发育生物学.ppt

　　发育生物学

　　xxx

　　主要内容

　　神经嵴的发育与分化 眼的形成 肢的发育与再生 性别决定

　　发育生物学神经嵴的发育与分化

　　神经嵴的诱导产生 神经嵴的迁移分化 基板的发育与分化

　　Although it is derived from the ectoderm, the neural crest is so important that it has sometimes been called the "fourth germ layer.“ --- Hall 2009

　　基本概念：神经嵴、上皮间充质转换 (epithelial to mesenchymal transition，EMT)，同时结合前面所学知识了解生物学相关概念是有适用范围的 理解神经嵴细胞的特点：多发育潜能及神经嵴细胞的运动 利用前面课程所学发育生物学实验技术知识，设计实验解决问题

　　要 求

　　所有动物都有神经嵴吗?

　　牡蛎

　　水螅

　　猫

　　爪蛙

　　鱼

　　牛

　　鸡

　　狗

　　蜗牛

　　虾

　　NO

　　YES

　　蜘蛛

　　脊椎动物特有的!

　　有人称神经嵴是第四个胚层

　　巨大的发育潜能 & 强大的迁移能力

　　位置：neural plate和Epidermis之间

　　神经板边缘细胞一定形成神经嵴?

　　神经管背部细胞只参与形成中枢神经系统吗?

　　迁出的神经嵴细胞还能变为中枢神经系统成分吗?

　　(Knecht and Bronner-Fraser 2002)

　　很难将传统意义的‘commitment’ 或‘specification’ 运用于神经嵴

　　(张红卫，2015)

　　(Gilbert,Developmental Bioloty 11th)

　　(张红卫,发育生物学 4th)

　　神经嵴的诱导

　　神经嵴诱导 神经板边界决定因子 神经嵴决定因子与上皮间充质转换

　　神经嵴诱导

　　诱导组织 原肠作用后,与神经嵴靠近的组织有哪些?

　　Xenopus laevis

　　(Sauka-Spengler and Bronner-Fraser ，2008)

　　(张红卫，2015)

　　神经板边界决定因子

　　转录因子：Zic1﹑AP2?﹑Msx1﹑ Msx2﹑Dlx3﹑Dlx5﹑ Pax3 和Pax7

　　(张红卫，2015)

　　神经嵴决定因子

　　转录因子： Snail，Snail2，Sox8，Sox9，Sox10，FoxD3，twist，c-Myc 和Id3

　　(张红卫，2015)

　　神经嵴上皮间充质转换

　　上皮间充质转换 (epithelial to mesenchymal transition，EMT)和剥离(delamination) ?有什么改变?

　　EMT过程中的一系列变化

　　Cadherin变化 typeI typeII 紧密连接转变 细胞外基质重塑matrix metalloproteases

　　(Gp:) E-Cadherin( Snail作用方式?)

　　(Gp:) N- Cadherin/ Cadherin6b(Snail/FoxD3)

　　(Gp:) Cadherin7(FoxD3 and Sox10)

　　(Gilbert,Developmental Bioloty 11th)

　　HNK-1 Cadherin 7

　　E-cadherin RhoB

　　调整细胞骨架

　　降低细胞粘连

　　MMP2 细胞外基质

　　(张红卫，2015)

　　神经嵴的迁移分化

　　神经嵴区域化 头部神经嵴的迁移与分化 躯干神经嵴的迁移与分化 心脏神经嵴的迁移与分化

　　神经嵴的区域化

　　脑神经嵴

　　躯干神经嵴

　　迷走和尾骶神经嵴

　　心脏神经嵴

　　(张红卫，2015)

　　鸡

　　神经嵴细胞迁移

　　神经嵴细胞的迁移需要多种信号,神经嵴细胞迁移过程中细胞-细胞、细胞-环境之间的的相互作用对细胞沿正确路线迁移非常重要。

　　脑神经嵴的迁移与分化

　　脊椎动物头部神经嵴迁徙路线保守：源于间脑和前中脑的神经嵴细胞迁移到额鼻突，而从中脑和后脑处迁出的神经嵴细胞则进入咽弓 迁移的目的地决定分化成何种组织，只有脑神经嵴可以分化为软骨和骨

　　锤骨

　　砧骨

　　镫骨

　　( SF Gilbert ?2006)

　　位于中脑到第一、第二菱脑节的神经嵴迁移到第一咽弓(下颌弓)处，形成下颌骨、中耳砧骨、锤骨。这些细胞也会分化成为三叉神经节(支配牙和颚的活动)，同时也参与分化形成睫状神经节。部分脑神经嵴也被正在扩张的表皮牵引，形成额鼻突，在额鼻突的神经嵴再分化成面部的骨骼。

　　莫尔加尼氏软骨

　　甲状软骨

　　舌骨

　　?环状软骨

　　气管环

　　锤骨

　　砧骨

　　镫骨

　　( SF Gilbert ?2006))

　　从第四菱脑节及附近区域来的神经嵴细胞，形成第二咽弓和颈部的舌软骨、中耳镫骨。这些细胞也分化形成面部的神经元。

　　莫尔加尼氏软骨

　　甲状软骨

　　舌骨

　　?环状软骨

　　气管环

　　锤骨

　　砧骨

　　镫骨

　　莫尔加尼氏软骨

　　甲状软骨

　　舌骨

　　?环状软骨

　　气管环

　　( SF Gilbert ?2006)

　　锤骨

　　砧骨

　　镫骨

　　( SF Gilbert ?2006))

　　从第六至第八菱脑节来的神经嵴细胞迁移到第三、第四咽弓和咽囊分化形成舌软骨、胸腺、副甲状腺、甲状腺。有一部分细胞向后侧方向迁移到锁骨附近，分化成与颈部肌肉相连接的部分。

　　莫尔加尼氏软骨

　　甲状软骨

　　舌骨

　　?环状软骨

　　气管环

　　锤骨

　　砧骨

　　镫骨

　　莫尔加尼氏软骨

　　甲状软骨

　　舌骨

　　?环状软骨

　　气管环

　　( SF Gilbert ?2006)

　　锤骨

　　砧骨

　　镫骨

　　( SF Gilbert ?2006))

　　第三和第五菱脑节来的神经嵴细胞迁移?

　　莫尔加尼氏软骨

　　甲状软骨

　　舌骨

　　?环状软骨

　　气管环

　　锤骨

　　砧骨

　　镫骨

　　莫尔加尼氏软骨

　　甲状软骨

　　舌骨

　　?环状软骨

　　气管环

　　( SF Gilbert ?2006)

　　迁移路径

　　间隔开的迁移流 (Kulesa and Fraser 2000)

　　迁移机制

　　多数脊椎动物中,后脑神经嵴细胞迁移流被r3 和 r5两侧crest-free regions 分割开 r3 和 r5两侧环境中存在抑制信号, 例如Erbb4 、Sema3f 迁移过程中的信号 (Minoux and Rijli 2010)

　　(Sauka-Spengler and Bronner-Fraser 2008)

　　“Chase and run” model for chemotactic cell migration

　　(Gilbert,Developmental Bioloty 11th)

　　Xenopus head

　　FoxD3 Dlx2 紫色 ?

　　腹侧

　　(stromal-derived factor1)

　　分化

　　脑神经嵴：一群处在定型不同阶段的细胞。大约10%具有多种分化潜能，可以分化成神经元、神经胶质细胞、黑色素细胞、肌肉细胞、软骨和骨细胞。

　　躯干神经嵴的迁移路径

　　腹侧途径(early)：背根神经节，交感神经元，肾上腺髓质细胞和施旺细胞 背侧途径(later)：皮肤和毛囊中色素细胞

　　( SF Gilbert ?2016)

　　躯干神经嵴细胞的迁移机制

　　在神经胚形成期间，神经嵴是一种短暂的结构, 它的细胞在神经管闭合前后就开始分散迁移。 What, When, How, Where

　　在有Wnt或BMP4和7中培养神经板，可以模拟神经嵴发育过程中上皮-间充质转化，并迁移离开 Wnt、FGF(from the underlying mesoderm), BMP4和BMP7可以诱导细胞表达Slug 和RhoB，这两个基因的缺失将导致神经嵴细胞不发生迁移。

　　Wnt， BMP和FGF

　　( SF Gilbert ?2016)

　　Snail: (E-cadherins) RhoB ：促进肌动蛋白聚合成微丝

　　躯干神经嵴细胞的腹侧迁移

　　Ventral migration pathway: 通过体节的前部向腹侧伸展(生骨节)，在体节中形成背根神经节，穿越体节分化为交感神经和肾上腺髓质细胞

　　( SF Gilbert ?2000)

　　HNK-1 stain

　　Posterior section of sclerotome: ephrin

　　表达受体Eph的神经嵴细胞 表达Ephrin的生骨节细胞

　　( SF Gilbert ?2006)

　　HNK1: neural crest cell

　　基质ephrin

　　Npn2 is expressed in migrating neural crest cells. 表达受体neuropilin 2的神经嵴细胞 及表达Semaphorin-3F的后部生骨节细胞 ( Gammill, Gonzalez et al. 2006)

　　迷走和尾骶来源的神经嵴可以形成肠神经节控制肠的蠕动。但有不同：迷走来源的神经嵴穿过体节进入前肠并扩散到消化管大部分，而尾骶来源的神经嵴细胞一般只在后肠存在。

　　向肠迁移细胞

　　胞外基质(Slit)阻止神经嵴细胞向肠运动，但在尾骶和迷走处的神经嵴细胞周围缺乏该阻碍蛋白

　　迷走和尾骶来源的神经嵴可以形成肠神经节控制肠的蠕动。但有不同：迷走来源的神经嵴穿过体节进入前肠并扩散到消化管大部分，而尾骶来源的神经嵴细胞一般只在后肠存在。

　　向肠迁移细胞

　　为什么会向肠移动?且尾骶和迷走处的神经嵴迁移情况不同?

　　胞外基质(Slit)阻止神经嵴细胞向肠运动，但在尾骶和迷走处的神经嵴细胞周围缺乏该阻碍蛋白

　　迷走和尾骶来源的神经嵴可以形成肠神经节控制肠的蠕动。但有不同：迷走来源的神经嵴穿过体节进入前肠并扩散到消化管大部分，而尾骶来源的神经嵴细胞一般只在后肠存在。

　　向肠迁移细胞

　　为什么不是所有地方神经嵴细胞均可以向肠迁移?

　　胞外基质(Slit)阻止神经嵴细胞向肠运动，但在尾骶和迷走处的神经嵴细胞周围缺乏该阻碍蛋白

　　为什么会向肠移动?且尾骶和迷走处的神经嵴迁移情况不同?

　　迷走和尾骶来源的神经嵴可以形成肠神经节控制肠的蠕动。但有不同：迷走来源的神经嵴穿过体节进入前肠并扩散到消化管大部分，而尾骶来源的神经嵴细胞一般只在后肠存在。

　　向肠迁移细胞

　　为什么不是所有地方神经嵴细胞均可以向肠迁移?

　　胞外基质(Slit)阻止神经嵴细胞向肠运动，但在尾骶和迷走处的神经嵴细胞周围缺乏该阻碍蛋白

　　由肠间充质细胞分泌的胶质细胞神经营养因子(GDNF) 吸引趋化。而迷走处神经嵴细胞上表达的受体(Ret)较尾骶处神经嵴细胞多。缺失?

　　为什么会向肠移动?且尾骶和迷走处的神经嵴迁移情况不同?

　　进入体节的神经嵴细胞，因所在环境不同可以分化为两种主要的神经元。

　　躯干神经嵴腹侧迁移途径细胞的分化

　　在体节内，背根神经节

　　穿过体节到达背主动脉，自主神经节

　　?到达不同地方的原因?

　　(Gp:) 神经嵴细胞neurotrophin 和 Wnt 受体 背根内的胶质细胞和神经元 ?信号来源?

　　缺少受体时继续迁移

　　分化信号? 动脉的BMP信号可以使神经嵴细胞分化为交感神经和肾上腺成份，而来自肾上腺皮质的糖皮质激素阻止神经元的形成，而分化成肾上腺髓质。

　　迁移机制

　　45

　　可溶性分子：迷走和尾骶来源的神经嵴细胞形成结肠上的肠神经节控制肠的蠕动,由肠间充质细胞分泌的胶质细胞神经营养因子(GDNF) 吸引趋化;预定肾上腺皮质的中间中胚层释放的趋化信号诱导。 细外基质：生骨节前部细胞纤粘连蛋白﹑层粘连蛋白﹑粘蛋白、多种胶原和糖蛋白等多种胞外基质，对于神经嵴细胞的迁移方向和存活都很重要; 表达受体Eph和neuropilin 2的神经嵴细胞遇到表达Ephrin和Semaphorin-3F的细胞时，会停止迁移。

　　躯干神经嵴细胞的背侧迁移

　　46

　　Dorsolateral migration pathway: 发育较晚些，从胚胎的外胚层下面，由背部向侧翼、再向腹部的迁移，分化为色素细胞。

　　体节中的生皮节发育成真皮后，神经嵴细胞开始开始迁移形成色素细胞

　　( SF Gilbert ?2006)

　　( SF Gilbert， ?2016)

　　迁移与分化

　　47

　　生皮节发育成的背部真皮能够分泌一种趋化因子吸引神经嵴细胞向其迁移 鸡胚成黑色素细胞ephrin receptor(Eph B2) 和endothelin receptor (EDNRB2)表达上调+细胞外基质包含ephrin and endothelin-3 激活迁移 干细胞因子(SCF)：哺乳动物中Kit受体蛋白与成黑色素前体细胞的迁移关系密切。 Kit与真皮细胞生成的SCF结合，阻止凋亡并激活细胞分裂。

　　迁移与分化

　　鸡胚 Foxd3 MITF

　　-

　　Foxd3 MITF 色素细胞

　　MITF的作用：激活与黑色素产生有关的基因;使神经嵴细胞沿背部途径迁移;阻止迁移细胞的凋亡。

　　黑色素生成调控

　　( SF Gilbert ?2006)

　　内根鞘

　　( SF Gilbert， ?2016)

　　Mitf

　　endothelin receptor B

　　KIT

　　KIT

　　体节在躯干神经嵴迁移过程中的作用?

　　腹侧迁移途径 背侧迁移途径

　　心脏神经嵴的迁移与分化

　　52

　　分化胸腺、甲状腺甲状旁腺、主动脉肺动脉隔

　　(张红卫，2015)

　　Fgf8

　　哪种实验动物?

　　迁移信号?

　　小鼠中Pax3突变导致造成心脏神经嵴细胞减少，导致永存动脉总干：不能形成肺动脉和主动脉间隔以及胸腺、甲状腺和甲状旁腺 缺失后果?

　　动脉总干

　　主动脉

　　肺动脉

　　与神经嵴有关的疾病

　　头部神经嵴 躯干神经嵴 迷走和尾骶神经嵴 心脏神经嵴

　　小结

　　小结

　　不同区域的神经嵴细胞的影响迁移的分子机制有很大差别 不同区域的神经嵴细胞发育潜能有很大差别 如果感兴趣可以阅读以下综述 Knecht AK, Bronner-Fraser M. 2002. Induction of the neural crest: a multigene process. Nature reviews Genetics 3: 453-461. Kullander K, Klein R. 2002. Mechanisms and functions of Eph and ephrin signalling. Nature reviews Molecular cell biology 3: 475-486. Minoux M, Rijli FM. 2010. Molecular mechanisms of cranial neural crest cell migration and patterning in craniofacial development. Development 137: 2605-2621. Sauka-Spengler T, Bronner-Fraser M. 2008. A gene regulatory network orchestrates neural crest formation. Nature reviews Molecular cell biology 9: 557-568.

　　自学内容

　　基板的形成