《胚后生长及变态》PPT课件

Developmental Biology,第十二章 胚后生长及变态,动物生长的 主要特点,胚胎发育早期生长不明显或缓慢；,生长主要发生在个体的雏形建立之后；,不同组织器官的生长速度不同。,一、组织、器官、个体的生长,生长的策略,Axon of neuron,e.g.,bone,cartilage,e.g.,many tissues,损伤或刺激可诱导细胞增殖或生长：,如将大鼠肝脏切除2/3,剩余部分增殖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增大。,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。,细胞增殖受内外因素的控制,During cleavage of fertilized eggs,there are virtually no G-phase.,果蝇受精卵含母体磷酸化蛋白string，使113次卵裂只发生细胞核的分裂，无G期。其后,母体string蛋白消失，合子string基因按时空特异性表达，其表达受gap、pair-ruled等基因产物的控制，只有表达string的细胞才能进入有丝分裂。由于有丝分裂不同步，不同组织有不同数量的细胞。,果蝇胚胎早期发育中细胞的分裂特点,人的生长速率因发育阶段而异,人躯体的不同部分有不同的生长速率,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。如断奶后营养不良的大鼠骨架生长正常，但肝和肾会很小。,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。,生长受激素的调控,缺失IGF-2,基因的小鼠出生时的重量仅为正常鼠的60%，表明IGF-2是早期胚胎生长所必需的。IGF-1主要在出生后起作用。,不同的器官具有不同的内在生长程序,GH,IGF-1,长骨的生长依赖生长板中细胞数量的增加,肌肉组织的生长来自单个肌纤维的加长和膨大,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胞和一个将要分化的细胞。干细胞命运与其表达integrin,并通过其与基底层的laminin和collagen相连有关。,crypt,小鼠小肠的每个隐窝含有1个干细胞和30-40个潜在的干细胞，约150个分裂的细胞、每天分裂2次，每天产生约300个细胞。,成年哺乳动物的肠上皮细胞也不断更新,不同物种的寿命不同：遗传控制,Disposable soma theory,影响衰老的基因,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的大鼠长,40,，可能是因为食物分解中产生的自由基对,DNA,和蛋白质起破坏作用。,线虫的,daf-2,基因：,刚孵化的线虫在宽爽的空间、丰富的食物条件下存活,2,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。,Daf-2,基因突变的线虫即使在有丰富的食物时仍进入,dauer,state,，,其寿命比正常线虫长2倍。,线虫的,clk-1,基因：,该基因突变个体的细胞周期变长，寿命比正常胚胎长70。,Daf-2,、,clk-1,及另外2个,clk,基因都突变的个体的寿命延长5倍。,人的,Werner Syndrome:,患者青春期生长缓慢，20余岁白发、易患心脏病，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,DNA,解螺旋是,DNA,复制、修复、基因表达所必需的。,生长失控导致肿瘤,连续分裂的细胞最可能致癌，如85的癌症发生在表皮细胞，白细胞过多导致白血病。,Proto-oncogene突变为oncogene是癌症的诱因，多为显性突变。,原癌基因与细胞增殖、分化和迁移有关，编码生长因子和信号分子及与信号传导有关的蛋白质。,抑癌基因的突变也导致癌症，但属隐性突变。,如调控细胞周期的Rb,突变可导致视网膜细胞瘤。人的patched基因也是一个抑癌基因，其突变导致各种皮肤癌。,极少数肿瘤不涉及遗传物质的改变,畸胎瘤teratocarcinomas,常见于卵巢和睾丸，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年小鼠体内的任何部位，都将形成畸胎瘤。,在动物的发育中，一些分子能经过长距离的移动从一种细胞类型到另一种细胞类型，并调节动物的发育。这些可扩散的发育调节因子能通过血液移动引起其他组织的分化和形态发生，它们被称为激素(hormone)。,变态(metamorphosis)：是指动物个体整体形态的重大改变，并常伴随有生活方式和生活习性的变化。,二、变态（metamorphosis）,（一）昆虫变态的模式,1、原变态：幼体虽经历多次蜕皮，但不具明显的幼虫期而是直接发育。,2、不完全变态：分半变态、渐变态。,3、全变态：其发育在幼虫和成虫期之间有一个明显突然转变的蛹期，称为全变态。蜕皮之间的时期称为龄虫。最后一期龄虫称为蛹的龄虫。蛹前龄虫经过一次变态蜕皮，变成蛹(pupa)。此过程称为蛹化(pupatlon)。,在蛹的角皮中发生从幼虫到成虫的转变。此时幼虫旧身体的大部分被系统地破坏，随之新成虫的器官由未分化的细胞群，成虫盘发育产生。,昆虫变态的激素控制由Wigglesworth(1934)的著名实验所证实。表明血液提供的激素负责变态的诱导作用。,咽侧体产生一种激素，抑制进行变态的作用。,（二）昆虫变态的激素调控,1.昆虫变态相关激素及其作用,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，并由蜕皮激素和保幼激素调节的,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前胸腺激素(PTTH)。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PTTH的分泌停止。蛹在整个冬季保持这种暂停状态，称为滞育。,不同蜕皮期的个体体积都显著增加,蜕皮过程,咽侧体(corpus allatum),幼年素(juvenile hormone),molting,蜕皮素(ecdysone),激活前胸腺,大脑分泌促前胸腺激素(PTTH),激活牵长感应器(stretch receptor),个体生长,2环境对昆虫变态的影响,昆虫的变态受环境和激素的调控,（三）两栖类的变态现象,两栖类的变态是由具尾的幼体形态过渡为成体的形态。从蝌蚪后肢芽出现开始进入前变态期。在后肢发育基本完善后开始前肢的发育，在四肢生出后，进入变态顶峰期。在此期间，蝌蚪的尾被不断分解，吸收，逐渐变短，最后完全消失。同时一些细微结构和其内部结构也经历了剧烈的变化。,1形态学的变化,在有尾目，这些变化包括尾鳍和背鳍的吸收，外鳃的消失和皮肤结构的变化，身体也变得扁平。在无尾目中，变态变化是非常显著的，而且几乎每个器宫都是修饰改造的对象,2.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A2的醛基之间结合形成的种复合物。而后者是由维生素A1的醛基与视蛋白组成的。,二是血红蛋白在合成和生理功能特点方面的变化。这一情况是随着红细胞生成器官由肾改为脾和骨髓而出现的。另外，实验还证明，蝌蚪的血红蛋白结合氧是不依赖pH的，而蛙的血红蛋白显示出与氧的结合随pH的升高而增加(Bohr效应)。,三是皮肤中的生化变化。蝌蚪皮肤的角蛋白变为成体皮肤的角蛋白。,最后，变态中最明显的生化变化可能是产生尿素所需酶的诱导。,（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，都是由甲状腺分泌的激素，甲状腺素(T4)和三碘甲腺原氨酸(T3)引起的。T3是极活跃的一种激素，它以比T4低得多的浓度，在切除甲状腺的蝌蚪中引起变态的变化。,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栖类的变态。,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；第二次则是由催乳激素诱导的。,另外，T3的释放还处于下丘脑合成的激素的控制之下。在幼虫变态前的生长期，脑的这一部分是发育不完全的，所以下丘脑对腺垂体不产生控制。,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的动态平衡所调控。,两栖动物的变形过程,促甲状腺素释放激素,促甲状腺素,甲状腺素对不同组织的作用不同。,如它们促进肢体的发育和生长，但引起尾巴细胞的凋亡而使尾巴退化。,（五）在乳腺发育中多种激素的相互作用,l.胚胎期 在雌性小鼠的正常发育中，在妊娠1l天两条隆起的表皮组织带出现在小鼠腹中线的两侧，称为,乳腺嵴,(mammary ridge)。在每一个嵴中，细胞浓缩集合于嵴的中央，并保留在那里，形成,乳腺芽基,。在临近出生前1天，这些芽基地方的上皮迅速增生，产生,乳腺索,(mammry cord)，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。,睾酮通过指令间质细胞破坏表皮带引起特定细胞的死亡。,雄激素不敏感综合征的个体，在染色体上为雄性(XY)的个体不能产生具有功能的睾酮受体。结果这些个体发育出雌性的乳房。,2.青春期,在青春期乳腺的管系统广泛地增殖。在管顶部分泌乳汁的泡状细胞尚未分化和没有乳汁产生。广泛的细胞分裂是在雌激素和生长素控制下进行的。最新研究表明表皮生长因子(epidermal growth factor，EGF)在这个时期控制乳腺管的生长。,人类青春期的激素基础非常类似于动物变态的。在两栖类和昆虫的变态中，发现二者都是脑释放的神经激素起始的性激素的变化调节的(分别是TRH和PTTH)。在人类两个性别中，青春期的变化是由下丘脑释放的,促性腺素释放激素,(GnRH)起始的。GnRH是由下丘脑的神经元分泌释放到垂体的正中降起处，经血管送到腺垂体。引起促激素的释放。在人类青春期刺激释放,黄体生成素,(LH)和,促卵泡激素,(FSH)，这两种激素称为促性腺激素。,3 妊娠期 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，而管远端的细胞开始发育出分泌组织的特征。,THE END,