09-第九章-胚胎细胞的相互作用-胚胎诱导

博学笃行厚德尚能YichunUniversity第九章胚胎细胞相互作用——胚胎诱导授课教师武建中[e-mail]概述在有机体的发育过程中，一个区域的组织与另一个区域的组织相互作用，引起后一种组织分化方向上的变化的过程称为胚胎诱导。诱导者：在胚胎诱导相互作用的两种组织中，产生影响并引起另一种细胞或组织分化方向变化的这部分细胞或组织。反应组织：接受影响并改变分化方向的细胞或组织。诱导者的作用可能是激活那些对细胞分化所必需的特异蛋白质的编码基因。而反应组织则必须具有感受性才能接受诱导者的刺激发生分化的变化。授课教师武建中[e-mail]概述在动物胚胎的发育过程中存在着大量的和连续的诱导作用，这对胚体的建成是至关重要的。①原肠胚的脊索中胚层诱导其上方的外胚层形成神经系统这个关键的诱导作用，它传统地被称为初级胚胎诱导。②初级胚胎诱导的产物神经管又可作为诱导者，如视杯诱导表面覆盖的外胚层形成晶状体，这被称为次级胚胎诱导。③而晶状体和(或)视杯又作为诱导者诱导表面的外胚层形成角膜，此为三级胚胎诱导。胚胎中其他器官的形成也存在类似的诱导级联。授课教师武建中[e-mail]第一节初级胚胎诱导一、组织者的发现Spemann和Mangold(1921—1924)用了两种体色不同的蝾螈（含深色素和无色素透明）的胚胎进行移植实验，这样根据色素可以很容易地区分供体和受体的组织。当把无色素早期原肠胚的胚孔背唇移植到有色素的早期原肠胚的腹部时，胚孔的背唇并不发育为腹部的皮肤，而是像正常胚孔背唇那样内陷消失在腹部细胞下，并继续自身分化为脊索中胚层和其他中胚层的结构。使得在一个体节中可以同时看到无色素的(供体的)和有色索的(受体的)二者共同形成的组织。更特殊的是在受体原有的神经板的对侧形成另一个完全的神经板。最后发育为与受体面对面的次级胚胎。授课教师武建中[e-mail]胚孔背唇称为组织者的原因①它们诱导受体的腹部组织改变其分化方向形成一个神经管和背部的中胚层组织；②它们组织受体和供体组织形成具有清楚的前后轴和背腹轴的次级胚胎。组织者：能够诱导外胚层形成神经系统，并能和其他组织一起调整成为中轴器官的胚孔背唇部分。授课教师武建中[e-mail]二、初级胚胎诱导各阶段细胞间相互作用现代研究发现，初级胚胎诱导包括三个阶段（爪蟾为例）（一）中胚层的形成和分区(卵裂期)（二）神经诱导--脊索诱导背部外胚层形成神经外胚层并进一步分化（三）中枢神经系统的区域化授课教师武建中[e-mail]（一）中胚层的形成和分区中胚层来源于位于动物极和植物极交界处的边缘带细胞，是由其下方的植物极（预定内胚层）细胞诱导形成。实验：单独培养；组合培养。单独培养：将一个囊胚除去边缘带细胞，无论是动物极帽还是植物极帽都不产生任何中胚层组织。组合培养：如果将动物极帽和植物极帽结合在一起培养，动物极帽细胞被诱导形成中胚层结构，如脊索、肌肉、肾脏细胞和血细胞。授课教师武建中[e-mail]中胚层诱导模式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；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）。授课教师武建中[e-mail]中心Nieuwkoop中心：初级胚胎诱导作用第一阶段即受精时，在精子入卵点对面的植物极裂球中，由于动物极和植物极细胞质的混和导致裂球内部背部化决定子激活，这些含有已激活的背部决定子称为Nieuwkoop中心。如果用紫外线照射抑制细胞质的旋转，产生的胚胎将缺少头和神经管等前端背部的结构。但如果移植32细胞期正常胚胎最背侧的植物极半球细胞可恢复该缺陷。授课教师武建中[e-mail]爪蟾Xbra基因诱导中胚层形成爪蟾通过引起预定中胚层细胞表达Xbra基因，从而诱导中胚层的形成。该诱导作用机制涉及由内胚层细胞分泌的一个或更多的活动素样因子，如Vg1和Nodal相关蛋白激活Xbra基因。所有植物极细胞好像都能诱导位于其上方的边缘带细胞变为中胚层和表达Xbra，而只有最背侧的植物极细胞能诱导位于其上方的边缘带细胞形成组织者。Nodal相关蛋白Xbra基因表达Xbra蛋白质eFGF诱导维持授课教师武建中[e-mail]β-catenin在最背侧植物极细胞中形成Nieuwkoop中心的主要候选因子是β-catenin。β-catenin：一种多功能蛋白质，既起细胞膜粘连分子固着点的作用，又起细胞核转录因子的作用。在爪蟾受精卵细胞质旋转期间，β-catenin开始聚集在卵的背侧区域并保持到整个卵裂早期，主要集中在背侧细胞的核中。卵裂早期：这个β-catenin聚集的区域覆盖Nieuwkoop中心和组织者两个部分。分裂晚期：含有高水平β-catenin的细胞只特异定位在Nieuwkoop中心。授课教师武建中[e-mail]β-catenin定位于背侧细胞的原因通过标记实验表明：①β-catenin起初是在整个胚胎中由母体信使合成，但是在腹侧细胞中由于GSK-3调节的特异的磷酸化作用而降解。②在这个过程中GSK-3抑制因子移动到精子入卵点对面（将来的背侧）的细胞质中。抑制GSK-3的特异磷酸化作用，使得β-catenin不被降解。授课教师武建中[e-mail]（二）神经诱导外胚层受其下方密切接触的原肠顶的诱导形成神经板，继而形成神经管的过程称为神经诱导（即Spemman所称的“初级诱导”）。原肠顶的不同区域诱导出神经系统的各个特异的区域。授课教师武建中[e-mail]1.神经诱导的非特异性大量的物质：如松节油、美蓝染料、甲醛、死的原肠和一些成体组织都能诱导出神经板.目前研究表明，可能存在两种神经诱导必需的反应。第一，激活在外胚层表面的蛋白激酶C；第二，在外胚层细胞内cAMP浓度的增加。如果能人工激活蛋白激酶C和cAMP就能诱导神经组织。二者缺一不可，但每个反应可能由不同分子起始。授课教师武建中[e-mail]第二节反应组织胚胎诱导的任何系统中至少具有两个部分：一个组织产生诱导的刺激，另一个组织能接受刺激并对它起反应，后者称为反应组织。反应组织也具有特异性。授课教师武建中[e-mail]一、感受性反应组织或细胞必须具有感受性才能对诱导者或组织者的刺激产生反应。现象：①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；②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。感受性：反应组织以一种特异方式对诱导刺激产生反应的能力。授课教师武建中[e-mail]感受性的分级、分类初级感受性：指尚未决定的外胚层所具有的感受性。次级感受性：指已决定了的组织对刺激的感受性对不同诱导刺激：神经感受性：对神经化的反应能力。中胚层感受性：对中胚层化的反应能力。授课教师武建中[e-mail]（一）感受性的获得1.合成诱导者分子的受体：一个细胞对诱导者刺激起反应要求这个细胞必须具有诱导者分子的受体。2.合成允许诱导者受体起作用的分子：一个细胞可以通过合成在一个信号传送途径中失去的一个环节而获得感受性。3.通过抑制某种抑制因子：如果抑制因子存在，细胞可以结合诱导者和传送信号到细胞核，仍然不能被诱导。授课教师武建中[e-mail]（二）感受性的特性1.感受性的时间模式：随着发育的进展，神经感受性逐渐减弱。2.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、平衡器和耳囊等）。3.感受性的种间差异：两栖类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。授课教师武建中[e-mail]（二）感受性的特性4.遗传因子：感受性受遗传的控制。如口部表皮在蝾螈形成平衡器，而蛙类形成吸盘。它们是原肠顶前部诱导的产物。如果将蛙类早期胚胎的外胚层移植到蝾螈未来的口部区域，则它被诱导为蛙的吸盘；反之，若将蝾螈胚胎的外胚层移植到蛙胚未来口区，则被诱导为平衡器。这表明诱导产生的类型受反应组织遗传因子制约，有种的特异性。诱导作用可跨越种的界限。授课教师武建中[e-mail]二、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。用生理盐水长时间处理外胚层外植块，引起部分细胞解体，同时未解体的细跑出现神经化。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。授课教师武建中[e-mail]三、自动中胚层化实验：锂处理外胚层并结合解离，经常从外胚层分化出中胚层结构（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，正常情况下神经化抑制了中胚层化，锂抑制了神经化，中胚层化便表现出来授课教师武建中[e-mail]第三节异源诱导者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：中胚层诱导（形成肌肉、脊索等中胚层的结构）。神经化因子：诱导前脑、中脑、后脑和脊髓。授课教师武建中[e-mail]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。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。授课教师武建中[e-mail]第四节次级诱导和三级诱导初级诱导：神经诱导但尚不能构筑整个胚胎，同时神经管、背部中胚层和咽内胚层及其他组织为大量的诱导事件创造了条件。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者，通过与相邻组织的相互作用进行诱导。授课教师武建中[e-mail]由脊索起始的对新形