Теоретическая часть занятия

Рис.1. Основные стадии эмбриогенеза на примере зародыша ланцетника.

2. Генетические основы дифференцировки

Яйцеклетка является уникальной клеткой, разные участки цитоплазмы которой имеют ратный химиче­ский состав и различные потен­ции. В области анимального по­люса цитоплазма обладает по­тенциями эктодермы, в области вегетативного полюса - -энтодер­мы.а на экваторе - мезодермы.

Рис. 2. Схема неоднородности цитоплазмы яйцеклетки.

(Различные значки обозначают разный химический состав цитоплазмы).

Рис. 3. Схема дробления зиготы.

Последовательность этапов дифференцировки можно представить следующим образом:

1. первопричиной дифференцировки клеток является химическая разнородность цитоплазмы яйцеклетки;

2. она усиливается после оплодотворения (сегрегация);

3. химическая разнородность цитоплазмы яйцеклетки переходит в химическую разнородность цитоплазмы бластомеров;

4. следовательно, в разных бластомерах имеются разные индукторы;

5. разные индукторы включают в работу различные трапскриптопы;

6. синтезируются разные белки-ферменты;

7. разные белки-ферменты катализируют разные типы биохимических реакций и

8. в разных бластомерах идёт синтез разных типо- и тканеспецифических белков;

9. вследствие этого образуются разные типы клеток (морфологическая разнородность);

10. различные типы клеток образуют разные ткани;

11. из разных тканей формируются разные органы

2.2. Подтверждением положения о том, что цитоплазма яйцеклетки содержит полный набор индукторов, способных включать в работу все необходимые блоки генов, служат опыты Дж.Гердона (1964-1966 гг). В яйцеклетку лягушки с удалённым ядром он пересаживал ядро соматической клетки (эпителия кишечника или кожи). В большинстве случаев из такой яйцеклетки развивались нормальные головастики и даже взрослые лягушки. Эти опыты доказывают, что ядра соматических клеток содержат полную генетическую информацию о развитии целого организма, а цитоплазма яйцеклетки - полный набор индукторов для включения всех нужных блоков генов.

Рис. 4. Схема опытов Гердона. (Объяснение в тексте).

Условно гены можно подразделить на три группы: а) функционирующие во всех клетках (например, гены, кодирующие ферменты энергетического обмена); б) функционирующие в клетках одной ткани (например, синтез миозина во всех клетках мышечной ткани); в) специфичные для каждого типа клеток (например, гены гемоглобина в эритробластах).

Главный механизм дифференцировки – блокировка и деблокировка разныхтранскриптонов на каждом этапе онтогенеза (схема Георгиева). Так, при изучении удалось выяснить, что в отдельных местах хромосомы образуются вздутия (пуфы). Дезоксирибонуклеопротеидные нити в этих участках деспирализованы и с них идёт считывание информации. В зависимости от стадии развития пуфы появляются в разных участках нитей. Так.у личинки мухи дрозофилы в клетках слюнных желез одна из хромосом в конце третьей личиночной стадии имеет три характерных пуфа. Когда личинка превращается в предкуколку, они исчезают, но вместо них в другом локусе этой же хромосомы появляется характерный пуф.

На ранних стадиях дробления бластомеры являются тотипотентными, т.е. каждый из них может дать начало целому организму. Установлено, что у тритона тотипотентность сохраняется до стадии 16 бластомеров, у кроликов - до 4. О существовании тотипотентности бластомеров у человека говорят случаи рождения нескольких монозиготных близнецов. Постепенно клетки становятся детерминированными, т.е. развитие их уже окончательно запрограммировано, и они могут дать начало только определённому типу клеток, например, эпителиальным, нервным и др.

Различают две фазы дифференцировки: а) зависимую и б) независимую. В начале эмбриогенеза (до стадии ранней гаструлы) наблюдается зависимая дифференцировка.когда клетки ещё относительно тотипотентны и их дифференцировка зависит от индукторов и соседних клеток. Например, клетки эктодермы спинной части зародыша хордовых дают начало нервной трубке, а брюшной части - эпидермису кожи. Если взять клетки эктодермы с брюшной стороны зародыша и пересадить па спинную - они образуют нервную трубку.

На более поздних стадиях эмбриогенеза (стадия поздней гаструлы) клетки становятся детерминированными, их развитие предопределено и, независимо от локализации, они дифференцируются по намеченному плану (независимая дифференцировка). Например, если на стадии поздней гаструлы взять клетки из верхней губы бластопора и пересадить их на нижнюю гу­бу, то на брюшной стороне образуется нервная трубка.

Важную роль в развитии организма играет эмбриональная индукция. Эмбриональная индукция - это влияние группы клеток эмбриона на дифференцировку рядом расположенных клеток. Явление эмбриональной индукции было открыто Г. Шпеманом и Г. Мангольдом в 1924 г. Первичный индуктор вызывает цепь последовательных вторичных индукций. Первичным индуктором являются клетки дорсальной губы бластопора, которые индуцирует образование хорды из дорзальной части энтодермы, а хорда - дифференцировку клеток спинной стороны эктодермы и образование нервной трубки, а также образование пищеварительной трубки из клеток вентральной части энтодермы. Так идет морфогенез - приобретение зародышем опреде­лённых морфологических структур.

В настоящее время считают, что эмбриональная индукция обусловлена выделением специфических индукторов, которые включают и выключают определённые блоки генов в близлежащих клетках.

Табл. 1. Морфогенетические процессы в различные клинические стадии внутриутробного развития зародыша человека.

№	Сроки развития, недели	Морфогенетические процессы
I. Стадияпредэмбриона (стадия предэмбриогенеза) в развитиизародыша (1-я неделя)
1	1-я	Оплодотворение. Дробление зиготы. Образование морулы и бластулы. Первая стадия гаструляции (деламинация), образование эпибласта и гипобласта. Начало имплантации
II. Стадия эмбриона (эмбриональная стадия) в развитии зародыша (2-я - 8-я недели)
2	2-я	Завершение имплантации. Формирование зародышевого диска. Вторая стадия гаструляции (иммиграция), образование первичной полоски, предхордальной пластинки. Образование амниотического и зародышевого пузырьков, внезародышевого мезодерма. Дифференцировка трофобласта на цитотрофобласт и симпластотрофобласт, первичных ворсин хориона. Развитие первичного и вторичного (дефинитивного) желточного мешка (пупочного пузырька).
3	3-я	Продолжение 2-й стадии гаструляции, образование трех зародышевых листков, хорды, предхордальной пластинки, нервной трубки, нервного гребня. Начало сегментации дорзальной мезодермы (сомиты, сегментные ножки), образование париетального и висцерального листков спланхнотомов и эмбрионального целома, который далее разделяется на 3 полости тела - перикардиальную, плевральную, перитонеальную. Закладка сердца, кровеносных сосудов, предпочки - пронефроса. Формирование внезародышевыхорганов - аллантоиса, вторичных и третичных ворсин хориона. Образование туловищной складки и отделение первичной кишки, зародыша от вторичного желточного мешка.
4	4-я	Углубление желточной складки, образование желточного стебля и приподнятие зародыша в полости амниона. Продолжение сегментации дорсальной мезодермы до 30 сомитов и дифференцировка на миотом, склеротом и дерматом. Замыкание нервной трубки и формирование переднего невропора (к 25 сут) и заднего невропора (к 27 сут), образование нервных ганглиев; закладка лёгкого, желудка, печени, поджелудочной железы, эндокринных желёз (аденогипофиза, щитовидной и околощитовидных желёз). Образование ушной и хрусталиковой плакод, первичной почки - мезонефроса. Начало формирования плаценты. Образование зачатков верхних и нижних конечностей, 4-х пар жаберных дуг.
5	5-я	Расширение головного конца нервной трубки. Окончание сегментации мезодермы (образование 42-44 пар сомитов), образование несегментированной мезодермы (нефрогеннаяткань) в каудальном отделе. Развитиебронхов и долей лёгкого. Закладка окончательной почки (метанефрос), урогенитального синуса, прямой кишки, мочевого пузыря. Образование половых валиков.
6	6-я	Формирование лица, пальцев рук. Начало образования наружного уха и глазного яблока. Образование зачатков отделов головного мозга - моста, мозжечка. Формирование печени, поджелудочной железы, легких. Закладки грудных желез. Отделение гонад от мезонефроса, формирование половых различий гонад.
7	7-я	Формирование верхних и нижних конечностей. Разрыв клоакальной мембраны.
8	8-я	Формирование пальцев верхней и нижней конечностей. Значительное увеличение размеров головы (до 1 / 2 длины туловища). Пуповина представляет собой шнур, соединяющий пупок зародыша/плода с плацентой. Пупочные кровеносные сосуды (две артерии и одна вена) обеспечивают гемациркуляцию зародыша и его питание и дыхание.
III. Стадия плода (фетальная стадия) в развития зародыша (9-я - 38-я неделя)
9	9-38-я нед	Завершение формирования плаценты (12 - 13 нед). Образование гладкого и ворсинчатого хориона. Разрастание симпластотрофобласта и редукция цитотрофобласта в ворсинах плаценты. Значительное увеличение размеров и массыплода. Продолжение процессов формирования тканей и органов. Формирование системы беременная - плод. Кровообращение плода.

Табл. 2. Критические периоды пренатального развития человека. Периоды чувствительности к тератогенам.

Табл. 1. Основные этапы эмбриогенеза человека и формирование структур висцерального черепа и начального отдела пищеварительного тракта