生殖细胞的发生

第一章生殖细胞(germcells)的发生第一节原始生殖细胞第二节精子发生第三节卵子发生生殖细胞（配子gamete)体细胞（somaticcells)合子（zygote生命周期（lifecycle)第一节原始生殖细胞（primordialgermcells,PGCs)原始生殖细胞（primordialgermcells,PGCs)生殖腺原基（genitalanlage）生殖质（germplasm)在胚胎发育初期生殖细胞就已经决定的动物，其生殖细胞来源于它的前体——原生殖细胞(primordialgermcell，简称PGC，复数为PGCs)。这些原生殖细胞只有经过迁移，进入发育中的生殖腺原基(genitalanlage)——生殖嵴(genitalridge)才能分化成为生殖细胞一、生殖质——原始生殖细胞秀丽线虫（Caenorhabditiselegans）果蝇（Drosophilamelanogaster）爪蟾（Xenopuslaevis）小鼠（Mouse）等线虫P颗粒Pie－1PIE－1果蝇极质（Poleplase）（determinantforgermcell）移植果蝇极质引起生殖细胞分化UV照射实验母体效应基因（maternaleffectgene），共8个bicoidandoskar(对生殖质的形成和装备起到极其重要的作用,oskarmRNA定位于卵子的后极。在oskermRNA的3′末端非翻译区内含有其定位信号，在微管的作用下可以准确的定位二、原始生殖细胞的迁移1.两栖类原始生殖细胞的迁移生殖质（植物极质膜下）→囊胚腔底部卵裂球间的分裂沟附近→原肠底部内胚层（PGCs）,通过肠壁内胚层的侧面→背肠系膜（是连接肠壁与中胚层器官形成区域的纽带）→生殖嵴2.哺乳动物原始生殖细胞的迁移碱性磷酸酶免疫组化染色原条后部胚外中胚层（7d）中有8个较大的PGCs→尿囊与后肠发生聚集→卵黄囊附近再分成两群→后肠迁移到背肠系膜→两侧生殖嵴（11d，2500-5000个）Invitro生殖嵴分泌的弥散性分子可吸引PGC的迁移和促进其有丝分裂的能力哺乳动物原始生殖细胞的迁移3.鸟类和爬行类原始生殖细胞的迁移外胚层细胞（PGCs）明区中部生殖新月（germinalcrescent）（明区前缘与暗区交界处）血液循环生殖嵴PGCs停留毛细血管壁，同时毛细血管壁的内皮细胞可能具有一些特殊成分使PGCs吸附其上，这种吸引作用没有种的特异性*减数分裂PGCs有丝分裂进行增殖减数分裂开始分化原生殖细胞进入生殖腺原基后不断地进行有丝分裂，产生生殖干细胞后代。由生殖干细胞分化成为雌性配子或雄性配子，必须经过减数分裂(meiosis)，使染色体数目由双倍体变成单倍体。生殖细胞于最后一次有丝分裂之后，核DNA继续合成并复制一次，因此在减数分裂开始前的细胞中，核内DNA的含量是正常体细胞的2倍，每条染色体内都有两条由中心粒相连的姐妹染色单体。在第一次减数分裂中，同源染色体配对，然后分离并分配到两个子细胞中，每个子细胞含有由两条姐妹染色单体组成的一条同源染色体。第二次减数分裂则把每条染色体中的两条姐妹染色单体分别分配到两个子细胞中去。三、生殖细胞定向分化的决定迁入生殖腺的PGCs具有两种潜能，由生殖腺微环境决定分化为精子或卵子（移植实验)。雌雄同体的秀丽线虫为研究这种决定机制的最佳实验材料。在此涉及两种决定：①进行有丝分裂或减数分裂？②形成精子或卵子？（1）秀丽线虫生殖腺末端有一个不分裂的细胞称为远端细胞（distaltipcell)，靠近它的生殖细胞进行有丝分裂形成生殖干细胞库；远离远端细胞的生殖细胞进行减数分裂。切除远端细胞则所有细胞进行减数分裂。（2）在秀丽线虫的卵精巢(ovotestis)中，进行减数分裂的，先形成的最远端的细胞形成卵子，而近端的细胞形成精子。秀丽线虫最远端的细胞第二节精子发生(spermatogenesis)一、精子发生雄性生殖腺原基（PGCs）→性索→生精小管（生精细胞、支持细胞（Sertolicells)）精原细胞(spermatogonium)A1→A2→A3→A4→过渡型精原细胞→B(有丝分裂)初级精母细胞(primaryspermeto-cyte)(开始减数分裂)次级精母细胞(secondaryspermatocyte)精子细胞(spermatid)：合胞体(syncytium)、细胞间桥）精子形成→精子生精细胞包括精原细胞、初级精母细胞、次级精母细胞、精子细胞和精子。在青春期前，生精小管管腔很小或缺如，管壁中只有支持细胞和精原细胞。自青春期开始，在垂体促性腺激素的作用下，生精细胞不断增殖分化，形成精子，生精小管壁内可见不同发育阶段的生精细胞。从精原细胞至形成精子的过程称精子发生（spermatogenesis）。支持细胞有多方面的功能：1、它对生精细胞起支持和营养作用，其微丝和微管的收缩可使不断成熟的生精细胞向腔面移动，并促使精子释放入管腔。2、精子形成过程中脱落下来的残余胞质，可被支持细胞吞噬和消化。3、支持细胞分泌的少量液体有助于精子的运送，分泌物中含有一种抑制素，它可抑制垂体前叶合成和分泌卵泡刺激素。4、支持细胞可使雄激素结合蛋白（androgenbindingprotein,ABP）与雄激素结合，以保持生精小管内雄激素的水平，促进精子发生。5、支持细胞紧密连接参与构成的血-生精小管屏障，可阻止某些物质进出生精上皮，形成并维持有利于精子发生的微环境，还能防止精子抗原物质逸出到生精小管外而发生自体免疫反应。哺乳动物精子发生过程哺乳动物生精小管哺乳动物生精小管哺乳动物生精小管二、精子形成(spermiogenesis)顶体（acrosome）小鼠从生殖干细胞到成熟精子约需34.5d,精原细胞阶段8d，减数分裂持续13天，精子形成13.5d。人类精子发育需要74d才能完成。精子形成三、精子发生的基因表达调控1、果蝇灯刷状Y染色体5个DNA环→精子尾部2、精子运动和精卵结合相关蛋白质⑴β2－微管蛋白：减数分裂纺锤丝、鞭毛轴丝、线粒体拉长相关蛋白β3－微管蛋白⑵海胆结合蛋白（bindin）3、贮存性mRNA：LDH－X、鱼精蛋白4、修饰组蛋白：N－末端磷酸化5、单倍体阶段转录两种类型精子染色体螺旋化染色体进一步螺旋化（体细胞和精子）第三节卵子发生（oogenesis）一、卵母细胞的减数分裂卵子发生和精子发生（可运动核）的异同PGCs→卵原细胞→初级→次级卵母细胞（oocyte）+1st极体（polarbodies)→卵（egg）（细胞质库）+2nd极体孤雌生殖人类卵巢中生殖细胞数目的变化二、两栖类的卵子发生卵原细胞→卵母细胞（卵黄形成前期－小生长期、卵黄形成期－大生长期）→卵卵黄发生:卵黄蛋白原（vitellogenin，由肝脏合成）→血液→卵巢→卵巢滤泡细胞→卵母细胞卵黄小板：卵黄高磷蛋白和卵黄磷脂蛋白极性、卵轴（eggaxis）、皮层、内质细胞骨架：vgImRNA卵子发生的激素调控卵子成熟：生发泡（germinalvesicle）（核膜）破裂排卵豹蛙卵的生长卵黄小板动－植物极极性建立卵成分的梯度分布－卵轴三、减数分裂的阻断和继续细胞周期与促成熟因子（MPF）和细胞周期蛋白（cyclin）四、卵母细胞的基因转录细胞质库rRNA（核仁rDNA）mRNA（灯刷染色体）tRNA5sRNA灯刷染色体（lampbrushchromasomes)灯刷染色体（lampbrushchromasomes)五、昆虫（果蝇）具营养细胞的卵子发生卵巢的生殖系干细胞生殖干细胞成包囊细胞（cystoblast)：经4次有丝分裂16个包囊细胞（cysto-cytes）的包囊（cyst)→15个营养细胞（nursecells)（多倍体）→1个卵母细胞（四环管）果蝇mRNA的转运（bicoidmRNA放射自显影）果蝇——卵黄蛋白合成与调节和卵的极性相关结构脑、咽侧体、脂肪体、卵巢激素神经释放激素、保幼激素水平、蜕皮素六、哺乳动物的卵子发生（成熟和排放）人类卵巢中生殖细胞数目的变化一般哺乳动物出生后无卵原细胞哺乳类卵泡发育哺乳动物的卵子排放排卵方式①刺激性排卵：交配、视觉等。②周期性排卵环境因素→下丘脑（促性腺激素释放因子GnRH）→垂体促卵泡激素(follicle-stimulatinghormone，FSH）和黄体生成激素(luteinizinghormone,LH)滤泡细胞：雌激素（estrogen)黄体：孕酮（progesterone）人月经周期（menstrualcycle，约28天)⑴卵巢周期（卵子）⑵子宫周期（子宫内膜）⑶子宫颈周期（粘液，精子）一般月经周期可分三个阶段1、增殖期/滤泡期排卵2、分泌期/黄体期3、月经期雌激素（estrogen)五方面作用1、引起子宫粘膜增殖，促进粘膜血管形成2、引起子宫颈粘液稀薄3、引起垂体降低FSH产生，同时，引起滤泡细胞表面的FSH受体增多，促进滤泡细胞释放多肽激素抑制因子，抑制垂体释放FSH4、低浓度时抑制LH的生成；高浓度时刺激LH的生成5、在长时间持续高浓度时，引起下丘脑分泌促性腺激素释放因子（GnRH）卵子的排放——LH作用于卵泡1、胶原酶——消化卵泡细胞外基质2、纤维蛋白溶原酶活化因子——mRNApoly(A)化，并翻译成活性高的酶3、前列腺素——卵巢内部平滑肌收缩卵子排放的激素调节人月经周期（menstrualcycle，29.5天)⑴卵巢周期⑵子宫周期⑶子宫颈周期