發育的重要步驟
Fertilization→cleavage→gastrulation→neurulation→organogenesis
第一階段:fertilization
sperm→acrosome(頂體),具有許多水解酵素→分解oocyte jelly coat→與sperm-binding protein 結合→sperm nucleus entry→mechanism to deter polyspermy
(1) depolarization(fast)
(2) cortical reaction(slow):IP3 releasing→Ca2+ releasing→inactivate sperm-binding protein,granule cortical的囊泡物質釋放→讓內與外層隔開,並水解protein
第二階段:cleavage:卵裂
(3) biphasic→只有M期與S期
(4) meroblastic(卵裂只在一側進行,卵黃太重無法切割);holoblastic(整個卵進行切割,但卵黃側較不易切割,進行慢,且在第3次卵裂就會偏向動物極→blastomere 產生大小差異)
(5) 囊胚時期:blastrula(蛙)/blastocyst(哺乳動物)/blastoderm(魚)
(6) Mammal:inner cell mass以及trophectoderm→外層攤開,與子宮內膜結合→未來形成胚胎外組織
(7) 卵裂時期→主要依賴maternal factor→運用卵本身的物質為主,較少進行transcription
第三階段:gastrulation(原腸期)
→形成3個胚層
1. endoderm:消化道內襯
2. mesoderm:心臟,肌肉,血球,bone
3. ectoderm:neuron,neural crest,外表皮
(adrenal→其medulla來自neural crest→屬於ectoderm)
2. gastrulation的過程→invagination(內陷)與involution(內旋)
植物極的bottle cell進行apical constriction→造成invagination,形成dorsal lip→接著外層細胞開始內旋[並且進行convergent extension,將兩層細胞壓縮成一層]→形成archteron以及三個胚層的分化
※不同胚層間的細胞,因為不同cadherin不會結合→migrate的過程不會混亂
3. notochord:脊索→未來的脊柱
dorsal site;anteriorposterior axis;from mesoderm
此外,notochord分泌許多訊號蛋白→促進體節的形成
4. PGCs:primordial germ cells→形成未來的性器官
(1) 有兩個主要的功能:propagate genetic content;分化成gamete(sperm;egg)
(2) 植物極附近有一群特殊的胞質→germ plasm→會分化成未來的PGCs
(3) PGCs會migrate至genetal ridge(未來分化成testis與ovary的地方)
第四階段:neurulation(形成神經管)與segmentation
(1) neural plate→folding→convergence→fusion
(2) neural crest migrating→到身體的各部位→構成許多組織→PNS,adrenal的髓質,臉部的軟骨→故有時被稱為第四個胚層(未被接受)
(3) 能夠利用fate-mapping的技術,察知neural crest的動向
(4) 同時,中胚層形成體節(somite),提供進一步的分化
第五階段:organogenesis(器官形成)
(1) 不同胚層→分化成不同器官(詳見上述)
(2) 受到HOX基因的調控
細胞分化的決定
※分成兩種模式:
(1) autonomous specification:因為細胞物質分配不均,在分裂時造成差異
(2) conditional specification:受到外界的影響(morphogen;gap junction;CAMs)
※morphogen→其影響與濃度相關→animal cap assay→activin濃度造成分化差異
※spemann’s organizer→在dorsal lip→誘導附近細胞進行分化
[實驗一:找出organizer中會形成體軸的RNA→將物質注入失去活性的egg中→找出noggin,能夠rescue,並形成蝌蚪]
[實驗二:將不同濃度的noggin注入,只有特定的量,才能形成正常的蝌蚪]
※細胞如何調控分化的進行→Frzb與frizzled receptor為例:
Frzb與frizzled receptor都是Wnt的受體,當Wnt與frizzled receptor結合後,將引發基因的活化,並促進分化的進行;然而與Frzb結合,因不具有穿膜的構造,無法活化基因。因此Frzb的濃度將會造成分化速率的改變
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