10. Типы бластул и способы гаструляции

В результате гаструляции происходит разделение на экто-, энтодерму и мезодерму (кроме кишечнополостных)

Дробление:

1. Полное (голобластическое)

1.1. Равномерное (для олиго- и изолецитальных клеток). Объемы бластомеров одинаковы. Целобластула – однослойная бластодерма с крупным бластоцелем в центре.

1.2. Неравномерное (для мезо- и тело). Объемы бластомеров неодинаковы. Амфибластула – состоит из микро- и макромеров, бластоцель сдвинут к анимальному полюсу (к микромерам).

2. Неполное (меробластическое)

2.1. Дискоидальное (поли- и тело-). Борозды формируются вслед за делениями ядер, но разделяют только один из полюсов яйца. Дискобластула – диск бластомеров, лежащий на желтке.

2.2. Поверхностное (поли- и центро-). Поверхностный слой цитоплазмы разделяется перегородками, перпендикулярными поверхности яйца, центральная часть не делится. Перибластула – не имеет бластоцеля – внутри желток.

+ морула (комок клеток без бластоцеля) у кишечнополостных и стерробластула (стенка равномерной толщины, очень маленький бластоцель) у кишечнополостных и червей.

Благодаря наличию ионных каналов, внутрь бластулы накачиваются ионы, создается повышенное осмотическое давление, а следовательно – тургор в бластоцеле (растягивает поверхность зародыша, влияет на развитие), плюс ионы могут стимулировать клеточные циклы и экспрессию генов.

С пособы гаструляции

Иммиграционный – у кишечнополостных. Описан Мечниковым, эволюционно древний. Выселение в бластоцель отдельных клеток из стенки бластулы. Может быть мультиполярной (из всех участков), биполярной или униполярной.

Деламинация – у кишечнополостных с морулой. Расслоение – выравнивание слоев и образование базальной мембраны, отделяющей эктодерму от энтодермы. Клеточные перемещения почти отсутствуют.

Инвагинация — происходит путем впячивания вегетативной стенки бластулы в бластоцель целым клеточным пластом, не утратившим эпителиальной структуры; характерна для большинства групп животных. Полость вворачивания называется гастроцелем, ведущее в нее отверстие – бластопор (первичный рот). Края бластопора называются губами.

Эпиболия – вегетопетальные движения слоя на поверхности гаструлы. Обрастание. Бывают случаи чисто эпиболической гаструляции, когда впячивание невозможно. Например, у малощетинковых червей.

Инволюция — вворачивание внутрь зародыша увеличивающегося в размерах наружного пласта клеток, который распространяется по внутренней поверхности остающихся снаружи клеток.

2 0. Эмбриональные индукции у амфибиц (Ньюкуповская и Шпемановская)

23. Уровни регуляции клеточной дифференцировки. Примеры регуляции на уровне структуры днк. Роль метилирования.

Исходя из представлений молекулярной биологии, первичная структура белка закодирована определенной последовательностью триплетов ДНК. Информация об этой последовательности транскрибируется на мРНК, а по матрице мРНК после ряда превращений синтезируется белок.

Таким образом, возможны следующие уровни регуляции биосинтеза белков и, следовательно, регуляции клеточной дифференцировки:

- уровень соматических мутаций: соматические мутации (изменения в первичной структуре ДНК) наследуют потомки данной клетки. Это разнообразные делеции, инверсии, повторы участков или их перемещения. Предположения о их наличии высказывались еще в конце 19 в. При делении соматических клеток аскарид была отмечена диминуция (отбрасывание) части хроматина, по видимому, необходимая для развития гамет. Было также отмечено неравное деление хроматина между бластомерами. Феномен деминуции пока толком не исследован, однако, у высших эукариот ее точно не происходит. То, что деминуции нет на ранних стадиях было показано в опыте Шпемана на яйцеклетках тритона (опыт с перетяжкой и образованием двух нормальных зародышей). Окончательным доказательством отсутствия деминуции у растений стало выращивание целого растения из одной клетки. Но на животных таких четких результатов не достигнуто. Были проведены разнообразные опыты по пересадке соматических ядер в яйцеклетки, лишенные ядер. В результате, было выявлено:

- снижение с увеличением возраста донора ядер способности вызывать нормальное развитие яйцеклетки, что, вероятно, вызвано метилированием ДНК по ходу развития;

- способность давать различные типы эмбриональных тканей от ядра дифференцированной клетки.

- амплификация рибосомных генов в оогенезе и нерибосрмных генов, кодирующих структуру белков хориона яйца дрозофилы + дифференцировка В-лимфоцитов. Оба эти явления основаны на соматических мутациях.

Близкое к соматическим мутациям явление - выключение одной из Х-хромосом у эмбрионов самок млекопитающих.

- уровень транскрипции: даже при идентичной структуре ДНК одни и те же гены в разных клетках обладают разной активностью. Следовательно, осуществляется транскрипция разных наборов мРНК, а клетки дифференцируются в разных направлениях.

Клетки эукариот обладают широкими возможностями регуляции активности структурных генов. На ДНК есть особые контролирующие районы, содержащие промотор (непосредственно примыкает к структурному гену и связывает РНК-полимеразу для считывания последовательности) и энхансеры (более удаленные районы, их может быть несколько, за счет них образуется мультимодульная регуляция; они крупнее промотора).

Энхансеры связываются с обширными комплексами - гетеромультимерами - которые в зависимости от своего состава могут подавлять или усиливать экспрессию этого гена. Такая тонкая настройка способствует увеличению разнообразия клеточных дифференцировок. Воздействие энхансера на данный структурный ген осуществляется благодаря изгибу расположенного между ними участка ДНК (это вызвано деконденсацией общирного участка ДНК между энхансером и контролируемым им структурным геном; происходит при связывании энхансера с белком), в результате чего комплекс белок-энхансер устанавливает непосредственный контакт со структурным геном.

Активность экспрессии генов регулируется в том числе процессами метилирования-демитилирования, фосфориоирования-дефосфорилирования, этилирования-деэтилирования и пр. На данные процессы влияют разнообразные белки.

При метилировании участков ДНК по цитозину активность гена блокируется, а при деметилировании - деблоктруется. Активация генов зачастую происходит благодаря деметилированию ДНК в ходе развития зародыша. Позже может возрасти уровень метилирования для закрепления дифференцировки.

Еще одним фактором, влияющим на активность и, вероятно, на специфичность транскрипции, является размер петель доменов ДНК, возникающих при прикреплении ее к ядерному матриксу.

- регуляция в процессе сплайсинга и транспорта мРНК. К ним относят:

- альтернативный сплайсинг: разные способы вырезания интронов из пре-мРНК дают разные РНК из-за разных комбинаций в сшивке экзонов.

- регуляция транспорта мРНК из ядра – далеко не все мРНК экспортируются из ядра

- уровень трансляции: разная скорость, разное время запуска трансляции. Возможность блока трансляции.

- пострансляционный уровень: возможность задержки на уровне преобразования белка или задержки отправки белка на место работы.