发育生物学 第三章 卵裂和多细胞创造

动物胚胎的早期发育-卵裂第三章卵裂和多细胞创造主要内容1.卵裂概述2.卵裂方式3.卵裂机制受精是发育的第一步，配子得到了新的遗传潜能和进行了细胞质重排后，开始形成一个多细胞生物体。这一过程起始于卵裂（cleavage），由一系列的细胞分裂将体积极大的受精卵细胞质分割成许多较小的、有核的细胞，这些处于卵裂期的细胞叫做囊胚细胞（blastomere）或卵裂球。概述蛙的早期卵裂。A第一次卵裂，B第二次卵裂，C第四次卵裂，动物极和植物极细胞出现差异。蛙胚早期发育的卵裂速度卵裂的特点分裂周期短;快速。卵裂期两次卵裂之间没有生长期(biphasiccellcycle:SM)。卵裂期核分裂速度最快，比肿瘤细胞分裂还快！分裂球的体积下降：海胆胚胎的质/核比由550降至6;但胚胎的总体积不变早期卵裂中合子基因大多处于休眠状态；在大多数动物中（哺乳动物除外），通过有丝分裂分配到各卵裂球中的合子基因组，在早期卵裂胚胎中并不起作用(不转录)。即卵裂主要依赖于卵母细胞质中的母源性物质。当母源性基因产物失活后或耗尽后，发育过程开始依赖于合子的基因转录。卵裂常经历由均等裂向不均等裂变化。体细胞和动物早期分裂球的细胞分裂周期对照体细胞周期卵裂周期卵裂的细胞周期果蝇胚胎发育过程中细胞周期调控的发育变化。卵裂的方式是一个受遗传控制的过程，主要由两个因素决定：1.卵质中卵黄的含量及其在细胞质内的分布决定卵裂发生的部位及卵裂球的相对大小。2.卵质中有丝分裂器（mitoticapparatus）的位置和定向。第一节、卵裂的类型囊胚腔动物极植物极动物极：受精卵含卵黄少的一端，黑褐色，细胞质、核位于此植物极：含卵黄较多的一端，淡黄色。经线裂(meridionalcleavage):指卵裂面与A－V轴平行的卵裂方式。纬线裂(equatorialcleavage):指卵裂面与A－V轴垂直的卵裂方式。卵裂的方式卵黄对卵裂影响卵裂类型卵子类型代表动物完全卵裂Holoblastic辐射对称型Radial均黄卵(卵黄少)棘皮动物、文昌鱼，海鞘，海胆螺旋型Spiral软体动物、环节动物、纽形动物，扁形动物两侧对称型被囊动物，水螅旋转型Rational

线虫、哺乳动物辐射对称型中度黄卵两栖类不完全卵裂Meroblastic两侧对称裂端黄卵头足类盘状卵裂Discoidal

鱼类、爬行类、鸟类表面卵裂Superficial中央黄卵昆虫一、完全卵裂1.

辐射式卵裂的基本特征：1）每个卵裂球的有丝分裂器与卵轴垂直或平行。2）是棘皮动物、头索动物中的文昌鱼和蛙类所特有的卵裂类型。（均卵黄和中卵黄）海胆的辐射式卵裂海胆：第四次分裂后将开始不均等分裂，第7次经裂后产生128细胞组成的囊胚。植物极的micromeres是生骨中胚层命运，具有起动原肠作用、诱导第二胚轴的活性。海胆的卵裂

B2细胞期，C4细胞期，D32细胞期海胆的早期囊胚和晚期囊胚蛙类辐射对称型卵裂：卵黄对卵裂的阻碍作用导致卵裂沟延伸缓慢、第三次纬裂发生不均等分裂。植物极半球分裂的速度始终较慢，所以囊胚的植物极细胞较大。蛙类的囊胚腔的形成：第一次分裂后两个子细胞的动物极端相接触，产生一个裂缝，它将扩大成为囊胚腔。囊胚腔的作用：有利于原肠作用期细胞的移动、防止囊胚腔上下细胞的过早交流。2.螺旋式卵裂

环节动物（蚯蚓、蚂蟥、沙蚕）、涡虫纲动物、纽形动物门动物以及除头足纲外的所有软体动物（螺、蚌）的卵裂是螺旋式卵裂。螺旋式的特征：1）卵裂的方向与卵轴成斜角，卵裂球排列呈螺旋状；2）细胞之间采用热力学上最稳定的方式堆叠，细胞间接触的面积更大，3）只经过较少次数的卵裂就开始了原肠形成。形成的囊胚无囊胚腔，称作实囊胚。蜗牛的左旋和右旋螺旋式卵裂3.两侧对称式卵裂主要发现于被囊动物中主要特征是：第一次卵裂平面是胚胎的唯一对称面，它将胚胎划分为左右成镜像对称的两部分。第二次卵裂也是经裂，但不通过卵子的中心。第三次卵裂是纬裂，生成一层动物极卵裂球和一层植物极卵裂球。第四次卵裂是不规则的，第五次卵裂形成一个小的囊胚。海鞘的两侧对称卵裂海鞘：经－经－纬－经……，8次分裂后产生的256细胞柱形胚胎在两极细胞移动封口后成为中空柱形囊胚。

水螅的两侧对称式卵裂A未分裂的受精卵中各种细胞质的分布；B8细胞期的胚胎；C、D从植物极方向观察的囊胚4.旋转式卵裂

哺乳动物的卵裂方式属于旋转式卵裂，其特征包括：

1.卵裂速度缓慢；

2.第1次为经裂，其后的2个卵裂球各采用不同的卵裂方式，一个是经裂，一个是纬裂；这种卵裂的方式称为交替旋转对称式卵裂。棘皮动物（左）和哺乳动物（右）第一次和第二次卵裂方式的比较3.早期卵裂不同步，一前一后，因此哺乳动物的胚胎细胞数量增加不是算数级数增加，而是逐个增加，常常含有奇数个细胞。4.基因组在卵裂的早期就被激活并表达出进行卵裂所必需的蛋白，如老鼠和山羊在2细胞期就发生了从母性控制到合子控制的转换，在兔子的胚胎中，这个转换发生在8细胞期。哺乳动物的旋转型全卵裂哺乳动物的早期卵裂发生在输卵管中。桑椹胚哺乳动物另一个卵裂重要特征是有胚胎的压缩（compaction）现象。处于8细胞期的胚胎是一个松散的结构，各个卵裂球之间右许多空隙。而在第三次卵裂之后，各卵裂球突然相互靠近，相互之间的接触面积达到最大，形成一个紧密的细胞球。细胞球外层细胞之间有紧密连接，可将球内部的细胞与外环境隔绝，起稳定细胞球的作用。球体的内部细胞之间有间隙连接（gapjunction）相连，可以交换小分子和离子。哺乳动物卵裂球的compaction:发生第三次卵裂后不久小鼠8细胞胚胎compaction前后2细胞期(致密化前)，E-Cadherin（桑椹胚黏着蛋白）被合成并均一的被分布于细胞膜上。随着紧密化的发生E-Cadherin主要分布于卵裂球相互接触的表面上。致密化也出现于爪蟾和海鞘胚胎,但以哺乳类胚胎为甚.胚胎紧密化机制抗E-cadherin的抗体能够阻止胚胎紧密化现象的发生．在4细胞期激活蛋白激酶C（PKC）导致紧密化的发生，引起细胞骨架的重排，在膜上均匀分布的E-Cadherin重新定位在胞间相交处。E-Cadherin参与胚胎致密化．哺乳动物囊胚细胞命运的早期分化－位置决定论16细胞期桑椹胚(morula):位于内部的少数细胞产生的子细胞将组成内细胞团(innercellmass)，而位于外部的细胞产生的子细胞大多构成滋养外胚层(trophoblast)。32细胞期囊胚(又称胚泡，blastocyst):位于囊胚腔一端的内细胞团(约10个细胞)将发育胚胎的本体及与其相连的卵黄囊、尿囊和羊膜；外层的滋胚层生成绒毛膜（浆膜）—未来胎盘的组成部分，为胎儿从母体摄取营养物质和氧，并产生激素以避免母体的排斥反应。内细胞团的产生是哺乳动物早期发育的关键步骤之一。通过对活体胚胎的观察研究，发现这种重要决定作用仅仅依赖于细胞于某一正确时间出现在某一正确的位置。压缩后位于外层的细胞将形成滋养层细胞，而内部的细胞将发育成胚胎。一个细胞是否成为胚胎或滋养层细胞，完全取决于压缩作用后细胞所处的位置是位于外周还是内部。内细胞团中的每个分裂球均能产生身体中任何细胞类型。当内细胞团细胞被分离，并在一定条件下生长时，它们会在培养过程中保持为分化的特征，并可持续不断地分裂，这些细胞被称为胚胎干细胞（embryostemcell）。利用胚胎干细胞进行基因敲除（geneknock-out）和构建转基因动物已经成为一种非常重要的、用于研究哺乳动物发育过程中基因功能的手段。哺乳动物胚泡的着床(Implantation)EscapefromtheZonaPellucida胚泡在向子宫移动过程中体积增大，是因为定位于滋养层细胞膜囊胚腔一侧的Na－K泵将外部Na+泵入腔中，最后通过渗透作用吸水使囊胚腔增大。胚胎外面的透明带与放射冠阻止了胚泡与输卵管壁的粘连（异位妊娠

）胚泡到达子宫时，胚胎细胞分泌一种类胰蛋白酶(strypsin)，使透明带穿孔，胚泡孵出，着床植入到子宫内膜继续发育。人同卵双生的发生占出生总数0.25%发生在羊膜形成后(约受精9天后)的分割，共用绒毛膜和羊膜，易出现连体儿发生在滋养层形成后但羊膜形成前(约受精后5－9天)的分割，共用绒毛膜，有独立的羊膜。占同卵双生的66%发生在滋养层形成前(约受精后5天前)的分割，有独立的绒毛膜和羊膜。占同卵双生的33%Monozygotic(one-egg,oridentical)twinsDizygotic(two-egg,orfraternal)twins人类的连体婴儿嵌合胚：如右图，说明早期卵裂球有同等的发育潜力。嵌合体：一种含有两种以上基因型组织的机体，可能是基因突变、染色体异常分离或移植的结果。自然人群中也出现过同时有XX型和XY型细胞的人。胚胎干细胞：保持了分化为胚胎本体的潜能的、可在体外增殖的胚胎细胞。在基因功能研究和疾病治疗方面有重要的作用。哺乳动物中的嵌合胚、胚胎干细胞人工受精：如主要用于治疗不育症、保存和运输优良个体。胚胎切割：在2－4细胞期分割胚胎细胞，用于繁殖优良家畜个体。哺乳动物中的人工受精和胚胎切割二、不完全卵裂鸟类的盘状偏裂胚盘为动物极直径约2－3mm的胞质区，前3次卵裂经线裂，发生在输卵管中，胚盘为单细胞层，仍与卵黄相接触。鸡胚进入子宫后，才发生纬裂，形成5－6个细胞厚的胚盘。胚盘细胞从稀蛋白吸取液体后，与卵黄分裂，形成胚盘下腔(subgerminalcavity)。该腔使胚盘中央区透明，叫明区(areapellucida)；而边缘区的细胞仍与卵黄接触使其不透明，叫暗区(areaopaca)。上胚层(epiblast)将形成胚胎本体；下胚层(hypoblast)将产生胚外结构如卵黄囊柄和连接卵黄和内胚层消化管的蒂。鱼类的盘状偏裂斑马鱼受精卵的前5次卵裂均为经线裂，产生的32个细胞为单层分布于卵黄上。其后的分裂方向不规则。囊胚期开始于128细胞期,属盘状囊胚。斑马鱼中囊胚(经历了10次卵裂)的三类细胞：1.卵黄多核层(yolksyncytiallayer,YSL)：胚盘的植物极边缘细胞裂解，其核和质与卵黄细胞融合在一起而构成的一层细胞核层。在胚盘下包中，部分YSL细胞核移向胚盘下成为internalYSL，它们可能起提供营养的作用；边缘处的为externalYSL,它们可能起驱动下包的作用。2.Envelopinglayer(EVL)：位于胚盘最外层已表皮化的细胞，发育后期会脱落。3.DeepCells