《细胞生物学》-胚胎发育与细胞分化

这是一篇关于《细胞生物学》-胚胎发育与细胞分化的思维导图。胚胎是怀孕最初两个月内的幼体。囊胚、胚的早期发育和胚胎发育是一个连续过程。

胚胎发育与细胞分化

• 配子发生与受精作用
  • 配子发生
    • 配子分为雄配子（精子）和雌配子（卵）
    • 卵子发生
      • 发生在卵巢，并且有一个增殖期。该期间，卵原细胞通过有丝分裂增加细胞数量
      • 滤泡细胞为卵原细胞提供其他的物质，滤泡细胞是卵母细胞周围的细胞
    • 精子发生
      • 发生在雄性原始生殖细胞--精原细胞的有丝分裂，雄性中的精原细胞有丝分裂在成年后的生命过程是持续发生的，因而能够不断产生大量的精细胞
      • 精子发生的初级阶段，精子细胞的染色质要进行紧密压缩和包装，形成高度有序而又致密的包装形式，经过这种包装的DNA在化学性质上的惰性的，既不能用作合成DNA的模板，又不能作为RNA的合成模板
        • 惰性形式的作用
          • 可以保护基因免遭化学或物理因素的损伤
          • 减少核的体积，创造最小的精细胞，以便减低能量消耗
  • 受精作用
    • 精子与卵子的融合，重新形成一个二倍体的细胞即为受精卵
    • 基本过程：精卵间的接触、精子对卵被的穿透、精子核卵子质膜的融合、卵的激活
    • 涉及反应
      • 顶体反应
        • 精子释放顶体酶，溶蚀放射冠和透明带的过程。
        • 精子获能后发生的重要生理过程，是受精的先决条件。只有完成顶体反应的精子才能与卵母细胞融合，实现受精
      • 皮层反应
        • 当精细胞与卵细胞的细胞质膜融合时，激活了卵细胞的磷脂肌醇信号转导途径，引起卵细胞局部胞质溶胶中Ca2+浓度的升高，激活了卵细胞；定位于卵细胞质外周的皮层颗粒与卵细胞质膜融合释放内含物（酶类）；释放的酶类快速分布到整个卵细胞的表面，改变透明带的结构，使之变得“坚硬”，这样，精子就不能与卵细胞结合，从而提供了一种缓慢的二级多精受精的阻断作用
      • 原核融合
        • 雄性原核和雌性原核相互接触时，通常会相互融合，形成一个二倍体的核
• 胚胎形成与分化
  • 胚胎形成
    • 卵裂
      • 经过卵裂，受精卵被分割成很多小细胞，这些由小细胞组成的中空球形体称为囊胚
      • 卵裂中的有丝分裂特点
        • 细胞增殖，伴随着一定程度的卵内物质的重新分配，但无细胞生长
        • 产生的核质比例越来越大
        • 细胞间期较短，分裂快，迅速形成囊胚
    • 胚泡形成
    • 宫内植入
  • 细胞分化、细胞决定和形态发生
    • 细胞分化
      • 同一来源的细胞逐渐发生各自特有的形态结构、生理功能核生化特征的过程
      • 主要特征：细胞出现不同的形态结构和合成组织特异性蛋白质，演变成特定表型的细胞类型
    • 细胞决定
      • 细胞在发生可识别的形态变化之前，就已受到约束而向特定方向分化，，这时候细胞内部已发生变化，确定未来发育命运
    • 形态发生
      • 胚胎发育不仅需要将分裂产生的细胞分化成具有不同功能的特异的细胞类型，同时将一些细胞组成、功能和形态不同的组织和其光，最终形成一个具有表型特征的个体的过程
    • 影响分化和形态发生的其他因素
      • 细胞黏着分子在神经诱导过程中起重要的调节作用、
      • 激素对分化的作用出现在发育的晚期，其作用主要是引起靶细胞进行分化
      • 分化抑制
        • 分化完成的细胞可以产生抑素，这种化学介质可抑制附近的细胞进行同样的分化
        • 发育过程中常见的负反馈调节现象，它和分化诱导共同协调作用，维持正常细胞的分化和胚胎的发育过程
  • 转决定、脱分化与再生
    • 转决定
      • 一般胚胎细胞一旦决定，沿着特定类型进行分化的方向是稳定的，但在果蝇中发现某种突变体或培养的成虫盘细胞中有时会出现不按已决定的分化类型发育，而生长出不是相应的成体结构
    • 全能性
      • 分化细胞保留着全部的核基因组，具有生物个体生长、发育所需要的全部遗传信息，即能够表达本身基因库中的任何一种基因，即分化细胞具有发育为完整个体的潜能
    • 脱分化（去分化）
      • 分化细胞失去特有的结构和功能变为具有未分化细胞特性的过程
      • 动物中脱分化细胞具有胚胎间质细胞的功能，植物中脱分化细胞成为薄壁细胞（愈伤细胞）
    • 再生
      • 生物体的整体或器官受外力作用发生创伤而部分丢失，在剩余部分的基础上又生长出与丢失部分在形态与功能上相同的结构
• 细胞分化的分子基础
  • 分化细胞的基因表达
    • 持家基因
      • 维持细胞最低限度功能所不可少的基因，这类基因在所有类型的细胞中都进行表达，因为这些基因的产物对于维持细胞的基因结构和代谢功能是必不可少的
    • 奢侈基因
      • 在各种组织中进行不同选择性表达的基因
  • 果蝇发育调控
    • 果蝇发育阶段：卵、幼虫、蛹和成虫
    • 果蝇卵母细胞发育过程阶段
      • 卵子发生早期，此时卵母细胞的体积与其相邻的抚育细胞大小相似
      • 抚育细胞开始合成卵母细胞成熟所必须的mRNA，卵泡细胞开始形成卵鞘，期间，卵母细胞体积逐渐增大
      • 成熟的卵细胞被卵黄被和绒毛膜包围，卵黄被和绒毛膜形成卵鞘。抚育细胞和卵泡细胞消失，但它们合成的mRNA分散分布在卵母细胞中
    • 母体基因分类
      • 前部基因群：控制头和胸的发育
      • 后部基因群：控制腹节的发育
      • 端部基因群：调节最前部和最尾部区的发育
      • 背部基因群：控制背部轴的发育
• 干细胞SC
  • 一类具有自我更新能力的多潜能细胞，在一定条件下可分化成多种功能细胞
  • 分类
    • 根据干细胞所处发育阶段
      • 胚胎干细胞ES
        • 一种经人工操作能够发育成一个新个体的全能性二倍体细胞。从早期胚胎内细胞团ICM或原始胚胎生殖细胞经体外分化抑制培养分离克隆
        • 主要特性
          • 在不同条件下具有不同的功能状态，是饲养层细胞依赖的。在有抑制因子存在的条件培养基中呈未分化状态生长，在无抑制因子存在的培养基中，分化成各种细胞，在悬浮培养时，可形成胚状体
          • 具有发育分化成各种类型细胞的多潜能性，可体内发育，也可体外诱导
        • 应用
          • 作为生产克隆动物的有效材料
          • 生产转基因动物的高效载体
          • 发育生物学研究的理想体外模型
          • 新型药物的发现筛选
          • 加快组织工程发展
      • 成体干细胞
        • 一类成熟较慢但能自我维持增殖未分化的细胞，这种细胞存在于各种组织的特定位置上，一旦需要，可按发育途径先进行细胞分裂然后分化产生出另外一群具有有限分裂能力的细胞群
        • 例子
          • 造血干细胞HSC
          • 骨髓间质干细胞
    • 根据干细胞发育潜能
      • 全能干细胞TSC
      • 多能干细胞
        • 具有分化出多种细胞组织的潜能，但失去发育成完整个体的能力，发育潜能受到一定限制
      • 单能干细胞
        • 只能向一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化
  • 特点
    • 干细胞本身不是终末分化细胞（干细胞不是处于分化途径的终端）
    • 干细胞能够无限地分裂
    • 干细胞分裂产生的子细胞或保持亲代特征，仍可作为干细胞，或不可逆地向终末分化