胚胎细胞的相互作用诱导作用maide

第十章胚胎细胞的相互作用——诱导作用胚胎诱导（embryonicinduction)；诱导者和反应者；在动物胚胎发育过程中存在大量的和连续的诱导作用第一节初级胚胎诱导一、组织者的发现（1921-1924）二、初级胚胎诱导各阶段细胞间相互作用初级诱导的三个阶段（爪蟾为例）中胚层的形成和分区（卵裂期）脊索诱导背部外胚层形成神经外胚层并进一步分化中枢神经系统的区域化•实验：单独培养；组合培养•组合培养结果：预定外胚层细胞在植物极内胚层细胞释放因子的诱导下分化为中胚层•中胚层诱导模式：----最背部的植物极细胞（Nieuwkoop中心）诱导背部的中胚层（体节、脊索和组织者）----腹部和侧部的植物极细胞（靠近精子入卵一侧）诱导腹部（间充质和血液）和中间（肌肉和肾脏）的中胚层形成中胚层由其下方的植物极内胚层细胞诱导形成组织者背部中胚层诱导信号中胚层诱导信号（一）、中胚层的形成和分区Nieuwkoop中心：囊胚最背部的植物极细胞，含有背部化决定子，可诱导组织者产生。β-CATENIN和TGF-β蛋白相互作用形成组织者和诱导中胚层产生ModelofthemechanismbywhichtheDisheveledproteinstabilizesβ-catenininthedorsalportionoftheamphibianegg.(A)Disheveled(Dsh)associateswithaparticularsetofproteinsatthevegetalpoleoftheunfertilizedegg.(B)Uponfertilization,theseproteinvesiclesaretranslocateddorsallyalongsubcorticalmicrotubuletracks.(C)Disheveledisthenreleasedfromitsvesiclesandisdistributedinthefuturedorsalthirdofthe1-cellembryo.(D)DisheveledbindstoandblockstheactionofGSK-3,therebypreventingthedegradationofβ-cateninonthedorsalsideoftheembryo.(E)Thenucleioftheblastomeresinthedorsalregionoftheembryoreceiveβ-catenin,whilethenucleiofthoseintheventralregiondonot.β-catenin在胚胎背部的定位CorticalrotationcausesthetranslocationofDisheveledproteintothedorsalsideoftheembryo.DshbindsGSK-3,therebyallowingβ-catenintoaccumulateinthefuturedorsalportionoftheembryo.Duringcleavage,β-cateninentersthenucleiandbindswithTcf3toformatranscriptionfactorthatactivatesgenesencodingproteinssuchasSiamois.SiamoisandLim-1,atranscriptionfactoractivatedbytheTGF-βpathway,functiontogethertoactivatethegoosecoidgeneintheorganizer.Goosecoidisatranscriptionfactorthatcanactivategeneswhoseproteinsareresponsiblefortheorganizer‘sactivities.组织者的形成Lim-1Dosal-relatedgenesGoosecoidandotherdorsalmesodermalgenes中胚层产生和分区Modelformesoderminductionandorganizerformationbytheinteractionofβ-cateninandTGF-βproteins.(A)Atlateblastulastages,Vg1andVegTarefoundinthevegetalhemisphere,whileβ-cateninislocatedinthedorsalregion.(B)β-cateninactssynergisticallywithVeg1andVegTtoactivatetheXenopusNodal-related(Xnr)genes.ThiscreatesagradientofXnrproteinsacrosstheendoderm,highestinthedorsalregion.(C)ThemesodermisspecifiedbythegradientofXnrproteins.MesodermalregionswithlittleornoXnrproteinshavehighlevelsofBMP-4andXwnt-8;theybecomeventralmesoderm.ThosehavingintermediateconcentrationsofXnrsbecomelateralmesoderm.WherethereisahighconcentrationofXnrs,thegoosecoidgeneandotherdorsalmesodermalgenesareactivated,andthemesodermaltissuebecomestheorganizer.神经诱导作用的机制组织中心产生的信号分子(如Chordin、Noggin、Follistatin----神经诱导分子)可拮抗腹部化信号(如BMP4)，从而使其附近的外胚层细胞朝预置的神经命运发育。（二）、神经诱导神经形成诱导能力的获得：一旦边缘带被指定成为中胚层，此处便释放信号进入动物半球，使动物帽获得形成神经组织的能力。（三）、区域性差异的决定（不同的发育时期和部位，产生的诱导不同）实验1：早期原肠胚的背唇诱导脑和头的形成，晚期的背唇诱导其上面细胞成为脊髓和尾实验2：Mangold,原肠顶壁切成四段，分别移植到早期原肠胚的囊胚腔内具有平衡器的头具有平衡器、眼和前脑的头具有后脑和听囊的头后端部分具有躯干-尾部分节区域特异差异产生的原因•与局部起作用的物质性质有关•与作用因子的浓度有关•与局部地区诱导因子混合物的成分比例发生变化有关•与局部地区组织反应力不同有关第二节反应组织一、感受性competence（反应能力）•定义：组织对一种特定刺激以一种特异方式产生反应的能力•反应组织的反应能力在不同发育时期是不同的现象：•背唇移植入另一原肠胚的任何部位均可诱导外胚层形成神经板和胚轴•背唇移植入另一神经胚预定表皮下时，将不再有神经胚的形成结论：感受性总是和特殊的刺激及相应的反应有关反应者必须具有感受性才能对诱导者或组织者的刺激产生反应感受性的分级、分类•初级感受性（primarycompetence）：指尚未决定的外胚层所具有的感受性•次级感受性（secondarycompetence）：指已决定了的组织对刺激的感受性•神经感受性（neuralcompetence）：对神经化的反应能力•中胚层感受性（mesodermalcompetence）：对中胚层化的反应能力（一）、感受性的获得•合成诱导者分子受体•合成允许诱导者受体起作用的分子（信号通路上的某个分子）•通过抑制某种抑制因子（二）、感受性的特性•感受性的时间模式神经感受性的丧失都是在神经胚开始以前，即在晚期原肠胚时期胚孔关闭时消失；因此认为随着发育的进展，神经感受性逐渐减弱。•感受性的区域模式早期原肠胚的预定外胚层在初级感受性上不表现区域特异性，但随着发育，不同区域的表皮外胚层表现出不同感受性（晶状体、平衡器和听囊等）•感受性的种间差异不同种外胚层的感受性存在差异，无尾和有尾类对杀死的诱导者的感受性不同，前者无感受性•遗传因子Geneticspecificityofinduction二、自动神经化和自动中胚层化1、自动神经化•定义：在没有诱导组织或不具诱导活性的化学物质存在的情况下，外胚层外植块出现神经化的现象•机制：可能是从受损伤细胞释放活性因子对存活细胞产生诱导作用的结果2、自动中胚层化•实验：Li处理外胚层→中胚层结构（肌肉、前肾、血细胞等）•机制：可能外胚层中存在一种弱的中胚层化倾向，正常下神经化抑制了中胚层化，Li抑制了神经化，中胚层化便表现出来第三节异源诱导者（heterogeneousinductor）•定义：能诱导原肠胚外胚层形成一定的结构，并具有区域性诱导效应的组织•作用特点：具有与组织者相当的形态发生效应；无种的特异性1、异源诱导的类型•植物极化因子（vegetalizingfactor）：中胚层诱导（形成肌肉、脊索等中胚层的结构）•神经化因子（neuralizingfactor）：诱导前脑、中脑、后脑和脊髓2、影响异源诱导者作用的因素•年龄：同一组织在不同发育时期的诱导能力不同。鸡视网膜（胚胎期、刚孵化时期）•饥饿：饥饿3天的豚鼠肝组织，对前脑异源诱导者的作用加强；对中、后脑和躯干部降低•其他因子：组织恶化、射线等第四节次级诱导和三级诱导次级诱导：通过一种组织与另一种组织的相互作用，特异地指定它的命运三级诱导：次级诱导的产物又可作为诱导着，通过与相邻组织的相互作用进行诱导第五节邻近组织的相互作用（proximatetissueinteraction）据性质划分•容许的相互作用（permissiveinteraction）：反应组织含有所有要表达的潜能，需要环境，但环境不能改变它的表达方向。纤连蛋白和层粘连蛋白基质•指令的相互作用（instructiveinteraction）：反应组织的发育潜能不稳定，其发育方向和过程取决于接受的诱导刺激类型。脊索诱导神经管底板细胞的形成•上皮细胞(epithelialcells)：细胞与细胞间紧密连接成管状或片层状结构，局部或整个结构一起运动。•间质细胞(mesenchymalcells):细胞与细胞间松散相连，每个细胞为一个行动单元。一、上皮和间质的相互作用---器官原基形成时的相互作用上皮可来源于任何一个胚层；间质通常来自中胚层或神经嵴组织器官上皮成分间质成分皮肤的结构（毛发、羽、汗腺、乳腺）表皮（外胚层）真皮（中胚层）附肢表皮（外胚层）间质（中胚层）消化管器官（肝、胰、唾液腺）上皮（内胚层）间质（中胚层）咽部及呼吸相关的器官（肺、胸腺、甲状腺）上皮（内胚层）间质（中胚层）肾输尿管芽上皮（中胚层）间质（中胚层）牙齿颌上皮（外胚层）间质（神经嵴）（一）、间质指令表皮的分化（皮肤形成的诱导作用）•皮肤的胚层组成及衍生物组成---外胚层的表皮和中胚层的真皮；衍生物---毛发、指甲、羽毛、鳞片等。不同种类不同，同一动物不同部位也不同•鸡：实验1将鸡胚不同部位的表皮和不同部位的间质分离后，再按不同方式组合结论：同一外胚层的发育分化根据中胚层所取的区域发育，即间质对表皮的分化具指令性作用；外胚层具有分化成羽毛、鳞片或其他皮肤衍生物的潜能实验2：•现象1：将预定形成角膜的外胚层分离出来，与鸡胚皮肤的中胚层结合，外胚层分化出典型的羽毛芽基•现象2：将上述角膜与小鼠的皮肤中胚层结合，也形成羽毛的芽基•结论：器官类型的特异性（羽毛和鳞片）通常是由该种的间质控制的；种的特异性通常又是被反应的外胚层控制的（受遗传性制约）实验3：•现象：将5d鸡胚颌区的表皮与16-18d的小鼠胚胎臼齿的间质组合，待两组织细胞粘连在一起后，将其放入小鼠眼房中培养，结果产生了不同于哺乳类的牙齿•结论：鸡的颌区细胞保持了形成齿的遗传潜能（正常鸡无牙齿），但在合适诱导者的作用下仍可形成齿，说明表皮的分