第四章(二)胚轴形成.ppt

第四章 原肠作用 第四节 胚轴形成 一、果蝇胚轴的建立 二、两栖类胚轴的建立 三、鸟类胚轴的建立 四、哺乳类胚轴的建立 引言：关于胚轴形成 胚胎不但要产生不同类型的细胞（细胞分化），而且要由构成功能性的组织和器官并形成有序空间结构的形体模式（body plan）。 胚胎细胞形成不同组织、器官，构成有序空间结构的过程称为图式形成（pattern formation）。 在动物胚胎发育中，最初的图式形成主要涉及胚轴（embryonic axes）形成及其一系列相关的细胞分化过程。 胚轴的形成是在一系列基因的多层次、网络性调控下完成的。 一、果蝇胚轴的形成 在果蝇最初的发育中，由母体效应基因（maternal effect gene）构建位置信息的基本网络，激活合子基因（zygotic gene）的表达，控制果蝇形体模式的建立。现已筛选到与胚胎前后和背腹轴形成有关的约50个母体效应基因和120个合子基因。 果蝇形体模式的形成是沿前-后轴和背-腹轴进行的。果蝇的卵、胚胎、幼虫和成体都具有明确的前-后轴和背-腹轴。果蝇胚胎的极性来自于未受精卵的极性。 母体效应基因产物 来源：在卵子发生过程中，这些母体效应基因的mRNA由滋养细胞合成转运至卵子，定位于卵子的一定区域。 作用方式：这些mRNA编码转录因子或翻译调控蛋白因子，受精后立即翻译，分布于整个合胞体胚盘中，激活或抑制一些合子基因的表达，调控果蝇胚轴的形成。 这些母体效应基因的蛋白质产物又称形态发生素(morphogen)。 决定前后轴的3组母体效应基因包括： 前端系统决定头胸部分节的区域， 后端系统决定分节的腹部， 末端系统决定胚胎两端不分节的原头区和尾节。 另一组基因即背腹系统，决定胚胎的背–腹轴。 1. 前 – 后轴的形成 对于调节胚胎前– 后轴的形成有4个非常重要的形态发生素： BICOID(BCD)和HUNCHBACK(HB)调节胚胎前端结构的形成； NANOS(NOS)和CAUDAL(CDL)调节胚胎后端结构的形成。 它们沿前后体轴分布，控制前后体轴的构建。 （1）果蝇胚胎前端的确定 前端组织中心 ： BICOID（BCD）蛋白浓度梯度 前端系统至少包括4个主要基因，其中bicoid（bcd）基因对于前端结构的决定起关键的作用。 bcd 基因编码的BCD蛋白是一种转录调节因子。具有组织和决定胚胎极性与空间图式的功能。 bcd是一种母体效应基因，其mRNA由滋养细胞合成，后转运至卵子并定位于预定胚胎的前极。exuperantia、swallow和staufen基因与bcd mRNA的定位有关。 bcd mRNA 3’末端非翻译区中含有与其定位有关的序列。 受精后bcd mRNA迅速翻译，BCD蛋白在前端累积并向后端弥散，形成从前向后稳定的浓度梯度，主要覆盖胚胎前2/3区域。 不同靶基因的启动子与BCD蛋白具有不同的亲和力，BCD蛋白的浓度梯度可以同时特异性地启动不同基因的表达，从而将胚胎划分为不同的区域。 Hb、btd、ems和otd基因也是BCD蛋白的靶基因。 后端组织中心：NANOS蛋白和CAUDAL蛋白浓度梯度 后端系统包括约10个基因，这些基因的突变都会导致胚胎腹部的缺失。后端系统通过抑制一种转录因子的翻译来进行调节。在这一系统中起核心作用的是nanos（nos）基因。 在果蝇卵子发生过程中，nos mRNA由滋养细胞合成，后转运至卵细胞中，定位于卵子后极。 nos基因的产物NANOS（NOS）蛋白活性从后向前弥散形成一种浓度梯度。功能是在胚胎后端区域抑制母源性hb mRNA的翻译。 母体效应基因hunchback（hb） 母源性基因caudal（cdl） 另一个重要的母源性产物caudal（cdl）mRNA最初也是均匀分布于整个卵质内，BCD能抑制cdl mRNA的翻译。 在BCD活性从前到后降低的浓度梯度作用下形成CDL蛋白从后到前降低的浓度梯度。 cdl基因的突变导致腹部体节发育不正常。 (3)果蝇胚胎末端的确定 tor基因编码一种跨膜酪氨酸激酶受体（receptor tyrosine kinase，RTK），在整个合胞体胚胎的表面表达。 当胚胎前、后端细胞外存在某种信号分子（配体）时可使TOR特异性活化，最终导致胚胎前、后末端细胞命运的特化。 torso-like （tsl）基因可能编码这一配体。 （1）果蝇胚胎腹部的确定 果蝇卵子与15个滋养细胞相连，被一层滤泡细胞（700个左右）覆盖。卵细胞和滤泡细胞协同作用确定将来卵子的背腹轴。图示一基因仅在卵细胞背前方的滤泡细胞中表达。 在卵子发生过程中，滤泡细胞背腹极性的获得是由卵细胞的信号调控的。这个过程与TOR途径有相似之处，但是信号传递的方式却相反。这个信号传递途径至少包括7