《细胞命运的决定》PPT课件幻灯片.ppt

第二章第二章 细胞命运的决定细胞命运的决定2021/4/21n n动物有机体是由分化细胞（specialized cell）组成的n n分化细胞不仅形态多样，而且功能各异2021/4/22部分已分化细胞的类型、特征产物及其功能2021/4/23n n但在早期胚胎中，卵裂球的发育命运是没有决定（determination）的随着胚胎的发育，不同卵裂球受本身内在因素及环境条件的影响，其发育命运被确定下来，分化为内胚层、中胚层或外胚层细胞n n细胞的发育命运的决定是一个渐进的过程2021/4/24两栖类发育过程中眼区发育命运的渐进决定2021/4/25细胞的发育命运、特化和决定2021/4/26第一节第一节 发育命运图发育命运图n n对每一个卵裂球进行标记，通过追踪不同卵裂球的发育过程，可在囊胚表面划定不同的区域，显示每一区域细胞的发育趋向，这样的分区图称为发育命运图（fate map）2021/4/27爪蟾早期胚胎发育命运图的确定荧光标记的C3裂球在尾芽期胚胎中形成一侧的中胚层细胞2021/4/28爪蟾晚期囊胚的发育命运图上：侧面观，外胚层形成上皮和神经系统，沿着背腹轴的带状区域为中胚层，由它形成脊索、体节、心脏、肾和血液。

爪蟾中胚层表面还覆盖有一薄层外胚层下：囊胚背面观2021/4/29n n命运图并不是表示早期胚胎中各区域的细胞发育命运已经确定了，它在很大程度上反映的是胚胎在继续发育过程各区域细胞的运动趋势，并不是细胞的分化情况n n特化图（specification map）却可以在一定程度上反映出细胞的分化情况特化图是将囊胚切成小块，每小块分别在简单培养基中培养，观察它们形成哪一种组织特化图与命运图之间有很大程度的相似性，但在外胚层和中胚层存在很大的差别2021/4/210爪蟾晚期囊胚的特化图外胚层区细胞还没有分化为预定神经细胞，中胚层区细胞还没有分化为预定肌肉细胞2021/4/211爪蟾囊胚命运图和特化图的比较脊索的命运图和特化图基本相当，其他中胚层区的特化还没有发生，来自Spemman组织者以及腹方的信号将发挥作用2021/4/212鸡胚的早期胚盘，示后缘区鸡胚的绝大部分由后缘区（posterior marginal zone）发育而来在早期胚盘中所占的比例很小，命运图的绘制非常困难2021/4/213鸡胚原条完全形成时的命运图只有在原条形成以后，其命运图才显得较为明确2021/4/214小鼠晚期原肠胚的命运图（背面观），原条已经完全形成。

2021/4/215斑马鱼早期原肠胚的命运图植物半球为不分裂的卵黄细胞，其上为胚盘，3个胚层来源于该胚盘此时部分内胚层细胞已迁入胚胎内2021/4/216n n不同脊椎动物命运图中各胚层所在区域及原肠运动时细胞内移位点具有很强的相似性，主要差别在于不同的卵子卵黄含量不一样，而使得卵裂的类型和胚胎的形状彼此不同n n命运图的相似性意味着不同动物可能有相同的细胞分化机制当然命运图不能反映出早期胚胎细胞的全部潜能，此时脊椎动物的胚胎仍然有很强的发育调整能力2021/4/217脊椎动物胚胎在各自相当发育阶段的命运图之比较2021/4/218第二节第二节 胚胎细胞发育命运的决定胚胎细胞发育命运的决定n n从单个全能的受精卵产生各种类型细胞的发育过程叫细胞分化（cell differentiation）已分化的细胞不但具有一定的形态和合成特异的产物，而且行使特异的功能n n细胞在分化之前，将发生一些隐蔽的变化，使细胞朝特定方向发展，这一过程称为定型（commitment）Slack（1991）建议将定型分为特化（specification）和决定（determination）两个时相2021/4/219脊椎动物骨骼肌的分化主要特征2021/4/220n n当一个细胞或者组织放在中性环境（neutral environment）如培养皿中可以自主分化时，就可以说这个细胞或组织已经特化（specialized）了。

n n当一个细胞或组织放在胚胎另一个部位可以自主分化时，就可以说这个细胞或组织已经决定（determined）了2021/4/221n n已特化的细胞或组织的发育命运是可逆的 如果把已特化的细胞或组织移植到胚胎不同的部位，它就会分化成不同的组织相比之下，已决定的细胞或组织的发育命运是不可逆的n n在细胞发育过程中，定型和分化是两个相互关连的过程在胚胎早期发育过程中，某一组织或器官的原基（anlage）首先必需获得定型，然后才能向预定的方向发育，也就是分化，形成相应的组织或器官2021/4/222胚胎细胞的定型有两种主要方式：n n第一种方式的细胞定型是通过胞质隔离（cytoplasmic segregation）来实现的卵裂时，受精卵内特定的细胞质分离到特定的分裂球中，裂球中所含有的特定胞质决定它发育成哪一类细胞，细胞命运的决定与临近的细胞无关这种定型方式称为自主特化（autonomous specification）以细胞自主特化为特点的胚胎发育模式称为镶嵌型发育（ mosaic development），或自主性发育，整体胚胎好像是自我分化的各部分的总和2021/4/223Weismann理论的核心强调早期的卵裂必须为不对称卵裂。

卵裂结果产生的子细胞彼此之间是完全不同的2021/4/224n n柄海鞘的发育为一种典型的镶嵌型发育，其卵裂球的发育命运是由细胞质中储存的卵源性形态发生决定子决定的n n柄海鞘8细胞期胚胎卵裂球的发育命运已发生决定尽管柄海鞘的胚胎发育为镶嵌型，但实际上不同的卵裂球之间依然存在着相互诱导作用其外胚层区域直到64细胞期时还没有“神经化”，显然外胚层细胞的发育命运不仅仅是由胞质决定子决定的2021/4/225海鞘（Phallusia mammillata）受精时胞质定域的分离2021/4/226海鞘的三种组织的决定子运动之比较2021/4/227海鞘分裂球的决定谱系2021/4/228柄海鞘的镶嵌型发育当8细胞期胚胎中的4对卵裂球被分离后，每对卵裂球只能发育为部分结构2021/4/229海鞘的肌肉细胞谱系2021/4/230n n第二种方式的细胞定型是通过胚胎诱导实现的胚胎发育过程中，相邻细胞或组织之间通过相互作用，决定其中一方或双方的分化方向，也就是发育命运n n初始阶段，细胞可能具有不止一种分化潜能，和邻近细胞或组织的相互作用逐渐限制了它们的发育命运，使它们只能朝一定的方向分化细胞命运的这种定型方式称为有条件特化（conditional specification）或渐进特化（progressive specification）或依赖型特化（dependent specification） 。

2021/4/231n n对细胞呈有条件特化的胚胎来说，如果在胚胎发育的早期将一个分裂球从整体胚胎上分离，那么剩余的胚胎细胞可以改变发育命运，填补所留下的空缺以细胞有条件特化为特点的胚胎发育模式称为调整型发育（regulative development）n n海胆的发育是典型的调整型发育在4细胞期或8细胞期分离卵裂球，细胞也能发育为完整的幼虫，只不过幼虫体积较小其每一个卵裂球在被分离后，都能调整自身的发育，以形成一个完整的机体2021/4/232海胆各卵裂球的发育命运图2021/4/233Driesch的海胆胚胎分离发育实验A，正常长腕幼虫，B，单个胚胎细胞发育而成的长腕幼虫2021/4/234n n海胆胚胎除了具有典型的调整型发育特点之外，也显示出某些镶嵌型的特点如果将胚胎沿原先的赤道面分隔为两半，则两部分都不能发育为完整的幼虫n nHorstadius进行了胚胎学史上的一个最引人注目的实验，他首先研究了海胆64细胞期胚胎每一层细胞的发育潜能2021/4/235海胆的调整型发育过程中也存在镶嵌式发育的成分2021/4/236半个8细胞期海胆胚胎的发育A，沿赤道面将胚胎分为两半，B，沿动植物极轴将胚胎分为两半。

2021/4/237海胆受精卵的不对称性2021/4/238海胆64细胞期胚胎各部分细胞的组合发育（Horstadius, 1939）A，正常发育；B，分离的动物半球的发育；C，动物半球与veg1细胞的组合发育；D，动物半球与veg2细胞的组合发育；E，动物半球与小卵裂球的组合发育在每一种组合中，都有细胞相互作用而改变原定的发育命运的现象2021/4/239-catenin决定海胆植物极细胞的发育命运2021/4/240两栖动物的调整型发育两栖动物的调整型发育n nSpemannSpemann（19381938）发现在蝾螈的发育中也存在）发现在蝾螈的发育中也存在调整型发育的情况调整型发育的情况蝾螈受精卵的结扎实验说明两栖类早期胚胎的细胞核具有遗传上的等同性（genetically identical）2021/4/241两栖动物卵的不对称性改变结扎的方向，沿未来的背腹轴将受精卵结扎，只有含有灰色新月区细胞质的背侧半球能发育成完整胚胎说明灰色新月区对胚胎发育是不可缺少的两栖类动物的胚胎发育也具有镶嵌发育的特点2021/4/242n n一般来说，在多数无脊椎动物胚胎发育过程中，主要是细胞自主特化在发生作用，细胞有条件特化次之；而在脊椎动物胚胎发育过程中则相反，主要是细胞有条件特化在发生作用，细胞自主特化次之。

2021/4/243第三节第三节 形态发生决定子形态发生决定子n n形态发生决定子（morphogenetic determinant）也称为成形素（morphogen）或胞质决定子（cytoplasmic determinant），其概念的形成源于对细胞谱系的研究n nWhitman对环节动物水蛭（Clepsine）细胞谱系和细胞发育命运作过较为完整的描述结果表明水蛭肌肉和腹神经索等高度分化的结构是由特定的裂球发育而来，特定的裂球是受精卵根据精确的卵裂方式分裂产生，含有卵子一定区域的细胞质2021/4/244n n和水蛭胚胎相似，海鞘胚胎也是依据卵内贮存信息进行自我分化的镶嵌体海鞘胚胎卵裂时，不同的细胞接受不同区域的卵细胞质不同区域的卵细胞质含有不同的形态发生决定子，能够使细胞朝一定的方向分化n n某些海鞘卵细胞质不同区域具有不同的颜色，卵子受精时不同区域的细胞质分配到不同的裂球中2021/4/245海鞘不同胞质决定子的运动比较2021/4/246n nConklin（1905）通过跟踪柄海鞘裂球的发育命运发现：不同区域的卵细胞质分别与未来胚胎特定的发育命运相联系黄色新月区含有黄色细胞质，称为肌质（myoplasm），将来形成肌细胞。

灰色新月区含有灰色细胞质，将来形成脊索和神经管动物极部分含透明细胞质，将来形成幼虫表皮灰色卵黄区含大量灰色的卵黄，将来形成幼虫消化道2021/4/247海鞘不同胞质决定子的镶嵌分布2021/4/248n nReverberi和Minganti（1946）证明海鞘裂球的发育命运在8细胞期已经决定，此时的裂球分离后能够自我分化不过神经系统的发育例外，只有当动物极前面一对裂球a4.1和植物极前面一对裂球A4.2配合后，才形成神经组织n n在海鞘这样严格的镶嵌型发育胚胎中，也存在着裂球之间相互作用决定细胞发育命运的渐进决定作用Ortolani（1959）证明海鞘外胚层细胞直到64细胞期时尚未定型发育成神经组织2021/4/249n nWhittaker用玻针反复挤压，使海鞘的分裂沟退化，而形成新的分裂沟，部分肌质即黄色新月区胞质便转移到预定外胚层细胞中肌质转移到预定非肌细胞后，也能产生肌肉n n我国学者童第周（1977）在海鞘卵子受精后把受精卵一分为二其中一个无核卵块作为受体，分别把原肠胚或尾芽期幼虫的外胚层、中胚层和内胚层的细胞核移植到受体中结果所形成的组织总是和无核卵块含有的细胞质组分有关，与细胞核无关。

2021/4/250n n海。