基因（,pair-rule gene,）,体节极化基因（,segment polarity gene,）,P96,页 表,4.3.1,控制果蝇体节分化的基因,母体效应基因控制,间隙基因,的活化，,不同浓度,间隙基因的蛋白质产物引起,成对规则基因,（,pair-rule gene,）的表达,，形成与前后轴垂直的,14,条表达带。,成对控制基因蛋白质产物激活,体节极化基因,（,segment polarity gene,）的转录,，进一步将胚胎划分为,14,个体节。,间隙基因、成对规则基因以及体节极化基因共同调节,同源异形选择者基因,（,homeotic gene,）的表达,，决定每个体节的发育命运。,果蝇,体节的,形成过程,A,，母源性转录因子调控,间隙基因,的转录；,B,，母源性转录因子在确定间隙基因表达位置时发挥重要作用。,不同组的基因顺序表达沿前后轴建立身体的模式。,母源性基因,间隙基因,合子基因,成对规则基因,同源异形选择者基因,体节极化基因,功能,：,（每一副体节包含前一体节的后半部和后一体节的前半部）,表达特点,：,间隙基因（,gap,gene,）,表达区较宽，每个区域宽度相当于,3,个体节，且有重叠,编码转录调节因子,将胚体由前向后划分出,14,个副体节,hunchback,可开启一些间隙基因如,giant,、,krppel,和,knips,等基因的表达。间隙基因按一定顺序沿前后轴进行表达 。,krppel,基因的活性受,hunchback,蛋白的控制。,母体的,间隙基因的作用方式：,既可以在一定的带区活化基因表达，又可同时抑制其他表达带区的形成。,功能,：,表达特点,：,成对规则基因（,pair-rule gene),将,gap gene,确定的区域进一步分成体节,是胚胎出现分节的最早标志,囊胚期表达,表达区域以两个体节为单位且具有周期性，在相互间隔的一个副体节中表达。,受,gap gene,调控,果蝇胚胎进行细胞化之前 成对规则基因,even-skipped,（,blue,）和,fushi tarazu,（,brown,）的条纹状表达模式。,间隙基因蛋白对,even-skipped,基因表达的调控。,体节极化基因,（,segment polarity gene,）,功能,：,果蝇晚期胚胎和幼体的每个体节由前一副体节的后区和后一副体节的前区构成,表达特点,：,将体节再分成更小的条纹,囊胚期表达,在每一体节的特定区域表达：,engrailed,（,en,）、,hedgehog,（,hh,）,在每一副体节最前端的一列细胞中表达，,wingless,（,wg,）基因,在每一副体节的最后一列细胞中表达，,表达界限正好确立了副体节的界线；,受,gap gene,、,pair-rule gene,调控,Engrailed,在每一副体节最前端的一列细胞中表达，确立了每一副体节的界限。,体节极性基因的表达区域,体节界限,前区,后区,果蝇成虫,和幼虫体,节的对照,果蝇幼虫与成体分节的比较。,功能,：,绝大多数位于,3,号染色体上,触角足复合体,和,双胸复合体,（,同源异型复合体,Hom-C,）,表达特点：,核心基因：,同源异形选择者基因（,Honeotic selector gene,）,使每个体节的结构进一步特化,8,个基因构成两簇，在染色体上直线排列,有的基因有多个启动子和多个转录起始位点,都含有一段的保守序列，称为同源异型框（,homeobox,）,体节的进一步分化,触角足复合体,Antp-C,和双胸复合体,BX-C,同源异形框选择者基因,Ubx,的突变导致翅膀和平衡棒之间的,同源转化现象,。,果蝇胚胎,同源异型,基因的表,达区域（,包括蛋白,和,mRNA,）,P99,图,果蝇,HOM-C,的表达使每一个体节被进一步特化，这一机制在无脊椎动物和脊椎动物中都十分保守。,同源异形选择者基因表达的调控,1.,受,gap gene,、,pair-rule gene,产物的,调控,2.,各基因间相互作用，不同基因表达呈现动力学变化过程,机制：后部优势现象,如：双胸复合体基因对触角足复合体基因,Antp,的表达抑制,果蝇的同源异型选择者基因与执行基因,同源异型选择者基因,：转录因子,执行基因,（,realisator gene,）：是同源异型选择者基因的靶基因，它们的活化和表达将直接诱导特定组织和器官原基的形成。,如：,Antp,的靶基因之一,salm,。,Ubx,基因的一个靶基因是,decapentaplegic,，其表达于副体节,7,的脏中胚层中，对于中肠的形成有重要作用。,节肢动物的长胚基模式和短胚基模式,长胚基模式：,果蝇，体节的形成及进一步分化，在胚胎的前后轴上基本同步进行。,短胚基模式：,蚱蜢，除了尾部外，中间体节的部分是以原基的形成首先出现在前部，然后原基从前向后不断依次分化发育出各体节。,P103,图节肢动物的短胚基发育。,作业题（六）,1.,脊椎动物中胚层在发育中形成哪五个过渡性的区域性结构？,2.,果蝇同源异型基因的靶基因统称为什么基因？这一类基因的基本功效是什么？,谢谢,