发育生物学第二章生殖干细胞.pdf

第二章配子发生与发育前的准备 2.1 配子发生 2.1.1原始生殖细胞的起源与决定 2.1.1.1不对称分裂与生殖细胞的起源 2.1.1.2染色体消减 2.1.1.3极质、极粒与生殖细胞决定 2.1.1.4极粒的主要成分与母体效应基因 2.1.1.5脊椎动物生殖细胞的决定 2.1.2雌雄配子的发生过程 2.2 发育前的准备 2.2.1核仁扩增与rRNAs储备 2.2.2灯刷染色体与RNA转录 2.2.3滋养细胞与母体效应基因的活动 2.3 亲缘印迹(parental imprinting) 2.1 配子发生 • 配子发生涉及到原始生殖细胞起源的方式、途 径，参与调控、决定的有关基因。 • 原始生殖细胞独立于性腺原基产生，但必须迁 入性腺后才能完成增殖、生长和成熟等发育阶 段。 2.1.1原始生殖细胞的起源与决定 动物卵裂有多种方式和类型，因种类不 同而存在明显的差异。然而，无论采用哪种 卵裂方式，通过细胞不断分裂和增殖最终将 导致细胞之间的分化，首先是原始生殖细胞 从胚细胞中分化出来。 不对称细胞分裂能使所产生的两个子细胞出 现发育途径的分歧； 部分卵裂球内发生染色体消减而另一部分则 保持完整会直接导致体细胞与种系细胞之间 的分化； 某些母体效应基因的转录、表达产物在卵子 内局部差异分布对原始生殖细胞的形成具决 定作用。 2.1.1.1不对称细胞分裂与生殖细胞的起源 在某些动物的受精卵中，母体效应基因的产物如 RNA和蛋白质所组成的RNP颗粒等发育决定因子呈 不均匀的区域分布。当卵裂时，这些决定因子被不 均等地分配到子细胞中，导致两个细胞具有不同的 发育潜能并朝着不同方向演变。这种细胞分裂方式 称为不对称细胞分裂。 在卵裂早期，每一次不对称分裂产生一个 建立者细胞(Founder cell)和一个干细胞 (stem cell)。前者将朝被决定的方向产生分 化的细胞后代(体细胞或生殖细胞)，后者则 继续通过不对称分裂形成新的建立者细胞 和干细胞。 这些建立者细胞是由卵子内的发育决定因 子预先决定的，其子细胞将按既定的发育 程序进行自主发育，不受环境变化的影响。 角贝的受精卵在第一次卵裂前期，于植物极伸出一 个突起的泡状结构，称为极叶(Polar lobe) 。第一次 卵裂完成后，一个子细胞得到全部极叶的细胞质， 另一个子细胞则不含极叶成分。第二次卵裂同样进 行。 经过多次卵裂之后，凡获得含极叶细胞质的子细胞 将分化成原始的生殖细胞，而不含极叶细胞质的子 细胞将朝体细胞的方向分化。 通过角贝卵裂过程中极叶的形态变化可以直接跟踪 观察和证明不对称细胞分裂与原始生殖细胞起源之 间的因果关系。 2.1.1.2染色体消减 马蛔虫(Parascaris equorum) 2n=4 ，是染色体数最 少的一种多细胞动物。虽同为线虫，但马蛔虫原 始生殖细胞的发生走的是另一条不同的途径。 1904年，T.Boveri发现马蛔虫第二次卵裂前中期， 动物极分裂球的染色体碎裂成断片且大多丢失， 原来的染色体仅一部分保留下来。这种现象称染 色体消减(Chromosome diminution) 。这些细胞因 此丢失了许多基因(Tobler et al., 1972) 。与此同时， 植物极分裂球的染色体却保持完整。 第三次分裂时，动物极细胞沿子午线分裂而植 物极细胞仍沿赤道板分裂。然而第三次卵裂之 前，靠近动物极的那个植物分裂球在分裂后期 同样要进行染色体消减，故4细胞期唯有最植物 极那个细胞才具有完整的染色体组。 经过4次卵裂形成16个细胞后，其中仅2个细胞 保持4条染色体完整，将成为生殖干细胞；其余 细胞均含有消减染色体，便成为建立者细胞， 朝体细胞的方向分化发育。 Boveri并不满足于种系细胞发生的形态观察，他 还推测植物极细胞质区域内可能存在阻止染色体 消减的决定因子。假若如此的话，偶然进入该细 胞质区内的任何细胞核将避免染色体消减出现。 于是Boveri (1910)对马蛔虫受精卵在第一次卵裂