发育生物学——生殖细胞的发生

生殖细胞的发生动物胚胎是由单个细胞-受精卵发育而来的，而受精卵是精卵结合的产物。生殖细胞发育成成体的卵和精子在早期胚胎中就已经特化。特化的机制？性别是由染色体组成决定的，性别决定的机制是什么？生殖细胞指机体用来产生精子和卵子的细胞，它们可长期存在于机体内而死亡、消失。GC不同于生殖嵴前体细胞。Theoutcomeofgermcelldevelopmentiseitheramalegamete(thesperminanimals),orafemalegamete(theegg).Germcellsundergothetypeofnucleardivisioncalledmeiosis,wheregameteswithhalfthenumberofchromosomesofthegerm-cellprecursorareproduced.生殖细胞(GermCells)的发育在胚胎发育初期生殖细胞就已经决定的动物，其生殖细胞来源于原生殖细胞（primordialgermcell，PGC）。原生殖细胞经过迁移，进入发育中的生殖腺原基—生殖嵴（genitalridge）分化成为生殖细胞。而原生殖细胞的起源可以追溯到更早期的胚胎发育阶段。生殖质与生殖细胞分化可能是为了使生殖细胞脱离确立形体模式时发生的发育巨变为了选择更为健康的生殖细胞，选择那些在迁移中存活的细胞。如在爪蟾中，被移植到囊胚中错误位置的生殖细胞不能迁移如性腺。生殖细胞迁移有些动物的卵细胞质中存在着具有一定形态结构、可识别的特殊细胞质——生殖质（germplasm）。生殖质由蛋白质和RNA组成，定位于卵质的特殊区域，具有生殖质的细胞将分化成为原生殖细胞。没有证据表明小鼠与其他哺乳动物生殖细胞发生与生殖质的关系。小鼠生殖细胞发生涉及细胞之间的相互作用。小鼠胚胎中最早能够识别的PGC位于原条后端。哺乳动物生殖细胞的迁移A.在卵黄囊靠近后肠和尿囊连接处可观察到原始的生殖细胞。B.原始生殖细胞经过肠、肠系膜的背面迁移到生殖嵴。C.小鼠胚胎后肠里大的原始生殖细胞，示碱性磷酸酶的表达。D.原始生殖细胞沿背肠系膜迁移并进入生殖嵴中。哺乳动物生殖细胞在原肠胚期，小鼠的PGC位于上胚层中。在7天的胚胎中，约8个PGC位于原条后部的胚外中胚层中，其后它们迁移经过内胚层、尿囊、卵黄囊到达后肠，再沿后肠背壁向前迁移到达生殖嵴，此时的PGC达2500~5000个。小鼠生殖细胞的形成Theprecursorsofprimordialgermcells(PGCs)andextra-embryonicmesodermareinducedintheproximalepiblastthatbyBMP4andothersignalsfromtheextra-embryonicectoderm.Duringgastrulation,thesecellsmovetotheposteriorendoftheembryoabovetheprimitivestreak.FormingaclusterwherethecentralcellsbecomespecifiedasPGCs(expresshighlevelsofthetransmembraneproteinFragilisandStella,Oct4(maintainingpluripotency),AP)andtheperipheralcellsasextra-embryonicmesoderm.AfterPGCsformations,theymigrateanteriorlytothegenitalridge.小鼠生殖细胞的形成哺乳动物原始生殖细胞的迁移途径Germcellsdevelopatsomedistancefromthegonads,andonlylatermigratetothem,wheretheydifferentiateintoeggsorsperm.Selectingthehealthiestofthegermcell,survivemigration.Mouse,inthefinalstageofmigration,thecellsmovefromtheguttubeintothegenitalridge.生殖细胞从其产生处迁移至性腺About8000cellsarrive,from45attheposteriorendoftheprimitivestreak;Whitespotting(codingforreceptorKit,expressedinthemigratinggermcells)andStell(Kitligand,Stell,expressedinthecellsalongwhichthegermscellsmigrate)genescontrollingproliferationofmigratinggermcells,themigratingcellsarecontinuouslyreceivingsignalsfromthesurroundingtissue.生殖细胞从其产生处迁移至性腺干细胞生长因子(SCF)是防止PGC凋亡所必需的，也能促进其繁殖。它由PGC迁移路径中的细胞合成，定位在膜上。White突变(缺失SCF受体基因)或Steel-Dickie突变(SCF不能定位在膜上)的小鼠无PGC或很少的PGC.Oct-4与哺乳动物原生殖细胞的形成有关内细胞团8.5d,上胚层后部10.5d,PGC迁移出生后卵巢、睾丸中表达原生殖细胞进入生殖腺原基后不断进行有丝分裂，产生生殖干细胞后代。生殖干细胞必须经过减数分裂才能分化形成雌性配子或雄性配子，染色体数目由双倍体变成单倍体。减数分裂（meiosis）小鼠生殖细胞的类型主要决定于周边细胞的遗传组成PGC进入生殖嵴的最初几天继续分裂，不分化。随后，在雌性胚胎中，GC进入减数第一次分裂的前期，然后停止直到性成熟才继续减数分裂产生卵子。在雄性胚胎中，GC于有丝分裂的G1期停止，直到性成熟后某些细胞继续有丝分裂，有些开始减数分裂产生精子。误入生殖嵴附近其它组织如肾上腺或中肾的XX或XY型生殖细胞，都将开始减数分裂并发育为卵子。XX型生殖细胞在XY型胚胎的睾丸中采取精子发生途径。生殖细胞类型的选择MeiosisproduceshaploidcellsGermcellsarehaploid-containingjustonecopyofeachchromosomeincontrasttothetwocopiespresentinthediploidsomaticcellsPGCsarediploid,reductionfromthediploidtohaploidstate,meiosisMeiosisproduceshaploidcellsTheDNAreplicatesbeforethefirstdivision;thepairedhomologouschromosomesundergocrossingoverandrecombinationNoDNAreplicationbeforethesecondmeioticdivisionPairingofhomologouschromosomeMeiosis:thechromosomesreplicateonce,whilethenucleidividetwiceMeiosis:onediploidcellproduces4haploidcellsProphaseofMeiosisCrossing-overproducesrecombinedchromosome,andcontributestogeneticdiversityThelossorgainofoneormorechromosomesresultsinaneuploidy.Aneuploidyiscausedbyproblemsinmeioticchromosomesegregation•原生殖细胞进入胚胎卵巢后分化成为卵原细胞（oogonia）。卵原细胞分裂增殖，进入第一次减数分裂前期，形成初级卵母细胞（primaryoocyte）。初级卵母细胞停止在第一次减数分裂的前期，这种阻断的情况一直维持到青春期。随着青春期的开始，初级卵母细胞在卵巢内激素的作用进一步发育成熟，阶段性地恢复减数分裂，接着第二次减数分裂发生，进行排卵。成熟的卵处于第二次减数分裂的中期。卵子发生(oogenesis)OogenesistheprimaryoocytearrestedintheprophaseofMIatfetalstage,neverproliferateagain;however,recentstudiesinmiceshowoocytesandfolliclesareproducedinpostnatalovaryOogenesis(continued)Furtherdevelopmentoccursinthesexuallymatureadultfemale(includinga100-foldincreaseinmass,theformationofexternalcellcoatsandcorticalgranules).Afeweggsareovulatedbutmostdegeneratebeforepuberty,leavingabout40,000outofanoriginal6million.Meiosisresumesatthetimeofovulation,proceedsasfarasthemetaphaseoftheMII,andarrestedagain,andiscompletedafterfertilization.Sooocytedevelopmentmaybeheldinsuspensionafterbirthformonths(mice)oryears(humans)Inhuman,eggformationbeginsinthefetalovariesandarrestsduringtheprophaseofMI孕酮能促进卵母细胞继续减数分裂。其作用机理：孕酮使卵内一种编码pp39mos的mRNA开始翻译，而pp39mos能抑制一种专一性降解细胞周期蛋白(cyclin)的蛋白酶。如果cyclin不降解，蛋白质激酶促成熟因子（maturationpromotingfactor,MPF）就会保持其活性，使阻断的减数分裂继续。减数分裂的阻断和继续卵子的发生(oogenesis)不同物种的产卵力差异很大，如海胆和两栖动物的卵原细胞可以终身进行有丝分裂，每次可产卵成百上千个。哺乳动物的生殖细胞在出生后就不具备有丝分裂能力。妇女一生只能排出约400个成熟的卵。初级卵母细胞，减数分裂停止于前期I部分初级卵母细胞开始恢复减数分裂哺乳动物卵泡的生长人卵巢中的原始卵泡周期性地进入生长期，使卵母细胞增大、颗粒细胞数量增加(由GDF-9介导)，只有少数与促性腺激素分泌周期相吻合的卵泡能够存活。人的排卵周期颗粒细胞接受LH信号后关闭其与卵母细胞的缝隙通道，激活减数分裂FSH和LH使卵泡细胞合成雌激素受精后胚胎滋养层细胞合成催乳素,使黄体继续存在分泌孕酮哺乳动物的排卵LH导致卵泡合成胶原酶、血纤维蛋白溶原酶激活因子、前列腺素等。前列腺素诱导卵巢局部平滑肌收缩和使水分进入卵泡腔中，胶原酶和血纤维蛋白溶原酶激活因子消化卵泡胞外基质。SpermatogenesisAfterbirth,spermatogoniastemcellsundergomeiosisanddifferentiateintosperm,spermisproducedindefinitely.Humanspermformcontinuouslyinthetestesafterpuberty.精子发生脊椎动物的PGCs到达雄性胚胎的生殖