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1、生殖细胞的发生,主 要 内 容,生殖细胞的发生：生殖细胞的起源和分化；精子的发生；卵子的发生,生殖细胞的发生,体细胞（Somatic cell）生殖细胞（Germ cell）或配子（Gamete）特殊分化的细胞，世代间的桥梁，个体发育的基础。包括：雌配子（Female gamete）或卵（Ovum），雄配子（Male gamete）或精子（Sperm）,第一节 生殖细胞的起源和分化,原生殖细胞（Primordial germ cell，PGC）-性别尚未分 化的生殖细胞一、原生殖细胞的起源观点:在胚胎发育的后期由体细胞分化而来。是通过相邻器官原基的诱发和/或在环境因素影响下使局部细胞分化为生殖
2、细胞。如海绵动物、腔肠动物和扁虫等；观点:从受精卵第一次卵裂时就已分出,即从胚胎发生起就与体细胞不同（线虫、果蝇和两栖类动物爪蟾）。原生殖细胞以变形运动方式自主前进，其定向迁移与生殖嵴的吸引力，途中周围细胞外基质的合成有关。没有到达生殖嵴的则分化为所到那个胚层的细Germ plasm：具有一定形态结构的特殊细胞质，主要有蛋白质和RNA构成。,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 r
3、idge)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,二、生殖质与生殖细胞分化1、线虫（nematode）,Caenorhabditis elegans,生殖细胞的起源和分化,线虫未受精卵中有一种均匀分布于整个卵质中的P颗粒。受精后P颗粒集中位于预定胚胎后部。第一次卵裂时形成一个AB大细胞和一个含有P颗粒的P1小细胞。P4细胞是所有生殖细胞的始祖细胞，细胞质内含有所有原来卵质中的P颗粒。生殖细胞最初的分化开始于P4细胞。,2、
4、果蝇(drosophila),雌体,雄体,生殖细胞的起源和分化,果蝇的原生殖细胞的命运决定于后部极质,9次卵裂后，有5个细胞核移至未来胚胎的末端，分化为极细胞极细胞（Polar cell）含有极质（含生殖细胞决定子）,生殖细胞的起源和分化,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,决定果蝇原生殖细胞命运的基因,germ cell-less:在卵的生成过程中由营养细胞转录，受精后翻译的蛋白定位在极质中，其缺失导致无生殖细胞。,生殖细胞的起源和分化,生殖细胞的起源和分化,Oskar:其母体mRNA定位在极质中，
5、它的表达量影响极细胞的数量，如 1 copy of oskar=10-15 pole cells,2 copies=35 pole cells,4 copies=50 pole cells.它还影响极细胞的定位。,其他：nanos mRNA，这是一个影响果蝇腹部分化发育的基因，如果缺失，将影响腹部分化，同时导致生殖干细胞不能向生殖腺迁移，最终引起生殖细胞缺失 线粒体大核糖体RNA，实验发现，用紫外线破坏极细胞中的RNA后再注射线粒体大核糖体RNA，可恢复极细胞发生 polar granule component(Pgc)的非翻译RNA分子，与极细胞迁移有关 母性效应基因（maternal-ef
6、fect gene）的表达对果蝇生殖质的形成有重要作用（cappucino,spire,staufen,oskar,vasa,valois,tudor），他们在卵泡细胞中被激活，产物进入发育卵细胞中。他们的突变将干扰极质成分的正确定位，从而阻止原生殖细胞的发生或迁移。,生殖细胞的起源和分化,受精前即卵子发育时母体细胞转录的RNA甚至翻译的蛋白质，产物定位在成熟的卵的细胞质中。,马蛔虫（某些线虫和部分昆虫）染色质消减的细胞-体细胞染色质不消减的细胞-生殖细胞染色质消减（Chromatin dimination)：线虫或某些昆虫在卵裂过程中部分染色质（体）消失在细胞质中，不能保持原来数目的染色体组
7、的现象,生殖细胞的起源和分化,不同细胞质对染色体的影响不同。,尼龙绳结扎核不能进入极细胞质,将来不育,离心使极细胞质分布均匀，每个细胞都有极细胞质，则染色体不消减。,3、两栖动物生殖细胞命运也决定于生殖质,无尾类的生殖质虽无膜包围，但有明显的界限，一般呈直径5-12 um的小斑，由许多生殖颗粒所组成。,Germ Plasm at the Vegetal Pole of Frog Embryos,如果用紫外线照射豹蛙或林蛙的动物极，则对生殖细胞的形成没有影响，但照射植物极后，形成的蝌蚪中生殖细胞明显减少，有的可减少90%。,将吸管插入盘舌蟾的受精卵或四细胞期的胚胎的植物极，吸去约占卵体积1/4的
8、细胞质，结果在能变态的蝌蚪生殖腺中没有或只有少量的生殖细胞。,Ikenishi等（1986）将含生殖质的植物极细胞质注入从32细胞期分离出的单个体细胞分裂球中，并将此细胞以3H-胸腺嘧啶标记，然后注入到神经胚中，结果这种标记的细胞发育为PGCs。并可随宿主胚胎的PGCs一起迁移到生殖嵴中。,4、哺乳动物生殖细胞,在7天的小鼠胚胎中，约8个PGC位于胚外中胚层中，其后它们迁移经过内胚层、尿囊、卵黄囊到达后肠，再沿后肠背壁向前迁移到达生殖嵴，此时的PGC达25005000个。,干细胞生长因子(SCF)是防止PGC凋亡所必需的，也能促进其繁殖。它由PGC迁移路径中的细胞合成，定位在膜上。White突
9、变(缺失SCF受体基因)或Steel-Dickie突变(SCF不能定位在膜上)的小鼠无PGC或很少的PGC.,生殖细胞的起源和分化,生殖细胞的起源和分化,5、鸟类生殖细胞,鸟类的PGC最早起源于明区中央的外胚层细胞，在原肠作用中迁移至明区的前部边缘的下胚层，形成生殖新月区(germinal crescent)，这些细胞繁殖成为PGC.,生殖细胞的起源和分化,生殖新月区形成血管时，PGC进入血管，通过血液循环到达生殖嵴，然后离开循环系统。生殖腺的毛细血管内皮对PGC有吸引力，但对所吸引的PGC不具备物种特异性。,线虫XX雌雄同体个体的GC细胞的发育经历两次选择A：有丝分裂和减数分裂之间的选择,离
10、开生殖腺远端的细胞进入减数分裂，而留在远端的细胞继续有丝分裂。远端的单个distal tip cell的纤毛含lag-2蛋白，它与GC上的受体glp-1结合后抑制GC发生减数分裂。用激光使tip cell失活可导致所有GC进入减数分裂；将该细胞移植到其它处，则可使附近细胞继续有丝分裂。,幼虫期离开生殖腺远端的细胞进入减数分裂，产生精子；在成虫期离开生殖腺远端的生殖细胞通过减数分裂产生卵子。,线虫XX雌雄同体个体的GC细胞的发育经历两次选择B：生精或生卵之间的选择,线虫上生精或生卵的分子机制,第二节 精子发生（Spermatogenesis),精卵发育的核心内容有四方面减数分裂产生单倍体的配子，
11、二者结合恢复双倍体配子的分化与成熟，保证受精特异性和唯一性建立和储存子代发育必备的信息以及营养成分与亲本性成熟以及性生理活动的协调,一、精子发生（Spermatogenesis）,雄性脊椎动物，原生殖细胞一旦迁入生殖嵴，便与其组织结合形成上皮样的生殖索（性索sex cord）。在实现生殖腺的初步分化以后，生殖干细胞进入休眠状态。在个体性成熟过程中，性索中空形成生精小管（seminiferous bubule),青春期生精生殖细胞精原细胞(spermatogonia)合成的BMP8B积累到一定浓度时便开始分化。生精细胞表面有N-Cadherin及半乳糖，曲精小管中的支持细胞表面有N-Cadher
12、in及半乳糖受体，两种细胞通过这些分子的相互作用结合在一起。支持细胞为生精细胞提供营养和保护，但它们随着生殖细胞变为精子而退化。,Self-renewal,apoptosis,精子分化(spermiogenesis),人约需70天,减数分裂开始,鞭毛精子（哺乳类）,头部,颈部,尾部,顶体,细胞核,中心粒,中段,主段,末段,有鞭毛精子,精子结构无鞭毛精子,下丘脑,促性激素释放激素,垂 体,促滤泡激素（FSH）,黄体生成素（LH）,生精细胞,支持细胞,作用,启动生精；FSH与支持细胞膜上的受体结合，激活ABP（雄性激素结合蛋白）物质的合成；,作用于间质细胞,作用,促进睾酮的分泌,三、精子发生中激素
13、和基因表达的调控,精子发生过程中的激素调控,反馈,三、精子发生中激素和基因表达的调控,精子发生过程中的激素调控 促滤泡激素（FSH）启动精原细胞有丝分裂、刺激初级精母细胞发育；同时，FSH与支持细胞膜上的受体结合，激活膜上的cAMP酶，cAMP增加，激活ABP物质的合成基因，合成并分泌ABP（雄性激素结合蛋白）黄体生成素（luteinizing hormone LH）促使间质细胞生成睾酮，使精子成熟（睾酮进入靶细胞质中，与其中的受体结合形成激素-受体复合物，后者通过核内染色质上的特定位点结合到DNA链上，活化该部位基因、转录mRNA、指导特异性蛋白质的合成睾酮是精子成熟的必须因子，精子发生过程
14、必须在较高水平的睾酮作用下才能完成。当动物血液中的睾酮含量达到一定水平后，便可通过体液反馈到垂体及下丘脑，抑制其合成或分泌LH和LH-RH（黄体生成素释放素，由丘脑下部的视上核和弓状核分泌），以协调精子发生的正常进行,垂体,精子发生过程中基因表达的调节,1）每个阶段有不同的基因表达；,2）精子发生的基因调控发生在转录水平、翻译水平和翻译后修饰。例如：,转录水平：有许多精子发生特异性转录因子，如：OCT-2,SPRM1,TAK-1等等。翻译水平：具有翻译滞后现象。初级精母细胞时期，便已转录合成了精子形成时所需要的mRNA，并储存于精母细胞中，待精子形成时才表达。翻译后修饰：在精子发生的后期，许多
15、动物精子的组蛋白处于被修饰状态，如N-末端被磷酸化、甲基化修饰等。这种修饰进一步导致染色体的凝集，使转录活动急剧下降。,第三节 卵子发生（oogenesis）,一、卵子发生的最基本特点卵子发生除形成单倍体的细胞核以外，还要建立一个由酶、RNA、细胞器和代谢产物等所组成的细胞质库初级卵母细胞有一个较长的生长期（发生在减数分裂前期）,不同物种的产卵力差异很大，如海胆和两栖动物的卵原细胞可以终身进行有丝分裂，每次可产卵成百上千个。哺乳动物的生殖细胞在出生后就不具备有丝分裂能力。妇女一生只能排出约400个成熟的卵。,初级卵母细胞，减数分裂停止于前期 I,部分初级卵母细胞开始恢复减数分裂,生殖细胞的数量
16、（百万）,哺乳动物卵泡的生长 人卵巢中的原始卵泡周期性地进入生长期，使卵母细胞增大、颗粒细胞数量增加，只有少数与促性腺激素分泌周期相吻合的卵泡能够存活。,四、哺乳动物卵母细胞的成熟和排卵,原始滤泡,初级滤泡,次级滤泡,近成熟滤泡,成熟滤泡,LH导致卵泡合成胶原酶、血纤维蛋白溶原酶激活因子、前列腺素等。前列腺素诱导卵巢局部平滑肌收缩和使水分进入卵泡腔中，胶原酶和血纤维蛋白溶原酶激活因子消化卵泡胞外基质。,二、精卵发生的区别1、场所和连续性精子发生：均在精巢内完成，为一个连续过程卵子发生：整个过程不一定都在卵巢内完成，非连续非连续性：卵原细胞初级卵细胞的双线期，停止发育。经性成熟前期达成熟后，分批
17、发育,2、减数分裂均等性精细胞均等，产生四个等大的精细胞卵母细胞不均等，产生一个均等的卵子和2-3个极体 极体（polar body）-卵子发生中产生的含少量细胞质的细胞。3、分化时间精子晚，两次成熟分裂后进行卵子早，初级卵母细胞阶段4、辅助细胞参与 支持细胞（精子发生）滤泡细胞（卵子发生）5、细胞间桥持续时间 精子整个发生过程 卵原细胞阶段,鱼 Coregonus,二、两栖类卵母细胞的成熟,卵黄合成前期,卵黄合成期,1、物质合成与积累蛙卵在发育中自身进行着细胞器的构建，以及准 备着未来合成DNA、RNA、蛋白质所需用的酶，积 蓄着mRNA、结构蛋白和调控早期胚胎发育的形态发 生原因子、保护性
18、化学物质，同时还要合成卵黄物质，所有上述物质主要在减数分裂前期I中产生和积累。卵黄发生与调控 豹蛙（Rana pipiens）卵黄物质急速积累的时期 是个体发育到第三年，以后每年 有一批卵细胞成熟,两栖类卵黄合成与季节性成熟排卵的调控 环境（温度）刺激下丘脑 分泌垂体前叶释放因子 垂体分泌促性腺激素 卵巢 滤泡细胞（雌激素）肝脏（卵黄蛋白原）卵巢（卵母细胞吸收）卵黄小板,下丘脑,垂体,促性腺激素,滤泡细胞,雌激素,卵黄蛋白原,卵黄合成和卵母细胞分化,2、极性的构建通过卵内物质排列的不对称体现的卵轴（egg axis）通过动植物极之间的人为的假设线这种差异分布的机制尚不清楚，已知：细胞骨架对于R
19、NA分子和形态发生原的定位重要,三、昆虫的卵子发生,1、卵子发生过程中获取营养的方式（卵子发生类型）1）、独立型 渗透方式从周围环境中获取2）、辅助型滤泡型 滤泡细胞（follicular cell）提供（多无、脊椎）滋养型 周围滋养细胞提供 滋养细胞 nurse cell-卵巢中，与卵母细胞有共同的起源，但在卵母细胞发育过程中，由于提供营养，自身萎缩或被卵母细胞吞噬，而最终不能发育为卵细胞的细胞。果蝇：滋养细胞扩增基因组成为多倍体，合成RNP和Pr 海绵动物：卵通过吞噬滋养细胞获得营养,2、果蝇 1）、卵子发生特点卵原细胞经4次分裂形成16个细胞（细胞间桥），其中1号发育为卵细 胞，其他的为
20、滋养细胞滋养细胞 多倍体（512倍），高转录活性，合成和提供卵子发育所需要的RNA和蛋白质，输送给卵子滤泡细胞逐渐向卵巢前端推进形成卵泡，卵细胞定位在卵泡顶端卵细胞仅为消费者，发育信息和营养物质均来自滋养细胞、滤泡细胞和脂肪体,卵原细胞,滤泡形成,滋养细胞,多倍体滋养细胞,2）、卵黄合成及激素调控脑神经释放激素咽侧体保幼激素 卵巢 蜕皮激素产生细胞 卵黄蛋白原 脂肪体 蜕皮激素 保幼激素：调控卵细胞摄入卵黄蛋白原；促进卵巢内卵黄蛋白的合成；促进卵巢滤泡细胞和腹壁细胞释放蜕皮激素蜕皮激素：促进脂肪体合成卵黄蛋白原4）、卵子的极性中黄卵各种发育信息在卵内 不均匀分布，导致极性,Bicoid编码一种转录因子。其突变体缺失头胸结构，原头区由尾区取代。,
