胚胎的早期发育受精培训课件.ppt

1、胚胎的早期发育受精（优选）胚胎的早期发育受精3/523.1 受精（受精（fertilization）胚胎发育的启动胚胎发育的启动n定义定义n功能功能n受精的专一性和唯一性受精的专一性和唯一性精子活化精子活化精子趋向精子趋向穿卵膜穿卵膜细胞融合细胞融合n精核入卵后受精卵细胞的重组和触发胚胎发育程精核入卵后受精卵细胞的重组和触发胚胎发育程序的启动序的启动雌雄原核融合雌雄原核融合胞质重组胞质重组代谢启动代谢启动胚胎发育程序开始胚胎发育程序开始受精的专一性精子活化受精的专一性精子活化n定义定义n位置位置n输卵管输卵管n变化变化n内膜分子重排、精子细胞浆碱化。内膜分子重排、精子细胞浆碱化。哺乳动物精哺乳

2、动物精子的活化，子的活化，牛精子在到牛精子在到达输卵管壶达输卵管壶腹部之前与腹部之前与输卵管上皮输卵管上皮细胞的接触。细胞的接触。n定义定义n如如:海胆卵膜释放的精子激活肽海胆卵膜释放的精子激活肽resactresact和精膜上的受体蛋和精膜上的受体蛋白结合白结合使精子中的鸟苷酸环化酶活化使精子中的鸟苷酸环化酶活化cGMPcGMP动力蛋动力蛋白白ATPaseATPase活化活化提供给鞭毛摆动的能量提供给鞭毛摆动的能量使精子游向卵子使精子游向卵子加入加入10nM（resact）1纳升后，海胆精子的聚集。纳升后，海胆精子的聚集。A、B、C和和D示加入呼吸活化肽示加入呼吸活化肽1、20、40、90秒

3、后的观察结果秒后的观察结果ABCD受精的专一性受精的专一性穿卵膜穿卵膜 定义定义：诱发诱发：顶体反应（顶体反应（acrosomal reactionacrosomal reaction）指受精前精子在同卵子接触时，精子顶体指受精前精子在同卵子接触时，精子顶体产生的一系列变化。产生的一系列变化。顶体：是顶体：是覆盖覆盖于于精子精子头部细胞核前方、介于核与质膜间头部细胞核前方、介于核与质膜间 的囊状的囊状细胞细胞器。器。n顶体发应包括两个主要的事件顶体发应包括两个主要的事件顶体膜与精子质膜发生融合顶体膜与精子质膜发生融合顶体突起（顶体突起（acrosomal processacrosomal pr

4、ocess）形成，）形成，与卵子特异识别与卵子特异识别顶体突起顶体突起海胆精子的顶体反应过程海胆精子的顶体反应过程顶体膜顶体膜结合素结合素精子细胞膜精子细胞膜球形肌动蛋白球形肌动蛋白顶体酶顶体酶微丝微丝透明透明质酸质酸酶、酶、顶体顶体素等素等结合蛋白在顶体突上的定位DAB沉淀沉淀卵细胞的卵细胞的卵黄膜卵黄膜顶体顶体海胆顶体突起与海胆顶体突起与卵黄膜绒毛接触卵黄膜绒毛接触卵精特异性结合卵精特异性结合精子与卵细胞的特异识别发生在卵细精子与卵细胞的特异识别发生在卵细胞的透明带部位。胞的透明带部位。哺乳动物的顶体反应哺乳动物的顶体反应放射冠细胞放射冠细胞卵母细胞卵母细胞透明带透明带仓鼠卵子仓鼠卵子快封

5、闭反应的细胞学过程透明质素 在卵外形成透明质层，卵细胞质膜突起的微绒毛深入到透明质层内部。海胆精核进入卵细胞后，相对于中心体发生一次180旋转，其中心体位于雌、雄原核之间，装配成星状体，连接并牵动雄原核与雌原核相互靠近，最后融合形成合子核（zygote nucleus）（1h）金色仓鼠精子入卵过程：A，精卵融合的扫描电镜照片 B，精子与透明带的结合 C，精子头部穿过透明带。Ca2+介导，精子顶体中水解酶释放，卵细胞外包被的胶膜降解，精子穿越胶膜，突起（Bindin蛋白）与卵黄膜（Bindin蛋白受体）识别。受精过程中两个重要的事件：D，精子与卵子质膜的融合 E，精子顶体与带有微绒毛的卵子质膜融

6、合的示意图精子进入卵细胞触发细胞膜电位势迅速改变，引起膜外精子与卵细胞识别和融合的障碍。目前已有60多个哺乳动物的印记基因得到克隆，这些基因在发育过程中起着重要的作用。Ca2+内流导致H+外流使精子内部pH升高诱发顶体反应顶体膜与精子质膜发生融合如:海胆卵膜释放的精子激活肽resact和精膜上的受体蛋白结合使精子中的鸟苷酸环化酶活化cGMP动力蛋白ATPase活化提供给鞭毛摆动的能量使精子游向卵子（优选）胚胎的早期发育受精精核形成雄性原核的过程受到卵子的严格控制。过氧化物酶 催化酪氨酸残基与邻近蛋白发生铰链作用使受精膜硬化。精子质膜上的Fertilin蛋白、Cyritestin蛋白（应用沙门氏

7、菌疫苗株表达精子 cyritestin蛋白构建口服避孕疫苗）半乳糖基转移酶(GalTase，激活G蛋白，结合ZP3上的N乙酰葡糖胺)受精过程中两个重要的事件：未受精的卵子是惰性的，细胞的呼吸活动、RNA的转录和蛋白质的合成处于或几乎处于零水平，只有受精的刺激才能唤卵子激活的可能机制2-融合假说n哺乳动物精子顶哺乳动物精子顶体是一个帽状结体是一个帽状结构，覆盖于精核构，覆盖于精核的前端。的前端。n顶体反应时，顶顶体反应时，顶体帽部分的质膜体帽部分的质膜与顶体外膜在多与顶体外膜在多处发生融合，使处发生融合，使顶体内的物质从顶体内的物质从融合处释放出来。融合处释放出来。小鼠透明带小鼠透明带丝状串珠样

8、丝状串珠样结构示意图结构示意图具受体功能的精子表面蛋白（能和具受体功能的精子表面蛋白（能和ZP3ZP3结合的蛋白质）结合的蛋白质）n1.sp561.sp56（56kDa56kDa，半乳糖结合蛋白），半乳糖结合蛋白）n2.2.半乳糖基转移酶半乳糖基转移酶(GalTase(GalTase，激活，激活G G蛋蛋白，结合白，结合ZP3ZP3上的上的N N乙酰葡糖胺乙酰葡糖胺)n3.P95 3.P95（跨膜蛋白，外侧结合（跨膜蛋白，外侧结合ZP3ZP3，内，内侧有酪氨酸激酶功能）侧有酪氨酸激酶功能）小鼠精子和透明带的结合小鼠精子和透明带的结合仓鼠精子的顶体反应仓鼠精子的顶体反应顶体膜顶体膜精子细胞膜精子

9、细胞膜细胞核细胞核精子细胞膜与连接的精子细胞膜与连接的顶体膜融合顶体膜融合参与配子间质膜相互识别的分子参与配子间质膜相互识别的分子n海胆精子质膜上的海胆精子质膜上的BindinBindin蛋白蛋白 n鲍鱼精子质膜上的鲍鱼精子质膜上的LysinLysin蛋白蛋白n哺乳类哺乳类n精子质膜上的精子质膜上的FertilinFertilin蛋白、蛋白、CyritestinCyritestin蛋白（应蛋白（应用沙门氏菌疫苗株表达精子用沙门氏菌疫苗株表达精子 cyritestin cyritestin蛋白构建口蛋白构建口服避孕疫苗）服避孕疫苗）n卵子质膜上的卵子质膜上的IntegrinIntegrin蛋白（

10、即整联蛋白）蛋白（即整联蛋白）快封闭反应的细胞学过程快封闭反应的细胞学过程n精子进入卵细胞触发细胞膜电位势迅速改变，引起膜外精精子进入卵细胞触发细胞膜电位势迅速改变，引起膜外精子与卵细胞识别和融合的障碍。子与卵细胞识别和融合的障碍。n受精前卵内膜受精前卵内膜Na+浓度低，浓度低，K+浓度高，膜两侧电位差稳定。浓度高，膜两侧电位差稳定。n受精时受精时13s，膜电位差改变。，膜电位差改变。n快封闭反应维持时间快封闭反应维持时间1min左右。左右。B：control 490 mmol/L Na C：120 mmol/L Na导致多导致多精入卵的比率升高精入卵的比率升高慢封闭反应的细胞学过程慢封闭反应

11、的细胞学过程n海胆卵膜下方有大量皮质颗粒，精子进入卵细胞后，皮质海胆卵膜下方有大量皮质颗粒，精子进入卵细胞后，皮质颗粒与细胞膜融合，颗粒内含物释放到细胞膜和卵黄膜间颗粒与细胞膜融合，颗粒内含物释放到细胞膜和卵黄膜间的基质中。的基质中。n皮质颗粒内含物皮质颗粒内含物n 1.蛋白水解酶蛋白水解酶 使卵黄膜与卵细胞膜间的联系分离；使卵黄膜与卵细胞膜间的联系分离；n 2.粘多糖粘多糖 形成高渗透压，使卵黄膜进水膨胀成受精膜；形成高渗透压，使卵黄膜进水膨胀成受精膜；n 3.过氧化物酶过氧化物酶 催化酪氨酸残基与邻近蛋白发生铰链作催化酪氨酸残基与邻近蛋白发生铰链作用使受精膜硬化。用使受精膜硬化。n 4.透

12、明质素透明质素 在卵外形成透明质层，卵细胞质膜突起的在卵外形成透明质层，卵细胞质膜突起的微绒毛深入到透明质层内部。微绒毛深入到透明质层内部。海胆受精膜的形成及多余精子的移除海胆受精膜的形成及多余精子的移除海胆皮质颗粒反应示意图海胆皮质颗粒反应示意图微绒毛微绒毛卵质膜卵质膜卵黄膜卵黄膜皮层颗粒皮层颗粒卵黄膜上多余的精子卵黄膜上多余的精子释放的蛋白酶和粘多糖释放的蛋白酶和粘多糖微丝微丝透明质素透明质素受精膜受精膜精子释放精子释放透明带透明带细胞膜细胞膜微绒毛微绒毛未受精卵（左）和受精卵（右）的皮层未受精卵（左）和受精卵（右）的皮层哺乳动物不形成受精膜，但皮质颗粒中释哺乳动物不形成受精膜，但皮质颗粒

13、中释放的酶可剥离放的酶可剥离ZP3分子上的糖基，使之丧分子上的糖基，使之丧失与精子结合的能力，称为透明带反应。失与精子结合的能力，称为透明带反应。海胆卵膜下方有大量皮质颗粒，精子进入卵细胞后，皮质颗粒与细胞膜融合，颗粒内含物释放到细胞膜和卵黄膜间的基质中。鲍鱼精子质膜上的Lysin蛋白哺乳动物精子顶体是一个帽状结构，覆盖于精核的前端。Imprinting 基因:在卵子发生或精子发生过程中被打上了不同印记的基因。受精是指两性生殖细胞融合并形成具备双亲遗传潜能的新个体的过程。因此，在合子中观察不到真正的二倍体核，两细胞期才可看见。蛋白水解酶 使卵黄膜与卵细胞膜间的联系分离；指哺乳类精子在雌体生殖道

14、中，受若干因子的作用，精子发生一系列变化，从而获得受精的能力的过程。目前已有60多个哺乳动物的印记基因得到克隆，这些基因在发育过程中起着重要的作用。参与配子间质膜相互识别的分子受精的专一性-精子趋向形成合子的雌雄原核所携带的单倍体基因组功能上并不等同。海胆精子质膜上的Bindin蛋白Ca2+内流导致H+外流使精子内部pH升高诱发顶体反应随着卵母细胞完成第二次减数分裂，雄原核增大，中心体产生星光，并向雌性原核的方向迁移。受精过程中两个重要的事件：受精的专一性-精子趋向雌雄原核彼此靠拢，在迁移过程中复制DNA。卵子激活的可能机制2-融合假说海胆精子的顶体反应过程Imprinting 基因:在卵子发

15、生或精子发生过程中被打上了不同印记的基因。精卵融合卵子的微绒毛扩大为半球状的受精锥，卵子的微绒毛扩大为半球状的受精锥，将精子拖入卵子将精子拖入卵子金色仓鼠精子入卵过程金色仓鼠精子入卵过程：A，精卵融合的扫描电镜照片，精卵融合的扫描电镜照片 B，精子与，精子与透明带的结合透明带的结合 C，精子头部穿过透明带。，精子头部穿过透明带。D，精子与卵子质膜的融合，精子与卵子质膜的融合 E，精子顶，精子顶体与带有微绒毛的卵子质膜融合的示体与带有微绒毛的卵子质膜融合的示意图意图1、定义定义2、内容内容受精卵的代谢启动受精卵的代谢启动未受精的卵子是惰性的，细胞的呼吸活动、未受精的卵子是惰性的，细胞的呼吸活动、

16、RNARNA的转录和蛋的转录和蛋白质的合成处于或几乎处于零水平，只有受精的刺激才能唤白质的合成处于或几乎处于零水平，只有受精的刺激才能唤醒其代谢的活跃进行。醒其代谢的活跃进行。早期应答：钙离子作用引起的受精卵变化（早期应答：钙离子作用引起的受精卵变化（P51 P51 表）。如：表）。如：NADNAD激酶被激活，激酶被激活，NADNAD和和NADHNADH含量上升，耗氧量上升等。含量上升，耗氧量上升等。晚期应答：伴随钙离子浓度升高，细胞内晚期应答：伴随钙离子浓度升高，细胞内pHpH提高带来的一系提高带来的一系列变化。如：活化卵细胞贮存列变化。如：活化卵细胞贮存mRNAmRNA，大量合成蛋白质。，

17、大量合成蛋白质。Model of possible pathway of egg activation in the sea urchin.海胆卵受精后活化的路径和可能机制海胆卵受精后活化的路径和可能机制精子结合或精精子结合或精卵细胞膜融合卵细胞膜融合钠离子内流钠离子内流卵细胞膜去极化卵细胞膜去极化快速阻断多精入卵快速阻断多精入卵PKT激活激活PLC激活激活产生产生IP3二酰甘油二酰甘油钙离子释放钙离子释放NAD激酶激活激酶激活PKC激活激活Na/H+交换交换细胞内细胞内pH升高升高皮层颗粒反应皮层颗粒反应慢速阻断多精入卵慢速阻断多精入卵刺激蛋白质合成、刺激蛋白质合成、DNA复制和细胞质复制和

18、细胞质运动等运动等卵子激活的可能机制卵子激活的可能机制1 1受体假说受体假说精子融合前的激活精子融合前的激活卵子激活的可能机制卵子激活的可能机制2-融合假说融合假说精子融合后的激活精子融合后的激活可溶的精子因子可溶的精子因子可溶的卵子因子可溶的卵子因子 雌雄原核的形成雌雄原核的形成单倍体的精原核在进入卵细胞时，呈高度浓缩状单倍体的精原核在进入卵细胞时，呈高度浓缩状态，称为雄原核（态，称为雄原核（male pronucleusmale pronucleus），卵细胞核），卵细胞核则形成雌原核（则形成雌原核（female pronucleusfemale pronucleus）。精核形成）。精核形

19、成雄性原核的过程受到卵子的严格控制。精子入卵雄性原核的过程受到卵子的严格控制。精子入卵过程中线粒体与鞭毛降解，因此线粒体基因一般过程中线粒体与鞭毛降解，因此线粒体基因一般认为是母源性的；但中心体是父源性的。认为是母源性的；但中心体是父源性的。精核进入卵细胞后的变化精核进入卵细胞后的变化n核膜裂解成小片段，染色质暴露于卵细胞质中，使精核染核膜裂解成小片段，染色质暴露于卵细胞质中，使精核染色质压缩和钝化的结合蛋白成分被来自卵细胞质中的其他色质压缩和钝化的结合蛋白成分被来自卵细胞质中的其他蛋白所取代，导致雄原核染色体转入去压缩状态。蛋白所取代，导致雄原核染色体转入去压缩状态。海胆精核进入卵细胞后，相

20、对于中心体发生一次海胆精核进入卵细胞后，相对于中心体发生一次180旋转，其中心体位于雌、雄原核之间，装配旋转，其中心体位于雌、雄原核之间，装配成星状体，连接并牵动雄原核与雌原核相互靠近成星状体，连接并牵动雄原核与雌原核相互靠近，最后融合形成合子核（，最后融合形成合子核（zygote nucleus）（）（1h）海胆雌雄原核的融合海胆雌雄原核的融合海胆雌雄原核的迁移海胆雌雄原核的迁移雄原核雄原核雌原核雌原核海胆皮质颗粒反应示意图加入10nM精子激活肽（resact）1纳升后，海胆精子的聚集。受精的专一性-精子趋向Ca2+介导，精子顶体中水解酶释放，卵细胞外包被的胶膜降解，精子穿越胶膜，突起（Bi

21、ndin蛋白）与卵黄膜（Bindin蛋白受体）识别。未受精的卵子是惰性的，细胞的呼吸活动、RNA的转录和蛋白质的合成处于或几乎处于零水平，只有受精的刺激才能唤海胆卵膜下方有大量皮质颗粒，精子进入卵细胞后，皮质颗粒与细胞膜融合，颗粒内含物释放到细胞膜和卵黄膜间的基质中。受精的专一性-精子趋向哺乳动物不形成受精膜，但皮质颗粒中释放的酶可剥离ZP3分子上的糖基，使之丧失与精子结合的能力，称为透明带反应。金色仓鼠精子入卵过程：A，精卵融合的扫描电镜照片 B，精子与透明带的结合 C，精子头部穿过透明带。核膜裂解成小片段，染色质暴露于卵细胞质中，使精核染色质压缩和钝化的结合蛋白成分被来自卵细胞质中的其他蛋

22、白所取代，导致雄原核染色体转入去压缩状态。如：NAD激酶被激活，NAD和NADH含量上升，耗氧量上升等。顶体反应（acrosomal reaction）指哺乳类精子在雌体生殖道中，受若干因子的作用，精子发生一系列变化，从而获得受精的能力的过程。形成合子的雌雄原核所携带的单倍体基因组功能上并不等同。D，精子与卵子质膜的融合 E，精子顶体与带有微绒毛的卵子质膜融合的示意图顶体：是覆盖于精子头部细胞核前方、介于核与质膜间（优选）胚胎的早期发育受精未受精的卵子是惰性的，细胞的呼吸活动、RNA的转录和蛋白质的合成处于或几乎处于零水平，只有受精的刺激才能唤中心体中心体发出的发出的微管形微管形成星光，成星光

23、，连接并连接并牵动雄牵动雄原核与原核与雌原核雌原核相互靠相互靠近近哺乳动物精子入卵后，在卵母细胞胞质中谷胱甘肽的作用下精哺乳动物精子入卵后，在卵母细胞胞质中谷胱甘肽的作用下精子染色体解凝聚。随着卵母细胞完成第二次减数分裂，雄原核子染色体解凝聚。随着卵母细胞完成第二次减数分裂，雄原核增大，中心体产生星光，并向雌性原核的方向迁移。雌雄原核增大，中心体产生星光，并向雌性原核的方向迁移。雌雄原核彼此靠拢，在迁移过程中复制彼此靠拢，在迁移过程中复制DNA。两原核相遇后，核膜解体。两原核相遇后，核膜解体，染色质浓缩成染色体，定位于纺锤体上。因此，在合子中观，染色质浓缩成染色体，定位于纺锤体上。因此，在合子

24、中观察不到真正的二倍体核，两细胞期才可看见。察不到真正的二倍体核，两细胞期才可看见。哺乳动物雌雄原核的融合哺乳动物雌雄原核的融合人类受精过程中雌雄原核的运动人类受精过程中雌雄原核的运动n形成合子的雌雄原核所携带的单倍体基因组功能形成合子的雌雄原核所携带的单倍体基因组功能上并不等同。上并不等同。nImprinting Imprinting 基因基因:在卵子发生或精子发生过程在卵子发生或精子发生过程中被打上了不同印记的基因。中被打上了不同印记的基因。n目前已有目前已有6060多个哺乳动物的印记基因得到克隆，多个哺乳动物的印记基因得到克隆，这些基因在发育过程中起着重要的作用。这些基因在发育过程中起着重要的作用。只有来自于精子和卵子的二倍体才能正常发育，只有来自于精子和卵子的二倍体才能正常发育，而仅来自于雌核或雄核的二倍体胚胎在发育过而仅来自于雌核或雄核的二倍体胚胎在发育过程中夭亡。程中夭亡。