developmental biology 第八章胚后生长及衰老 post-embryonic growth and aging

Developmental Biology

第八章胚后生长及衰老Post-embryonic Growth and Aging


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


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。


细胞增殖受内外因素的控制

During cleavage of fertilized eggs, there are virtually no G-phase.


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


人的生长速率因发育阶段而异


人躯体的不同部分有不同的生长速率


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。


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。


不同的器官具有不同的内在生长程序


GH, IGF-1

长骨的生长依赖生长板中细胞数量的增加


肌肉组织的生长来自单个肌纤维的加长和膨大


条纹肌肌原节数的增加依赖于骨的压迫力


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。


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


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。


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。


植物的生长受激素的控制


植物的生长主要通过细胞体积的增加


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 。


不同蜕皮期的个体体积都显著增加


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)


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。


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


三、个体衰老显著特征是死亡概率增高

损伤积累？遗传决定？


不同物种的寿命不同：遗传控制

Disposable

soma

theory


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。


体外培养中细胞的衰老

at Go

Telomere shortening


THE END

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