生殖细胞的发生课件.ppt
第一章 生殖细胞(germ cells)的发生,第一节 原始生殖细胞第二节 精子发生第三节 卵子发生,生殖细胞（配子gamete)体细胞（somatic cells)合子（zygote生命周期（life cycle),第一节 原始生殖细胞（primordial germ cells,PGCs),原始生殖细胞（primordial germ cells,PGCs)生殖腺原基（genital anlage）生殖质（germ plasm),在胚胎发育初期生殖细胞就已经决定的动物，其生殖细胞来源于它的前体原生殖细胞(primordial germ cell，简称PGC，复数为PGCs)。这些原生殖细胞只有经过迁移，进入发育中的生殖腺原基(genital anlage)生殖嵴(genital ridge)才能分化成为生殖细胞,一、生殖质原始生殖细胞,秀丽线虫（Caenorhabditis elegans）果蝇（Drosophila melanogaster）爪蟾（Xenopus laevis）小鼠（Mouse）等,线虫P颗粒Pie1PIE1,果蝇,极质（Pole plase）（determinant for germ cell）移植果蝇极质引起生殖细胞分化UV照射实验,母体效应基因（maternal effect gene），共 8个,bicoid and oskar(对生殖质的形成和装备起到极其重要的作用,oskar mRNA定位于卵子的后极。在osker mRNA的3末端非翻译区内含有其定位信号，在微管的作用下可以准确的定位,二、原始生殖细胞的迁移,1.两栖类原始生殖细胞的迁移生殖质（植物极质膜下）囊胚腔底部卵裂球间的分裂沟附近原肠底部内胚层（PGCs）,通过肠壁内胚层的侧面背肠系膜（是连接肠壁与中胚层器官形成区域的纽带）生殖嵴,2.哺乳动物原始生殖细胞的迁移,碱性磷酸酶免疫组化染色原条后部胚外中胚层（7d）中有8个较大的PGCs 尿囊与后肠发生聚集 卵黄囊附近再分成两群后肠迁移到背肠系膜两侧生殖嵴（11d，2500-5000个）In vitro生殖嵴分泌的弥散性分子可吸引PGC的迁移和促进其有丝分裂的能力,哺乳动物原始生殖细胞的迁移,3.鸟类和爬行类原始生殖细胞的迁移,外胚层细胞（PGCs）明区中部生殖新月（germinal crescent）（明区前缘与暗区交界处）血液循环生殖嵴,PGCs停留毛细血管壁，同时毛细血管壁的内皮细胞可能具有一些特殊成分使PGCs吸附其上，这种吸引作用没有种的特异性,*减数分裂,PGCs有丝分裂进行增殖减数分裂开始分化,原生殖细胞进入生殖腺原基后不断地进行有丝分裂，产生生殖干细胞后代。由生殖干细胞分化成为雌性配子或雄性配子，必须经过减数分裂(meiosis)，使染色体数目由双倍体变成单倍体。生殖细胞于最后一次有丝分裂之后，核DNA继续合成并复制一次，因此在减数分裂开始前的细胞中，核内DNA的含量是正常体细胞的2倍，每条染色体内都有两条由中心粒相连的姐妹染色单体。在第一次减数分裂中，同源染色体配对，然后分离并分配到两个子细胞中，每个子细胞含有由两条姐妹染色单体组成的一条同源染色体。第二次减数分裂则把每条染色体中的两条姐妹染色单体分别分配到两个子细胞中去。,三、生殖细胞定向分化的决定,迁入生殖腺的PGCs具有两种潜能，由生殖腺微环境决定分化为精子或卵子（移植实验)。雌雄同体的秀丽线虫为研究这种决定机制的最佳实验材料。在此涉及两种决定：进行有丝分裂或减数分裂？形成精子或卵子？,（1）秀丽线虫生殖腺末端有一个不分裂的细胞称为远端细胞（distal tip cell)，靠近它的生殖细胞进行有丝分裂形成生殖干细胞库；远离远端细胞的生殖细胞进行减数分裂。切除远端细胞则所有细胞进行减数分裂。（2）在秀丽线虫的卵精巢(ovotestis)中，进行减数分裂的，先形成的最远端的细胞形成卵子，而近端的细胞形成精子。,秀丽线虫最远端的细胞,第二节 精子发生(spermatogenesis)一、精子发生,雄性生殖腺原基（PGCs）性索生精小管（生精细胞、支持细胞（Sertoli cells)）精原细胞(spermatogonium)A1 A2 A3 A4 过渡型精原细胞B(有丝分裂)初级精母细胞(primary spermeto-cyte)(开始减数分裂)次级精母细胞(secondary spermatocyte)精子细胞(spermatid)：合胞体(syncytium)、细胞间桥）精子形成精子,生精细胞包括精原细胞、初级精母细胞、次级精母细胞、精子细胞和精子。在青春期前，生精小管管腔很小或缺如，管壁中只有支持细胞和精原细胞。自青春期开始，在垂体促性腺激素的作用下，生精细胞不断增殖分化，形成精子，生精小管壁内可见不同发育阶段的生精细胞。从精原细胞至形成精子的过程称精子发生（spermatogenesis）。,支持细胞有多方面的功能：,1、它对生精细胞起支持和营养作用，其微丝和微管的收缩可使不断成熟的生精细胞向腔面移动，并促使精子释放入管腔。2、精子形成过程中脱落下来的残余胞质，可被支持细胞吞噬和消化。3、支持细胞分泌的少量液体有助于精子的运送，分泌物中含有一种抑制素，它可抑制垂体前叶合成和分泌卵泡刺激素。,4、支持细胞可使雄激素结合蛋白（androgen binding protein,ABP）与雄激素结合，以保持生精小管内雄激素的水平，促进精子发生。5、支持细胞紧密连接参与构成的血-生精小管屏障，可阻止某些物质进出生精上皮，形成并维持有利于精子发生的微环境，还能防止精子抗原物质逸出到生精小管外而发生自体免疫反应。,哺乳动物精子发生过程,哺乳动物生精小管,哺乳动物生精小管,哺乳动物生精小管,二、精子形成(spermiogenesis)顶体（acrosome）,小鼠从生殖干细胞到成熟精子约需34.5d,精原细胞阶段8d，减数分裂持续13天，精子形成13.5d。人类精子发育需要74d才能完成。,精子形成,三、精子发生的基因表达调控,1、果蝇灯刷状Y染色体5个DNA环精子尾部2、精子运动和精卵结合相关蛋白质 2 微管蛋白：减数分裂纺锤丝、鞭毛轴丝、线粒体拉长相关蛋白 3微管蛋白 海胆结合蛋白（bindin）3、贮存性mRNA：LDHX、鱼精蛋白4、修饰组蛋白：N末端磷酸化5、单倍体阶段转录两种类型精子,染色体螺旋化,染色体进一步螺旋化（体细胞和精子）,第三节 卵子发生（oogenesis）,一、卵母细胞的减数分裂卵子发生和精子发生（可运动核）的异同PGCs 卵原细胞初级 次级卵母细胞（oocyte）+1st极体（polar bodies)卵（egg）（细胞质库）+2nd极体孤雌生殖,人类卵巢中生殖细胞数目的变化,二、两栖类的卵子发生,卵原细胞卵母细胞（卵黄形成前期小生长期、卵黄形成期大生长期）卵卵黄发生:卵黄蛋白原（vitellogenin，由肝脏合成）血液卵巢卵巢滤泡细胞卵母细胞卵黄小板：卵黄高磷蛋白和卵黄磷脂蛋白极性、卵轴（egg axis）、皮层、内质细胞骨架：vgI mRNA卵子发生的激素调控卵子成熟：生发泡（germinal vesicle）（核膜）破裂排卵,豹蛙卵的生长,卵黄小板动植物极极性建立,卵成分的梯度分布卵轴,三、减数分裂的阻断和继续,细胞周期与促成熟因子（MPF）和细胞周期蛋白（cyclin）,四、卵母细胞的基因转录,细胞质库rRNA（核仁rDNA）mRNA（灯刷染色体）tRNA5sRNA,灯刷染色体（lampbrush chromasomes),灯刷染色体（lampbrush chromasomes),五、昆虫（果蝇）具营养细胞的卵子发生,卵巢的生殖系干细胞生殖干细胞成包囊细胞（cystoblast)：经4次有丝分裂16个包囊细胞（cysto-cytes）的包囊（cyst)15个营养细胞（nurse cells)（多倍体）1个卵母细胞（四环管）,果蝇mRNA的转运（bicoid mRNA放射自显影）,果蝇卵黄蛋白合成与调节和卵的极性,相关结构 脑、咽侧体、脂肪体、卵巢激素 神经释放激素、保幼激素水平、蜕皮素,六、哺乳动物的卵子发生（成熟和排放）,人类卵巢中生殖细胞数目的变化一般哺乳动物出生后无卵原细胞,哺乳类卵泡发育,哺乳动物的卵子排放,排卵方式刺激性排卵：交配、视觉等。周期性排卵环境因素下丘脑（促性腺激素释放因子GnRH）垂体促卵泡激素(follicle-stimulating hormone，FSH）和 黄体生成激素(luteinizing hormone,LH)滤泡细胞：雌激素（estrogen)黄体：孕酮（progesterone）,人月经周期（menstrual cycle，约28天),卵巢周期（卵子）子宫周期（子宫内膜）子宫颈周期（粘液，精子）一般月经周期可分三个阶段1、增殖期/滤泡期 排卵2、分泌期/黄体期3、月经期,雌激素（estrogen)五方面作用,1、引起子宫粘膜增殖，促进粘膜血管形成2、引起子宫颈粘液稀薄3、引起垂体降低FSH产生，同时，引起滤泡细胞表面的FSH受体增多，促进滤泡细胞释放多肽激素抑制因子，抑制垂体释放FSH4、低浓度时抑制LH的生成；高浓度时刺激LH的生成5、在长时间持续高浓度时，引起下丘脑分泌促性腺激素释放因子（GnRH）,卵子的排放LH作用于卵泡,1、胶原酶消化卵泡细胞外基质2、纤维蛋白溶原酶活化因子mRNA poly(A)化，并翻译成活性高的酶3、前列腺素卵巢内部平滑肌收缩,卵子排放的激素调节,人月经周期（menstrual cycle，29.5天),卵巢周期子宫周期子宫颈周期,
