Developmental Biology 第八章 胚后生长及衰老 Post-embryonic Growth and Aging.
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Developmental Biology
第八章 胚后生长及衰老Post-embryonic Growth and Aging
Developmental Biology
动物生长的 主要特点
胚胎发育早期生长不明显或缓慢; 生长主要发生在个体的雏形建立之后; 不同组织器官的生长速度不同。
一、组织、器官、个体的生长
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生长的策略
Axon of neurone.g., bone, cartilage
e.g., many tissues
损伤或刺激可诱导细胞增殖或生长:如将大鼠肝脏切除 2/3, 剩余部分增殖使肝脏恢复原来的大小;切除肾的一部分,剩余部分主要通过细胞增大而增大。
在正在生长的组织中,生长速度决定于细胞的增殖和凋亡的速度。
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细胞增殖受内外因素的控制
During cleavage of fertilized eggs, there are virtually no G-phase.
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果蝇受精卵含母体磷酸化蛋白 string ,使 1 - 13次卵裂只发生细胞核的分裂,无 G 期。其后 , 母体string 蛋白消失,合子 string 基因按时空特异性表达,其表达受 gap 、 pair-ruled 等基因产物的控制,只有表达 string 的细胞才能进入有丝分裂。由于有丝分裂不同步,不同组织有不同数量的细胞。
果蝇胚胎早期发育中细胞的分裂特点
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人的生长速率因发育阶段而异
Developmental Biology
人躯体的不同部分有不同的生长速率
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营养对生长的影响
胚胎在子宫中发育期间营养不良,一般会产生较小、但各部分比例正常的个体。
出生后营养不良可影响某些器官的正常生长。如断奶后营养不良的大鼠骨架生长正常,但肝和肾会很小。
出生时个体较小的婴儿,长大后易患心血管疾病和非胰岛素依赖性糖尿病。
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生长受激素的调控
缺失 IGF-2 基因的小鼠出生时的重量仅为正常鼠的 60% ,表明 IGF-2 是早期胚胎生长所必需的。 IGF-1 主要在出生后起作用。
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不同的器官具有不同的内在生长程序
Developmental Biology
Developmental Biology
GH, IGF-1
长骨的生长依赖生长板中细胞数量的增加
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肌肉组织的生长来自单个肌纤维的加长和膨大
Developmental Biology
条纹肌肌原节数的增加依赖于骨的压迫力
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成年哺乳动物的皮肤表皮细胞不断更新
干细胞分裂产生一个新的干细胞和一个将要分化的细胞。干细胞命运与其表达 integrin 并通过其与基底层的 laminin 和 collagen 相连有关。
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crypt
小鼠小肠的每个隐窝含有 1 个干细胞和 30-40 个潜在的干细胞,约 150 个分裂的细胞、每天分裂 2 次,每天产生约 300个细胞。
成年哺乳动物的肠上皮细胞也不断更新
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生长失控导致肿瘤
连续分裂的细胞最可能致癌,如 85 %的癌症发生在表皮细胞,白细胞过多导致白血病。 Proto-oncog
ene 突变为 oncogene 是癌症的诱因,多为显性突变。原癌基因与细胞增殖、分化和迁移有关,编码生长因子和信号分子及与信号传导有关的蛋白质。 抑癌基因的突变也导致癌症,但属隐性突变。如调控细胞周期的 Rb 突变可导致视网膜细胞瘤。人的 patched 基因也是一个抑癌基因,其突变导致各种皮肤癌。
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极少数肿瘤不涉及遗传物质的改变畸胎瘤 teratocarcinomas 常见于卵巢和睾丸,起源于生殖细胞。在小鼠卵巢中,未受精卵的偶然激活使其发育到上胚层形成期,然后形成肿瘤。将小鼠胚胎的上胚层移植到成年小鼠体内的任何部位,都将形成畸胎瘤。
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植物的生长受激素的控制
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植物的生长主要通过细胞体积的增加
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二、蜕皮 (molting) 和变形 (metamorphosis)
变形是指从某些动物幼虫转变为结构上大为不同的成年个体的过程。如毛虫变为成年蝴蝶、蛆变为飞蛾、蝌蚪变为青蛙。 在节肢动物上,幼虫期及成年前体积的增加伴随角质的退化脱落 (角质阻碍体积的增加 ) ,而形态结构未发生大的改变,该过程为 molting 。
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不同蜕皮期的个体体积都显著增加
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蜕皮过程
个体生长
激活牵长感应器(stretch receptor)
大脑分泌促前胸腺激素 (PTTH)
激活前胸腺
蜕皮素 (ecdysone)
molting
幼年素 (juvenile hormone)
咽侧体 (corpus allatum)
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昆虫的变形受环境和激素的调控
Developmental Biology 两栖动物的变形过程
促甲状腺素释放激素
促甲状腺素甲状腺素对不同组织的作用不同。如它们促进肢体的发育和生长,但引起尾巴细胞的凋亡而使尾巴退化。
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果蝇幼虫期的唾液腺细胞发生染色体复制,但不发生有丝分裂,导致形成巨形多线染色体。染色体转录活跃区疏涨,其位置受蜕皮素的调控。
昆虫变形过程中基因活性变化
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三、个体衰老显著特征是死亡概率增高
损伤积累?遗传决定?
Developmental Biology
不同物种的寿命不同:遗传控制
Disposable
soma
theory
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影响衰老的基因
食物摄取量影响寿命:处于最低营养水平的大鼠的寿命比高摄食量的大鼠长 40 %,可能是因为食物分解中产生的自由基对 DNA 和蛋白质起破坏作用。
线虫的 daf-2 基因:刚孵化的线虫在宽爽的空间、丰富的食物条件下存活 2周,但在拥挤、缺食条件下进入不摄食、不生长的 dauer larval state, 可长达数月。 Daf-2 基因突变的线虫即使在有丰富的食物时仍进入 dauer state ,其寿命比正常线虫长 2倍。
线虫的 clk-1 基因:该基因突变个体的细胞周期变长,寿命比正常胚胎长 70 %。 Daf-2 、 clk-1 及另外 2 个 clk 基因都突变的个体的寿命延长 5倍。
人的 Werner Syndrome: 患者青春期生长缓慢, 20 余岁白发、易患心脏病,绝大多数死于 50岁前。其成纤维细胞在体外培养时只能分裂几次就死亡。其被突变的基因编码的蛋白与 DNA解螺旋有关,而 DNA解螺旋是 DNA 复制、修复、基因表达所必需的。
Developmental Biology
体外培养中细胞的衰老
at Go
Telomere shortening
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THE END