发育生物学-附肢的发育与再生课件.ppt

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1、附肢的发育与再生附肢发育的研究是发育生物学的一个重要课题。脊椎动物，特别是鸟类和两栖类附肢（limb）的发育包含了大量的、各种各样的诱导作用。幼虫期两栖类的附肢损伤后能够再生，研究再生也很重要。有尾类的蝾螈和美西螈附肢具有明显的再生能力，是研究再生的极好模型。脊椎动物的附肢是一个极其复杂的器官，具有许多不对称的部分。脊椎动物的附肢都是由体壁中胚层和外部的表皮共同形成的，但最后的形式各不相同。如前肢可形成前足，上肢，翅，鳍等。一、起源第一节脊椎动物附肢的发育鸡翅内骨的排列模式及其不对称性附肢的骨头主要包含3个部分：靠近体壁的肱骨humeru

2、s，在中部的一个桡骨radius和一个尺骨ulna以及掌骨metacarpal，和最远端的指骨digit组成。附肢在3个基本轴上是不对称的，但左前肢总是和右前肢呈镜面对称。脊椎动物的附肢在起源上是由胚胎体壁向外生长形成的，主要是由来自侧板中胚层的体节部分和体节腹侧部产生的疏松间质形成的中央核，以及位于外部的，来自外胚层的表皮两大部分组成。附肢的基本成分（骨骼，肌肉和结缔组织）是由中胚层形成的，许多实验证明脊椎动物胚胎中的预定附肢区已被定位。能形成一个附肢的所有细胞，称为附肢域（limbfield），包括位于中央的、产生附肢本身的中胚层细胞

3、以及形成周围躯干组织和肩带的细胞,这两个区域称为附肢盘(limbdisc)。美西螈（Ambystomamaculatum）的预定前肢域腮周侧翼组织附肢肩带体节前肾腮二、附肢的早期发育（一）外胚层和中胚层间的相互作用（二）轴的建立（三）同源基因的作用两栖类胚胎中附肢由中胚层起源的图解轴上生肌节芽生肌节生骨节脊髓脊索前肾内胚层生皮节轴下生肌节芽附肢芽肌肉前体附肢芽骨骼前体侧板中胚层附肢芽覆盖在间质细胞团表面的表皮变得稍微增厚并向外突出。这个含有覆盖在外面的增厚上皮和被包在内部的间质细胞团突出物增大并变为附肢芽（limbbud）。附肢芽在顶端通

4、过未分化间质细胞的持续增殖而伸长。这个增殖区域是一个大约250微米厚的和由未分化的细胞组成。在附肢伸展期间，更近体侧的那些顶端细胞显示出减弱的有丝分裂能力，它们开始聚集在附肢中心，形成软骨性成分，最后产生附肢的骨骼。骨骼成分的分化是以近远的方向进行：鸡翅中第一个出现的软骨是肱骨，然后是桡骨和尺骨，最后是掌骨和指骨。同时，预定肌细胞前体聚集在软骨周围形成肌肉群体。早期附肢芽的诱导作用主要是由Wnt蛋白质和成纤维生长因子FGF10引起的。在附肢形成早期，附肢芽形成的信号来自侧板中胚层细胞，它们将来变为预定附肢的间质。这些细胞分泌FGF10，而

5、FGF10能够促使外胚层和中胚层之间分肢形成的交互作用。FGF10刚产生时遍布侧板中胚层，但在附肢芽形成前集中在侧板中胚层将形成附肢的区域。这些集中的地方是由于Wnt蛋白的作用，Wnt蛋白稳定FGF10在这些位点的表达。A.FGF表达首先发现于整个侧板中胚层，后来被Wnt8c稳定在后肢形成的区域。B.FGF10的合成是被Wnt2b稳定在将来前肢形成的区域。C.这两个侧板中胚层区的FGF10在顶外胚层嵴（AER）中诱导Wnt8。这个诱导作用是通过在反应组织外胚层中Wnt3a途径完成的。由AER分泌的FGF8诱导中胚层继续表达FGF10。孵化

6、48－54h鸡胚附肢芽开始形成的分子模型侧板中胚层表皮外胚层体节中胚层中间中胚层研究表明：编码转录因子TBX4和TBX5分别与后肢和前肢的特化有关。实验表明：TBX4和TBX5基因分别在小鼠的后肢和前肢表达，说明TBX4和TBX5分别特化后肢和前肢。附肢芽发育为前肢还是后肢？1.将分泌FGF的念珠菌植入鸡胚前，后肢芽之间可诱导异位的附肢，产生附肢的类型取决于TBX蛋白质的表达。2.将念珠菌植入靠近后肢TBX4表达的部位将诱导后肢。3.将念珠菌植入靠近前肢TBX5表达的部位将诱导前肢。TBX4和TBX5在肢型特化中的作用Tbx5(蓝色)表现

7、于前端的侧板中胚层，此部分的肢芽将形成翅膀；Tbx4(红色)表现于后端的侧板中胚层，此部分的肢芽则形成腿。若将含有FGF的念珠菌植入表现Tbx4和Tbx5之间的区域，则在此区域前端诱发Tbx5表现，于后端诱发Tbx4表现，所以此区域的分肢将同时形成翅膀和腿的构造。在鸟类和哺乳类中胚层诱导肢芽顶端前、后边缘的外胚层细胞伸长，形成一个增厚的特殊结构，称为顶外胚层嵴（AER)。AER发现于大多数较高等的脊椎动物中，包括哺乳动物，但不存在于有尾两栖类。AER对附肢继续向外生长是至关重要的，但它只是一个临时结构，在鸡胚中，当第八天就消失了。顶外胚层

8、嵴apicalectodermalridge(AER)扫描电镜观察孵化4.5天的鸡胚肢芽，显示顶外胚层嵴AER。（一）外胚层和中胚层间的相互作用附肢的向外生长涉及AER和中胚层间持续的相互作用