器官系统发生的奠定.ppt

第一部分第一部分 动物的发育动物的发育--- 器官系统发生的奠定器官系统发生的奠定n许多器官发生以前，需要经过一个胚层组织进许多器官发生以前，需要经过一个胚层组织进一步发育分化的中间过程和阶段，包括：一步发育分化的中间过程和阶段，包括：n1.必要的过渡性结构的建设必要的过渡性结构的建设n2.特定区域环境的营造特定区域环境的营造n3.原基的形成原基的形成n4.前体细胞的分化的准备前体细胞的分化的准备4.2 脊椎动物器官系统发生的奠定脊椎动物器官系统发生的奠定n1.三胚层的进一步分化三胚层的进一步分化n基因对前后轴分化的进一步控制基因对前后轴分化的进一步控制n3.背腹轴及左右轴向上的进一步分化背腹轴及左右轴向上的进一步分化4.2.1 中胚层的早期发育中胚层的早期发育n中胚层的发育与分化对中胚层的发育与分化对神经系统的发生起着主神经系统的发生起着主导和奠基的作用导和奠基的作用n主要特点是：不断的区域化和集约化，为以后主要特点是：不断的区域化和集约化，为以后的器官系统的发生作出位置、范围和细胞成分的器官系统的发生作出位置、范围和细胞成分的划分或者形成其过渡性的组织结构的划分或者形成其过渡性的组织结构。

n分成五大区域：分成五大区域：脊索中胚层、背中胚层、中间脊索中胚层、背中胚层、中间中胚层、侧中胚层和头部间充质中胚层、侧中胚层和头部间充质1、近轴中胚层和体节的分化、近轴中胚层和体节的分化 神经沟神经沟 神经褶神经褶 神经嵴神经嵴 体节体节 间介中胚层间介中胚层 体节体节 间介中胚层间介中胚层(1)外胚层分化：外胚层分化：2．三胚层分化．三胚层分化第第3周周末末，，中中轴轴背背侧侧外外胚胚层层增增厚厚形形成成神神经经板板神神经经板板中中央央下下陷陷形形成成神神经经沟沟，，两两侧侧隆隆起起形形成成神神经经褶褶随随着着神神经经沟沟的的深深陷陷，，两两侧侧神神经经褶褶首首先先在在中中段段逐逐渐渐靠靠拢拢而而互互相相融融合合，，并并不不断断向向头头尾尾发发展展，，最最后后形形成成一一条条中中空空的的神经管神经管n近轴中胚层在神经管形成时，会断成若干小近轴中胚层在神经管形成时，会断成若干小的组织团块，称为体节的组织团块，称为体节n体节是一个过渡性的结构，会产生脊椎、肋体节是一个过渡性的结构，会产生脊椎、肋骨、背部皮肤的真皮、背部的骨骼肌、体壁骨、背部皮肤的真皮、背部的骨骼肌、体壁和肢体的骨骼肌。

和肢体的骨骼肌n体节因物种而异，是分类的重要特征体节因物种而异，是分类的重要特征Notch1ParaxisFibronectinN-cadherin体节的发生体节的发生体节的发生体节的发生n1.中腹部的体节细胞出现细胞增殖中腹部的体节细胞出现细胞增殖—变变成间充质细胞（生骨节）成间充质细胞（生骨节）--椎骨软骨细椎骨软骨细胞胞----体轴骨骼系统体轴骨骼系统n2.远离神经管的体节侧部同样出现细胞远离神经管的体节侧部同样出现细胞形态变化和细胞间的解聚现象形态变化和细胞间的解聚现象---分化成分化成为体壁和肢体肌肉为体壁和肢体肌肉n3.生皮节和生肌节的发生生皮节和生肌节的发生n脊索和神经管底部的细胞产生脊索和神经管底部的细胞产生Sonic hedgehog 蛋白蛋白-----诱导体节细胞分化诱导体节细胞分化的因子的因子-----Pax1基因表达基因表达nMyoD家族基因转译的抑制因子家族基因转译的抑制因子I-mf2.侧中胚层的分侧中胚层的分化与心脏发生的化与心脏发生的决定决定n侧中胚层在发育的早期以板状结构出现在近轴侧中胚层在发育的早期以板状结构出现在近轴中胚层的远端以后纵裂成为背侧的中胚层的远端。

以后纵裂成为背侧的体中胚层体中胚层和腹侧的和腹侧的内脏中胚层内脏中胚层4.2.2 内胚层的早期发育内胚层的早期发育n1.内胚层的发育主要由两个管道系统的构建，内胚层的发育主要由两个管道系统的构建，一个是消化管道及其他消化器官的构建一个是消化管道及其他消化器官的构建，另，另一个是呼吸器官的构建一个是呼吸器官的构建n2.哺乳动物中，胚胎咽部有四个咽囊分别哺乳动物中，胚胎咽部有四个咽囊分别发育为中耳室和咽鼓管；扁桃体；胸腺和一发育为中耳室和咽鼓管；扁桃体；胸腺和一对甲状旁腺；另一对甲状旁腺对甲状旁腺；另一对甲状旁腺n3.低等脊椎动物中发育成腮低等脊椎动物中发育成腮一、消化系统的发生一、消化系统的发生鳃弓：鳃弓：胚体头端两侧，背腹方向的六对隆起表面为外胚层，胚体头端两侧，背腹方向的六对隆起表面为外胚层， 内为中胚层内为中胚层鳃沟：鳃沟：相邻鳃弓之间的沟，共相邻鳃弓之间的沟，共5 5对咽囊：咽囊：原始消化管头端原始消化管头端( (原始咽原始咽) )内胚层向两侧突出形成的内胚层向两侧突出形成的 囊状结构，共囊状结构，共5 5对，与鳃沟之间隔以对，与鳃沟之间隔以鳃膜鳃膜。

喉气管沟原始咽原始咽肝和胆囊的发生肝和胆囊的发生肝和胆囊的发生肝和胆囊的发生胰腺的发生胰腺的发生3.消化管道的发生消化管道的发生n呼吸系统的发生可以看作是消化管道的衍生的产呼吸系统的发生可以看作是消化管道的衍生的产物1 1、、食管食管：：短，随颈的形成，心肺下降而迅速增长短，随颈的形成，心肺下降而迅速增长2 2、、胃胃：：前肠尾端的梭形膨大，有背、腹系膜前肠尾端的梭形膨大，有背、腹系膜 背侧壁生长快，胃大弯，背系膜网膜囊背侧壁生长快，胃大弯，背系膜网膜囊 腹侧壁生长缓慢胃小弯腹侧壁生长缓慢胃小弯喉气管憩室喉气管憩室：：气管食管隔气管食管隔头端头端 喉喉中段中段 气管气管末端末端 左、右肺芽左、右肺芽 4.2.3 Hox基因和胚胎前后轴向上的分化基因和胚胎前后轴向上的分化nHox基因是一种基因是一种“同源异形同源异形”基因，是动物基因，是动物形态蓝图的设计师，在发育过程中控制身体形态蓝图的设计师，在发育过程中控制身体各部分形成的位置如果同源异形基因发生各部分形成的位置如果同源异形基因发生突变，会使动物某一部位的器官变成其突变，会使动物某一部位的器官变成其 他部他部位的器官，叫做同源异形。

位的器官，叫做同源异形 目前的主要成果目前的主要成果目前的主要成果目前的主要成果：：：：• • 同源异形基因群（同源异形基因群（同源异形基因群（同源异形基因群（homeotic selector genes, Hox geneshomeotic selector genes, Hox genes）的）的）的）的发现（果蝇）；发现（果蝇）；发现（果蝇）；发现（果蝇）； HoxHox：高度保守，：高度保守，：高度保守，：高度保守，180 bp 180 bp 同源框（同源框（同源框（同源框（homeoboxhomeobox））））; 60 a.a. ; 60 a.a. 同同同同源异形结构域（源异形结构域（源异形结构域（源异形结构域（homeodomainhomeodomain））））; “helix-turn-helix”; “helix-turn-helix”Hox Hox 基因在果基因在果基因在果基因在果蝇体节中的顺蝇体节中的顺蝇体节中的顺蝇体节中的顺序表达序表达序表达序表达Hox基因的表达特征基因的表达特征：：• 顺序表达（顺序表达（sequential expression）（时间））（时间）• 沿躯干纵轴在体节中高表达的次序与这些基沿躯干纵轴在体节中高表达的次序与这些基因在染色体上的排列顺序相符合（空间）因在染色体上的排列顺序相符合（空间） Hox基因的基因的 homologues 在低等和高等脊椎动在低等和高等脊椎动物中均有发现，其物中均有发现，其 homeobox 的保守性非常强，的保守性非常强，可能在这些生物的发育中起着相似的作用。

可能在这些生物的发育中起着相似的作用基因在胚胎神经系统和躯体中基因在胚胎神经系统和躯体中的表达图案的表达图案n研究表明，发育中沿体轴出现的神经管研究表明，发育中沿体轴出现的神经管的分化和神经嵴的形成中与的分化和神经嵴的形成中与Hox基因的基因的顺序表达有密切的关系顺序表达有密切的关系n果蝇和哺乳动物的一些果蝇和哺乳动物的一些Hox基因在功能基因在功能上可以互换上可以互换3.对脊椎动物对脊椎动物Hox基因功能的研究基因功能的研究nHox基因对体轴分化的工作模式基因对体轴分化的工作模式：同一个同一个Hox基因簇中的不同基因组成一组，他们的协同作基因簇中的不同基因组成一组，他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用对于完成个体前后轴向上的区域分化是必须的，而处于同一个排列位置上的不同的，而处于同一个排列位置上的不同hox平行平行进化同源异形基因组成另一组，他们负责同一进化同源异形基因组成另一组，他们负责同一区域中的侧向分化区域中的侧向分化nHoxa-1和Hoxa-3基因有重叠现象nHoxa-3基因的缺失会导致颈部软骨即短又厚，甲状腺和甲状旁腺发育不全或缺失n2.在胚胎的某一部位在胚胎的某一部位Hox基因的组合发生变基因的组合发生变化，就会造成其发育结构的变化，并表现出化，就会造成其发育结构的变化，并表现出应该类同于前后轴中其他某个部位的结构。

应该类同于前后轴中其他某个部位的结构nHoxc-8基因敲除，腰部椎骨发育成肋骨基因敲除，腰部椎骨发育成肋骨nHoxb-4基因敲除后，第二颈椎骨发育成为基因敲除后，第二颈椎骨发育成为第一颈椎骨第一颈椎骨基因的表达调控基因的表达调控n多种成分都表现出对多种成分都表现出对Hox基因的表达调控具有调基因的表达调控具有调节作用nCdx基因，形成在原肠期的原条中，其缺失会导基因，形成在原肠期的原条中，其缺失会导致发育结构向后推移的现象致发育结构向后推移的现象nEed基因n视黄酸（视黄酸（RA）的改变可使）的改变可使Hox基因的表达出现基因的表达出现推移和菱脑节分化的变异现在认为，视黄酸可推移和菱脑节分化的变异现在认为，视黄酸可能最早发生在原节并形成前后分布的浓度梯度，能最早发生在原节并形成前后分布的浓度梯度，在某一个临界点诱发在某一个临界点诱发Hox基因的表达，从而出现基因的表达，从而出现Hox基因沿体轴分布的逐次的表达基因沿体轴分布的逐次的表达Hox基因在生物进化的启示基因在生物进化的启示体节极性基因的表达区域体节极性基因的表达区域 4.2.4 胚胎背腹轴与左右轴的分化胚胎背腹轴与左右轴的分化n小鼠中的两个基因与对称性相关小鼠中的两个基因与对称性相关---situs inversus viscerum (iv)基因和基因和inversion of embryonic turning (inv)基因。

基因nIv的突变会导致心脏随机的定位的突变会导致心脏随机的定位nInv的突变会导致所有不对称器官出现在错误的的突变会导致所有不对称器官出现在错误的部位nLefty和和noda基因的表达产物为基因的表达产物为TGF-β家族的家族的旁泌素，可能影响到原本处于对称状态的心管旁泌素，可能影响到原本处于对称状态的心管的发育nSonic hedgehog (shh)对发育左右的对称性对发育左右的对称性有明显的影响有明显的影响。