发育生物学课件2cleavage.ppt

1、第二章第二章 胚胎的早期发育胚胎的早期发育(一一)、卵裂的特点、卵裂的特点卵裂期卵裂期是指受精卵开始有丝分裂并产生由较小的细胞构是指受精卵开始有丝分裂并产生由较小的细胞构成的囊胚成的囊胚(blastula)的过程。的过程。卵裂的卵裂的主要特点主要特点包括：包括：H 分裂周期短分裂周期短;H 分裂球的体积下降：海胆胚胎的质分裂球的体积下降：海胆胚胎的质/核核比由比由550降至降至6;H 早期卵裂中合子基因大多处于休眠状态；早期卵裂中合子基因大多处于休眠状态；H 卵裂常经历由均等裂向不均等裂变化。卵裂常经历由均等裂向不均等裂变化。一、卵裂一、卵裂 Cleavage Cleavage(二二)、卵裂的

2、类型、卵裂的类型经线裂经线裂(meridional cleavage):指卵裂面指卵裂面与与AV轴平行的卵裂方式。轴平行的卵裂方式。纬线裂纬线裂(equatorial cleavage):指卵裂面与指卵裂面与AV轴垂直的卵裂方式。轴垂直的卵裂方式。Holoblastic 全卵裂全卵裂Radial 辐射型辐射型:海鞘、海胆、两栖类海鞘、海胆、两栖类Rational 旋转型旋转型:哺乳动物哺乳动物Spiral 螺旋型螺旋型:螺、蚌、软体动物、螺、蚌、软体动物、纽形动物、多毛类动物纽形动物、多毛类动物Discoidal 盘状偏裂：盘状偏裂：鸟类、鱼类等端鸟类、鱼类等端 黄和极端端黄卵黄和极端端黄卵M

3、eroblastic 偏裂偏裂Superficial 表面裂表面裂:中黄卵中黄卵(昆虫昆虫)卵裂类型卵裂类型辐射型全卵裂辐射型全卵裂海鞘：海鞘：经经纬经经经纬经，8次分裂后产生的次分裂后产生的256细胞细胞柱形胚胎在两极细胞移动封口后成为中空柱形囊胚。柱形胚胎在两极细胞移动封口后成为中空柱形囊胚。海胆：海胆：第四次分裂后将开始不均等分裂，第第四次分裂后将开始不均等分裂，第7次分裂后产生次分裂后产生128细胞细胞组成的囊胚组成的囊胚(see next slide).植物极的植物极的micromeres是生骨中胚层命运，是生骨中胚层命运，具具有起动原肠作用、诱导第二胚轴的活性。有起动原肠作用、诱导

4、第二胚轴的活性。海胆早期囊胚的细胞体积一致，其后长出纤毛，使囊胚可海胆早期囊胚的细胞体积一致，其后长出纤毛，使囊胚可在受精膜内转动，同时也因细胞的增殖，细胞变瘪。在受精膜内转动，同时也因细胞的增殖，细胞变瘪。囊胚腔形成的囊胚腔形成的2种可能机制：种可能机制：a,卵裂球分泌的蛋白进入囊胚卵裂球分泌的蛋白进入囊胚腔中，导致腔中液体粘稠而吸取胚外水分，腔内的膨胀压阻止腔中，导致腔中液体粘稠而吸取胚外水分，腔内的膨胀压阻止了细胞向腔内增生；了细胞向腔内增生；b,细胞与受精膜内的透明层紧密粘接，细胞与受精膜内的透明层紧密粘接，使细胞不能向腔内增生。使细胞不能向腔内增生。囊胚的孵化：囊胚的孵化：由动物极细

5、胞分泌孵化酶降解受精膜。由动物极细胞分泌孵化酶降解受精膜。蛙类：蛙类：卵黄对卵裂的阻碍作用导致卵裂沟延伸缓慢、第卵黄对卵裂的阻碍作用导致卵裂沟延伸缓慢、第三次纬裂发生不均等分裂。植物极半球分裂的速度始终较三次纬裂发生不均等分裂。植物极半球分裂的速度始终较慢，所以囊胚的植物极细胞较大。慢，所以囊胚的植物极细胞较大。蛙类的囊胚腔的形成：蛙类的囊胚腔的形成：第一次分裂后两个子细胞的动物第一次分裂后两个子细胞的动物极端相接触，产生一个裂缝，它将扩大成为囊胚腔。极端相接触，产生一个裂缝，它将扩大成为囊胚腔。囊胚腔的作用：囊胚腔的作用：有利于原肠作用期细胞的移动、防止囊有利于原肠作用期细胞的移动、防止囊胚

6、腔上下细胞的过早交流。胚腔上下细胞的过早交流。螺旋型全卵裂：螺旋型全卵裂：均采经线裂。第三次分裂前，卵裂球内均采经线裂。第三次分裂前，卵裂球内的纺锤体转动的纺锤体转动45度，然后向动物极方向出芽小卵裂球。其后度，然后向动物极方向出芽小卵裂球。其后的大卵裂球以同样方式产生一大一小子分裂球，而小分裂球的大卵裂球以同样方式产生一大一小子分裂球，而小分裂球只生成小卵裂球。只生成小卵裂球。形成的囊胚无囊胚腔。形成的囊胚无囊胚腔。旋转型全卵裂旋转型全卵裂哺乳动物哺乳动物的早期卵裂发生在输卵管中。的早期卵裂发生在输卵管中。哺乳动物旋转型全卵裂：哺乳动物旋转型全卵裂：第第1次为经线裂，其后的次为经线裂，其后的

7、2个卵个卵裂球各采不同的卵裂方式。裂球各采不同的卵裂方式。早期卵裂球的卵裂不同步，可产生奇数细胞的胚胎。早期卵裂球的卵裂不同步，可产生奇数细胞的胚胎。哺乳动物卵裂球的哺乳动物卵裂球的compaction:发生第三次卵裂后不久发生第三次卵裂后不久小鼠小鼠8细胞胚胎细胞胚胎compaction前后前后Compaction的机的机制制:8细胞胚胎的外层胞细胞胚胎的外层胞间形成致密连接间形成致密连接(tight junctions)，而内层胞而内层胞间形成缝隙连接间形成缝隙连接(gap junction)。注射了注射了E-Cadherin抗体的胚胎不能够致密抗体的胚胎不能够致密化。化。在在4细胞期激活

8、蛋细胞期激活蛋白激酶白激酶C导致导致compaction发生。因此，发生。因此，Compaction可能始于可能始于蛋白激酶蛋白激酶C的活化，它的活化，它引起细胞骨架的重排，引起细胞骨架的重排，在膜上均匀分布的在膜上均匀分布的E-Cadherin重新定位在重新定位在胞间相交处。胞间相交处。哺乳动物囊胚细胞命运的早期分化哺乳动物囊胚细胞命运的早期分化位置决定论位置决定论16细胞期细胞期桑椹胚桑椹胚(morula):位于内部的少数细胞产生的子细胞将组成位于内部的少数细胞产生的子细胞将组成内细内细胞团胞团(inner cell mass)，而位于外部的细胞产生的子细胞大多构成，而位于外部的细胞产生的

9、子细胞大多构成滋胚层滋胚层(trophoblast)。32细胞期细胞期胚泡胚泡(blastocyst):位于囊胚腔一端的位于囊胚腔一端的内细胞团内细胞团(约约10个细胞个细胞)将发育将发育胚胎的本体胚胎的本体及与其相连的卵黄囊、尿囊和羊膜；及与其相连的卵黄囊、尿囊和羊膜；外层的滋胚层生成绒毛膜外层的滋胚层生成绒毛膜，为胎儿从母体摄取营养物质和氧，并产生激素以避免母体的排斥反应。为胎儿从母体摄取营养物质和氧，并产生激素以避免母体的排斥反应。哺乳动物胚胎的哺乳动物胚胎的DV轴与卵的轴与卵的AV轴的关系轴的关系哺乳动物胚泡的着床哺乳动物胚泡的着床胚泡在向子宫移动过程中胚泡在向子宫移动过程中体积体积增

10、大增大，是因为因为定位于滋胚层是因为因为定位于滋胚层细胞膜囊胚腔一侧的细胞膜囊胚腔一侧的NaK泵将泵将外部外部Na+泵入腔中，最后通过渗泵入腔中，最后通过渗透作用吸水使囊胚腔增大。透作用吸水使囊胚腔增大。胚胎外的胚胎外的透明带阻止透明带阻止了胚泡与了胚泡与输卵管壁的粘连。输卵管壁的粘连。胚泡到达子宫时，胚胎细胞分胚泡到达子宫时，胚胎细胞分泌泌strypsin（一种类胰蛋白酶一种类胰蛋白酶)，它它使透明带穿孔使透明带穿孔，胚泡从孔中挤，胚泡从孔中挤出与子宫壁接触，通过一系列反出与子宫壁接触，通过一系列反应而着床。应而着床。人类的同卵双生的发生人类的同卵双生的发生(占出生总数的占出生总数的0.25

11、%)发生在滋胚层形成前(约受精后5天前)的分割，有独立的绒毛膜和羊膜。占同卵双生的33%。发生在滋胚层形成后但羊膜形成前(约受精后59天)的分割，共用绒毛膜，有独立的羊膜。占同卵双生的66%。发生在羊膜形成后(约受精9天后)的分割，共用绒毛膜和羊膜，易出现连体儿。人类的连体婴儿人类的连体婴儿嵌合胚：嵌合胚：如右图，如右图，说明说明早期卵裂球有同早期卵裂球有同等的发育潜力。自然等的发育潜力。自然人群中也出现过同时人群中也出现过同时有有XX型和型和XY型细胞型细胞的人的人。胚胎干细胞：胚胎干细胞：保持保持了分化为胚胎本体的了分化为胚胎本体的潜能的、可在体外增潜能的、可在体外增殖的胚胎细胞。在基殖的

12、胚胎细胞。在基因功能研究和疾病治因功能研究和疾病治疗方面有重要的作用。疗方面有重要的作用。哺乳动物中的嵌合胚、胚胎干细胞哺乳动物中的嵌合胚、胚胎干细胞人工受精：人工受精：如如主要用于治疗不主要用于治疗不育症、保存育症、保存 和运和运输优良个体。输优良个体。胚胎切割：胚胎切割：在在24细胞期分割细胞期分割胚胎细胞，用于胚胎细胞，用于繁殖优良家畜个繁殖优良家畜个体。体。哺乳动物中的人工受精和胚胎切割哺乳动物中的人工受精和胚胎切割线虫线虫的旋转全卵裂的旋转全卵裂在线虫的第在线虫的第二次卵裂中，二次卵裂中，AB细胞为纬裂细胞为纬裂(与与AP轴线垂轴线垂直直)，P1细胞为细胞为经裂。经裂。鸟类的盘状偏裂

13、鸟类的盘状偏裂胚盘为动物极直径约胚盘为动物极直径约23mm的胞质的胞质区，前区，前3次卵裂经线裂，发生在输卵管次卵裂经线裂，发生在输卵管中，胚盘为单细胞层，仍与卵黄相接触。中，胚盘为单细胞层，仍与卵黄相接触。鸡胚鸡胚进入子宫后，才发生纬进入子宫后，才发生纬裂，形成裂，形成56个细胞厚的胚盘。个细胞厚的胚盘。胚盘细胞从稀蛋白吸取液体胚盘细胞从稀蛋白吸取液体后，与卵黄分裂，形成后，与卵黄分裂，形成胚盘下胚盘下腔腔(subgerminal cavity)。该腔使该腔使胚盘中央区透明，叫胚盘中央区透明，叫明区明区(area pellucida)；而边缘区的细胞仍而边缘区的细胞仍与卵黄接触使其不透明，叫

14、与卵黄接触使其不透明，叫暗暗区区(area opaca)。上胚层上胚层(epiblast)将形成胚胎将形成胚胎本体；本体；下胚层下胚层(hypoblast)将产生将产生胚外结构如卵黄囊柄和连接卵胚外结构如卵黄囊柄和连接卵黄和内胚层消化管的蒂。黄和内胚层消化管的蒂。鱼类的盘状偏裂鱼类的盘状偏裂斑马鱼斑马鱼受精卵的前受精卵的前5次卵裂均为经线裂，产生的次卵裂均为经线裂，产生的32个个细胞为单层分布于卵黄上。其后的分裂方向不规则。囊细胞为单层分布于卵黄上。其后的分裂方向不规则。囊胚期开始于胚期开始于128细胞期细胞期,属盘状囊胚。属盘状囊胚。斑马鱼斑马鱼中囊胚中囊胚(经历了经历了10次卵次卵裂裂)的

15、三类细胞：的三类细胞：1.卵黄多核层卵黄多核层(yolk syncytial layer,YSL)：胚盘的植物极边缘胚盘的植物极边缘细胞裂解，其核和质与卵黄细胞细胞裂解，其核和质与卵黄细胞融合在一起而构成的一层细胞核融合在一起而构成的一层细胞核层。在胚盘下包中，部分层。在胚盘下包中，部分YSL细细胞核移向胚盘下成为胞核移向胚盘下成为internal YSL，它们可能起提供营养的作它们可能起提供营养的作用；边缘处的为用；边缘处的为external YSL,它它们可能起驱动下包的作用。们可能起驱动下包的作用。2.Enveloping layer(EVL)：位于胚盘最外层已表皮化的细胞，位于胚盘最外

16、层已表皮化的细胞，发育后期会脱落。发育后期会脱落。3.Deep Cells：介于介于YSL和和EVL之间的细胞，它们将发育为之间的细胞，它们将发育为胚胎本体。胚胎本体。晚期囊胚的深层细胞晚期囊胚的深层细胞的命运已经建立。的命运已经建立。昆虫的表面裂昆虫的表面裂果蝇果蝇受精卵的合子核位于卵黄中央，胞质已被挤在卵黄与细胞膜之间成为卵周受精卵的合子核位于卵黄中央，胞质已被挤在卵黄与细胞膜之间成为卵周质。质。前前13次分裂仅为细胞核的分裂，这期间的胚叫次分裂仅为细胞核的分裂，这期间的胚叫多核胚多核胚(syncytial blastoderm)。在第在第14次分裂时，已移至外周的核之间的卵膜内陷，将每个

17、核围成一个细胞，形次分裂时，已移至外周的核之间的卵膜内陷，将每个核围成一个细胞，形成细胞化胚。细胞化过程需成细胞化胚。细胞化过程需75min175min。72345618910111213141516二、原肠作用二、原肠作用 Gastrulation(一一)、原肠作用的概念和主要特点、原肠作用的概念和主要特点 原肠作用原肠作用是指囊胚细胞有规则的移动，使细胞重新排列，用来形是指囊胚细胞有规则的移动，使细胞重新排列，用来形成内胚层和中胚层器官的细胞迁入胚胎内部，而要形成外胚层的细胞成内胚层和中胚层器官的细胞迁入胚胎内部，而要形成外胚层的细胞铺展在胚胎表面。原肠作用期的胚胎叫原肠胚铺展在胚胎表面。

18、原肠作用期的胚胎叫原肠胚(gastrula)。原肠作用中的主要细胞迁移原肠作用中的主要细胞迁移1.外包外包(epiboly):表皮层做为一个整体扩展，使胚胎的内层表皮层做为一个整体扩展，使胚胎的内层2.被覆盖。被覆盖。3.内陷内陷(invagination):指胚胎的局部区域的内陷。指胚胎的局部区域的内陷。4.内卷内卷(involution):指正在扩展的外层向内卷折，去从内铺指正在扩展的外层向内卷折，去从内铺5.盖原来的外层细胞。盖原来的外层细胞。6.内移内移(ingression):指表层的单个细胞迁入胚胎的内部。指表层的单个细胞迁入胚胎的内部。7.分层分层(delamination):指

19、一个细胞层分成两层或多或少平行指一个细胞层分成两层或多或少平行8.的细胞层。的细胞层。9.会聚伸展会聚伸展(convergent extension):指细胞间相互插入，使指细胞间相互插入，使10.所在组织变窄、变薄，并推动组织所在组织变窄、变薄，并推动组织一定一定11.方向移动。方向移动。Convergent extension表皮细胞和间质细胞的概念表皮细胞和间质细胞的概念表皮细胞表皮细胞(epithelial cells)：细胞与细胞间紧密连接成管状或片层状结构，细胞与细胞间紧密连接成管状或片层状结构，局部或整个结构一期运动。局部或整个结构一期运动。间质细胞间质细胞(mesenchyma

20、l cells):细胞与细胞间松散相连，每个细胞为一个行细胞与细胞间松散相连，每个细胞为一个行 动单元。动单元。(一一)、几种模型动物的原肠作用、几种模型动物的原肠作用1、海胆的原肠作用、海胆的原肠作用原肠作用前海胆囊胚的结构原肠作用前海胆囊胚的结构海胆原肠作用过程：海胆原肠作用过程：原植物极中央细胞内陷进入囊胚腔，表皮细胞转原植物极中央细胞内陷进入囊胚腔，表皮细胞转变成为变成为初级间质细胞初级间质细胞，然后内胚层表皮细胞内陷和扩展，其前端表皮，然后内胚层表皮细胞内陷和扩展，其前端表皮细胞转化为细胞转化为次级间质细胞次级间质细胞。两种间质细胞都将长出。两种间质细胞都将长出伪足伪足，后者起定向，

21、后者起定向和驱动细胞移动的作用。和驱动细胞移动的作用。海胆原肠作用的开始海胆原肠作用的开始海胆原肠作用的机制：海胆原肠作用的机制：内胚层的早期内陷机制：内胚层的早期内陷机制：如下图所示，纤丝收缩使细胞变位契形，成如下图所示，纤丝收缩使细胞变位契形，成 为细胞内陷的原动力。为细胞内陷的原动力。内胚层的晚期内陷机制：内胚层的晚期内陷机制：伪足的收缩和细胞间的变形重排伪足的收缩和细胞间的变形重排(会聚伸展会聚伸展)。海胆原肠作用过程：海胆原肠作用过程：初级间质细胞在中胚层和内胚层相初级间质细胞在中胚层和内胚层相 交处形成一圈，在腹侧有一分支延交处形成一圈，在腹侧有一分支延 伸，它们将用于骨的形成。伸

22、，它们将用于骨的形成。海胆小分裂球启动原肠海胆小分裂球启动原肠作用，可诱导第二胚轴作用，可诱导第二胚轴的形成。的形成。海胆小分裂球可以使预海胆小分裂球可以使预置外胚层命运细胞分化置外胚层命运细胞分化为中胚层和内胚层命运为中胚层和内胚层命运的细胞的细胞2.果蝇的原肠作用果蝇的原肠作用 原肠作用开始于腹部预置原肠作用开始于腹部预置中胚层的内陷。中胚层的内陷。羊浆膜羊浆膜(amnioserosa)的作用可的作用可能是分泌信号分子，指导能是分泌信号分子，指导germ band的收缩，它最后将退化。的收缩，它最后将退化。3.爪蟾的原肠作用爪蟾的原肠作用原肠作用开始于瓶状细胞的原肠作用开始于瓶状细胞的形成

23、和内突。形成和内突。它们的内突使它们的内突使囊胚表面形成一个小沟，即囊胚表面形成一个小沟，即为胚孔为胚孔(blastopore)。3.爪蟾的原肠作用爪蟾的原肠作用(续续)3.爪蟾的原肠作用爪蟾的原肠作用(续续)3.爪蟾的原肠作用爪蟾的原肠作用(续续)3.爪蟾的原肠作用爪蟾的原肠作用(续续)4.斑马鱼的原肠作用斑马鱼的原肠作用 原肠作用开始于胚盘细胞向植原肠作用开始于胚盘细胞向植物极方向的卵黄下包，物极方向的卵黄下包，由由YSL驱驱动动，使胚盘变薄。使胚盘变薄。胚层的形成：胚层的形成：50%下包时，与下包时，与卵黄交界处的卵黄交界处的deep cells内卷，使内卷，使交界处形成厚实的一圈，叫交

24、界处形成厚实的一圈，叫 germ ring。内卷的细胞和由上层内移内卷的细胞和由上层内移的细胞形成的细胞形成下胚层下胚层、上层的、上层的deep cells为为上胚层上胚层。胚盾胚盾(embryonic shield)：因深因深层细胞的内卷和会聚扩展而在层细胞的内卷和会聚扩展而在germ ring的某处形成的加厚区。的某处形成的加厚区。它为胚胎的背部，从此处内卷的它为胚胎的背部，从此处内卷的细胞将与其它会聚扩展的下胚层细胞将与其它会聚扩展的下胚层细胞一起沿背部中线形成细胞一起沿背部中线形成脊索中脊索中胚层胚层(chordamesoderm);下胚层细下胚层细胞还将生成胞还将生成近轴中胚层和内胚

25、层。近轴中胚层和内胚层。上胚层的部分细胞经会聚扩展上胚层的部分细胞经会聚扩展形成形成neural keel，其余的细胞形成，其余的细胞形成皮肤。皮肤。斑马鱼的原肠作用斑马鱼的原肠作用(续续)内卷和会聚扩展形成脊索中胚层的细胞表达内卷和会聚扩展形成脊索中胚层的细胞表达no tail基因，而会聚扩展基因，而会聚扩展形成近轴中胚层的细胞表达形成近轴中胚层的细胞表达snail基因。基因。5.鸡胚的原肠作用鸡胚的原肠作用下胚层的形成下胚层的形成 鸡胚原条鸡胚原条(primitive streak)的形成：的形成：由后部边缘区的上胚层细胞加厚而成，它的出由后部边缘区的上胚层细胞加厚而成，它的出现确定了胚胎

26、的现确定了胚胎的AP轴线。原条内会形成一个凹陷，叫轴线。原条内会形成一个凹陷，叫原沟原沟，是上胚层细胞进入囊胚腔的，是上胚层细胞进入囊胚腔的门户。原条的头部末端是一个加厚层，叫门户。原条的头部末端是一个加厚层，叫Hansens node,是一个诱导中心。是一个诱导中心。细胞早期通过原条的移动：细胞早期通过原条的移动：最早最早穿过原条进入囊胚腔的细胞穿过原条进入囊胚腔的细胞向头部方向移动，最终迁移至胚向头部方向移动，最终迁移至胚胎的头部，成为胎的头部，成为前肠内胚层。前肠内胚层。这这些细胞的移动将原来的下胚层细些细胞的移动将原来的下胚层细胞挤至明区前部，胞挤至明区前部，成为生殖新月成为生殖新月区

27、区(germinal crescent)，是原生是原生殖细胞存在部位。殖细胞存在部位。其后通过其后通过Node进入囊胚腔的进入囊胚腔的细胞在上胚层和内胚层之间向头细胞在上胚层和内胚层之间向头部移动，形成部移动，形成头部中胚层和脊索头部中胚层和脊索中胚层。中胚层。原条的后退：原条的后退：当当Node移至明移至明区中央时，区中央时，Node和原条一起后和原条一起后退退,在此过程中长出脊索。在此过程中长出脊索。Node退至最后端将形成肛门区。退至最后端将形成肛门区。通过原条侧面进入囊胚腔的细胞的命运：通过原条侧面进入囊胚腔的细胞的命运：A，部分迁移的上胚层细胞在中线处与部分迁移的上胚层细胞在中线处与

28、下胚层细胞接触后，将下胚层细胞赶向两侧，而自身形成内胚层，将生成内胚层器官和大下胚层细胞接触后，将下胚层细胞赶向两侧，而自身形成内胚层，将生成内胚层器官和大部分胚外膜。部分胚外膜。B，在上胚层和内胚层之间的细胞形成中胚层和少量的胚外膜。，在上胚层和内胚层之间的细胞形成中胚层和少量的胚外膜。上胚层中的预定外胚层细胞将在上胚层中增殖、下包。上胚层中的预定外胚层细胞将在上胚层中增殖、下包。5.哺乳动物的原肠作用哺乳动物的原肠作用 上胚层和下胚层的形上胚层和下胚层的形成：成：在原肠作用开始时，在原肠作用开始时，内内细胞团分裂为两层细胞团分裂为两层。与囊胚与囊胚腔接触的一层为下胚层，将腔接触的一层为下胚层，将用于形成用于形成yolk sac；另一层为另一层为上胚层。上胚层细胞间的缝上胚层。上胚层细胞间的缝隙将合并、扩大成为羊膜腔，隙将合并、扩大成为羊膜腔，腔中的液体可防止胚胎脱水腔中的液体可防止胚胎脱水和保护胚胎受振荡。上胚层和保护胚胎受振荡。上胚层将发育为胚胎的本体。将发育为胚胎的本体。人体胚胎三胚层的建立及其命运人体胚胎三胚层的建立及其命运人类新生胎儿的胚外结构人类新生胎儿的胚外结构人类胚胎与母体间的物质交流人类胚胎与母体间的物质交流 人体胚胎细胞的分化路线人体胚胎细胞的分化路线