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1、发育生物学课件神经系统的发育第1页，本讲稿共43页问答题问答题1 1试述原肠化过程中的细胞运动有哪些试述原肠化过程中的细胞运动有哪些?2 2斑马鱼胚盾等的作用是什么斑马鱼胚盾等的作用是什么?3 3三个胚层的分化情况如何三个胚层的分化情况如何?第2页，本讲稿共43页一、神经管的形成一、神经管的形成神经管神经管(neuraltube)是中枢神经系统的原基，其形成称为是中枢神经系统的原基，其形成称为neurulation。其方式分。其方式分primaryneurulation和和secondaryneurulation两种。两种。1.Primaryneurulation:由外胚层细胞增殖、内陷并最终
2、离开外胚层表面而形成中空的由外胚层细胞增殖、内陷并最终离开外胚层表面而形成中空的神经管。绝大多数脊椎动物前部神经管的形成采用此种方式。神经管。绝大多数脊椎动物前部神经管的形成采用此种方式。第3页，本讲稿共43页外胚层细胞的命运：外胚层细胞的命运：背部背部中线区的细胞将形成脑和脊髓；中线区外侧的细胞将中线区的细胞将形成脑和脊髓；中线区外侧的细胞将生成皮肤；上述二者相交处的细胞为神经嵴细胞生成皮肤；上述二者相交处的细胞为神经嵴细胞(neuralcrest)，它们将迁移各处形成外周，它们将迁移各处形成外周神经元、色素细胞、神经胶质细胞等。神经元、色素细胞、神经胶质细胞等。第4页，本讲稿共43页神神经
3、经管管形形成成的的起起始始：来来自自背背部部中中胚胚层层的的信信号号诱诱导导预预置置神神经经板板边边缘缘的的细细胞胞的的背背测测收收缩缩，而而预预置置的的表表皮皮细细胞胞向向中中线线移移动动，使使表表皮皮与与神神经经板交接处凸起形成神经褶。板交接处凸起形成神经褶。第5页，本讲稿共43页Primaryneurulation的过程的过程第6页，本讲稿共43页神经管形成的扫神经管形成的扫描电镜图描电镜图第7页，本讲稿共43页神经管与相邻外胚层细胞分离可能与细胞粘连分子有关神经管与相邻外胚层细胞分离可能与细胞粘连分子有关第8页，本讲稿共43页神经管沿神经管沿AP轴线依次闭合，轴线依次闭合，完成形成过程
4、。完成形成过程。第9页，本讲稿共43页人类胚胎的神经管闭合缺陷症人类胚胎的神经管闭合缺陷症不同区域的神经管的封口时间不同。第二区封口失败，胚胎的前脑不发育，即致死性的无脑症；不同区域的神经管的封口时间不同。第二区封口失败，胚胎的前脑不发育，即致死性的无脑症；第第5区不封口导致脊柱裂口症。区不封口导致脊柱裂口症。SonicHedgehog、Pax3等因子是神经管闭合所必需的。孕妇服用叶酸和适量的胆固醇可降低胎儿等因子是神经管闭合所必需的。孕妇服用叶酸和适量的胆固醇可降低胎儿神经管缺陷的风险。神经管缺陷的风险。第10页，本讲稿共43页 神经系统的发生（神经系统的发生（development of
5、nerve systemdevelopment of nerve system）包括）包括脑、脑、脊髓、神经节和周围神经的发生脊髓、神经节和周围神经的发生。神经系统起源于神经外胚层。神经系统起源于神经外胚层,由由神经管和神经嵴分化而来。人胚胎第三周初，在脊索的诱导下出神经管和神经嵴分化而来。人胚胎第三周初，在脊索的诱导下出现了由神经外胚层构成的神经板。随着脊索的延长，神经板也逐现了由神经外胚层构成的神经板。随着脊索的延长，神经板也逐渐长大并形成神经沟，神经沟从相当于枕部体节的平面上向头尾渐长大并形成神经沟，神经沟从相当于枕部体节的平面上向头尾两端愈合成管，头尾两端各形成一个开口，称为前神经孔和
6、后神两端愈合成管，头尾两端各形成一个开口，称为前神经孔和后神经孔。前神经孔在胚胎第经孔。前神经孔在胚胎第2525天左右闭合，后神经孔在胚胎第天左右闭合，后神经孔在胚胎第2727天天左右闭合，于是形成一个完整的神经管。神经管的前端膨大，演左右闭合，于是形成一个完整的神经管。神经管的前端膨大，演变为脑，神经管的后端较细，演变为脊髓。神经管还发育为神经变为脑，神经管的后端较细，演变为脊髓。神经管还发育为神经垂体、松果体和视网膜等。神经嵴的细胞分化为周围神经系统的垂体、松果体和视网膜等。神经嵴的细胞分化为周围神经系统的神经节和神经胶质细胞，肾上腺髓质的嗜铬细胞、黑色素细胞、神经节和神经胶质细胞，肾上腺
7、髓质的嗜铬细胞、黑色素细胞、滤泡旁细胞、颈动脉体滤泡旁细胞、颈动脉体型细胞等。型细胞等。第11页，本讲稿共43页2.SecondaryNeurulation特点：特点：神经管由胚胎内细神经管由胚胎内细胞组成的实心索中空而成。胞组成的实心索中空而成。鸟类、哺乳类、两栖类鸟类、哺乳类、两栖类动物胚胎的后部神经管及鱼动物胚胎的后部神经管及鱼类胚胎的全部神经管的形成类胚胎的全部神经管的形成采取此种方式。采取此种方式。第12页，本讲稿共43页斑马鱼神经管的形成斑马鱼神经管的形成第13页，本讲稿共43页1.Organizermesoderm诱导神经管的形成诱导神经管的形成两栖动物胚胎胚孔背唇诱导两栖动物胚
8、胎胚孔背唇诱导第二胚轴形成的作用叫做第二胚轴形成的作用叫做primaryembryonicinduction二、神经诱导作用二、神经诱导作用第14页，本讲稿共43页主要胚胎诱导作用也存在于其它物种上主要胚胎诱导作用也存在于其它物种上鸭的鸭的Hensensnode移植到鸡胚上诱导一个次级胚轴形成移植到鸡胚上诱导一个次级胚轴形成第15页，本讲稿共43页斑斑马马鱼鱼的的胚胚盾盾具具有有组组织织中中心心活活性性第16页，本讲稿共43页神经诱导作用的机制神经诱导作用的机制组织中心产生的信号分子组织中心产生的信号分子(如如Chordin、Noggin、Follistatin)可拮抗可拮抗腹部化信号腹部化信
9、号(如如BMP4)，从而使其附近，从而使其附近的外胚层细胞朝预置的神经命运发育。的外胚层细胞朝预置的神经命运发育。第17页，本讲稿共43页三、神经管的分化三、神经管的分化1.脑的分区脑的分区第18页，本讲稿共43页2.后脑的分区后脑的分区脊椎动物后脑一般都再分出脊椎动物后脑一般都再分出多个多个菱脑原节菱脑原节(rhom-bomeres),每每个菱脑原节是一个发育单位，个菱脑原节是一个发育单位，节内的细胞可交换，而节间不节内的细胞可交换，而节间不能交换。能交换。后脑产生控制面部和颈部后脑产生控制面部和颈部的神经，其产生的神经嵴细的神经，其产生的神经嵴细胞分化出周边神经和面部骨胞分化出周边神经和面
10、部骨骼和结缔组织。骼和结缔组织。第19页，本讲稿共43页Hox基因在不同的后脑区域有不同的表达谱基因在不同的后脑区域有不同的表达谱第20页，本讲稿共43页Hox基因在菱脑原节表达基因在菱脑原节表达的转基因动物模型的转基因动物模型Hoxb2的一个增强子使的一个增强子使lacZ在在r3和和r5中表达；而中表达；而Hoxb1的一个增强子使碱性磷的一个增强子使碱性磷酸酶在酸酶在r4表达。表达。第21页，本讲稿共43页四、神经元的分化四、神经元的分化1.神经元命运的确定神经元命运的确定lateralinhibition跨膜蛋白跨膜蛋白Delta和和Notch的相互作用在神经元命运确定中起关键作用。二者互
11、作的相互作用在神经元命运确定中起关键作用。二者互作后，后，Notch通过一系列反应抑制通过一系列反应抑制NeuroD和和Neurogenin的表达。的表达。Neurogenin是激活是激活Delta表达所必需的。表达所必需的。第22页，本讲稿共43页2.脊髓沿脊髓沿DV轴线的分化轴线的分化脊髓沿背腹轴线的不同区域的细胞有不同脊髓沿背腹轴线的不同区域的细胞有不同的发育命运的发育命运.第23页，本讲稿共43页脊髓沿脊髓沿DV轴分化的机制轴分化的机制腹部命运：腹部命运：决定于来自脊索和决定于来自脊索和floorplate的的信号。将脊索置于脊髓的侧面或背部，其接信号。将脊索置于脊髓的侧面或背部，其接
12、触的脊髓部位将形成第二个触的脊髓部位将形成第二个floorplate,附近附近分化出分化出motorneuron,但背部标志基因但背部标志基因pax3和和pax7的表达受抑制。的表达受抑制。腹部信号分子是腹部信号分子是SonicHedgehog，其不同的浓度决定了不同的腹部，其不同的浓度决定了不同的腹部命运命运(高浓度诱导高浓度诱导motorneurons,而低浓度诱而低浓度诱导导C.neurons)。背部命运：背部命运：决定于来自神经管形成中背部外胚层决定于来自神经管形成中背部外胚层产生的产生的BMP4和和BMP7,它们能够诱导脊髓背部细胞表它们能够诱导脊髓背部细胞表达达BMP4和和Dors
13、alin-1。背、腹部信号分子间的互作提供了脊髓细胞分背、腹部信号分子间的互作提供了脊髓细胞分化的位置信息。化的位置信息。如将如将notochord去除后，去除后，Dorsalin的表达区就向腹部扩展。的表达区就向腹部扩展。SHHBMP4、BMP7BMP4、BMP7BMP4Dorsalin-1SHH第24页，本讲稿共43页五、神经元的生长和凋亡五、神经元的生长和凋亡1.神经元的结构神经元的结构神经元一般包括神经元一般包括4个组成部分：个组成部分：soma,dendrites,axon,growthcone.第25页，本讲稿共43页轴突绝缘层髓鞘轴突绝缘层髓鞘(myelinsheath)：由神经
14、胶质细胞围绕由神经胶质细胞围绕axon形成的多层膜系统，以防止电脉冲在传输过程形成的多层膜系统，以防止电脉冲在传输过程中损耗。外周神经元的髓鞘由中损耗。外周神经元的髓鞘由Schwanncell形成，而中枢神经元形成，而中枢神经元oligodendrocytes形成。形成。第26页，本讲稿共43页2.Guidanceforaxongrowth神经轴突的生神经轴突的生长首先决定于其自长首先决定于其自身表达的基因产物。身表达的基因产物。第27页，本讲稿共43页神经轴突的生长也决定于其所处的神经轴突的生长也决定于其所处的环境因素环境因素(environmentalcues),某些某些因素具有吸引作用，
15、而某些具有排斥作用。这些环境因素包括其伸展途径中的组织结因素具有吸引作用，而某些具有排斥作用。这些环境因素包括其伸展途径中的组织结构、胞外基质成分、相邻细胞的表面特性。构、胞外基质成分、相邻细胞的表面特性。第28页，本讲稿共43页神经管中的神经管中的netrin分泌蛋白对连合神经神经元轴突的生长具分泌蛋白对连合神经神经元轴突的生长具有吸引作用有吸引作用第29页，本讲稿共43页体节生骨区中的体节生骨区中的ephrin对对motorneuron的生长起排斥作用的生长起排斥作用第30页，本讲稿共43页昆虫肢体中跨膜蛋白昆虫肢体中跨膜蛋白semaphorin对感对感觉神经元的生长起排斥作用觉神经元的生
16、长起排斥作用第31页，本讲稿共43页神经营养因子的作用神经营养因子的作用由靶细胞分泌的由靶细胞分泌的NGF、BDNG、NT-3/4/5等是近距离趋向因子，某种因子等是近距离趋向因子，某种因子对一种神经元起吸引作用，但可能对另一种神经元起排斥作用。对一种神经元起吸引作用，但可能对另一种神经元起排斥作用。第32页，本讲稿共43页3.Synapseformation当神经元的生长锥抵当神经元的生长锥抵达靶位达靶位(肌细胞、其它神肌细胞、其它神经元、腺体经元、腺体)时，将在二时，将在二者间形成特化的连接，者间形成特化的连接，即神经突触。如即神经突触。如运动神经运动神经元与肌细胞间将形成元与肌细胞间将形
17、成neuro-muscularjunction.第33页，本讲稿共43页Agrin诱导乙酰胆碱受体重排和激活其表达的机制诱导乙酰胆碱受体重排和激活其表达的机制第34页，本讲稿共43页4.Neuralsurvival在中枢和周边神在中枢和周边神经系统的发育中，经系统的发育中，50以上的神经元以上的神经元将凋亡。将凋亡。一个神经元对肌细一个神经元对肌细胞的激活将引起其它胞的激活将引起其它与该肌细胞接触的神与该肌细胞接触的神经元的凋亡。经元的凋亡。第35页，本讲稿共43页不同类型的神经元的存活需要不同的营养神经因子，同类不同类型的神经元的存活需要不同的营养神经因子，同类神经元在不同的发育阶段也需要不
18、同的因子维持存活。神经元在不同的发育阶段也需要不同的因子维持存活。第36页，本讲稿共43页六、神经嵴细胞六、神经嵴细胞发生部位发生部位:神经管神经管闭合处闭合处的神经管细胞和与神经管相接的神经管细胞和与神经管相接的外表层细胞，它们间质细胞化而成为神经嵴细胞。的外表层细胞，它们间质细胞化而成为神经嵴细胞。特点特点:具有迁移性。具有迁移性。分化命运：分化命运：因发生的部位和迁移目的地不同而不同因发生的部位和迁移目的地不同而不同。可分可分化为感觉、交感及副交感神经系统的神经元和胶质细胞；化为感觉、交感及副交感神经系统的神经元和胶质细胞；肾上腺髓质细胞；表皮中的色素细胞；头骨软骨和结缔肾上腺髓质细胞；
19、表皮中的色素细胞；头骨软骨和结缔组织等。组织等。第37页，本讲稿共43页在在由由神神经经沟沟愈愈合合为为神神经经管管的的过过程程中中，神神经经沟沟边边缘缘与与表表面面外外胚胚层层相相延延续续处处的的神神经经外外胚胚层层细细胞胞游游离离出出来来，形形成成左左右右两两条条与与神神经经管管平平行行排排列列的的索索状状细细胞胞，在在神神经经管管的的背背外外侧侧和和表表面面外外胚胚层层的的下下方方，即即为为神神经经嵴嵴，可可分分化化为为周周围围神神经经系系统统的的神神经经节节和和神神经经胶胶质质细细胞胞、肾肾上上腺腺髓髓质质的的嗜嗜铬铬细细胞胞、黑黑色色素素细细胞胞、滤滤泡泡旁旁细细胞胞、颈颈动动脉脉体
20、体型型细细胞胞等等。部部分分细细胞胞还还可可变变为为间间充充质质细细胞胞，并并由由此此分分化化为为头头颈颈部部的的骨骨、软软骨骨、及及结结缔缔组组织织。因因此此这这部部分分神神经经嵴嵴组组织织又又称称为为中中外外胚胚层。层。第38页，本讲稿共43页第39页，本讲稿共43页躯干神经嵴细胞的迁移躯干神经嵴细胞的迁移Dorsolateralmigrationpathway:由背部向侧翼、再向腹部的迁移，位于表皮与体节之间，分化为色素由背部向侧翼、再向腹部的迁移，位于表皮与体节之间，分化为色素细胞。细胞。Ventralmigrationpathway:进入体节的的迁移，有的在体节中形成背根神经节，有的
21、穿越进入体节的的迁移，有的在体节中形成背根神经节，有的穿越体节的前半区分化为交感神经和肾上腺髓质细胞。体节的前半区分化为交感神经和肾上腺髓质细胞。迁移机制：迁移机制：即将迁移前表达即将迁移前表达Slug蛋白蛋白,用反义寡核苷酸抑制用反义寡核苷酸抑制SlugmRNA导致其不迁移；导致其不迁移；E-和和N-cadherin在迁移前表达，在迁移时停止表达。在迁移前表达，在迁移时停止表达。第40页，本讲稿共43页Migrating neural crest cells第41页，本讲稿共43页其它组织对神经嵴细胞迁移的影响其它组织对神经嵴细胞迁移的影响体节细胞的影响体节细胞的影响:不同不同AP部位的神经
22、嵴细胞都只能从体节的前半部迁移，即使将体节做部位的神经嵴细胞都只能从体节的前半部迁移，即使将体节做180o旋转也如此。其原因可能是后半部表达跨膜蛋白旋转也如此。其原因可能是后半部表达跨膜蛋白Eph成员，而神经嵴细胞表达其配体，二者的成员，而神经嵴细胞表达其配体，二者的互作产生排斥。互作产生排斥。神经管和脊索的影响神经管和脊索的影响:均抑制神经嵴细胞的迁移。如果神经嵴细胞迁移前将神经管沿均抑制神经嵴细胞的迁移。如果神经嵴细胞迁移前将神经管沿DV轴转轴转180o,则神经嵴细胞向胚胎背部方向迁移。则神经嵴细胞向胚胎背部方向迁移。第42页，本讲稿共43页头部和胸部神经嵴细胞头部和胸部神经嵴细胞头部神经嵴细胞头部神经嵴细胞:向背侧方向移动，分化为面部软骨、骨、头部神经元胶质细胞等。向背侧方向移动，分化为面部软骨、骨、头部神经元胶质细胞等。心神经嵴心神经嵴(cardiacneuralcrest):部分后脑后部的神经嵴细胞部分后脑后部的神经嵴细胞产生主动脉内皮细胞产生主动脉内皮细胞和和产产生主动脉与肺动脉之间的隔膜生主动脉与肺动脉之间的隔膜.第43页，本讲稿共43页