胚胎发育中的细胞分化.ppt
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胚胎发育:原生生物(protozoan)与后生生物(metazoan)的生命周期都肇始于单细胞,所不同的是原生生物终生维持单细胞状态,而后生生物则经历一个由单细胞到多细胞,最终成为成熟生物个体的过程,这个过程称为发育(development)。胚胎发育的过程,就是一个精密调控的细胞分裂、迁移、分化和凋亡的过程,而分化是发育的核心。虽然细胞分化不是胚胎发育所特有的,单细胞生物也会产生细胞分化,但是最重要、最吸引人的细胞分化无疑存在于后生动物的胚胎发育过程中。关于第15章(第3版第14章,第2版第12章)修订的几点说明受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响胞外信号分子对细胞分化的影响——胚胎诱导细胞的“记忆”与决定细胞分化的共性之二:胚胎细胞,尤其是后口动物胚胎细胞的分化过程中,尽管细胞分化的最终命运大相径庭,但对分化,尤其是早期分化起主要调控作用的都是少数几种相同的信号途径,它们按照极其相似的方式调控发育过程。胚胎发育过程中决定细胞分化的主要信号分子:FGF、TGF-β(BMP)、Wnt、RA、Shh生殖细胞的分化SRY的作用机制性腺的分化命运取决于FGF9与Wnt4间的颉颃关系FGF信号转导途径经典的Wnt信号转导途径2、生殖细胞的形成与成熟BMP的效应蛋白SMAD1、SMAD5可能在PGCs的形成过程中起了主要作用。在它们的作用下,很多体细胞特异表达的基因被逐渐关闭,而一套生殖细胞特异表达的基因被逐渐开启,细胞最终分化为PGCs。SMAD所调控的下游基因仍然很不清楚,其中可能包括Oct4。原生殖细胞(PGCs)的迁移基因印记生殖嵴对生殖细胞减数分裂的调控1:11.5dpc的小鼠生殖嵴,原生殖细胞已经迁移到里面;中肾管和中肾小管都分泌RA信号;在雄性生殖嵴中,SRY开始表达,上调Cyp26b1,尤其是生殖细胞周围的支持细胞中,Cyp26b1的表达量更高,形成睾丸索,生殖细胞不受RA的影响从而不进入减数分裂。在雌性生殖嵴中,Cyp26b1到12.5dpc时基本消失,生殖嵴前端在RA的影响下开始表达促减数分裂的基因Stra8。减数分裂的标志基因Sycp3和Dmc1等开始大量表达,并由前向后扩散;细胞一旦进入减数分裂,生殖干细胞的标志基因Pouf5就不再表达了。(G.Duester,2008)胚胎出生前后,RA对生殖细胞减数分裂的调控出生前,迁入雌性生殖嵴中的生殖细胞接受RA信号,激活Stra8的表达。雄性生殖嵴的支持细胞表达降解RA的酶Cyp26b1,因此这里的生殖细胞无法对RA信号做出反应。出生后,支持细胞转而表达RALDH2,制造RA,作用于表达RARs的生殖细胞,激活Stra8的表达,促使细胞进入减数分裂。生精小管外周的肌样细胞在此时表达Cyp26基因,降解外界的RA信号,保证生殖细胞的分化不受其他体细胞的影响。PGCs本身在生殖细胞分化中的作用早期胚胎发育中的细胞分化胚层形成中的细胞分化及信号分子神经胚的形成(neorulation)最初形成的神经管仅由单层神经外胚层细胞围成,所有的神经上皮细胞都有干细胞的性质,处于旺盛的增殖状态。神经管闭合,有的神经上皮细胞脱离细胞周期,并迁移到神经管外围。内部单层神经上皮仍然维持干细胞特性。由神经管侧的前体节中胚层分泌的FGF信号诱导cycD2,对于干细胞区的维持至关重要。Wnt通过β-catenin调控cyclinD1和c-myc的转录,促进神经管上皮细胞增殖。体节中胚层转而分泌RA,对FGF信号起到颉颃作用,促进神经前体细胞的分化。脊索前后轴的分化:颈部,高RA;颈胸交界处,低RA,低FGF;胸部,高FGF;腰部,高FGF。Shh和BMP形成浓度梯度,调控神经前体细胞分化。神经管闭合,有的神经上皮细胞脱离细胞周期,并迁移到神经管外围。内部单层神经上皮仍然维持干细胞特性。脊髓背腹神经元分化中的信号分子Sonichedgehog(Shh)信号途径每个神经细胞特定的分化命运,是通过对多方向分化潜能的抑制来实现的。发育过程中的细胞分化和由此而来的组织构建、器官形成,是生命科学中最复杂,也最引人入胜的现象之一。细胞分化的个性:任何一种细胞的分化、任何组织的形成以及每个器官的构建,都是一系列复杂信号联合作用的结果,都有其本身的特性——特定的局部环境、特定的一组诱导者和特定的信号途径。细胞分化的共性:在任何胚胎,尤其是脊椎动物胚胎细胞的分化过程中,都可以见到FGF、Wnt、TGF-β、RA和Shh等信号途径,它们按照极其相似的方式调控发育过程。谢谢大家!内移——哺乳动物