卵裂

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型调控向合子型调控过渡的时期:合子基因开始转录,细 胞分裂减缓,细胞运动明显。
3个细胞群
①卵黄合胞体层(YSL):形成于第9或第10次细胞分裂 周期,其时,位于植物极边缘的胚层细胞与其下层的卵黄 细胞融合,融合后的胚层细胞核在紧挨的卵黄细胞质中排 列形成核环。当胚层向植物极延伸并扩展到卵黄细胞周围, 有些卵黄合胞体核将在胚层下迁移,形成内部卵黄合胞体 层;而另一些核将向植物极移动,停留在胚层边缘的前头, 形成外部卵黄合胞体层。 ②包被层(EVL):位于胚层的最外层,是由单层细胞组 成的表层。包被层最终形成表皮,为一种胚外保护层,随 着胚胎的后期发育,该层将被抛弃。 ③深层细胞:位于包被层和内部卵黄合胞体层之间,将形 成胚胎的本体。
移,早先几次的卵裂在输卵管中进行。
哺乳动物卵裂的特征
第一:卵裂速度慢。 第二:卵裂球间排列方式很独特。第一次卵裂是正常的经 线裂,第二次卵裂时,其中一个卵裂球是经线裂,而另一 个则是纬线裂。这种类型的卵裂被称为旋转均裂。 第三:早期卵裂不同步,常出现奇数细胞存在的情况。 另外,哺乳动物在早期卵裂过程中,合子基因组已开始活 动,合成卵裂所必需的蛋白质。 在小鼠和山羊由母型调控向合子型调控的过渡发生于2细 胞和8细胞阶段(体外培养时发育阻滞期)。
有许多研究者通过标记不同的卵裂球等方法,证实紧密化 作用后位于外层的细胞将形成滋养层细胞,而内部的细胞 发育成胚胎。 例:将4细胞期小鼠胚胎的每个卵裂球臵于一群聚集的卵
裂球的四周,所有外周的移植细胞只能形成滋养层细胞。
因此,一个细胞是否成为胚胎或滋养层细胞,完全取决于 紧密化作用后细胞所处的位臵,是位于外周还是内部。
在细胞间相连。这些微绒毛可能是E-cadherin介导细胞间
黏着的位点。因此卵裂球间的接触可能是通过肌动蛋白的 解聚,使微绒毛缩短,把卵裂球更紧密地拉在一起。
(三)内细胞团的形成
直到8细胞阶段,卵裂球之间的形态、生化和潜在发育能 力方面的特征都还没有差异。然后通过紧密化作用形成了
内部和外部特性具重大差异的细胞。
因插入到它们的核内,或直接改造其基因等。当将胚胎干 细胞注入到另一小鼠胚胎的囊胚中时,胚胎干细胞可结合 到宿主的内细胞闭中,长出的胚胎中含有源自移植体的组 织。该种技术已经成为一种非常重要的用于研究哺乳动物 发育过程中基因功能的手段。
三、斑马鱼
斑马鱼是研究脊椎动物发育的良好材料。产卵次数多,全 年繁殖,胚胎透明,体外发育,便于观察。容易饲养,突
第六章
卵裂
概述
卵裂:通过多次的有丝分裂将大量的卵质分配到无数个较 小的、具核的细胞中去的过程。 这些卵裂阶段的细胞被称为卵裂球。
概述
在大多数种类的动物中(哺乳动物例外),受精后早期胚胎 细胞分裂的速度以及各卵型球所处的位臵都是由贮存在卵 内的母型mRNA和蛋白质所控制的。 通过有丝分裂分配到卵裂球中的合子基因组,在早期卵裂
一个是靠近植物极分裂较馒的大卵裂球区域。随着不断分
裂,在动物极区域堆积了无数小的细胞,而在植物极区域 则由数量相对较少、体积大、富含卵黄的大卵裂球形成。
一、两栖类
在两栖类,由16-64细胞构建的胚胎常被称为桑葚胚。 在128细胞阶段,囊胚腔形成,因而被称之为囊胚。 对于蛙的胚胎而言,囊胚腔具备两种功能: ①在原肠形成过程中,囊胚腔利于细胞迁移。
滋养层细胞与内细胞团细胞的分离代表了哺乳动物发育中 的第一个分化事件。最初,桑葚胚内部是没有空腔的,后 来,在成腔作用过程中,滋养层细胞向桑葚胚中分泌液体 产生囊胚腔,这时的早期胚胎称为囊胚,内细胞团则位于 环形滋养层的机制
紧密化是哺乳动物发育中第一次分化的外部条件。 在紧密化之前,8细胞阶段卵裂球的膜发生极化作用,细 胞表面的不同组分迁往细胞的特定区域。 这种结果是细胞与细胞间相互作用产生的,将卵裂球单独 分开不出现该种现象。
②防止上下层细胞不成熟地过早接触。
囊胚腔对将发育成皮肤和神经组织的细胞的完整性具有重 要的作用。
二、哺乳动物
哺乳动物的卵最小,如人的受精卵直径仅为100μm,肉眼 几乎看不见,只有非洲爪蟾卵体积的千分之一。且提供的
受精卵数目很少,通常一个雌体每次排卵少于10个。
哺乳动物的卵由卵巢释放,然后进入输卵管。受精发生在 输卵管靠近卵巢一端的壶腹部,减速分裂也于受精后完成。 第一次卵裂在受精一天后发生,卵裂速度很慢,12-24h完 成一次。卵裂的胚胎借助于输卵管纤毛运动朝子宫方向迁
(五)双胞胎和胚胎干细胞
早期胚胎细胞之间可以相互臵换和补偿,去掉2细胞阶段 兔胚的一个细胞,留下的另一细胞仍可以发育成完整的胚
胎。
一但内细胞团与滋养层细胞分离,这些内团细胞如果被转 移注入另一个囊胚腔中,可参与发育成新的胚胎(嵌合 体),而滋养细胞不能。 正是由于内细胞团细胞可发育成身体中任何类型的细胞, 也被称为多能母细胞或全能细胞。
(四)囊胚脱离透明带
为了防止在迁移中胚胎与输卵管管壁的黏着,透明带是必 需的。在人类输卵管中这种黏着作用确实会发生,进而导 致异位妊娠,危及生命的大出血。 ①胚胎进入子宫后,必须“孵化”出“壳”,这样才能着 床。在迁向子宫途中,囊胚不断膨胀。滋养外胚层细胞膜 上的Na+/K +泵向囊胚腔中转运Na+ ,与离子的积累相伴 随的是,由于渗透压的作用,水分进入囊胚腔,从而使囊 胚腔扩大。 ②位于滋养层细胞膜上的胰蛋白酶样的蛋白酶Strypsin具 有把透明带的原纤维基质消化出一个洞的作用,通过在透 明带上溶出的小洞,加上囊胚的膨胀压力,小鼠囊胚从透 明带中挤出来。一旦孵化出来,囊胚直接与子宫内膜接触, 植入子宫壁内膜。
变体易被筛选和增殖,发育快,受精后24h具备大部分的
组织和器官原基,显现出蝌蚪状的特征。 斑马鱼是盘状不完全卵裂。和两栖类和海胆胚胎一样,早 期卵裂伴随着高度重复的经裂-纬裂模式,分裂迅速,约 15min一个周期,最初的几次分裂同步发生,形成一堆屹
立在动物极的细胞,约从第10次卵裂开始,中囊胚进入母
布子受精卵的中央(中央卵黄)等。
卵黄
卵黄是使胚胎在没有外源食物的情况下得以发育的、进化 上的一种适应性选择。
①没有大量卵黄的卵,如海胆卵等,通常采用迅速形成能 自我生存的幼虫的手段,然后再继续发育。
②哺乳动物的卵也缺乏卵黄,于是采用生成胎盘的形式从 母体获取所需的物质,胚胎的一部分细胞参与胎盘的形成, 为胚胎发育提供食物和氧气。 ③另一个极端是昆虫、鱼类、爬行类和鸟类的卵,卵的大 部分为卵黄所占。由于在它们的体外发育过程中既没有幼 虫阶段,也不存在胎盘的结构,因此卵黄是维持胚胎发育 所必需的。
(五)双胞胎和胚胎干细胞
人类的双胞胎被分为两类:同卵双生和异卵双生。 异卵双生:两个卵分别受精的结果。 同卵双生:源于同一胚胎,早期胚胎中的细胞由于不明原 因相互分离导致产生双胞胎。
同卵双生可通过早期胚胎卵裂球分离,甚至是同一囊胚中
内细胞团一分为二而产生。
同卵双生的不同状况
同卵双生占人类出生的比率是0.25%。 ①这其中33%同卵双生的胎儿各自具有独立的绒毛膜,表 明这种分离发生于囊胚组织形成(5天)前。 ②其余的共用一个绒毛膜,说明分离发生在囊胚形成之后
的内细胞团中。如果分离介于绒毛膜形成之后和羊膜形成
(9天)之前,双胎共一绒毛膜和各一羊膜。 ③如果胚胎分裂发生于9天之后,可能形成连体胎儿。
嵌合体
人为地将源自不同小鼠胚胎(2细胞阶段或多细胞阶段,通 常在4-8细胞阶段)的细胞组合在一起,所形成的组合胚胎 可产生出嵌合体小鼠。 将遗传性状不同的两种小鼠早胚透明带去除,并将它们合 成一个囊胚,移植到假孕的母鼠子宫内继续发育。出生后 的嵌合体子代中含有源自两种胚胎的细胞。如果将白鼠和 黑鼠进行组合,通常可得到黑白相间的嵌合鼠。 有证据表明,人类胚胎也能形成嵌合体,这些个体中存在 两类不同遗传性状的细胞(XX和XY),每一种都具备其自 身的遗传学特征。对这种现象的最简单的解释是,这种个 体是由两个胚胎聚集而产生的,其中一个为雄性胚胎,另 一个为雌性胚胎。如果这种解释是正确的,那么这种个体 就是异卵双生的两个胚胎融合形成的单一混合个体。
胚胎中并不起作用,即使用化学物质抑制转录,早期胚胎
也能正常发育。 直到卵裂较晚的时期,早期胚胎合子基因组才大量转录合 成mRNA,实现由母型向合子型过渡的调控胚胎发育的机 制。
概述
①大多数物种在卵裂时,胚胎的体积并不增大。 这与其他细胞增殖时有区别,后者通常在两次有丝分裂之 间有一个生长期,使分裂后的子细胞保持原有体积,这种 生长的过程使细胞的核质比例维持恒定。然而早期胚胎卵 裂时,细胞体积不增加,而是将受精卵的大量卵质分配到 数目不断增加的较小的细胞中。 ②受精卵是以二分裂、四分裂和八分裂的方式进行,两次
(二)紧密化的机制
①一些专一的细胞表面因子也在紧密化中起着重要的作用, 如E-cadherin这种糖蛋白在2细胞阶段合成后均一的分布
于细胞膜上,随着紧密化的发生,其主要集中于卵裂球相
互接触的接触面上。并且可被抗E-cadherin抑制这种紧密 化的作用,而蛋白激酶C可提前激活这种紧密化作用。 ②另外,通过细胞骨架的重组也能修饰改变细胞膜。由肌 动蛋白微丝延伸形成的微绒毛出现于相邻细胞的表面,并
(一)紧密化
哺乳动物卵裂与其他动物卵裂类型之间的最关键的区别是 卵裂球之间出现紧密化现象。 8细胞之前的胚胎,卵裂球之间有足够空间,成松散型排 列。在第三次卵裂后,卵裂球挤在一起,之间的接触面增
大,形成一个紧密的细胞球体。
(一)紧密化
紧密化的细胞分裂后,形成16个细胞的桑葚胚。 在桑葚胚中有1-2个细胞属于内细胞团,并由大多数的外 层细胞所包围。 内细胞团将发育为胚胎,外层细胞将发育为滋养层细胞参 与胎盘的胚胎组分。
一、两栖类
在蛙卵,当第一个卵裂沟正试图分裂植物极具卵黄的卵质 时,第二个卵裂沟已于动物极开始形成。第二次卵裂与第
一次成直角而且都是经线型。第三次是纬线裂,但由于植
物极富含卵黄,因此卵裂沟偏向动物极一端。 这样在动物极形成4个小的卵型球,而于植物极则形成了4 个大的卵型球。这种不均等的分裂使胚胎形成两个不同的 区域,一个是靠近动物极的迅速分型的小卵裂球区城,另
之间无生长期,而核的分裂却以一种前所未有的速度进行
(甚至在肿瘤细胞中也不存在)。
概述
例如,一个蛙受精卵在43h内可分裂成37000个细胞;而处 于卵型阶段的果蝇早期胚胎,每10 min完成一次有丝分裂, 这种状况可持续2个多h。 卵裂期迅速分裂的结果导致细胞质与核的比值迅速减小。
在多种生物的胚胎中,核质比值的成倍减小是决定某些基
因定时开始转录的因素。 因此于受精后开始的受母型调控的卵裂,将于核质比例达 到一个新平衡点而终止。
第一节 胚胎的卵裂方式
早期卵型是在母型调控下进行的极其协调的过程。 每个物种的卵裂方式是由两个因素决定的:
①卵质中卵黄的含量及其分布情况。
②卵质中影响纺锤体方位角度和形成时间的一些因子。 卵黄的量和分布决定卵裂发生的位臵和卵裂球的大小。 卵裂的速度在卵黄含量低的一极快于卵黄含量高的一极。 卵黄含量丰富的一极称为植物圾,而动物极的卵黄含量相
对较少。
受精卵的核往往向动物极移动。
第一节 胚胎的卵裂方式
通常情况下,卵黄对卵裂具一定的阻抑作用,含卵黄相对 少的受精卵(均黄卵和中黄卵)的卵裂为均裂,卵裂沟通过
整个卵。
卵黄含量高的受精卵,采用偏裂的方式,只有部分卵质分 裂,分裂沟不陷入卵黄部分。 偏裂又可分为盘状裂(如鸟类卵)或表面裂(如昆虫卵),选 择哪一类分裂,取决于卵黄是分布于一端(端卵黄)还是分
黑白小鼠构建嵌合体
(五)双胞胎和胚胎干细胞
在研究双胞胎和嵌合小鼠时发现,内细胞团中的每个细胞 能产生身体中任何细胞类型这一理论是正确的。当内细胞
团细胞被分离,并在一定条件下生长时,它们会在培养过
程中保持未分化的特征,并可持续不断地分裂。这些细胞 被称为胚胎干细胞。
在培养过程中可改造这些细胞。例如,可将克隆的外源基
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