器官系统发生奠定

1、关于器官系统发生的奠定第1页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四主要内容脊椎动物器官系统发生的奠定节肢动物体节的形成与分化第2页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四鱼类、两栖类、爬行类、鸟类和哺乳类都具有相同的器官发生模式： 外胚层：神经系统和皮肤； 中胚层：结缔组织、血细胞、心脏、泌尿系统、大部分内脏器官。 内胚层：呼吸系统和消化管。(图4.1.1 哺乳动物三胚层发育命运图)Hox基因和胚胎前后轴向上的进一步分化胚胎背腹与左右方向上的分化第3页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四（一）表皮和皮肤结构起源表皮细胞的起源：表皮细胞胎皮（胚胎的

2、临时性保护结构，最终脱落）基底层（生发层）棘层马尔皮基层颗粒层色素细胞角质细胞第4页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四表皮发育与两种生长因子密切相关。一种是转化生长因子（TGF）。是一种自分泌生长因子，由基底层细胞自身合成分泌并作用于基底层细胞。能促进基底层细胞的自身分裂。 在马尔皮基层形成的角质细胞和色素细胞大约需8周到达角质层，并可以再角质层存活约2周时间。 银屑病：存活2天，TGF过度表达。第5页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四与表皮发育有关的另一种生长因子是角质细胞生长因子（KGF），也称为成纤维细胞生长因子-7（FGF-7）。由成纤维细胞产生

3、，是一种外分泌生长因子，能调节基底层细胞增殖。第6页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四 （二） 中胚层脊椎动物中胚层的分化对于器官和系统的发生起着主导和奠基的作用。其中脊索是这一阶段发育的启动和组织者，而在脊索和神经管的作用下，中胚层分化深入。脊椎动物中胚层的分化发育与神经胚的形成几乎是同时进行，相互促进的，而神经胚发育的完成又为中胚层的进一步发育奠定了形态结构以及诱导控制环境的基础。中胚层发育的主要特征：区域化和集约化。第7页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四神经胚期，中胚层分为5部分脊索中胚层：脊索背部体节中胚层：近轴中胚层，体节和神经管两侧的中胚层

4、细胞；背部结缔组织（骨、肌肉、软骨、真皮）中间中胚层：泌尿器官、生殖器官侧中胚层：体腔上皮、心脏、血管、血细胞、胚胎外膜，除肌肉外四肢所有中胚层成分。头部中胚层：面部结缔组织及肌肉（P83 图4.2.1 鸡胚胎发育中的中胚层分化）第8页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四1. 近轴中胚层和体节分化：（1）近轴中胚层 体节近轴中胚层：脊索两侧加厚的中胚层体节：体节的作用：当原条退化时，神经褶开始向胚胎中央合拢时，轴旁中胚层被分隔成一团团细胞块。决定神经嵴细胞和脊神经轴突的迁移途径体节数目通常是发育进程的最佳指标当原条退化时，神经褶开始向胚胎中央合拢时，轴旁中胚层被分隔成一团团细

5、胞块。第9页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四第10页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四第11页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四第12页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四2.体节小体和体节形成过程过程和纤连蛋白（fibronectin）和N-细胞选择蛋白（N-cadherin）有关蛋白受notch1和paraxis的调控从轴旁中胚层的前端依次形成轮状的体节小体，松散的间充质变成致密的上皮性结构，体节小体转变成体节。第13页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四缺陷型第14页，共68页，2022年，

6、5月20日，7点44分，星期四3.体节细胞的分化在体节最初形成时，各部位的细胞在发育潜能上是等同的，随着体节成熟，各区定型。体节腹中部细胞：生骨节脊椎骨软骨细胞脊椎、肋骨、软骨、韧带体节侧面细胞 生皮肌节 生皮节：背部皮肤真皮 受NT-3诱导。生肌节：椎骨肌肉轴上肌受wnt诱导轴下肌受Wnt和BMP-4联合诱导四肢和体壁肌肉的前体细胞第15页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四第16页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四第17页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四第18页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四生皮节第19页，

7、共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四影响体节分化的因子由脊索和神经管底板分泌SHH（Sonic hedgehog）蛋白诱导生骨节来自神经管顶端和背部外胚层分泌产生的Wnt 、BMP4诱导产生MyoD、Myf5等基因转录调节因子诱导生肌节皮节的分化因子是神经管的分泌产物NT-3。第20页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四神经管生骨节脊索侧中胚层真皮背大动脉体壁肌轴上肌体壁肌真皮轴上肌背部外胚层侧中胚层第21页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四神经管轴上肌肉细胞中央背中胚层生皮肌节真皮侧面四肢肌肉侧中胚层生骨节生骨节第22页，共68页，202

8、2年，5月20日，7点44分，星期四二、侧中胚层的分化与心脏发生的决定位置：中间中胚层的外侧水平划分：背侧的体中胚层腹侧的内脏中胚层在胚胎发育的后期，左边和右边体腔融合，并从体中胚层伸出皱褶，将体腔分成分离的胸腔、腹腔。第23页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四神经管神经板脊索内胚层中肠体节体节中胚层脏壁中胚层侧中胚层神经嵴体腔第24页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四神经管体节体腔原肠卵黄切割取下胚胎原肠卵黄第25页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四心脏内脏中胚层对胚胎发育的最大贡献之一是形成循环系统，心脏是第一个发挥功能的器官。形

9、成过程亨氏节后方细胞预定心脏细胞向前迁移到前肠两侧两个原基融合（融合时，心脏开始搏动）成直管状心脏扭曲成S形产生隔膜，形成四室结构第26页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四第27页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四第28页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四三、内胚层 1、咽 消化管道及消化器官内胚层原肠咽 呼吸器官中胚层消化管肌肉第29页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四咽囊水生动物的咽囊鳃哺乳类4对咽囊：第一对：中耳室、咽鼓管第二对：扁桃体、甲状腺第三对：胸腺、一对甲状旁腺第四对：另一对甲状旁腺第30页，共68页

10、，2022年，5月20日，7点44分，星期四2、消化管咽后部，消化管紧缩成食管、胃、小肠、大肠前肠伸出一管状肝盲囊肝脏；一个分支胆囊胃后肠管产生背部盲囊、腹部盲囊胰腺肝、胰的发育受间充质的诱导作用第31页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四第32页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四3、呼吸管道的分化第四对咽囊之间的喉气管沟向腹面延伸、分支两个支气管、肺的内表皮（和中胚层的相互作用）第33页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四四、Hox基因和胚胎前后轴向上的进一步分化爪蟾尾芽期胚胎的前后轴、背腹轴和左右轴（中侧轴），互成垂直角度。第34页，

11、共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四1、Hox基因簇的组织方式 同一染色体上的不同的Hox基因构成一个同源异形基因簇。 同一号数位于不同染色体上的基因合称为平行进化同源异形基因组，与果蝇一样，不同Hox基因在染色体上的排列顺序与它们在体轴上表达的前后顺序是一致的，但与果蝇不同的是，在结构上各Hox基因之间不组成复合体。 第35页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四2、Hox基因在胚胎神经系统和躯体中的表达图案Hox基因的顺序表达Hox基因在小鼠体节中的表达前后枕椎 颈椎 胸椎 腰椎 骶椎 尾椎第36页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四3、对

12、脊椎动物Hox基因功能的研究同一Hox基因簇中的不同基因组成一组，它们的协同作用对于完成个体前后轴向上的区域分化是必须的。处在同一排列位置上的不同Hox平行进化同源异形基因组成另一组，负责同一区域中的侧向分化。第37页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四4、Hox基因的表达调控作用最显著的成分视黄酸（RA）第38页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四5、Hox基因对生物进化的启示不同物种在解剖上相去甚远，但Hox基因指导身体各区段脊椎的分化上高度一致。 如颈-胸分化都发生在Hox5-Hox6基因差异表达的界面上。P92 图4.2.16P93 图4.2.17

13、果蝇和小鼠沿体轴方向上Hox基因表达对照。第39页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四五、胚胎背-腹与左-右方向上的分化背-腹：鸟类：分化源于胚胎发育早期下胚层细胞的定位哺乳类：分化源于内细胞团在囊胚腔的定位。以后脊索和神经管的形成进一步发展了背腹轴的分化。左-右（小鼠）方向：iv：心脏定位（leftynodal基因表达两侧或停止）inv：左右不对称定位 （leftynodal基因表达错位）鸡： shh：开始对称表达于原节，数小时后表达左侧。24h后停止，左侧出现nodal基因表达。ActRIIa：表达右侧 （鸡 P94 图4.2.19 P95.图4.2.20）（P93 图

14、4.2.18）第40页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四爪蟾的nodal-相关基因-1（Xnr-1）的表达区域仅限于原肠胚左侧，Xnr-1激活pitx-2在胚胎左侧专一性表达。VG1蛋白可以增加胚胎左右对称的特化，异位表达VG1可导致胚胎左右逆转。第41页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四节肢动物体节的形成与分化果蝇体节的形成与分化受3组基因的控制：间隙基因；成对规则基因；体节极化基因。3组基因调控逐级进行。体节：14条ftz基因和eve基因条带相间表达。每一条带进一步区分前后两个部分，前一条带后半部分与后一条带前半部分组成一个体节。第42页，共68页，

15、2022年，5月20日，7点44分，星期四果蝇沿前后轴、背腹轴和中侧轴建立形体模式。头节 胸节 腹节 尾部原头尾节羊浆膜 背侧外胚层腹侧外胚层中胚层预定后端肠道内胚层预定前端肠道内胚层胸第43页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四1、体节的形成间隙基因（gap gene）成对规则基因（pair-rule gene）体节极化基因（segment polarity gene）P96页 表4.3.1 控制果蝇体节分化的基因第44页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四母体效应基因控制间隙基因的活化，不同浓度间隙基因的蛋白质产物引起成对规则基因（pair-rule g

16、ene）的表达，形成与前后轴垂直的14条表达带。成对控制基因蛋白质产物激活体节极化基因（segment polarity gene）的转录，进一步将胚胎划分为14个体节。间隙基因、成对规则基因以及体节极化基因共同调节同源异形选择者基因（homeotic gene）的表达，决定每个体节的发育命运。果蝇体节的形成过程第45页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四A，母源性转录因子调控间隙基因的转录；B，母源性转录因子在确定间隙基因表达位置时发挥重要作用。第46页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四不同组的基因顺序表达沿前后轴建立身体的模式。 母源性基因间隙基因合子

17、基因成对规则基因同源异形选择者基因体节极化基因第47页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四功能：（每一副体节包含前一体节的后半部和后一体节的前半部）表达特点：间隙基因（gap gene）表达区较宽，每个区域宽度相当于3个体节，且有重叠编码转录调节因子将胚体由前向后划分出14个副体节第48页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四hunchback可开启一些间隙基因如giant、krppel和knips等基因的表达。间隙基因按一定顺序沿前后轴进行表达 。第49页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四krppel基因的活性受hunchback蛋白的控

18、制。 母体的第50页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四间隙基因的作用方式：既可以在一定的带区活化基因表达，又可同时抑制其他表达带区的形成。第51页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四功能：表达特点：成对规则基因（pair-rule gene)将gap gene确定的区域进一步分成体节是胚胎出现分节的最早标志囊胚期表达表达区域以两个体节为单位且具有周期性，在相互间隔的一个副体节中表达。受gap gene调控第52页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四果蝇胚胎进行细胞化之前 成对规则基因even-skipped （blue）和fushi ta

19、razu（brown）的条纹状表达模式。 第53页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四间隙基因蛋白对even-skipped基因表达的调控。第54页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四体节极化基因（segment polarity gene）功能：果蝇晚期胚胎和幼体的每个体节由前一副体节的后区和后一副体节的前区构成表达特点：将体节再分成更小的条纹囊胚期表达在每一体节的特定区域表达： engrailed（en）、hedgehog （hh）在每一副体节最前端的一列细胞中表达， wingless（wg）基因在每一副体节的最后一列细胞中表达，表达界限正好确立了副体节

20、的界线；受gap gene、pair-rule gene调控 第55页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四Engrailed在每一副体节最前端的一列细胞中表达，确立了每一副体节的界限。第56页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四体节极性基因的表达区域 体节界限前区后区第57页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四果蝇成虫和幼虫体节的对照第58页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四果蝇幼虫与成体分节的比较。第59页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四功能：绝大多数位于3号染色体上触角足复合体和双胸复合体（同源异型复合体Hom-C）表达特点：核心基因：同源异形选择者基因（Honeotic selector gene ）使每个体节的结构进一步特化8个基因构成两簇，在染色体上直线排列有的基因有多个启动子和多个转录起始位点都含有一段的保守序列，称为同源异型框（homeobox）体节的进一步分化第60页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四触角足复合体Antp-C和双胸复合体BX-C同源异形框选择者基因第61页，共68页，2022年，5月20日，7点44分，星期四Ubx的突变导致翅膀和平衡棒之间的同源转化现象。第62页，共68页，2022年