器官系統(tǒng)發(fā)生的奠定

器官系統(tǒng)發(fā)生的奠定第1頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四主要內(nèi)容脊椎動(dòng)物器官系統(tǒng)發(fā)生的奠定節(jié)肢動(dòng)物體節(jié)的形成與分化第2頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四魚類、兩棲類、爬行類、鳥類和哺乳類都具有相同的器官發(fā)生模式：

外胚層：神經(jīng)系統(tǒng)和皮膚；

中胚層：結(jié)締組織、血細(xì)胞、心臟、泌尿系統(tǒng)、大部分內(nèi)臟器官。

內(nèi)胚層：呼吸系統(tǒng)和消化管。(圖4.1.1哺乳動(dòng)物三胚層發(fā)育命運(yùn)圖)Hox基因和胚胎前后軸向上的進(jìn)一步分化胚胎背腹與左右方向上的分化第3頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四（一）表皮和皮膚結(jié)構(gòu)起源表皮細(xì)胞的起源：表皮細(xì)胞胎皮（胚胎的臨時(shí)性保護(hù)結(jié)構(gòu)，最終脫落）基底層（生發(fā)層）棘層馬爾皮基層顆粒層色素細(xì)胞角質(zhì)細(xì)胞第4頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四表皮發(fā)育與兩種生長因子密切相關(guān)。一種是轉(zhuǎn)化生長因子α（TGFα）。是一種自分泌生長因子，由基底層細(xì)胞自身合成分泌并作用于基底層細(xì)胞。能促進(jìn)基底層細(xì)胞的自身分裂。

在馬爾皮基層形成的角質(zhì)細(xì)胞和色素細(xì)胞大約需8周到達(dá)角質(zhì)層，并可以再角質(zhì)層存活約2周時(shí)間。

銀屑?。捍婊?天，TGFα過度表達(dá)。第5頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四與表皮發(fā)育有關(guān)的另一種生長因子是角質(zhì)細(xì)胞生長因子（KGF），也稱為成纖維細(xì)胞生長因子-7（FGF-7）。由成纖維細(xì)胞產(chǎn)生，是一種外分泌生長因子，能調(diào)節(jié)基底層細(xì)胞增殖。第6頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四（二）

中胚層脊椎動(dòng)物中胚層的分化對(duì)于器官和系統(tǒng)的發(fā)生起著主導(dǎo)和奠基的作用。其中脊索是這一階段發(fā)育的啟動(dòng)和組織者，而在脊索和神經(jīng)管的作用下，中胚層分化深入。脊椎動(dòng)物中胚層的分化發(fā)育與神經(jīng)胚的形成幾乎是同時(shí)進(jìn)行，相互促進(jìn)的，而神經(jīng)胚發(fā)育的完成又為中胚層的進(jìn)一步發(fā)育奠定了形態(tài)結(jié)構(gòu)以及誘導(dǎo)控制環(huán)境的基礎(chǔ)。中胚層發(fā)育的主要特征：區(qū)域化和集約化。第7頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四神經(jīng)胚期，中胚層分為5部分脊索中胚層：脊索背部體節(jié)中胚層：近軸中胚層，體節(jié)和神經(jīng)管兩側(cè)的中胚層細(xì)胞；背部結(jié)締組織（骨、肌肉、軟骨、真皮）中間中胚層：泌尿器官、生殖器官側(cè)中胚層：體腔上皮、心臟、血管、血細(xì)胞、胚胎外膜，除肌肉外四肢所有中胚層成分。頭部中胚層：面部結(jié)締組織及肌肉（P83圖4.2.1雞胚胎發(fā)育中的中胚層分化）第8頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四1.近軸中胚層和體節(jié)分化：（1）近軸中胚層→體節(jié)近軸中胚層：脊索兩側(cè)加厚的中胚層體節(jié)：體節(jié)的作用：當(dāng)原條退化時(shí)，神經(jīng)褶開始向胚胎中央合攏時(shí)，軸旁中胚層被分隔成一團(tuán)團(tuán)細(xì)胞塊。決定神經(jīng)嵴細(xì)胞和脊神經(jīng)軸突的遷移途徑體節(jié)數(shù)目通常是發(fā)育進(jìn)程的最佳指標(biāo)當(dāng)原條退化時(shí)，神經(jīng)褶開始向胚胎中央合攏時(shí)，軸旁中胚層被分隔成一團(tuán)團(tuán)細(xì)胞塊。第9頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四第10頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四第11頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四第12頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四2.體節(jié)小體和體節(jié)形成過程過程和纖連蛋白（fibronectin）和N-細(xì)胞選擇蛋白（N-cadherin）有關(guān)蛋白受notch1和paraxis的調(diào)控從軸旁中胚層的前端依次形成輪狀的體節(jié)小體，松散的間充質(zhì)變成致密的上皮性結(jié)構(gòu)，體節(jié)小體轉(zhuǎn)變成體節(jié)。第13頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四缺陷型第14頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四3.體節(jié)細(xì)胞的分化在體節(jié)最初形成時(shí)，各部位的細(xì)胞在發(fā)育潛能上是等同的，隨著體節(jié)成熟，各區(qū)定型。體節(jié)腹中部細(xì)胞：生骨節(jié)→脊椎骨軟骨細(xì)胞→脊椎、肋骨、軟骨、韌帶體節(jié)側(cè)面細(xì)胞生皮肌節(jié)生皮節(jié)：背部皮膚真皮

受NT-3誘導(dǎo)。生肌節(jié)：椎骨肌肉軸上肌受wnt誘導(dǎo)軸下肌受Wnt和BMP-4聯(lián)合誘導(dǎo)四肢和體壁肌肉的前體細(xì)胞第15頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四第16頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四第17頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四第18頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四生皮節(jié)第19頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四影響體節(jié)分化的因子由脊索和神經(jīng)管底板分泌SHH（Sonichedgehog）蛋白→誘導(dǎo)生骨節(jié)來自神經(jīng)管頂端和背部外胚層分泌產(chǎn)生的Wnt、BMP4誘導(dǎo)產(chǎn)生MyoD、Myf5等基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子→誘導(dǎo)生肌節(jié)皮節(jié)的分化因子是神經(jīng)管的分泌產(chǎn)物NT-3。第20頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四神經(jīng)管生骨節(jié)脊索側(cè)中胚層真皮背大動(dòng)脈體壁肌軸上肌體壁肌真皮軸上肌背部外胚層側(cè)中胚層第21頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四神經(jīng)管軸上肌肉細(xì)胞中央背中胚層生皮肌節(jié)真皮側(cè)面四肢肌肉側(cè)中胚層生骨節(jié)生骨節(jié)第22頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四二、側(cè)中胚層的分化與心臟發(fā)生的決定位置：中間中胚層的外側(cè)水平劃分：背側(cè)的體中胚層腹側(cè)的內(nèi)臟中胚層在胚胎發(fā)育的后期，左邊和右邊體腔融合，并從體中胚層伸出皺褶，將體腔分成分離的胸腔、腹腔。第23頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四神經(jīng)管神經(jīng)板脊索內(nèi)胚層中腸體節(jié)體節(jié)中胚層臟壁中胚層側(cè)中胚層神經(jīng)嵴體腔第24頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四神經(jīng)管體節(jié)體腔原腸卵黃切割取下胚胎原腸卵黃第25頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四心臟內(nèi)臟中胚層對(duì)胚胎發(fā)育的最大貢獻(xiàn)之一是形成循環(huán)系統(tǒng)，心臟是第一個(gè)發(fā)揮功能的器官。形成過程亨氏節(jié)后方細(xì)胞→預(yù)定心臟細(xì)胞→向前遷移到前腸兩側(cè)→兩個(gè)原基融合（融合時(shí)，心臟開始搏動(dòng)）成直管狀心臟→扭曲成S形→產(chǎn)生隔膜，形成四室結(jié)構(gòu)第26頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四第27頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四第28頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四三、內(nèi)胚層1、咽消化管道及消化器官內(nèi)胚層→原腸→咽呼吸器官中胚層→消化管肌肉第29頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四咽囊水生動(dòng)物的咽囊→鰓哺乳類4對(duì)咽囊：第一對(duì)：中耳室、咽鼓管第二對(duì)：扁桃體、甲狀腺第三對(duì)：胸腺、一對(duì)甲狀旁腺第四對(duì)：另一對(duì)甲狀旁腺第30頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四2、消化管咽后部，消化管緊縮成食管、胃、小腸、大腸前腸伸出一管狀—肝盲囊→肝臟；一個(gè)分支→膽囊胃后腸管產(chǎn)生背部盲囊、腹部盲囊→胰腺肝、胰的發(fā)育受間充質(zhì)的誘導(dǎo)作用第31頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四第32頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四3、呼吸管道的分化第四對(duì)咽囊之間的喉氣管溝向腹面延伸、分支→兩個(gè)支氣管、肺的內(nèi)表皮（和中胚層的相互作用）第33頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四四、Hox基因和胚胎前—后軸向上的進(jìn)一步分化爪蟾尾芽期胚胎的前后軸、背腹軸和左右軸（中側(cè)軸），互成垂直角度。第34頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四1、Hox基因簇的組織方式同一染色體上的不同的Hox基因構(gòu)成一個(gè)同源異形基因簇。同一號(hào)數(shù)位于不同染色體上的基因合稱為平行進(jìn)化同源異形基因組，與果蠅一樣，不同Hox基因在染色體上的排列順序與它們?cè)隗w軸上表達(dá)的前后順序是一致的，但與果蠅不同的是，在結(jié)構(gòu)上各Hox基因之間不組成復(fù)合體。第35頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四2、Hox基因在胚胎神經(jīng)系統(tǒng)和軀體中的表達(dá)圖案Hox基因的順序表達(dá)Hox基因在小鼠體節(jié)中的表達(dá)前后枕椎頸椎胸椎腰椎骶椎尾椎第36頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四3、對(duì)脊椎動(dòng)物Hox基因功能的研究同一Hox基因簇中的不同基因組成一組，它們的協(xié)同作用對(duì)于完成個(gè)體前后軸向上的區(qū)域分化是必須的。處在同一排列位置上的不同Hox平行進(jìn)化同源異形基因組成另一組，負(fù)責(zé)同一區(qū)域中的側(cè)向分化。第37頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四4、Hox基因的表達(dá)調(diào)控作用最顯著的成分視黃酸（RA）第38頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四5、Hox基因?qū)ι镞M(jìn)化的啟示不同物種在解剖上相去甚遠(yuǎn)，但Hox基因指導(dǎo)身體各區(qū)段脊椎的分化上高度一致。如頸-胸分化都發(fā)生在Hox5-Hox6基因差異表達(dá)的界面上……。P92圖4.2.16P93圖4.2.17

果蠅和小鼠沿體軸方向上Hox基因表達(dá)對(duì)照。第39頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四五、胚胎背-腹與左-右方向上的分化背-腹：鳥類：分化源于胚胎發(fā)育早期下胚層細(xì)胞的定位哺乳類：分化源于內(nèi)細(xì)胞團(tuán)在囊胚腔的定位。以后脊索和神經(jīng)管的形成進(jìn)一步發(fā)展了背腹軸的分化。左-右（小鼠）方向：iv：心臟定位（lefty\nodal基因表達(dá)兩側(cè)或停止）inv：左右不對(duì)稱定位（lefty\nodal基因表達(dá)錯(cuò)位）雞：

shh：開始對(duì)稱表達(dá)于原節(jié)，數(shù)小時(shí)后表達(dá)左側(cè)。24h后停止，左側(cè)出現(xiàn)nodal基因表達(dá)。ActRIIa：表達(dá)右側(cè)（雞P94圖4.2.19P95.圖4.2.20）（P93圖4.2.18）第40頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四爪蟾的nodal-相關(guān)基因-1（Xnr-1）的表達(dá)區(qū)域僅限于原腸胚左側(cè)，Xnr-1激活pitx-2在胚胎左側(cè)專一性表達(dá)。VG1蛋白可以增加胚胎左右對(duì)稱的特化，異位表達(dá)VG1可導(dǎo)致胚胎左右逆轉(zhuǎn)。第41頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四節(jié)肢動(dòng)物體節(jié)的形成與分化果蠅體節(jié)的形成與分化受3組基因的控制：間隙基因；成對(duì)規(guī)則基因；體節(jié)極化基因。3組基因調(diào)控逐級(jí)進(jìn)行。體節(jié)：14條ftz基因和eve基因條帶相間表達(dá)。每一條帶進(jìn)一步區(qū)分前后兩個(gè)部分，前一條帶后半部分與后一條帶前半部分組成一個(gè)體節(jié)。第42頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四果蠅沿前后軸、背腹軸和中側(cè)軸建立形體模式。頭節(jié)胸節(jié)腹節(jié)尾部原頭尾節(jié)羊漿膜背側(cè)外胚層腹側(cè)外胚層中胚層預(yù)定后端腸道內(nèi)胚層預(yù)定前端腸道內(nèi)胚層胸第43頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四1、體節(jié)的形成間隙基因（gapgene）成對(duì)規(guī)則基因（pair-rulegene）體節(jié)極化基因（segmentpolaritygene）P96頁表4.3.1控制果蠅體節(jié)分化的基因第44頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四母體效應(yīng)基因控制間隙基因的活化，不同濃度間隙基因的蛋白質(zhì)產(chǎn)物引起成對(duì)規(guī)則基因（pair-rulegene）的表達(dá)，形成與前后軸垂直的14條表達(dá)帶。成對(duì)控制基因蛋白質(zhì)產(chǎn)物激活體節(jié)極化基因（segmentpolaritygene）的轉(zhuǎn)錄，進(jìn)一步將胚胎劃分為14個(gè)體節(jié)。間隙基因、成對(duì)規(guī)則基因以及體節(jié)極化基因共同調(diào)節(jié)同源異形選擇者基因（homeoticgene）的表達(dá)，決定每個(gè)體節(jié)的發(fā)育命運(yùn)。果蠅體節(jié)的形成過程第45頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四A，母源性轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控間隙基因的轉(zhuǎn)錄；B，母源性轉(zhuǎn)錄因子在確定間隙基因表達(dá)位置時(shí)發(fā)揮重要作用。第46頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四不同組的基因順序表達(dá)沿前后軸建立身體的模式。母源性基因間隙基因合子基因成對(duì)規(guī)則基因同源異形選擇者基因體節(jié)極化基因第47頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四功能：（每一副體節(jié)包含前一體節(jié)的后半部和后一體節(jié)的前半部）表達(dá)特點(diǎn)：間隙基因（gap

gene）表達(dá)區(qū)較寬，每個(gè)區(qū)域?qū)挾认喈?dāng)于3個(gè)體節(jié)，且有重疊編碼轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子將胚體由前向后劃分出14個(gè)副體節(jié)第48頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四hunchback可開啟一些間隙基因如giant、krüppel和knips等基因的表達(dá)。間隙基因按一定順序沿前后軸進(jìn)行表達(dá)。第49頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四krüppel基因的活性受hunchback蛋白的控制。母體的第50頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四間隙基因的作用方式：既可以在一定的帶區(qū)活化基因表達(dá)，又可同時(shí)抑制其他表達(dá)帶區(qū)的形成。第51頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四功能：表達(dá)特點(diǎn)：成對(duì)規(guī)則基因（pair-rulegene)將gapgene確定的區(qū)域進(jìn)一步分成體節(jié)是胚胎出現(xiàn)分節(jié)的最早標(biāo)志囊胚期表達(dá)表達(dá)區(qū)域以兩個(gè)體節(jié)為單位且具有周期性，在相互間隔的一個(gè)副體節(jié)中表達(dá)。受gapgene調(diào)控第52頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四果蠅胚胎進(jìn)行細(xì)胞化之前成對(duì)規(guī)則基因even-skipped

（blue）和fushitarazu（brown）的條紋狀表達(dá)模式。第53頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四間隙基因蛋白對(duì)even-skipped基因表達(dá)的調(diào)控。第54頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四體節(jié)極化基因（segmentpolaritygene）功能：果蠅晚期胚胎和幼體的每個(gè)體節(jié)由前一副體節(jié)的后區(qū)和后一副體節(jié)的前區(qū)構(gòu)成表達(dá)特點(diǎn)：將體節(jié)再分成更小的條紋囊胚期表達(dá)在每一體節(jié)的特定區(qū)域表達(dá)：engrailed（en）、hedgehog

（hh）在每一副體節(jié)最前端的一列細(xì)胞中表達(dá)，wingless（wg）基因在每一副體節(jié)的最后一列細(xì)胞中表達(dá)，表達(dá)界限正好確立了副體節(jié)的界線；受gapgene、pair-rulegene調(diào)控第55頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四Engrailed在每一副體節(jié)最前端的一列細(xì)胞中表達(dá)，確立了每一副體節(jié)的界限。第56頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四體節(jié)極性基因的表達(dá)區(qū)域體節(jié)界限前區(qū)后區(qū)第57頁，共65頁，2023年，2月20日，