• Исследования по гибридизации ДНК показали, что в дифференцированных клетках в синтезе РНК участвует только 10% ДНК генома.

• Представление о дифференциальной экспрессии генов позволило на новой основе подойти к решению вопроса о цитоплазматической локализации морфогенетических потенций.

• Суть этого явления в том, что дифференцировку клеток какого-нибудь клона можно рассматривать как результат влияния отдельных участков цитоплазмы.

• Открытие цитоплазматической локализации морфогенетических потенций, названное цитоплазматической сегрегацией, получило экспериментальное подтверждение в 1948 г. (P. Ancel, P. Vintenberger).

• Таким образом, эмбриональное развитие можно представить себе как постепенное ограничение потенций. Вначале для групп клеток открыто много путей для дифференцировки. По мере развития эти возможности сводятся шаг за шагом к одной единственной, происходит канализация развития (ограничение).

• 4. Аномалии и пороки развития при нарушении механизмов онтогенеза.

• Процесс воспроизведения человека в отличие от животных крайне не эффективен. Всего 50-60% всех зачатий завершаются живорождением. Одними из основных причин являются анеуплоидии, заканчивающиеся гибелью зародыша или выкидышами.

• Причины врожденных пороков развития (ВПР)

А) Эндогенные:

1. мутации,

2. эндокринные заболевания,

3. «перезревание половых клеток»,

4. возраст родителей.

Б) Экзогенные:

1. физические (радиация. механич.),

2. химические (лекарства, хим. вещества, гипоксия и др.),

3. биологические (вирусы, простейшие).

На развитие зародыша могут оказывать влияние мутации:

- дизруптивные (нарушение нормального развития, отсутствие или аномальное строение органа);

- гомеозисные изменения (например у насекомых) – типичный орган замещается другим, но с нормальным строением (превращение брюшных сегментов в грудные у дрозофилы; превращение антенны в ногу и др.);

- мутации генов с материнским эффектом (в гомозиготном состоянии материнский геном не продуцирует ферменты, необходимые для метаболизма раннего зародыша);

- мутации рибосомных генов. У мутантов выявляется полное или частичное отсутствие ядрышка, зародыши нежизнеспособны (шпорцевая лягушка).

- мутации у мышей, влияющие на раннее развитие зародыша, которые вызывают гибель зародыша;

- мутации гена Tfm (Testicular feminization locus) у млекопитающих и человека, сцепленный с Х-хромосомой. Самки, гетерозиготные по данному гену нормальны, но половина их мужского поколения имеют женский фенотип и стерильны. У мутантов не синтезируется белок-рецептор к тестостерону.

• Среди экзогенных факторов мутагенами являются лекарства, алкоголь, наркотики, радиация и др.

Например, фокомелия – отсутствие конечностей или ластообразные конечности – результат приема талидомида.

Фетальный алкогольный синдром (FAS) – задержка умственного и физического развития, пороки сердца, аномалии лица.

Критические периоды развития у млекопитающих:

• имплантации (6-7 сутки после зачатия);

• плацентации (конец 2 недели беременности);

• перинатальный (роды).

Таким образом, развитие зародыша регулируется многими факторами, генами, клеточными реакциями и межклеточными взаимодействиями, т.е. целостной развивающейся системой.

Благодарю

за внимание

ГОУ ВПО Кировская государственная медицинская академия

Кафедра медицинской биологии и генетики

Лекция

Механизмы онтогенеза

Зав. кафедрой медбиологии и генетики

доктор мед. наук профессор А.А. Косых

Киров-2009

• План лекции:

1. Основные клеточные процессы в онтогенезе.

2. Межклеточные взаимодействия на разных этапах онтогенеза.

3. Генетическая регуляция развития.

4. Аномалии и пороки развития при нарушении механизмов онтогенеза.

• 1. Основные клеточные процессы в онтогенезе:

• Пролиферация

• Миграция клеток

• Сортировка клеток

• Апоптоз

• Дифференцировка

• Детерминация

• Пролиферация – деление клеток играет важнейшую роль в процессах роста и развития, в процессах регенерации и онкогенеза.

• Благодаря пролиферации организм из одноклеточного (зигота) превращается в многоклеточный, обеспечиваются рост и морфогенез организма, процессы обновления тканей и регенерации, но и опухолевого роста.

• Деление клеток регулируется тканево-специфическими факторами - стимуляторами (гормоны) и

- ингибиторами (кейлоны).

• Число клеточных циклов в процессе онтогенеза генетически предопределено.

• Нарушение процессов пролиферации может привести к недоразвитию или чрезмерному развитию отдельных органов и частей организма - уродствам.

Миграция клеток, начиная со стадии гаструлы, продолжается на протяжении всего морфогенеза.

• Клетки мигрируют одиночно или группами (мезенхимные), пластами (эпителий).

• Движения клеток в период гаструляции у лягушки

• Примеры миграции

• Миграция мезенхимных клеток нервных валиков, которые при смыкании нервной трубки выходят из них и мигрируют в разных направлениях:

• в эктодерму, образуя пигментные клетки кожи - меланоциты;

• двигаясь в центральном направлении, образуют нейроны спинальных ганглиев, ганглиев симпатической и парасимпатической нервной системы, клетки шванновских оболочек нервов, мозговой слой надпочечников;

• мигрируя в сторону лица, они превращаются в хрящевые, мышечные, соединительнотканные клетки, образуя висцеральный скелет, мышцы кожи, языка, нижней челюсти, входят в состав аденогипофиза, паращитовидных желез и мякоти зуба.

• Другим примером миграции клеток является миграция первичных половых клеток из желточной энтодермы в зачатки половых желез.

• Способы клеточной миграции:

Миграция клеток подвержена генетическому контролю и осуществляется благодаря:

• дистантным взаимодействиям;

• контактным взаимодействиям между соседними клетками.

Дистантные взаимодействия по типу:

• хемотаксиса (сперматозоиды в сторону яйцеклетки, лимфобласты из костного мозга в эмбриональный тимус);

• контактного ориентирования клеток со структурированным субстратом (фибробласты двигаются вдоль соединительнотканных волокон).

Контактные взаимодействия между соседними клетками:

• контактное ингибирование движения (мезенхимные клетки, например, лейкоциты, способны к амебоидным движениям; ламеллоподии одного фибробласта с мембраной другого).

• Нарушение процессов миграции клеток приводит к врожденным порокам развития - недоразвитию органа (гипоплазии) или гетеротопии, т.е. развитию органа или ткани в другом месте (гетеротопия почки, семенников).

Сортировка клеток начинается в процессе гаструляции (образуются зародышевые листки).

Условия сортировки:

• степень подвижности клеток,

• особенности их мембран.

• Клетки будущей эктодермы слипаются друг с другом и образуют сплошной слой над мезодермой и энтодермой.

• Клетки мезодермы имеют свойство впячиваться в любой, находящийся поблизости комок клеток.

• Клетки энтодермы относительно неподвижны.

• Агрегацию клеток зародышевого листка объясняют способностью к избирательному слипанию (адгезии) клеток одного типа между собой на основе их антигенных свойств или различий в поверхностном заряде их мембран.

• Нарушение процессов сортировки и избирательного слипания клеток может быть причиной злокачественных опухолей.

• Дифференцировкой называется процесс развития специализи-рованных клеточных типов из одного оплодотворенного яйца.

• Детерминация - это определение пути дифференцировки той или иной клетки.

Детерминация клетки может быть:

• генетически запрограммирована,

• может определяться воздействием соседних клеток,

• воздействием гормонов или различных внешних факторов.

Детерминация может быть: