《第七章 induction during the gastrulation》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第七章 induction during the gastrulation（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第七章 Induction during the gastrulation在決定 Amphibian 的 dorsal-ventral axis 上，vegetal cell 以及精子進入時的位置扮演重要的角色。Gimlich 和 Gerhart 進行了一個 transplantation 實驗，將 64 個細胞時期的 amphibian 胚胎，以 UV 照射突變 使其不能進行 gastrulation，然後再將正常的胚胎的 dorsal vegetal cell(這些細胞位在精子進入的反方向)，移植到 UV 照後過的胚胎的相同位置上，如此的處理將可以讓原本不能進行 gastrulation
2、的胚胎進行 gastrulation (fig. 10.11A) 。在另一方面，如果將這些dorsal vegetal cell 移植到 ventral side，將可以刺激胚胎進行兩個 gastrulation (fig. 10.11 B)。而其他的 ventral cell 或是 animal cell 都沒有這樣的作用。Fig10.11 兩棲類 64-cell 胚胎 transpalantation 的實驗中顯示出，在精子進入的對角線方向的vetetal blastomeres，具有足以誘發 dorsal lip 形成的功能。由 (A)圖中可以看到，當經過 UV 照射的 embryo，移
3、除掉部分的 vegetal cell，轉而植入一個正常 embryo 的 dorsal vegetal blastomere 時，這個 embryo 仍然可以進行正常的 gastrulation，而沒有經過移植的 embryo(UV照射)，則無法形成身體的軸線，只有 ventral 的部分。在(B)圖的實驗則是將 donor embryo的 dorsal vegetal cell 植入另一個正常 embryo 的 ventral vegetal cell 的區域，結果發現形成第二條身體的軸線。這個實驗推論出必定有一個 inducer，是調控 body axis 的形成。Fig10.12 從 d
4、orsal margin zone 切取下來的細胞，平放於內胚層的細胞表面，結果這團細胞會形成 bottle cell，然後帶領後面的細胞鑽入內胚層中，形成一個 blastopore-like groove，這個過程稱為 invagination。這個實驗結果推論出，這些 margin zone 的細胞天生就具有 invaginate 進入 endoderm 裡層的能力。另有一個實驗証明，當前方帶領的 bottle cell 被移除時，並不會影響後方 marginal zone 的細胞繼續鑽入 embryo 之中，這個過程則稱為involution。在 Xenopus 進行 gastrulat
5、ion 時，bottle cell 的形狀首先改變並形成了 blastopore，但在這之後的 gastrulation 就不再需要 bottle cell 參與。在 gastrulation 中帶動細胞移動的，主要是 inner marginal zone (IMZ)細胞的 involution。 IMZ 的 involution 推動 vegetal endoderm，再推動pharyngeal endoderm 往內移動(fig. 10.13 A-B)，而 mesoderm 也隨之進入胚胎，同時 ectoderm也開始進行 epiboly，而 archenteron 也開始形成(fig.
6、 10.13 C-D)，endoderm 往內移動所到最遠的地方，就是之後 anterior 的位置。之後已經進入胚胎的 mesoderm 表面的細胞也會平坦化，變成 archenteron 的表面 ，其他的 mesoderm 細胞根據位置不同會成為不同構造的 precursor (fig. 10.13 E)。在各種細胞往胚胎內部移動的同時，進入胚胎的 IMZ 細胞會進行 convergent extension，許多的 mesoderm 細胞流往 dorsal-ventral axis 聚集，形成一條細長的帶狀物 (fig. 10.13 F)。造成 convergent extension
7、的，是兩種參與 cell adhesion 的物質 paraxial protocadherin和 axial protocadherin。 paraxial protocadherin 在 notochord 周圍表現 (fig. 10.14)，會抑制convergent extension。Fig10.13 peculiar cell shape changeVegetal rotation 在 bottle cell 形成兩個小時以前，其內部就已經在攪動了。等到 Bottle cell 形成之後，會帶動細胞群，形成另一股力量往上流竄，衝到最前端的即是 anterior 部分(forebr
8、ain)，head 的 mesoderm 衝得最厲害，因為 notochord 延伸多遠，就決定 neural tube 的位置。這個過程一面往上竄(extension)，一面將 embryo 中的物質往中央聚集(converge)，再收集然後再往上竄，一直不斷地重覆，可比喻成像玩沙子一般，這個過程稱為 convergent and extension。Fig10.14 在 gastrualtion 的時候，paraxial protodadherin 只會在 paraxial mesoderm 表現，而 axial protocadherin 則只會在notochord 表現。圖 (A)為
9、gastrulation 的晚期，深色區域為 protocadherin 的表現區域，顯示出對 notochord 的downregulation，而在頭部區域並沒有表現此 protein。Fig10.16 endoderm 跑到前端 anterior 的部分，不是自己形成 nerve system 或 skin 等，而是通知那個區域的ectoderm 去形由圖(B 可以看到，有淡紅色 dye 的地方，為細胞分裂正在進行的區域(ectoderm) ，但在 dorsal 的部分，則沒有細胞分裂的進行。Fig10.17 帶動內胚層及中胚層往上是由 fibronectin 這個 protein，如(
10、E)(F)兩個圖，由於 fibronectin 是外加的，並沒有 anchor 在 embryo 上方，無法帶動細胞往上竄動，所以細胞會塌陷而一團混亂。Axis Formation in AmphibiansAmphibian axis formation 是一種 regulative development，也就是由細胞彼此之間的互動來影響彼此最後發育的目標。Hans Spemann 首先對 amphibian axis formation 作了一連串的實驗。他先用嬰兒的頭髮將 amphibian 剛授精的受精卵沿著它的經線擠壓到兩邊，將之後的左右兩邊分開，並讓其中一邊帶有全部的 nucle
11、ar division。而當細胞分裂到 16 個細胞時，通常會有一個核逃跑到另一邊，於是另一邊也開始像受精卵一樣分裂。最後將可以得到兩個正常的胚胎。 Spemann 於是推論出 amphibian 的每一個核都有相同的遺傳能力來發育出完整的個體。但是 Spemann 隨後進行了另一個類似的實驗，但是他這次切割的經線與上次是互相垂直 (fig. 10.19)，將之後的 drosal 與 ventral 兩邊分開，而這樣得到的卻只有一個完整的個體，與一團被稱作 belly piece 的 ventral cell，而沒有 dorsal 上的結構。這兩個實驗的結果之所以會不同，是因為在受精之後，cy
12、toplasm 就會開始移動，在精子進入的相反位置 (dorsal side)產生一個 gray crescent，而只有帶有 gray crescent 的一邊才會正常發育。而對 gray crescent 進行 fate map 可以發現這些細胞會成為 dorsal lip 的部分，而這部分也就是gastrulation 開始的蒂分，所以 Spemann 懷疑 gray crescent 的重要性是在於 induce gastrulation，並在 gastrulation 期間影響一些關鍵的發育過程。之後 Spemann 研究了gastrulation 期間 cell potency 的
13、變化。他將不同 gastrulation 時期的不同細胞，移植到其他胚胎的不同位置上，並發現早期的 gastrula cell 還沒有 commit 到特定的 cell fate，也就是會因移植到不同位置而成為該處的細胞型態，具有 conditional development 的性質；但是後期的gastrula cell 已經 commit 到特定的 cell fate，不會因為移植到不同位置而成為該處的細胞型態，變成 autonomous development (table 10.1)。這顯示在 gastrulation 期間，確實有某些物質在影響細胞的分化。於是 Spemann 以及
14、Mangold 又進行另一個移植的實驗，並且發現在早期的 gastrula 組織中，只有一種組織已經決定了它的命運，就是 dorsal lip。當它被移植到另一個 gastrula的 ventral side 上的時候，它不但形成一個完整的 dorsal lip， ventral side 也會開始進行gastrulation，最後會造成另一個胚胎在接受 dorsal lip 的胚胎上發育 (fig. 10.21)。於是Spemann 將 dorsal lip 以及它之後衍生物稱之為 organizer，因為它改變 ventral side 的 cell fate 成為 dorsal side
15、 的形式，而且它可以在胚胎上形成另一個有清楚 dorsal-ventral 以及 anterior-posterior axis 的胚胎。Fig10.19 Amphibian egg 的不對稱性。黑色素轉向，露出灰質的部分。實驗的部分，首先將 embryo 綁線分成兩個部分，沒有灰質的那部分，只有 ventral 的形成，如(B) 圖的 belly piece 所示。若將灰質部分用線均分，則可長出兩個完整個體。本實驗推論出，axis 的形成確實有organizer 或某種 inducer 的存在。Table 10.1 Results of tissue transplantation duri
16、ng early-and late-gastrula storages in the newtFig10.20 由(A)圖中看到，在 gastrulation 早期，把 neural ectoderm 移植到 epifermis，結果卻只會形成 epidermis。但在(B)圖中，在 gastrulation的晚期進行同樣的移植實驗，卻可以形成 neural plate 的 tissue，這個實驗結果顯示了，細胞命運的決定，是有時間性的。隨後 Nieuwkoop 進行了一個實驗，發現了決定 organizer 性質的部分。他將 blastula 上的animal cap 以及 vegetal cell 沿著緯線分開，如此兩者都不會有 mesoderm 形成，但將這兩者放在一起時，animal cap 的部份將會形成 mesoderm，這個結果證明 mesoderm 是由 vegetal cell induce 形成，而且有 dorsal- ventral polarity，而 dorsalmost vegetal cell，也就是
