发育生物学第五讲胚胎诱导

思考题1.名词：胚胎诱导细胞分化的决定胚胎场程序性细胞死亡2.试举例说明初级、次级、三级诱导。第五讲胚胎发育机制主讲：彭柯前言从受精卵发育为一个新个体历经复杂的演变过程，包括细胞生长、分化、识别、迁移、死亡和功能表达，以及组织和器官的形成等；这些变化具有精细的时间顺序和空间关系；胚胎发育变化中，细胞基因的表达起决定作用，并受内外环境因素的影响。海胆水螅秀丽广杆线虫爪蟾果蝇小鼠

医学发育生物学的模式生物：主要发育机制细胞生长（长大与增殖）细胞分化胚胎诱导形态发生机制胚胎场现象细胞生长CellGrowth一、细胞生长细胞长大+细胞增殖㈠

细胞长大（CellEnlargement）

本质：蛋白质与核酸等合成

有细胞长大：有丝分裂+减数分裂

无细胞长大：卵裂细胞周期中的细胞长大G1phase:

合成DNA复制所需蛋白(RNA).Sphase:

合成DNA和组蛋白G2phase:

合成少量RNAMphase:

有丝分裂,

形成两个子代细胞非细胞周期中的细胞长大非生理条件下的细胞长大高血压症之心肌肥大恶性贫血之巨红细胞（↑）（二）细胞增殖（CellReproduction）胚胎早期发育最基本生物学特性之一。过程：有丝分裂

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细胞周期

细胞周期检验点

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细胞周期的调控

√基因调节：cdc基因（细胞分裂周期基因）

cyclin-CDKs-CKIs网络

√核外信号的调节：生长因子及其受体、cAMP与

cGMP、PI早期胚胎--特殊的细胞周期：无G1和G2期,S期很短（多点复制）(2)仅需合成DNA(3)无细胞长大早期胚胎细胞周期特殊性之意义：细胞核/质比由低到高变化,利于激活基因；体大受精卵→成体C大小；形成大量的小细胞,便于组织分化、器官发生；细胞分化CellDifferentiation细胞分化是胚胎发育的核心；细胞分化是基因选择性表达的结果。二、细胞分化相关基本概念2.细胞分化的决定(celldetermination)

细胞在出现特有形态结构/功能/生化特征之前

发生的决定细胞分化方向之内在隐蔽变化过程。1.细胞分化(celldifferentiation）

胚胎细胞或幼稚细胞发育成具有特殊形态与功能之专一化细胞的过程。3.细胞的分化潜能全能性多能性单能性标志：特异性蛋白质（包括酶和受体）的合成。决定发生在细胞形态结构变化之前。决定是细胞分化的基础，分化是决定稳定发展的结果。细胞分化的决定（celldetermination）实质：基因的差别表达管家基因/奢侈基因细胞分化是奢侈基因按一定时/空顺序表达的结果。过程：化学分化——合子基因激活，组织特异性蛋白的产生形态分化——核分化、胞质分化功能分化细胞分化（celldifferentiation）

特点：过程一般不可逆，终末分化细胞一般不再分裂

过程渐进：全能-多能-单能-终末（专一）受细胞内外信号调控1）细胞核在细胞分化过程中具有主导作用。

细胞分化的调控：控制细胞分化的两大因素：细胞内的控制细胞之间的相互影响细胞核细胞质核移植试验：细胞中绝大部分基因位于细胞核内染色体上，通过转录产生mRNA进入细胞质，翻译成各种蛋白质，从而决定细胞新陈代谢类型和个体发育方向。

细胞核的主导作用不是绝对的，核的活动受到胞质中一些物质调节与制约。细胞核在细胞分化中主导作用之机制

2）细胞质在细胞分化过程中的作用

1928年，施佩曼做了个实验:用较细的婴儿头发将蝾螈受精卵结扎成两个半球状，其中一个半球中含灰新月区(受精时，蝾螈卵细胞上出现的一个浅灰色的半月形区带)和细胞核，另一个不含这个区带。结果前者发育成了胚，后者则不能。即使后者含有细胞核，细胞也不能分化，只能发育成没有一定形状的团块。实验说明：灰新月区(细胞质)中含某种物质，只有完全具备这种物质，胚胎发育才能正常进行。卵细胞质各区域组分并不相同，这些特殊胞质组分称为细胞质决定子(cytoplasmicdeterminants)—RNA与蛋白质。胞质在C分化中的作用：是通过C质决定子影响胞核基因表达，一定程度上决定C早期分化。胞质对核内基因活动有调节作用，但不能改变机体的基因型。核与质间相互作用对细胞分化影响

互相依赖，缺一则不能生存核控制着遗传信息质对核有重要调节作用两者通过核孔相互传递蛋白来实现对细胞分化调控3）细胞间的相互作用对细胞分化的影响：

相互识别、诱导、分化抑制等胚胎诱导（induction）：胚胎发育过程中，一部分细胞影响其它细胞分化方向。细胞抑制（inhibition）：已分化细胞抑制邻近细胞进行相同分化。如把发育中蛙胚置于含有成体蛙心碎片的培养液中，胚不能产生心脏。细胞识别与粘合（组织亲合性）：三胚层细胞混杂培养→各胚层自我挑选，相互粘着

肿瘤细胞不能识别粘着，失去了正常细胞调控能力转分化（transdifferentiation，化生）：1)从一种分化状态转变到另一种分化状态；2)通过增生干C或低分化C转化为其他类型C；

去分化和转分化：去分化（dedifferentiation，逆转）：分化C失去特有结构和功能变为具有未分化细胞特性的过程。诱导多功能干细胞胚胎诱导Induction三、胚胎诱导胚胎诱导（induction）：

胚胎发育时期，部分C提供或传递信号，其它C接受该信号，并向特定方向分化。

诱导组织（inductor）：起诱导作用之C或组织

反应组织（respondingtissue）：接受信号并起反应之C或组织。基本概念1912年，施佩曼最早发现：两栖类发育中视泡能诱导覆盖它的表皮形成晶状体

诱导实验一诱导实验二-蝾螈早期原肠胚的背唇移植实验供体胚胎受体胚胎背唇背腹神经板诱导物特性大分子：蛋白质或核酸，小分子：苯丙氨酸、胞嘧啶核苷酸存在于胚胎或成体组织活、死组织反应组织特点1）有权能期（periodofcompetence）

一定时间内发生，一旦超出临界时间，反应能力会逐渐减退、消失。2）诱导刺激异，反应异同一外胚层→神经诱导物→神经组织中胚层诱导物→脊索、肌肉等4）反应组织的分化是持续的、不可逆的，说明诱导刺激在反应C中一旦引起了某些基因表达，就会按固有程序进行下去。

3）反应C产生何种结构由诱导物决定产生结构之遗传性由反应C决定诱导层次性1）初级诱导脊索诱导神经系统形成称之为初级诱导2）次级诱导与三级诱导眼形成是最典型例子：前脑区两侧外突视泡诱导其外方之外胚层形成晶状体，为次级诱导晶状体再诱导其表面外胚层形成角膜，为三级诱导1.指令性诱导——在诱导发生前，反应组织分化未决定①

诱导组织A存在，反应组织B才能分化为特定结构；②如果A组织不存在，B组织不会沿特定方向分化为特定结构；③A组织存在，正常情况下与B组织分化方向不同的C组织也会沿着B组织的发育方向进行分化。诱导类型视泡诱导晶状体的形成ABC2.允诺性诱导

特征：在诱导作用发生前，反应组织已完成了分化决定；

诱导物不能改变反应细胞类型，而仅仅是让它有能力表达。

（1）接触性诱导——通过诱导组织与反应组织之间的细胞接触而实现：简单的表面接触形成缝管连接（2）非接触性诱导诱导组织产生的大分子物质在细胞外基质中形成一定的浓度梯度；诱导作用机制特定化学物质的扩散总之，诱导物必须激活反应细胞内有关基因和基因组，一组基因被激活，产生一组特异性蛋白，从而导致细胞分化。形态发生和细胞行为MorphogenesisandCellBehavior四、形态发生和细胞行为组织和器官形态发生是通过细胞的：

细胞运动

细胞识别和粘着

细胞增殖和死亡等过程而实现的形态发生（morphogenesis）

：胚胎各个水平上的结构和形态逐步形成的发育过程。1.细胞运动和形态发生神经管形成过程细胞形状与微丝、微管配布变化的关系：（1）外胚层细胞呈立方形，微丝和微管任意分布；（2）细胞变长，微管平行于长轴排列，形成神经板；（3）细胞顶部缩窄，微丝与表面平行分布，形成神经管。位置信息

位置信息(positionalinformation)：那些可使C获得在同一系统中特定位置之物质或因素(相当于电影票)。

位置信息决定细胞空间定位

位置信息来源:

①来自外界环境——如地球引力，精子进入点，细胞所处的周围环境；②来自卵子中形态发生决定子的分布模式；③位置信息贮存于基因中；④来自细胞的相互作用和协调。细胞—细胞黏着/细胞—基质黏着作用：①通过选择性的粘附，同类或相关细胞按一定的模式聚集在一起，构成组织；②通过区别粘附形成突起、内陷、囊腔、基板等结构；③通过与周围的细胞或基质不断的粘附和去粘附实现细胞的迁移。2.细胞黏着和形态发生3.程序性细胞死亡与形态发生程序性细胞死亡（programmedcelldeath，PCD）1）定义：也称细胞凋亡（apoptosis）一种由基因控制之主动的细胞生理性自杀行为。2）特点：形态：凋亡小体等生化：阶梯状DNA条带3）胚胎发育中PCD意义：控制细胞数目去除不需要的结构保护机体过程失控，将导致各种疾病2002年10月7日英国人悉尼·布雷诺尔、美国人罗伯特·霍维茨和英国人约翰·苏尔斯顿，因在细胞程序性死亡方面的研究获诺贝尔生理与医学奖。SydneyBrennerH.RobertHorvitzJohnE.Sulston

胚胎场现象EmbryonicField五、胚胎场现象一）肢芽发生实验1若将早期肢芽挖除，其周围组织仍能长出一个正常肢芽；距原肢芽越近的组织发生新肢芽的能力越强，反之则弱。2若切除肢芽的1／2或3／4，余部仍能发育为正常肢体。3若把一肢芽中胚层组织挖出，填入另一肢芽内，使后者具有双倍肢芽中胚层，该肢芽仍仅发育为一正常肢体

。实验结果表明：胚体可形成肢芽范围比预定发生肢芽部位要广

这种能发育形成某种结构的组织场地称为该结构之胚胎场（embryonicfiel