1、2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化,發(fā)育過程中的 細(xì)胞增殖和分化,中南大學(xué)湘雅組織學(xué)與胚胎學(xué)系 伍趕球,2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化,第一節(jié) 早期胚胎發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖,一、卵裂,二、桑椹胚形成,三、胚泡形成,四、異常卵裂,2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化,精子,卵子,受精卵(合子),桑椹胚,胚泡,卵 裂,2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化,胚胎早期發(fā)育與部位,2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化,受精卵 (合子),2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化,2細(xì)胞,4細(xì)胞,桑椹胚,胚泡,透明帶,2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化,一、卵裂,1.卵裂的特點(diǎn),2.卵裂的方式,3.卵裂球的基因表達(dá),4.卵裂的機(jī)

2、制,2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化,1.卵裂的特點(diǎn)（與體細(xì)胞分裂的不同）,體細(xì)胞的細(xì)胞周期分： 間期（interphase）和有絲分裂期(M phase),間期：又分為G1期，S期和G2期 有絲分裂期：前、中、后、末期， 通常在此期細(xì)胞體積迅速增大。,卵裂基本上是一種典型的有絲分裂。但： 1）細(xì)胞數(shù)量增加，總的體積不增。 2）核/質(zhì)比大。 3）缺少G1、G2期，且S、M期短。,原因：卵母細(xì)胞的特殊性，DNA復(fù)制多位點(diǎn)同時進(jìn)行。,2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化,2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化,2.卵裂的方式,三個決定因素： 核的位置 卵黃的含量及分布 細(xì)胞質(zhì)成分和極性,卵裂的方式： 完全卵

3、裂：輻射式，螺旋式，兩側(cè)對稱式，旋轉(zhuǎn)式等。 不完全卵裂：盤狀，表面,2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化,旋轉(zhuǎn)式卵裂,2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化,體外人胚胎的卵裂 A，受精卵；B，2細(xì)胞階段；C，4細(xì)胞階段； D，6細(xì)胞階段；E，桑椹胚；F，囊胚。,2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化,不完全卵裂,盤狀卵裂 卵裂僅在動物極的胚盤上進(jìn)行，胚盤下的大量卵黃部分不分裂，如軟體動物中的頭足類，軟骨魚、硬骨魚、爬行類和鳥類。,表面卵裂 卵黃集中于卵的中央，最初幾次卵裂只是細(xì)胞核在卵黃里的原生質(zhì)島中進(jìn)行，細(xì)胞核達(dá)到一定數(shù)目、進(jìn)入卵黃四周的卵質(zhì)中，在表面繼續(xù)進(jìn)行分裂，如昆蟲。,2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化

4、,3.卵裂球的基因表達(dá),（1）基因表達(dá)的激活： 輔助階段：單細(xì)胞晚期 主要階段：2細(xì)胞晚期,（2）基因表達(dá)： Oct-4 ：母性遺傳。 熱休克蛋白：HSP70，90，30 連接蛋白： 細(xì)胞因子：多肽生長因子和受體。,2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化,Oct-4（也叫Oct-3或Oct3/4）屬POU轉(zhuǎn)錄因子一員，最初鑒定為DNA結(jié)合蛋白，可通過順式元件活化基因轉(zhuǎn)錄。它在全能胚胎干細(xì)胞(ES)和生殖細(xì)胞表達(dá)。該表達(dá)對于維持干細(xì)胞的自我更新和多能性是必要的。 ES的分化導(dǎo)致Oct-4的下調(diào)。Oct-4不僅是細(xì)胞系多能分化的主要調(diào)節(jié)因子，而且也是首要的作為鑒定全能ES細(xì)胞的標(biāo)志物。,Oct-4:,順

5、式元件:包括啟動子、增強(qiáng)子、調(diào)控序列和可誘導(dǎo)元件等. 不編碼結(jié)構(gòu)蛋白。 轉(zhuǎn)錄因子：有時也稱反式作用因子，是指能直接或間接地識別或結(jié)合在各類順式元件核心序列上參與調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的蛋白質(zhì)。,2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化,Oct-4,2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化,4.卵裂的機(jī)制,（1）細(xì)胞周期蛋白cyclin,Cyclin的周期性變化,目前從芽殖酵母、裂殖酵母和各類動物中分離出的周期蛋白有30余種，在脊椎動物中為A1-2、B1-3 、C、 D1-3、E1-2、F、G、H等。分為G1型、G1/S型、S型和M型4類。,泛素降解,2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化,不同類型的周期蛋白,*包括D1

6、-3，各亞型cyclin D，在不同細(xì)胞中的表達(dá)量不同，但具有相同的功效,2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化,成熟促進(jìn)因子,Cyclin B+Cdc2（即CDK1）,兩種狀態(tài)： 去磷酸化：有活性，多種蛋白質(zhì)磷酸化。 磷酸化：無活性,（2）CDK：17,細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶。 7種。細(xì)胞周期引擎。,為cdc(cell division cycle)基因產(chǎn)物。,2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化,（3）Cdc25,string基因的表達(dá)產(chǎn)物,2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化,（4）細(xì)胞靜止因子,阻止cyclin 降解， MPF始終保持活性， 細(xì)胞處于M期。,Ca2+,蛋白酶,細(xì)胞靜止因子,降解,cy

7、clin,降解,細(xì)胞周期啟動,2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化,二、桑椹胚形成,緊密化：第三次卵裂后。 細(xì)胞球外部細(xì)胞：緊密連接 內(nèi)部細(xì)胞：縫隙連接。,桑椹胚：16個細(xì)胞。 卵裂球出現(xiàn)極性。 頂部區(qū)：微管和微絲，緊密連接 基底區(qū)：核，縫隙連接。,卵裂球,小而無極性細(xì)胞：內(nèi)部，含基部區(qū)胞質(zhì),大而有極性細(xì)胞：周邊，含頂部區(qū)胞質(zhì),2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化,三、胚泡形成,基底部細(xì)胞膜上出現(xiàn)Na+/K+-ATP酶,水分聚集,胚泡腔出現(xiàn),內(nèi)細(xì)胞群：約13個細(xì)胞（64細(xì)胞階段時）,滋養(yǎng)層：連接復(fù)合體。,第一個分化事件,全能干細(xì)胞或胚胎干細(xì)胞,2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化,四、異常卵裂和胚胎發(fā)育,

8、1.同卵雙生： 兩個胚泡：各自羊膜和絨毛膜 兩個內(nèi)細(xì)胞群：各自羊膜，共絨毛膜 兩個原條：共羊膜和絨毛膜 2.不規(guī)則卵裂和細(xì)胞碎片 開始退化的卵細(xì)胞或成熟不夠。 3.多精受精與卵裂 卵細(xì)胞成熟不夠。 2個以上精子受精和雙精受精。卵裂速度快，并不形成3倍體，通常很快死亡。,2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化,第二節(jié) 細(xì)胞分化,一、分化前的定向 二、分化的類型 三、分化的機(jī)理 四、去分化與轉(zhuǎn)分化,2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化,一、分化前的定向,在出現(xiàn)真正的形態(tài)和功能的分化之前，細(xì)胞將分化成什么類型，具有什么功能就已經(jīng)被“定向”(commitment),“定向”可以分成兩個階段： 特化(specif

9、ication)和決定(determination)。,2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化,所謂“特化”，是指細(xì)胞或組織在一個中性環(huán)境中，例如，在一個周圍沒有其他細(xì)胞或組織影響的體外培養(yǎng)環(huán)境中，仍按原先被指定的命運(yùn)自主地進(jìn)行分化。 所謂 “決定”，則是指細(xì)胞或組織即使處在胚胎的另一區(qū)域中，仍不受周圍其他細(xì)胞或組織的影響，按原先指定的命運(yùn)自主地進(jìn)行分化。,(1)自主特化(autonomous specification) 這是大部分無脊椎動物的特性。,(2)條件特化(conditional specification) 這是所有脊椎動物和少數(shù)無脊椎動物的特性。,(3)合胞特化(syncytial

10、specification) 這是大部分昆蟲綱的無脊椎動物的特性。,2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化,決定與卵型的關(guān)系,鑲嵌型卵:胞質(zhì)決定子,調(diào)整型卵:816細(xì)胞期,位置信息,決定的時空性,早期胚胎:細(xì)胞分裂同步,不同步,(卵裂球內(nèi)的某些母體物質(zhì)逐漸被耗盡),轉(zhuǎn)決定:遺傳突變。,2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化,二、分化的類型,區(qū)野分化,器官分化,組織分化,細(xì)胞分化,化學(xué)分化,形態(tài)分化：核分化，胞質(zhì)分化,轉(zhuǎn)分化：化生,功能分化,2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化,細(xì)胞分化的機(jī)理極其復(fù)雜，概括而言細(xì)胞的分化命運(yùn)取決于兩個方面： 一是細(xì)胞的內(nèi)部特性，與細(xì)胞的不對稱分裂（asymmetric divi

11、sion）以及隨機(jī)狀態(tài)有關(guān)，尤其是不對稱分裂使細(xì)胞內(nèi)部得到不同的基因調(diào)控成分，表現(xiàn)出一種不同于其它細(xì)胞的核質(zhì)關(guān)系和應(yīng)答信號的能力； 二是細(xì)胞的外部環(huán)境，表現(xiàn)為細(xì)胞應(yīng)答不同的環(huán)境信號，啟動特殊的基因表達(dá)，產(chǎn)生不同的細(xì)胞的行為，如分裂、生長、遷移、粘附、程序性死亡等，這些行為在形態(tài)發(fā)生中具有極其重要的作用。,三、細(xì)胞分化的機(jī)理,2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化,1.不對稱分裂,動物受精卵具有高度的異質(zhì)性。,在胚胎發(fā)育階段，不對稱分裂是常見的現(xiàn)象，如果蠅神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生時，成神經(jīng)細(xì)胞經(jīng)過連續(xù)不對稱分裂，像出芽的一樣產(chǎn)生一些小細(xì)胞，這些小細(xì)胞是神經(jīng)節(jié)母細(xì)胞（ganglion mother cells），再

12、經(jīng)過一次分裂形成神經(jīng)元或神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。在哺乳動物中，干細(xì)胞的分裂也是不對稱的，產(chǎn)生一個祖細(xì)胞和另一個干細(xì)胞，祖細(xì)胞只具有有限的自我更新能力，只能分化為終端細(xì)胞。,2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化,細(xì)胞質(zhì)中有著決定細(xì)胞分化全能性的物質(zhì)，稱為分化決定子。 細(xì)胞質(zhì)中的分化決定子，是 RNA。它們對紫外線敏感，對 RNase 敏感。 在卵子形成過程中，卵母細(xì)胞中含有 25 萬種 mRNA，每種約 600個拷貝。這些 RNA 構(gòu)成母體信息，決定受精卵的發(fā)育潛能。,2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化,例如哺乳動物胚胎直到8細(xì)胞期，各個細(xì)胞在形態(tài)和分化潛能上沒有本質(zhì)的區(qū)別，之后處于內(nèi)部的細(xì)胞將來形成內(nèi)細(xì)胞團(tuán)，

13、進(jìn)一步發(fā)育為胚胎，而處于外部的只能發(fā)育為滋養(yǎng)層。將小鼠4細(xì)胞期的分裂球，移植到緊密化后的細(xì)胞團(tuán)外部，這些細(xì)胞也只能發(fā)育為滋養(yǎng)層。從這個例子上我們不難推測在組織和器官的構(gòu)建中，可能也存在著同樣的現(xiàn)象。,2.細(xì)胞的隨機(jī)狀態(tài),2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化,3.誘導(dǎo),誘導(dǎo)信號（inducing signaling）:脊索神經(jīng)板 級聯(lián)信號（cascade signaling）：視泡晶體角膜 梯度信號（gradient signaling）：成形素（morphogen） 拮抗信號（antagonistic signaling） Chordin 抑制BMP/TGF信號途徑 組合信號（combinator

14、ial signaling） 側(cè)向信號（lateral signaling） Notch信號途徑在果蠅中可以觸發(fā)側(cè)向抑制 ，正在分化的神經(jīng)元周圍的前體細(xì)胞發(fā)育成上皮細(xì)胞 。,一部分細(xì)胞影響相鄰細(xì)胞使其向一定方向分化的作用稱為胚胎誘導(dǎo), 或稱為分化誘導(dǎo)。,2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化,2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化,一些誘導(dǎo)信號,2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化,4.其他因素的影響,激素對細(xì)胞分化的影響： 蛻皮素，甲狀腺激素，抑素，性激素等。,細(xì)胞外基質(zhì)在分化中的作用： 膠原，非膠原糖蛋白，彈性蛋白，氨基多糖，蛋白多糖等。 干細(xì)胞在不同的細(xì)胞外基質(zhì)條件下向不同方向分化。,環(huán)境因素：溫度，光線等,2013發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化,5.基因調(diào)控,基因組印跡(genomic imprinting)：指基因表達(dá)活性只局限于來自雙親之一的基因版本。 H19，IGF2，IGF2R等目前研究最多。基因組印跡的機(jī)制-DNA高度甲基化。,基因的