第9章 四肢动物肢体的发育.ppt

第九章 四肢动物肢体的发育;脊椎动物肢体发生曾是胚胎学研究的经典问题，从一定意义上讲，它与整个胚胎的发育有许多可以类比的地方，例如，鸟翅的发生既有各部分组织结构分化构建的问题，也存在前后、背腹、左右对称的问题。此外，在进化上肢体也是多样化发生十分突出的问题。;人上肢的结构;反应停导致的海豹畸形;畸形青蛙;多氯联苯导致的前肢畸形;鸡翅骨骼模式图;在所有的四足动物中，附肢发育的基本形态发生原则（basic morphogenetic rules）是相同的。 构建一个附肢所需要的位置信息要在一个三维（或包括时间在内的四维）的、相互协调的系统中发挥作用。现在已鉴定了一系列蛋白，在附肢近远轴、前后轴和背腹轴的形成过程中发挥作用。;一、肢芽的形成;鸡胚胎的肢芽。孵化后第三天胚胎的侧面出现肢芽;许多脊椎动物胚胎中的预定附肢区（prospective limb area）已被定位???能形成一个附肢的所有细胞，称为附肢场（limb field），包括位于中央的、产生附肢本身的中胚层细胞（附肢盘，limb disc）以及形成周围的躯干组织和肩带的细胞。 附肢场起初具有调节失去或增加部分附肢的能力，附肢场中的每个细胞都能被指令形成附肢的任意一部分。;肢体盘（limb disc）： 肢体场(limb field): 由有能力形成一个肢体的中胚层细胞所组成的区域。 肢体场细胞的特点：可调节性。;二、附肢的早期发育;两栖类胚胎侧板中胚层的细胞增值引起肢芽外突，这些细胞将产生肢体的骨骼，迁移到肢芽的体节细胞产生肌肉。生肌节细胞（紫色）进入肢芽的计算机三维重构模式图。;两栖类胚胎中附肢由中胚层起源的图解;覆盖在间质细胞团表面的表皮变得稍微增厚，同时被包裹在内部的间质细胞团向外突出，形成肢芽（limb bud）。 肢芽形成的信号是由形成预定附肢间质细胞的侧板中胚层细胞提供的，这些细胞分泌的FGF10能够启动上皮和中胚层细胞之间的相互作用。含有FGF10的磁珠（bead）异位放置于上皮下方，会诱导出额外的肢芽。;FGF10的表达及其在鸡肢发育过程中的作用;三、顶外胚层嵴的形成;FGF10能够诱导鸡胚背腹交界处的外胚层形成AER。在背部化的肢芽突变体中，由于没有背腹交界，便不能形成AER。;AER的作用： 1.维持其内侧的间质细胞的增生能力，使肢体沿Proximal－Distal轴线生长。2.持续产生和分泌P-D轴分化决定因子。3.与控制A－P和D－V轴线的因子互作，以指导细胞的分化。;AER的形成依赖于背部外胚层和腹部外胚层的互作; 附肢的向外生长涉及AER和中胚层间持续的相互作用。 一旦中胚层诱导其上方的外胚层形成AER，AER与中胚层的相互作用对附肢的向外生长是最重要的。 中胚层在附肢发育中也起着关键的作用。AER起初的形成和继续存在依赖于位于其下方的中胚层。 附肢发育中至少要求三种类型的外胚层和中胚层间的相互作用：第一，中胚层起始附肢芽向外生长和形成AER；第二，AER进一步刺激肢芽的向外生长以及肢芽中胚层的增殖和分化；第三，附肢芽中胚层提供保持AER所必须的刺激。;肢芽起始形成的分子模型;肢芽形成的分子模型;四、肢体近-远端发育的实现;AER在肢芽沿P－D轴生长中的作用;AER中FGF8的表达是肢体生长所必需的;AER对P－D轴线影响的分子基础是FGF因子;发生带;发生带（PZ）细胞控制近-远端分化;PZ区作用模式;;删除平行同源Hox基因会导致发育中肢骨丢失;人的多指症也可能与Hox基因的异位表达有关;五、肢体A－P轴线的确定;将额外的ZPA移植到肢芽的前端可导致远端形成镜像对称结构;Sonic Hedgehog的表达部位与ZPA吻合;Sonic hedgehog was found to be expressed in the ZPA;极性活化区位于后部间质细胞区; 将sonic hedgehog 基因插入一种鸡病毒强启动子后端，用此重组病毒转染体外培养的鸡胚胎成纤维母细胞。感染细胞离心分离后植入具有抗此病毒感染能力的鸡胚胎的肢芽前侧，此病毒不能感染受体胚胎，但移植的感染细胞具有表达并分泌高水平sonic hedgehog基因的能力。结果显示接受移植的胚胎长出了镜像对称肢体，这说明sonic hedgehog基因有造成发育极化现象的功能。;ZPA活性决定A－P轴线的信号传导机制;六、肢体D－V轴线的确定;Wnt7a缺陷型小鼠肢体背-腹分化的改变;七、前后肢的区分;Tbx5和Tbx4分别指定了前肢芽和后肢芽的发育;FGF诱导的肢体类型决定于肢芽是表达Tbx5或Tbx4;Tbx4的异位表达可改变FGF的诱导结果;八、鸭和鸡爪发育中的细胞凋亡;决定细胞死亡的是间质细胞，而不是外胚层细胞。