1、組員：組長：扎吾安.葉爾肯姓名學(xué)號阿娜爾.夏利吾拉093135108買雷旦093135126扎吾安.葉爾肯093135143阿爾孜古麗093135103阿來依.吐爾達(dá)力093135105加依娜.托肯093135121第七章 性別決定及生殖發(fā)育Sex determination and reproduction公元前335年，Aristotle指出性別決定于熱(heat)，當(dāng)母親子宮的冷超過父親的精熱時(shí)子代發(fā)育為female，female是發(fā)育不健全的men。1600s/1700s，已認(rèn)識到female可以產(chǎn)生能夠傳遞親本性狀的卵子。19世紀(jì)末之前，人們認(rèn)為溫度、營養(yǎng)、年齡等環(huán)境因素決定了性別。

2、有利于能量和營養(yǎng)儲存的因子將使一個(gè)人生產(chǎn)女嬰，而有利于能量和營養(yǎng)利用的因子則使人有男嬰。20世紀(jì)初，Mendel定律重新發(fā)現(xiàn)(1900)、McClung發(fā)現(xiàn)性染色體(1902)、Stevens和Wilson在昆蟲上發(fā)現(xiàn)了性染色體組成與性別的關(guān)系(male=XY or XO while female=XX)(1905)，從而認(rèn)識到遺傳物質(zhì)在性別決定中起重要作用。一、性別表現(xiàn)型的決定1. 初級性決定 :指生殖腺發(fā)育為睪丸或卵巢的選擇。胚胎生殖腺(gonad)的發(fā)育命運(yùn)決定于其染色體組成，Y染色體的存在使生殖腺的體細(xì)胞發(fā)育為testis而非ovary。 e.g., 基因型為XXY的Klinefelt

3、er綜合癥患者的表型為male，但不具生殖力；基因型為XO的Turner綜合癥患者為不能產(chǎn)卵的female。2. 次要性決定 :指睪丸或卵巢形成后，由它們 分泌的激素來影響性器官的發(fā)育。 在出現(xiàn)睪丸的胚胎中，中腎旁管(Mullerian duct)退化，而中腎管(Wolffian duct)分化為輸精管、附睪、精囊。 在出現(xiàn)卵巢的胚胎中，中腎管退化，中腎旁管分化為輸卵管、子宮等。一、性別決定的復(fù)雜性 我們知道，人類的性別決定是XY型，即正常女性的性染色體是XX，正常男性是 XY， 這種表現(xiàn)在染色體上的性別決定對于大多數(shù)正常人來說是非常明確的。男性與女性從外觀上就能區(qū)別，簡單得連幼兒園小朋友一般

4、根據(jù)他們自己的判斷，基本上也能準(zhǔn)確無誤地區(qū)別稱呼“叔叔”和“阿姨”，這似乎是涇渭分明之事。然而，事實(shí)上并不那么簡單。人類的性別決定是一個(gè)十分復(fù)雜的問題，特別是對于其發(fā)生的機(jī)制問題至今仍未徹底弄清楚。下面我們就從幾個(gè)方面來探討一下性別決定的復(fù)雜現(xiàn)象。 例如：單體型45，X表現(xiàn)為女性；三體型47，XXX表現(xiàn)為女性；47, XXY表現(xiàn)為男性；而多體型48，XXXX表現(xiàn)為女性；48，XXXY則表現(xiàn)為男 性。 遺傳性別決定在受精階段形成之后，還需要經(jīng)過相當(dāng)長一段時(shí)期的性別 分化發(fā)育。首先在胚胎發(fā)育階段要通過初級性別分化。無論是 XX 還是 XY, 受精卵在起初的 6-7 周之前的早期胚胎階段，從形態(tài)和生

5、理上都是中性的， 其原始性腺是由兩部分組成的：即一個(gè)具有原始卵巢特征的外層組織和一個(gè) 具有原始睪丸特征的內(nèi)部質(zhì)塊，此外還有兩對與性器官發(fā)育有關(guān)的原始導(dǎo)管 一對是將在女性中才可能發(fā)育的繆勒氏管，另一對是將在男性中才可能發(fā)育 的烏夫氏管。此階段的胚胎仍然有可能向任何一種性別方向分化發(fā)育。而到 6-7周以后，才是正式通過初級性別分化，即正常XX胚胎中，原始性腺的皮 質(zhì)部分開始發(fā)育逐漸形成胚胎性卵巢，繆勒氏管逐漸發(fā)育成輸卵管、子宮等 女性生殖器官，與其同時(shí)，髓質(zhì)部分和烏夫氏管則逐漸退化消失；而在正常 的 XY 胚胎中，則發(fā)育情況正好相反，原始性腺的髓質(zhì)部分逐漸分化發(fā)育為 胚胎性睪丸，午非氏管逐漸發(fā)育為

6、男性生殖器官，其皮質(zhì)部分和繆勒氏管則 逐漸消失。這是性別決定的初級分化階段，是形成第一性征的重要時(shí)期。(一)、哺乳動物的性別決定1.初級性決定: 指生殖腺發(fā)育為睪丸或卵巢的選擇。胚胎生殖腺(gonad)的發(fā)育命運(yùn)決定于其染色體組成，Y染色體的存在使生殖腺的體細(xì)胞發(fā)育為testis而非ovary。 e.g., 基因型為XXY的Klinefelter綜合癥患者的表型為male，但不具生殖力；基因型為XO的Turner綜合癥患者為不能產(chǎn)卵的female。哺乳動物性特征的發(fā)育機(jī)制LHX91：雄性決定的分子機(jī)制2：雌性決定的分子機(jī)制睪丸決定基因?yàn)閅染色體上的SRY(sex-determining reg

7、ion of the Y chromosome) SRY是通過分析XX的men和XY的women的DNA而發(fā)現(xiàn)的(1990)。它是一種編碼223 aa的轉(zhuǎn)錄因子，含有HMG DNA結(jié)合區(qū)。Sry的直接作用模型： Sry直接誘導(dǎo)雄性生殖嵴特異性基因的表達(dá)。Sry的間接作用模型：Sry誘導(dǎo)生殖嵴細(xì)胞合成某種因子中腎細(xì)胞進(jìn)入生殖嵴誘導(dǎo)生殖嵴表皮細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)椴G丸支柱細(xì)胞、并表達(dá)雄性特異性基因。與睪丸命運(yùn)決定有關(guān)的常染色體基因Sox9：為含HMG DNA結(jié)合區(qū)的轉(zhuǎn)錄因子。含一個(gè)額外的SOX9的XX human 將發(fā)育為male; 而75%的、只含一個(gè)有功能的SOX9的XY humans發(fā)育為female或

8、兩性人。小鼠的Sox9只在雄性生殖嵴中表達(dá)，表達(dá)時(shí)間比Sry約晚。Sox9蛋白可與Amh的啟動子結(jié)合，促進(jìn)Amh的表達(dá)。SF1(steroidogenic factor 1)：為含HMG DNA結(jié)合區(qū)的轉(zhuǎn)錄因子。Sf1在雌雄小鼠的未分化的性腺中都表達(dá)，但分化開始后就局限在XY小鼠的正在發(fā)育的睪丸中。SF1在睪丸支柱細(xì)胞中通過協(xié)助Sox9而增強(qiáng)AMH基因的表達(dá)(see next slide);而在睪丸的間質(zhì)細(xì)胞中，它可激活睪丸酮合成酶基因。DAX1：它編碼細(xì)胞核激素受體，是X染色體上的潛在的卵巢決定基因。1980年首次發(fā)現(xiàn)于XY姊妹中，1994年克隆出基因，其性別逆轉(zhuǎn)是由于2個(gè)拷貝的DAX1可以

9、抑制SRY的作用。小鼠Dax1在生殖嵴細(xì)胞中表達(dá)，它可能是拮抗Sry的活性而下調(diào)sf1的表達(dá)。與卵巢命運(yùn)決定有關(guān)的X染色體基因WNT4：是常染色體上的潛在的卵巢決定基因。小鼠Wnt 4在分化前的XX和XY生殖嵴中都表達(dá)，其后只在XX生殖腺中表達(dá)。在Wnt4-/-XX小鼠上，卵巢形成異常，其細(xì)胞表達(dá)Amh和睪丸酮等睪丸特異性標(biāo)記。Sry的作用可能是抑制生殖嵴中Wnt4的表達(dá)和促進(jìn)Sf1的表達(dá)。2. secondary sex determination: 指睪丸或卵巢形成后，由它們分泌的激素來影響性器官的發(fā)育。 在出現(xiàn)睪丸的胚胎中，中腎旁管(Mullerian duct)退化，而中腎管(Wolf

10、fian duct)分化為輸精管、附睪、精囊。 在出現(xiàn)卵巢的胚胎中，中腎管退化，中腎旁管分化為輸卵管、子宮等?？怪心I旁管激素(anti-Mullerian duct hormone, AMH)：由睪丸支柱細(xì)胞分泌的560aa糖蛋白，其作用可能是誘導(dǎo)中腎旁管周圍的間質(zhì)細(xì)胞分泌一種促凋亡因子，使中腎旁管退化。cultured in the presence of fetal testis or sertoli cells.Mullerian ductWolffian ductMullerian ductWolffian duct睪丸酮(testosterone) ：由睪丸間質(zhì)細(xì)胞合成，其作用是誘導(dǎo)

11、中腎管分化為輸精管、精囊、附睪。該患者攜帶SRY基因 testes AMH Mullerian duct degeneration uterus、oviduct testosterone No androgen receptor輸精管、精囊、附睪。二氫睪丸酮(testosterone) ：由睪丸酮轉(zhuǎn)變而成，其作用是控制外生殖器官的形成。缺少5a-ketosteroid reductase 2的XY個(gè)體的外形像female.(二)、果蠅的性別決定1. 果蠅的性別決定于X染色體的數(shù)量: X染色體上的性別決定基因叫分子基因(numerator)，而常染色體上的性別決定基因叫分母基因(denomina

12、tor)。二者之比 0.5時(shí)，個(gè)體將發(fā)育為雄性。果蠅的雌雄嵌合體Gynandromorph happens when an X chromosome is lost from one embryonic nucleus.Transformer1: 果蠅性別決定的中間基因。Doublesex: 缺失該基因的胚胎的生殖原基(雌雄相同)發(fā)育產(chǎn)生雌雄相間的生殖結(jié)構(gòu)；雌性和雄性特異性dbx促進(jìn)特異性性別基因的表達(dá)。 (三)、線蟲的性別決定0.2% male progeny50% male progeny線蟲的性別也決定于X染色體與常染色體套數(shù)之比 該比例信號的接受者為Xol-1(XO lethal) (

13、核蛋白) (分泌蛋白) (跨膜蛋白) (轉(zhuǎn)錄因子)線蟲性別決定因子的作用機(jī)制(四)、X染色體基因的劑量補(bǔ)償效應(yīng)不同性別個(gè)體的X連鎖基因的不平衡性通過不同的機(jī)制進(jìn)行補(bǔ)償 哺乳動物X染色體的失活決定于X chromosome inactivation center(XIC): 該中心含Xist基因，其轉(zhuǎn)錄的RNA定位于核中，啟動X染色體的失活程序。 證據(jù)：在XX細(xì)胞中，敲除Xist的X染色體不失活；將Xist植入XY胚胎干細(xì)胞的一條常染色體上，該條常染色體或X染色體將失活。 失活染色體的H4未乙?；?，但甲基化，它們與Xist的關(guān)系尚不明。transcripts 果蠅雄性的X染色體的基因轉(zhuǎn)錄水平增

14、加線蟲降低雌性個(gè)體的X染色體基因的表達(dá)雌性個(gè)體表達(dá)dpy-27基因，sdc-3蛋白指導(dǎo)其產(chǎn)物結(jié)合在X染色體上，降低有關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平。(五)、環(huán)境因素對性別發(fā)育的影響爬行動物的性別受溫度的影響B(tài)onellia的性別取決于幼蟲的棲息地 生殖細(xì)胞指機(jī)體用來產(chǎn)生精子和卵子的細(xì)胞，它們可以長期存在于機(jī)體內(nèi)而死亡、消失。GC不同于生殖嵴前體細(xì)胞。二、生殖細(xì)胞(Germ Cells)的發(fā)育(一)、種質(zhì)質(zhì)及生殖細(xì)胞的遷移1、果蠅的原生殖細(xì)胞的命運(yùn)決定于后部極質(zhì)決定果蠅原生殖細(xì)胞的命運(yùn)的基因 germ cell-less:在卵的生成過程中由營養(yǎng)細(xì)胞轉(zhuǎn)錄，受精后翻譯的蛋白定位在極質(zhì)中，其缺失導(dǎo)致無生殖細(xì)胞。 O

15、skar: 其母體mRNA定位在極質(zhì)中，它的表達(dá)量影響極細(xì)胞的數(shù)量，如 1 copy of oskar=10-15 pole cells, 2 copies=35 pole cells, 4 copies=50 pole cells. 它還影響極細(xì)胞的定位。果蠅原生殖細(xì)胞的遷移2、線蟲原生殖細(xì)胞的命運(yùn)決定于Pie-1Pie-1編碼核蛋白，其缺失導(dǎo)致P1P4也向體細(xì)胞命運(yùn)分化。其作用可能是抑制生殖細(xì)胞中基因轉(zhuǎn)錄活性。3、兩棲動物生殖細(xì)胞命運(yùn)也決定于種質(zhì)質(zhì)兩棲動物的種質(zhì)質(zhì)定位在卵的營養(yǎng)極，用紫外線照射胚胎營養(yǎng)極之后，生殖腺中將缺少生殖細(xì)胞。其定位依賴于微管，其遷移與kenesin-like pro

16、tein有關(guān)。遷移路線：營養(yǎng)極囊胚腔內(nèi)胚層表面形成PGC幼蟲腸后部聚集沿腸背部遷移至中腸上部的生殖嵴中，每個(gè)生殖嵴有30 PGC。4、哺乳動物生殖細(xì)胞在原腸胚期，小鼠的PGC位于上胚層中。在7天的小鼠胚胎中，約8個(gè)PGC位于原條后部的胚外中胚層中，其后它們遷移經(jīng)過內(nèi)胚層、尿囊、卵黃囊到達(dá)后腸，再沿后腸背壁向前遷移到達(dá)生殖嵴，此時(shí)的PGC達(dá)25005000個(gè)。干細(xì)胞生長因子(SCF)是防止PGC凋亡所必需的，也能促進(jìn)其繁殖。它由PGC遷移路徑中的細(xì)胞合成，定位在膜上。White突變(缺失SCF受體基因)或Steel-Dickie突變(SCF不能定位在膜上)的小鼠無PGC或很少的PGC.Oct-4

17、可能與哺乳動物原生殖細(xì)胞的形成有關(guān)5、鳥類生殖細(xì)胞鳥類的PGC最早起源于明區(qū)中央的上胚層細(xì)胞，在原腸作用中遷移至明區(qū)的前部邊緣的下胚層，形成生殖新月區(qū)(germinal crescent)，這些細(xì)胞繁殖成為PGC.生殖新月區(qū)形成血管時(shí)，PGC進(jìn)入血管，通過血液循環(huán)到達(dá)正在形成的后腸，與腸系膜結(jié)合，再遷移進(jìn)入生殖嵴。(二)、生殖細(xì)胞類型的選擇小鼠生殖細(xì)胞的類型主要決定于周邊細(xì)胞的遺傳組成PGC進(jìn)入生殖嵴的最初幾天繼續(xù)分裂，不分化。隨后，在雌性胚胎中，GC進(jìn)入減數(shù)第一次分裂的前期，然后停止直到性成熟才繼續(xù)減數(shù)分裂產(chǎn)生卵子。在雄性胚胎中，GC于有絲分裂的G1期停止，直到性成熟后某些細(xì)胞繼續(xù)有絲分裂，

18、有些開始減數(shù)分裂產(chǎn)生精子。誤入生殖嵴附近其它組織如腎上腺或中腎的XX或XY型生殖細(xì)胞，都將開始減數(shù)分裂并發(fā)育為卵子。XX型生殖細(xì)胞在XY型胚胎的睪丸中采精子發(fā)生途徑。哺乳動物不同核型的生殖細(xì)胞的減數(shù)分裂XY型生殖細(xì)胞發(fā)育為精子，不受生殖嵴核型的影響，其命運(yùn)是autonomous。XX型生殖細(xì)胞的命運(yùn)是non-autonomous,它們在卵巢中發(fā)育為卵子，而在睪丸中發(fā)育為精子。影響果蠅生殖細(xì)胞類型的因素線蟲XX雌雄同體個(gè)體的GC細(xì)胞的發(fā)育經(jīng)歷兩次選擇A：有絲分裂和減數(shù)分裂之間的選擇離開生殖腺遠(yuǎn)端的細(xì)胞進(jìn)入減數(shù)分裂，而留在遠(yuǎn)端的細(xì)胞繼續(xù)有絲分裂。遠(yuǎn)端的單個(gè)distal tip cell的纖毛含la

19、g-2蛋白，它與GC上的受體glp-1結(jié)合后抑制GC發(fā)生減數(shù)分裂。用激光使tip cell失活可導(dǎo)致所有GC進(jìn)入減數(shù)分裂；將該細(xì)胞移植到其它處，則可使附近細(xì)胞繼續(xù)有絲分裂。幼蟲期離開生殖腺遠(yuǎn)端的細(xì)胞進(jìn)入減數(shù)分裂，產(chǎn)生精子；在成蟲期離開生殖腺遠(yuǎn)端的生殖細(xì)胞通過減數(shù)分裂產(chǎn)生卵子。線蟲XX雌雄同體個(gè)體的GC細(xì)胞的發(fā)育經(jīng)歷兩次選擇B：生精或生卵之間的選擇線蟲上生精或生卵的分子機(jī)制(三)、精子的發(fā)生(spermatogenesis)青春期生精生殖細(xì)胞精原細(xì)胞(spermatogonia)合成的BMP8B積累到一定濃度時(shí)便開始分化。生精細(xì)胞表面有N-Cadherin及半乳糖，曲精小管中的支柱細(xì)胞表面有N-

20、Cadherin及半乳糖受體，兩種細(xì)胞通過這些分子的相互作用結(jié)合在一起。支柱細(xì)胞為生精細(xì)胞提供營養(yǎng)和保護(hù)，但它們隨著生殖細(xì)胞變?yōu)榫佣嘶?。Self-renewalapoptosis精子分化(spermiogenesis)人約需70天減數(shù)分裂開始精子分化(spermiogenesis): 高爾基體形成頂體泡，中心粒產(chǎn)生精子鞭毛，線粒體整合入鞭毛，核濃縮，胞質(zhì)廢棄，最后產(chǎn)生成熟的精子。(四)、卵子的發(fā)生(oogenesis) 不同物種的產(chǎn)卵力差異很大，如海膽和兩棲動物的卵原細(xì)胞可以終身進(jìn)行有絲分裂，每次可產(chǎn)卵成百上千個(gè)。 哺乳動物的生殖細(xì)胞在出生后就不具備有絲分裂能力。婦女一生只能排出約400個(gè)

21、成熟的卵。初級卵母細(xì)胞，減數(shù)分裂停止于前期 I部分初級卵母細(xì)胞開始恢復(fù)減數(shù)分裂初級卵母細(xì)胞的分裂是不均等的 初級卵母細(xì)胞分裂產(chǎn)生一個(gè)含有所有細(xì)胞質(zhì)的次極卵母細(xì)胞和幾乎不含胞質(zhì)的第一極體。卵母細(xì)胞具有豐富的內(nèi)含物(內(nèi)含物的積累主要發(fā)生在減數(shù)分裂前期I)蛙的卵母細(xì)胞的生長哺乳動物卵泡的生長 人卵巢中的原始卵泡周期性地進(jìn)入生長期，使卵母細(xì)胞增大、顆粒細(xì)胞數(shù)量增加(由GDF-9介導(dǎo))，只有少數(shù)與促性腺激素分泌周期相吻合的卵泡能夠存活。人的排卵周期顆粒細(xì)胞接受LH信號后關(guān)閉其與卵母細(xì)胞的縫隙通道，激活減數(shù)分裂FSH和LH使卵泡細(xì)胞合成雌激素受精后胚胎滋養(yǎng)層細(xì)胞合成催乳素, 使黃體繼續(xù)存在分泌孕酮哺乳動物

22、的排卵 LH導(dǎo)致卵泡合成膠原酶、血纖維蛋白溶原酶激活因子、前列腺素等。前列腺素誘導(dǎo)卵巢局部平滑肌收縮和使水分進(jìn)入卵泡腔中，膠原酶和血纖維蛋白溶原酶激活因子消化卵泡胞外基質(zhì)。(五)、配子中基因的imprinting Imprinting: 指某一個(gè)基因是否在胚胎中表達(dá)，取決于其來自于父親或母親。雄核和雌核在發(fā)育中的作用不完全相同，都是胚胎正常發(fā)育所必需的。 將雄核胚胎的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)移植到正常胚胎中，嵌合體胚胎的生長增加50%；若移植雌核胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)，則生長減低50。小鼠Igf-2和Igf-2r的imprinting將含Igf-2突變的精子與正常卵受精，則子代瘦小；將正常精子與含Igf-2突變的卵受精，

23、則子代正常發(fā)育。Imprinting是一個(gè)可逆的過程，可能與甲基化有關(guān)三、受 精(含透明質(zhì)酸酶)(精子頭部的b-1,4半乳糖苷轉(zhuǎn)移酶與透明帶中的ZP3結(jié)合)4頂體反應(yīng)釋放的b-N-乙酰葡糖胺酶降解透明帶中的寡糖側(cè)鏈，頂體粒蛋白酶降解蛋白精子表面的受精蛋白與卵質(zhì)膜上的integrin-like受體蛋白結(jié)合，導(dǎo)致質(zhì)膜融合，精核進(jìn)入卵質(zhì)。阻止多精入卵的機(jī)制電勢改變產(chǎn)生的快速阻止：海膽的第一個(gè)精子與卵質(zhì)膜結(jié)合后的13秒內(nèi)，因鈉離子的流入而導(dǎo)致膜電位的迅速升高，從而阻止其它精子與卵膜的結(jié)合。阻止多精入卵的機(jī)制形成受精膜的慢速阻止：海膽卵受精后2060秒內(nèi)，質(zhì)膜下的皮質(zhì)顆粒與質(zhì)膜融合，釋放其內(nèi)含物形成受精膜，阻止其它精子的進(jìn)入。受精膜的形成過程Calcium Wave激活受精卵的發(fā)育向卵質(zhì)中注射鈣離子，可以使其減數(shù)分裂繼續(xù)；向卵質(zhì)中注射鈣離子的螯合物EGTA，則卵不能被激活。鈣離子在Xenopus受精卵發(fā)育中的