ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №16 (1 семестр) Тема Регуляция онтогенеза. Молекулярно-генетические механизмы дифференцировки. Критические периоды. Роль среды в развитии организма

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №16

ТЕМА: РЕГУЛЯЦИЯ ОНТОГЕНЕЗА. МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ДИФФЕРЕНЦИРОВКИ. КРИТИЧЕСКИЕ ПЕРИОДЫ.

РОЛЬ СРЕДЫ В РАЗВИТИИ ОРГАНИЗМА.

Цель занятия

Изучить клеточные и системные механизмы онтогенеза.

Знать генетический контроль развития.

Изучить концепции целостности онтогенеза.

Знать особенности гуморальной регуляции индивидуального развития.

Знать классификацию и характеристику врождённых пороков развития.

Выяснение конкретных клеточных и системных механизмов таких преобразований составляет основную проблему современной биологии развития. Увеличение массы тела особи, т.е. ее рост, и появление новых структур в ходе ее развития, называемое морфогенезом, нуждаются в объяснении. Рост и морфогенез подчиняются законам, которые обусловливают приуроченность конкретных процессов онтогенеза к определенному месту зародыша и периоду эмбриогенеза. Отдельные стадии индивидуального развития отличаются также определенной скоростью протекания с характерным качественным и количественным результатом.

Биология развития изучает способы генетического контроля индивид уального развития и особенности реализации генетической программы в фенотип в зависимости от условий. Под условиями понимают различные внутриуровневые и межуровневые процессы и взаимодействия: внутриклеточные, межклеточные, тканевые, внутриорганные, организменные, популяционные, экологические. Можно сказать, что усилия исследователей в области биологии развития концентрируются вокруг стержневой проблемы генетической предопределенности и лабильности онтогенетических процессов, что в известном смысле на ином уровне познания возвращает нас к идеям неопреформизма и эпигенеза.

Не менее важными являются исследования конкретных онтогенетических механизмов роста и морфогенеэа. К ним относятся следующие процессы: пролиферация, или размножение клеток, миграция, или перемещение клеток, сортировка клеток, их запрограммированная гибель, дифференцировка клеток, контактные взаимодействия клеток (индукция и компетенция), дистантные взаимодействия клеток, тканей и органов (гуморальные и нервные механизмы интеграции).

Все эти процессы носят избирательный характер, т.е. протекают в определенных пространственно-временных рамках с определенной интенсивностью, подчиняясь принципу целостности развивающегося организма. Биология развития стремится выяснить степень и конкретные пути контроля со стороны генома и одновременно уровень автономности различных процессов в ходе онтогенеза. [ Ярыгин В.Н. том 1. 2015]

1

Вопросы для самоподготовки

1.Основные концепции в биологии развития: преформизм и эпигенез.

2.Характеристика клеточных механизмов развития:

10.Понятие критических периодов в онтогенезе человека.

11.Определение и классификация врождённых пороков развития.

2

Аудиторная работа

Задание№1. Гигантские политенные хромосомы из слюнных желез насекомых.

Изучите рис.1. и обратите внимание, что гигантские политенные хромосомы являются единственным визуальным доказательством дифференциальной активности генов в ходе цитодифференцировки.

На рисунке видны участки деконденсированного хроматина в виде пуфов. Выполните рисунок хромосомы, обозначив на нём: 1 - эухроматин , 2 - гетерохроматин , 3 - пуф.

Рис.1. Гигантские политенные хромосомы из слюнных желез насекомых.

3

Задание№2. Эмбриональная индукция.

Изучите по рисунку схему эмбриональной индукции на примере развития глаза у тритона. Обратите внимание на взаимодействие индуктор - компетентная ткань.

Составьте схему эмбриональной индукции: «Индуктор → компетентная ткань».

На рисунке 2 отметьте этапы эмбриональной индукции : 1-покровный эпителий (хрусталиковая плакода); 2-пигмнтный эпителий; 3-сетчатка; 4-роговица, 5- хрусталик; 6-хрусталиковый эпителий; 7-глазной бокал

Рис. 2. Эмбриональная индукцияна примере развития глаза у тритона.

4

Задание№3. Эмбриональная индукция и генетический контроль при развитии почки у мыши.

Изучите на представленном рисунке 3 этапы эмбриональной индукции, её генетический контроль на примере развития почки у мыши.

Рис. 3. Морфогенетические стадии развития почки на примере мыши.

5

Задание №4.Регуляция онтогенеза.

Используя учебные пособия и лекционный материал, заполните таблицу № 1.

Таблицу № 1. « Виды регуляции онтогенеза»

6

Задание№5. Клеточные и системные процессы онтогенеза

Используя учебные пособия, заполните таблицу №2.

Таблицу №2 «Клеточные и системные процессы онтогенеза».

Самостоятельная работа

Задание №1. Основные термины по теме.

Пользуясь учебными пособиями и терминологический словарь, расшифруйте предложенные термины

Адгезия

Амплификация генов

Аплазия

Атрезия

Бластопатии

Гаметопатии

Гипертрофия

Гипоплазия

7

Гипотрофия Гомеозисные мутации Детерминация Дизруптивные мутации Дифференцировка Интегрированность Канализация развития Морфогенез Персистирование Политенные хромосомы Пуф Тотипотентность Трансдетерминация Фенокопии Фетопатии Эктопия Эмбриопатии Эквифинальность

Эмбриональная регуляция Эмбриональная индукция

Важно знать, что почка млекопитающего развивается из вольфова протока (WD ) и мезенхимы метанефроса ( MM), являющихся производными мезодермы. Почка начинает развиваться после появления на вольфовом протоке выроста – зачатка мочетоточника (UB). После внедрения в ткань мезенхимы он стимулирует окружающие его клетки к уплотнению и образованию стромы почки. В свою очередь клетки стромы побуждают зачаток мочеточника к ветвлению. В ходе ветвления мочеточника, каждый его конец, действуя как индуктивный центр, стимулирует образование нефронов. Данные процессы осуществляются под генетическим контролем. Последовательная экспрессия генов обусловливает поэтапность закладки органов выделительной системы. Аналогичные гены обнаружены и у человека. Мутации генов могут

8

привести к возникновению опухолей почек, наследственных болезней с аномалиями гонад и почек. Наиболее важные гены, участвующие в раннем развитии почки у мыши:

Wt1формирование зачатка мочеточника UB

Pax2влияет на экспрессию гена Gdnf, регулирующего ветвление мочеточника

Foxc1ответственен за местоположение формирования мочеточника

Wnt4формирование почечных канальцев

Retрост (удлинение) мочеточника

Задание№2. Генетический контроль онтогенеза.

Изучите на рисунке 1 расположение комплексов гомеозисных генов в 3-ей хромосоме мухи дрозофилы. Данные комплексы (кластеры) содержат морфогены , являющиеся переключателями развития из имагинальных дисков личинок частей тела взрослой мухи. Мутации этих генов называются гомеозисными. Результатом их является появление нетипичных органов.

Рис.№4.Комплексы гомеозисных генов ANT-C и BX-C у дрозофилы (из Айала и Кайгер, 1988)

9

Используя учебные пособия, заполните таблицу №3: «Мутации генов, контролирующих эмбриогенез».

Таблица №3«Мутации генов, контролирующих эмбриогенез»

Задание № 3. Генетической регуляции онтогенеза

Изучите схему генетической регуляции онтогенеза на уровне транскрипции (каскадная эмбриональная индукция).

Пояснения : Индуктор 1 взаимодействует с сенсорным геном (С), активируя ген интегратор (И) , продукт деятельности которого действует через промотор (П) на структурные гены (СГ1, СГ2 и СГ3).

В свою очередь продукт деятельности СГ3 является индуктором 2 для структурных генов СГ4, СГ5 и т.д .С – сенсорный ген; И – интегратор; П – промотор; СГ - структурные гены; ∆ - – индуктор.

Предложенная схема является наиболее общепринятой и объясняет взаимосвязь процессов , происходящих на разных стадиях онтогенеза и его этапность.

10