發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化

發(fā)育過程中的細(xì)胞增殖分化精子卵子受精卵(合子)桑椹胚胚泡卵裂2021/4/272胚胎早期發(fā)育與部位2021/4/273受精卵(合子)2021/4/2742細(xì)胞4細(xì)胞桑椹胚胚泡透明帶2021/4/275一、卵裂1.卵裂的特點2.卵裂的方式3.卵裂球的基因表達4.卵裂的機制2021/4/2761.卵裂的特點（與體細(xì)胞分裂的不同）體細(xì)胞的細(xì)胞周期分：間期（interphase）和有絲分裂期(Mphase)間期：又分為G1期，S期和G2期有絲分裂期：前、中、后、末期，通常在此期細(xì)胞體積迅速增大。卵裂基本上是一種典型的有絲分裂。但：1）細(xì)胞數(shù)量增加，總的體積不增。2）核/質(zhì)比大。3）缺少G1、G2期，且S、M期短。原因：卵母細(xì)胞的特殊性，DNA復(fù)制多位點同時進行。2021/4/2772021/4/2782.卵裂的方式三個決定因素：核的位置卵黃的含量及分布細(xì)胞質(zhì)成分和極性卵裂的方式：完全卵裂：輻射式，螺旋式，兩側(cè)對稱式，旋轉(zhuǎn)式等。不完全卵裂：盤狀，表面2021/4/279旋轉(zhuǎn)式卵裂2021/4/2710體外人胚胎的卵裂A，受精卵；B，2細(xì)胞階段；C，4細(xì)胞階段；D，6細(xì)胞階段；E，桑椹胚；F，囊胚。2021/4/2711不完全卵裂①盤狀卵裂

卵裂僅在動物極的胚盤上進行，胚盤下的大量卵黃部分不分裂，如軟體動物中的頭足類，軟骨魚、硬骨魚、爬行類和鳥類。②表面卵裂卵黃集中于卵的中央，最初幾次卵裂只是細(xì)胞核在卵黃里的原生質(zhì)島中進行，細(xì)胞核達到一定數(shù)目、進入卵黃四周的卵質(zhì)中，在表面繼續(xù)進行分裂，如昆

蟲。2021/4/27123.卵裂球的基因表達（1）基因表達的激活：輔助階段：單細(xì)胞晚期主要階段：2細(xì)胞晚期（2）基因表達：Oct-4：母性遺傳。熱休克蛋白：HSP70，90，30連接蛋白：細(xì)胞因子：多肽生長因子和受體。2021/4/2713Oct-4（也叫Oct-3或Oct3/4）屬POU轉(zhuǎn)錄因子一員，最初鑒定為DNA結(jié)合蛋白，可通過順式元件活化基因轉(zhuǎn)錄。它在全能胚胎干細(xì)胞(ES)和生殖細(xì)胞表達。該表達對于維持干細(xì)胞的自我更新和多能性是必要的。ES的分化導(dǎo)致Oct-4的下調(diào)。Oct-4不僅是細(xì)胞系多能分化的主要調(diào)節(jié)因子，而且也是首要的作為鑒定全能ES細(xì)胞的標(biāo)志物。Oct-4:順式元件:包括啟動子、增強子、調(diào)控序列和可誘導(dǎo)元件等.不編碼結(jié)構(gòu)蛋白。轉(zhuǎn)錄因子：有時也稱反式作用因子，是指能直接或間接地識別或結(jié)合在各類順式元件核心序列上參與調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的蛋白質(zhì)。2021/4/2714Oct-42021/4/27154.卵裂的機制（1）細(xì)胞周期蛋白cyclinCyclin的周期性變化目前從芽殖酵母、裂殖酵母和各類動物中分離出的周期蛋白有30余種，在脊椎動物中為A1-2、B1-3、C、D1-3、E1-2、F、G、H等。分為G1型、G1/S型、S型和M型4類。泛素降解2021/4/2716不同類型的周期蛋白激酶復(fù)合體脊椎動物芽殖酵母CyclinCDKCyclinCDKG1-CDKCyclinD*CDK4、6Cln3CDK1(CDC28)G1/S-CDKCyclinECDK2Cln1、2CDK1(CDC28)S-CDKCyclinACDK2Clb5、6CDK1(CDC28)M-CDKCyclinBCDK1(CDC2)Clb1-4CDK1(CDC28)*包括D1-3，各亞型cyclinD，在不同細(xì)胞中的表達量不同，但具有相同的功效2021/4/2717成熟促進因子CyclinB+Cdc2（即CDK1）兩種狀態(tài)：去磷酸化：有活性，多種蛋白質(zhì)磷酸化。磷酸化：無活性（2）CDK：1~7細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶。7種。細(xì)胞周期引擎。為cdc(celldivisioncycle)基因產(chǎn)物。2021/4/2718（3）Cdc25string基因的表達產(chǎn)物2021/4/2719（4）細(xì)胞靜止因子阻止cyclin降解，MPF始終保持活性，細(xì)胞處于M期。Ca2+蛋白酶細(xì)胞靜止因子降解cyclin降解細(xì)胞周期啟動2021/4/2720二、桑椹胚形成緊密化：第三次卵裂后。細(xì)胞球外部細(xì)胞：緊密連接內(nèi)部細(xì)胞：縫隙連接。桑椹胚：16個細(xì)胞。卵裂球出現(xiàn)極性。頂部區(qū)：微管和微絲，緊密連接基底區(qū)：核，縫隙連接。卵裂球小而無極性細(xì)胞：內(nèi)部，含基部區(qū)胞質(zhì)大而有極性細(xì)胞：周邊，含頂部區(qū)胞質(zhì)2021/4/2721三、胚泡形成基底部細(xì)胞膜上出現(xiàn)Na+/K+-ATP酶水分聚集胚泡腔出現(xiàn)內(nèi)細(xì)胞群：約13個細(xì)胞（64細(xì)胞階段時）滋養(yǎng)層：連接復(fù)合體。第一個分化事件全能干細(xì)胞或胚胎干細(xì)胞2021/4/2722四、異常卵裂和胚胎發(fā)育1.同卵雙生：兩個胚泡：各自羊膜和絨毛膜兩個內(nèi)細(xì)胞群：各自羊膜，共絨毛膜兩個原條：共羊膜和絨毛膜2.不規(guī)則卵裂和細(xì)胞碎片開始退化的卵細(xì)胞或成熟不夠。3.多精受精與卵裂卵細(xì)胞成熟不夠。2個以上精子受精和雙精受精。卵裂速度快，并不形成3倍體，通常很快死亡。2021/4/2723第二節(jié)細(xì)胞分化一、分化前的定向二、分化的類型三、分化的機理四、去分化與轉(zhuǎn)分化2021/4/2724一、分化前的定向在出現(xiàn)真正的形態(tài)和功能的分化之前，細(xì)胞將分化成什么類型，具有什么功能就已經(jīng)被“定向”(commitment)“定向”可以分成兩個階段：特化(specification)和決定(determination)。2021/4/2725

所謂“特化”，是指細(xì)胞或組織在一個中性環(huán)境中，例如，在一個周圍沒有其他細(xì)胞或組織影響的體外培養(yǎng)環(huán)境中，仍按原先被指定的命運自主地進行分化。

所謂“決定”，則是指細(xì)胞或組織即使處在胚胎的另一區(qū)域中，仍不受周圍其他細(xì)胞或組織的影響，按原先指定的命運自主地進行分化。(1)自主特化(autonomousspecification)

這是大部分無脊椎動物的特性。(2)條件特化(conditionalspecification)

這是所有脊椎動物和少數(shù)無脊椎動物的特性。(3)合胞特化(syncytialspecification)

這是大部分昆蟲綱的無脊椎動物的特性。2021/4/2726決定與卵型的關(guān)系鑲嵌型卵:胞質(zhì)決定子調(diào)整型卵:8~16細(xì)胞期,位置信息決定的時空性早期胚胎:細(xì)胞分裂同步不同步(卵裂球內(nèi)的某些母體物質(zhì)逐漸被耗盡)轉(zhuǎn)決定:遺傳突變。2021/4/2727二、分化的類型區(qū)野分化器官分化組織分化細(xì)胞分化化學(xué)分化形態(tài)分化：核分化，胞質(zhì)分化轉(zhuǎn)分化：化生功能分化2021/4/2728細(xì)胞分化的機理極其復(fù)雜，概括而言細(xì)胞的分化命運取決于兩個方面：

一是細(xì)胞的內(nèi)部特性，與細(xì)胞的不對稱分裂（asymmetricdivision）以及隨機狀態(tài)有關(guān)，尤其是不對稱分裂使細(xì)胞內(nèi)部得到不同的基因調(diào)控成分，表現(xiàn)出一種不同于其它細(xì)胞的核質(zhì)關(guān)系和應(yīng)答信號的能力；

二是細(xì)胞的外部環(huán)境，表現(xiàn)為細(xì)胞應(yīng)答不同的環(huán)境信號，啟動特殊的基因表達，產(chǎn)生不同的細(xì)胞的行為，如分裂、生長、遷移、粘附、程序性死亡等，這些行為在形態(tài)發(fā)生中具有極其重要的作用。三、細(xì)胞分化的機理2021/4/27291.不對稱分裂動物受精卵具有高度的異質(zhì)性。在胚胎發(fā)育階段，不對稱分裂是常見的現(xiàn)象，如果蠅神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生時，成神經(jīng)細(xì)胞經(jīng)過連續(xù)不對稱分裂，像出芽的一樣產(chǎn)生一些小細(xì)胞，這些小細(xì)胞是神經(jīng)節(jié)母細(xì)胞（ganglionmothercells），再經(jīng)過一次分裂形成神經(jīng)元或神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。在哺乳動物中，干細(xì)胞的分裂也是不對稱的，產(chǎn)生一個祖細(xì)胞和另一個干細(xì)胞，祖細(xì)胞只具有有限的自我更新能力，只能分化為終端細(xì)胞。2021/4/2730細(xì)胞質(zhì)中有著決定細(xì)胞分化全能性的物質(zhì)，稱為分化決定子。細(xì)胞質(zhì)中的分化決定子，是RNA。它們對紫外線敏感，對RNase敏感。在卵子形成過程中，卵母細(xì)胞中含有2－5萬種mRNA，每種約600個拷貝。這些RNA構(gòu)成母體信息，決定受精卵的發(fā)育潛能。2021/4/2731例如哺乳動物胚胎直到8細(xì)胞期，各個細(xì)胞在形態(tài)和分化潛能上沒有本質(zhì)的區(qū)別，之后處于內(nèi)部的細(xì)胞將來形成內(nèi)細(xì)胞團，進一步發(fā)育為胚胎，而處于外部的只能發(fā)育為滋養(yǎng)層。將小鼠4細(xì)胞期的分裂球，移植到緊密化后的細(xì)胞團外部，這些細(xì)胞也只能發(fā)育為滋養(yǎng)層。從這個例子上我們不難推測在組織和器官的構(gòu)建中，可能也存在著同樣的現(xiàn)象。2.細(xì)胞的隨機狀態(tài)2021/4/27323.誘導(dǎo)誘導(dǎo)信號（inducingsignaling）:脊索→神經(jīng)板級聯(lián)信號（cascadesignaling）：視泡→晶體→角膜梯度信號（gradientsignaling）：成形素（morphogen）拮抗信號（antagonisticsignaling）Chordin抑制BMP/TGFβ信號途徑組合信號（combinatorialsignaling）側(cè)向信號（lateralsignaling）Notch信號途徑在果蠅中可以觸發(fā)側(cè)向抑制，正在分化的神經(jīng)元周圍的前體細(xì)胞發(fā)育成上皮細(xì)胞。一部分細(xì)胞影響相鄰細(xì)胞使其向一定方向分化的作用稱為胚胎誘導(dǎo),或稱為分化誘導(dǎo)。2021/4/27332021/4/2734一些誘導(dǎo)信號信號途徑配體受體拮抗物受體酪氨酸激酶EGFEGF受體ArgosFGF（branchless）FGF受體

ephrinsEph受體

TGFβ家族TGFβTGFβ受體

BMP（Dpp）BMP受體Chordin（Sog）,nogginNodal

WNTWNTFrizzledDikkopf，sFRP，CerberusHedgehogHedgehog

NotchDelta

NotchFringe2021/4/27354.其他因素的影響激素對細(xì)胞分化的影響：蛻皮素，甲狀腺激素，抑素，性激素等。細(xì)胞外基質(zhì)在分化中的作用：膠原，非膠原糖蛋白，彈性蛋白，氨基多糖，蛋白多糖等。干細(xì)胞在不同的細(xì)胞外基質(zhì)條件下向不同方向分化。環(huán)境因素：溫度，光線等2021/4/27365.基因調(diào)控基因組印跡(genomicimprinting)：指基因表達活性只局限于來自雙親之一的基因版本。H19，IGF2，IGF2R等目前研究最多。

基因組印跡的機制--DN