第四章发育中的信号传导TGF β信号途径Wnt 信号途径Hedgehog 信号途径Notch 信号途径酪氨酸激酶受体途径JAK-STAT 信号途径视黄酸（retinoic acid ，RA ）途径一、信号活性的调控对配体活性的调节如加工修饰（Wnt 和Hedgehog 被棕榈酰化）；配体结合因子（BMP 抑制因子：Noggin 、Chordin 、Caronte 等）；对受体活性的调节与受体蛋白正确折叠加工有关的分子伴侣；蛋白多糖（抑制FGF 信号的活性）；蛋白聚糖（促进Wnt 、FGF 辅助受体的活性）；对信号途径中转录效应因子活性的调控浓度和稳定性的调节（泛素-蛋白酶体途径可调控Wnt 中的β-catenin ，TGF β途径的Smad ）；向细胞和转运的调控（MAPK 可磷酸化Smad 抑制其向核内转运）；信号活性的负反馈调节一个信号途径的活化激活相应信号途径的负调控因子的表达，从而抑制相应信号途径的过度活化（FGF 信号途径中的Sef 和Sprouty ）二、信号途径的关联和整合不同信号传递途径的相互关联同一信号分子可同时激活多种下游传递链（RTK 可同时激活MAPK 、PKC 、STAT 等）；很多信号效应因子是多功能的，可调节其他途径信号因子的活性（活化的ERK 可磷酸化Smad1 、2、3，抑制它们向核内转运；STAT 途径可激活Smad7 的表达而抑制FGF β途径）；信号途径特异性的调控来自信号传递途径的转录调节信息与组织特异性转录调节信息在靶基因的顺式调控元件水平得以整合；不同信号途径在靶基因增强子水平的整合果蝇eve 基因在肌肉前体细胞中的表达，受多个信号途径的调控新皮层最后分化为含细胞体的6层，由外向内依次是：I 分子层、II 外颗粒层、III 锥体细胞层、IV 内颗粒层、V 神经节细胞层和VI 多形细胞层。除了最早到达皮层板的Cajal-Retzius 细胞形成分子层之外，其余五层皮层组织均有一个神经元由内向外迁移的组装过程，即较晚期迁移的细胞堆积于那些较早期细胞的外面。这种“内－外”组装模式意味着较晚期形成的细胞通过已定位的细胞进行迁移。这对了解皮层内连接的形成具有重要的意义。2）小脑皮层的组织发生小脑皮层的早期分化像大脑皮层一样。第四脑室顶部的室层首先产生主要的神经元——浦肯野细胞（Purkinje cell ），然后是小脑皮层的其他较大的中间神经元和一些神经胶质细胞。这些细胞迁移到边缘层内形成中间层并开始分化，形成一个类似大脑皮层板的小脑板（cerebellar plate ）最后，一些仍然具有分裂能力的成神经细胞群体从第四脑室壁的增生层——菱唇（rhombic lip ）迁移到直接位于软膜下的区域，形成一个次级增生层——外颗粒层（external granule layer ）。外颗粒层中的细胞通过发育中的小脑皮层，经过浦肯野细胞层，再向内移动到它们在内颗粒层（internal granule layer ）的最终位置。颗粒细胞是脊椎动物小脑中最后形成的神经元。小脑分化为三层，由外向内分别是分子层、浦肯野细胞层和颗粒层。3）非层状结构中的组织发生在脑的非层状结构（核团）的组织发生中，在靠近脑室较深的层中,成神经细胞聚集成团，称为核团（nucleus ），每一个核团是一个功能单位。它与层状结构组织发生的主要不同在于核团的形成表现出一种“外-内”的细胞组装模式，即后形成的细胞并不通过先形成的细胞迁移。4）周围神经系统的发育中枢神经系统由脑和脊髓组成，而周围神经系统包括除中枢神经系统以外的所有神经组织。中枢神经系统和周围神经系统可以分为两个主要的组成部分：自主神经系统（autonomic nervous system ）和体神经系统（somatic nervous system ）。自主神经系统包括神经支配到内脏器官和各种腺体的平滑肌上的运动神经纤维，因此也称为内脏神经系统（visceral nervous system ），又分为交感和副交感神经系统。体神经系统包括神经支配和控制骨骼肌的神经元，这个系统是随意的控制。自主神经系统和体神经系统二者都含两种类型的神经元：感觉或传入神经元和运动或传出神经元。周围神经系统也是由神经元和神经胶质细胞组成，它们来源于中枢神经系统、神经嵴和外胚层板。从组成上来看，周围神经系统的发育比中枢神经系统要复杂的多。三、果蝇背–腹轴的形成与果蝇胚轴形成有关的4组母体效应基因中，背–腹系统最为复杂，涉及约20 个基因。其中dorsal （dl ）等基因的突变会导致胚胎背部化，即产生具有背部结构而没有腹部结构的胚胎。与此相反，cactus 等基因的突变则引起胚胎腹部化，产生只具有腹部结构的胚胎。背–腹系统的作用方式与末端系统有相似之处。通过一种局部分布的信号分子，即定位于卵子腹侧卵黄膜上的配体激活分布于腹侧卵黄膜上的受体，进而调节合子基因的表达。背-腹系统对合子靶基因表达的调节方式与前端系统相似，通过一种转录因子的浓度梯度来完成。但背腹系统浓度梯度形成的方式却与前端系统完全不同。dl 基因是这一信号传导途径的最后一个环节，它编码一种转录调节因子。dl mRNA 和DL 蛋白在卵子中是均匀分布。当胚胎发育到第9次细胞核分裂之后，细胞核迁移到达合胞体胚盘的外周皮质层，在腹侧的DL 蛋白开始往核内聚集，但背侧的DL 蛋白仍位于胞质中。从而，使DL 蛋白在细胞核内的分布沿背腹轴形成一种浓度梯度。toll 基因在这一系统中具有及其重要的作用。TOLL 是一种跨膜受体蛋白，其配体分子也是母源性产物，是sp tzle 基因编码蛋白的裂解片段。Sp tzle 蛋白由卵室腹侧的特异性滤泡细胞产生，在胚胎发育的早期被释放定位于卵周隙中。Sp tzle 蛋白与DL 受体结合并使之活化，进而激发一系列细胞内信号传导，最终使CACTUS 蛋白降解，DL 蛋白释放进而进入细胞核。DL 蛋白的浓度梯度通过对下游靶基因的调控，控制沿背-腹轴产生区域特异性的位置信息。这种浓度梯度在腹侧组织中可活化合子基因twist （twi ）和snail （sna ）的表达，同时抑制dpp 和zen 基因的表达，进而指导腹部结构的发育。dpp 和zen 基因在胚胎背侧表达，指导背部结构的发育。卵子发生过程中体轴的极化果蝇卵子发生过程中，母源性的mRNA 和蛋白是如何进入卵子的？它们又是如何定位于卵子中特定位置的呢？滋养细胞（nurse cell ）合成大量的蛋白和mRNA 通过胞质桥（cytoplasmic bridge ）转运至卵细胞中。滤泡细胞在决定卵轴极性方面发挥这重要的作用。果蝇的卵细胞进入卵室（egg chamber ）的后端，与后端的滤泡细胞建立联系。但卵细胞与前端的滤泡细胞被滋养细胞隔开。卵细胞中合成gurken mRNA ，而gurken 蛋白在局部分泌。Gurken 蛋白与后极滤泡细胞上表达的受体torpedo 的结合引起相邻的滤泡细胞特化为后极滤泡细胞。后极滤泡细胞发送信号至卵细胞，重排细胞骨架微管，从而将BCD 和oskar 蛋白分别定位于卵的前端和后端确定了卵的前后轴。随后卵细胞的核运动到将来的背侧，gurken 蛋白的局部释放使相邻的滤泡细胞特化为背部的滤泡细胞，卵子将来的背方也得到确定。在卵子发生过程中，滤泡细胞背腹极性的获得是由卵细胞的信号调控的。这个过程与TOR 途径有相似之处，但是信号传递的方式却相反。这个信号传递途径至少包括7个基因，这些基因的突变会影响卵壳和卵的极性。grk 、top 或cni 的突变产生腹部化的胚胎，而fs(1)k10 、sqd 、spir 或capu 的失活则产生背部化的卵和胚胎。四、分节基因与胚胎体节的形成分节基因的功能是把早期胚胎沿前–后轴分为一系列重复的体节原基。分节基因的突变可使胚胎缺失某些体节或体节的某些部分。根据分节基因的突变表型及作用方式可分为三类：缺口基因、成对控制基因和体节极性基因，这三类基因的调控是逐级进行的。缺口基因（gap gene ）的表达区域为一些较宽的区域，每个区域的宽度约相当于3个体节，表达区之间可有部分重叠。当缺口基因突变时胚胎缺失相应的区域。缺口基因直接受母体效应基因的调控。缺口基因最初通常在整个胚胎中都有较弱的表达，然后随着卵裂的进行逐渐变成一些不连续的区域。缺口基因的表达最初由母体效应基因启动，其表达图式的维持可能依赖于缺口基因之间的相互作用。成对控制基因（pair-rule gene) 的表达区域以两个体节为单位且具有周期性，在相互间隔的一个副体节中表达。这些基因的功能是把缺口基因确定的区域进一步分成体节。成对控制基因的表达是胚胎出现分节的最早标志，它们在细胞化胚盘期第13 次核分裂时表达。表达图式沿前后轴形成一系列斑马纹状的条带，将胚胎分为预定体节。有三个基因直接受到缺口基因的调控，即hairy 、even-skipped （eve ）和runt 基因，称为初级成对控制基因。缺口基因可以识别初级成对控制基因的启动子。关于缺口基因的作用方式还不是很清楚。有些证据表明缺口蛋白对成对控制基因表达起抑制作用，但也有实验表明缺口基因既可以在一定的带区活化基因表达，又可同时抑制其他表达带区的形成。体节极性基因（segment polarity gene ）在每一体节的特定区域细胞中表达。engrailed （en ）、hedgehog （hh ）和wingless （wg ）基因是最重要的体节极性基因。前两者在每一副体节最前端的一列细胞中表达，而后者在每一副体节的最后一列细胞中表达；这两个基因的表达界限正好确立了副体节的界线。果蝇晚期胚胎和幼体的每个体节由前一副体节的后区和后一副体节的前区构成。在体节界限确定之后每个体节的结构被进一步特化，此过程由主调节基因（master regulatory gene ）或称为同源异型选择者基因调控完成。同源异型选择者基因的突变或异位表达可引起同源转化现象（homeotic transformation ）。同源异型选择者基因表达图式的建立受成对控制基因和缺口基因的调控。果蝇大部分同源异型选择者基因位于3号染色体相邻的两个区域，其一为触角足复合体Antp-C ，另一个为双胸复合体BX-C ，二者统称同源异型复合体HOM-C 。HOM- C 基因的结构是十分复杂的，有的基因有多个启动子和多个转录起始位点。其另一个重要特征是都含有一段的保守序列，称为同源异型框（homeobox ）。含有同源异型框的基因统称为同源异型框基因（homeobox gene ）。由同源异型框编码的同源异型结构域（homeodomain ）可形成与DNA 特异性结合的螺旋-转角-螺旋结构（helix-turn-helix ）。首先由母体效应基因控制缺口基因的活化，其次缺口基因之间互相调节彼此的转录且共同调节成对控制基因的表达，然后成对控制基因之间相互作用，把胚体分隔成为一系列重复的体节，并且进一步控制体节极性基因的表达。所以，胚盘末期的每一个体节原