Происходит замена белков хроматина спермия на белки ооплазмы, и хроматин этим приводится в деконденсированное состояние. Затем ядер ная оболочка вновь воссоздается.
В это же время ядро яйцеклетки, которая у всех позвоночных является ооцитом II порядка, завершает второе мейотическое деление. Только после этого ядра начинают двигаться навстречу друг другу, и в них одновременно происходит репликация обеих ДНК. Ядерные оболочки вновь р азбираются, происходит слияние генетического материала и конденсация хроматина. После этого сразу же начинается митоз. Истинное диплоидное ядро у млекопитающих образуется только на стадии двух бластомеров.
Функциональная неравнозначность женского и мужского ядер у млекопитающих
Ядра яйцеклетки и сперматозоида можно считать генетически эквивалентными, однако между ними существуют функциональные различия.
Однако проводили эксперименты и создавали необычные эмбироны. У гиногенетических (ядро из двух яйцеклеток) — тело имело незначительные аномалии, а структуры, необходимые для питания зародыша (плацента, желточный мешок), оказались сильно недоразвитыми. У андрогенетических животных (ядро из двух сперматозоидов), наоборот, плацента и ж елточный мешок были почти нормальны, а тело эмбриона было очень слабо р азвито. При этом развитие эмбрионов до конца не происходило ни в одном случае.
Геномный импринтинг
Функциональная неравнозначность мужского и женского ядер может быть объяснена явлением геномного импринтинга.
Предполагается, что молекулярным механизмом геномного импринтинга являются различные химические модификации ДНК, например, метилирование. По-видимому, существуют несколько генов-модификаторов, ответственных за импринтинг, которые у самцов и самок работают поразному. Поэтому у особей одного пола, но обладающих разными генамимодификаторами, будут различаться и наборы модифицируемых генов.
У мамы и у папы по-разному созревают половые клетки, разные гены выключаются, поэтому важно, от кого ребенок получил ген.
36. Ранние этапы развития зародыша. Бластула, гаструла, 3-х слойный зародыш
Дробление — это серия митотических делений, в результате которых объем ооплазмы яйца распределяется в клетки меньшего размера. Образуются клетки - бластомеры
! Клеточный цикл бластомеров очень упрощен, он состоит из S периода
интерфазы и собственно митоза.
Факторы, регулирующие двухфазный цикл дробления:
1.митозстимулирующий фактор (МРF)
2.цитостатический фактор (СSF).
•локализуются в цитоплазме;
•Важным является присутствие ионов Са2+
•Активность МРF в дробящихся клетках циклически меняется (макс-в митозе, мин-S-период)
•СSF-фактор стабилизирует МРF-фактор и активность последнего увеличивается,ионы Са2+ инактивируют СSF, при этом активность МРF падает
!На ранних стадиях развития белковые факторы ооплазмы зиготы определяют скорость клеточных делений. После 12–14 делений дробления восстанавливается 4-фазный клеточный цикл.
Типы
•Меробластическое: при неравномерном расположении желтка в
яйце дробление яйца частичное или неполное, т.к.борозды дробления не могут пересечь область, богатую желтком, (рыбы, амфибии, рептилии, птицы).
•Голобластическое: при равномерном распределении желтка или его малом количестве дробление полное (ланцетник, иглокожие).
!В результате ооплазматической сегрегации разные морфогенетические факторы оказываются в разных областях яйца.
! В процессе дробления — в разных бластомерах.
Таким образом, деления дробления детерминированы, и с ранних стадий бластомеры отличаются друг от друга по величине, форме, по расположению и внутриклеточным компонентам. Каждый бластомер дает начало строго опр еделенным зачаткам органов.
Этапы
1.Морула- клеточный узелок из 16 клеток, между бластомерами образуются межклеточные взаимодействия: плотные и щелевые контакты. На этом же этапе происходит усиление асимметрии, возникшей еще в оогенезе.
2.Бластула- клеточный шар из 128 клеток с полостью внутри- бластоцель(создается возможность для миграции клеток внутрь полости, и предотвращаются преждевременные контакты между клетками).
•У морского ежа-однослойный клеточный полый шар (целобластула);
•У амфибий бластула (амфибластула) — это многослойный полый шар, состоящий из клеток разного размера,т.к. анимальном
полюсе клетки делились быстрее, чем на вегетативном
•У птиц и рептилий яйца богаты желтком, образуется диск из нескольких слоев бластомеров. Затем между желтком и бластомерами возникает зародышевая полость. Большая часть клеток остается на поверхности и образует эпибласт, а меньшая
— мигрирует в полость и образует гипобласт. Эта стадия соответствует бластуле (дискобластула).
•У человека из яичника высвобождается ооцит II порядка, и оплодотворение происходит в верхней трети яйцеводов
Деления дробления
1.очень медленные (12–24 часа на 1 дробление);
2.неравномерные (бластомеры могут иметь разный размер);
3.несинхронные, в зародыше может быть нечетное число бластомеров;
4.на стадии восьми клеток происходит явление компактизации бластомеры сближаются, площадь их контакта резко увеличивается. Между клетками наружного слоя образуются плотные контакты, а между клетками внутреннего — щелевые. Возникает позиционная асимметрия бластомеровхарактеризуется наличием микроворсинок у наружных клеток и различием содержания специфических компонентов в наружных и внутренних клетках. Возникшая
асимметрия обеспечивает первый шаг в процессе дифференцировки клеток у млекопитающих.
5.Бластомеры 8-клеточного компактного шара делятся еще раз, и образуется 16-клеточная стадия — морула. Дальнейшие деления дробления ориентированы, чтобы использовать возникшую асимметрию и образовать клетки двух разных вариантов:
•наружные клетки с микроворсинками и ассоциированными с ними специфическими компонентами-дадут начало клеткам трофобласта;
•внутренние клетки- дадут ВКМ .
!Клетки трофобласта не участвуют в образовании зародышевых структур, а формируют хорион, клетки секретируют в полость шара жидкость за счет активной работы К+-Nа+-насоса- образуется полость бластоцеля на стадии
бластоцисты
!Клетки ВКМ отличаются от трофобласта по виду и спектру белков. В
дальнейшем из клеток ВКМ образуются зародышевые структуры и зародышевые оболочки — амнион, аллантоис и желточный мешок.
!У млекопитающих яйцеклетка не обладает исходной асимметрией, поэтому до стадии 8-ми клеток бластомеры не детерминированы, и зародыш может развиваться из любого бластомера. Следовательно, до 8-клеточной стадии бластомеры млекопитающих функционально идентичны и обладают неограниченными потенциями. Этим можно объяснить образование однояйцевых близнецов (ОБ) у человека.
.
Однояйцевые близнецы (об) возникают путем разделения бластомеров на ранних стадиях или разделения клеток ВКМ.
Варианты:
1.Примерно 33 % ОБ имеют два полноценных хориона и амниона, что указывает на срок разделения зародыша еще до появления клеток трофобласта и ВКМ (5 сутки беременности).
2.Примерно 65 % ОБ имеют общий хорион, но самостоятельные амнионы, значит, разделение
зародыша произошло на стадии формирования ВКМ.
3.Только 2 % ОБ имеют общий
хорион и общий амнион. Такие близнецы могут срастись между
собой разными частями тела.
Они и будут называться «сиамскими близнецами», правильнее «не до конца разделившиеся близнецы».
Гаструляция - процесс превращения многоклеточного полого шара(бластулы) в многослойную структуру
+ устанавливается план строения тела, формируются зародышевые листки
Форма клеток изменяется за счет вытягивания/сокращения, приклеивания/отделения, роста клеток и секреции веществ => изменение клеточной поверхности и ее адгезивных свойств
Внутриклеточные изменения: у морского ежа –
1.Уплощается вегетативный полюс бластулы
2.В центре – скопление мелких клеток – микромеры (образуют тонкие длинные выросты - филоподии, и с их помощью мигрируют в бластоцель, т.к. изменяется химическое сродство клеток бластулы)
3.К внеклеточному матриксу сродство увеличивается, а к гиалиновому слою, образующемуся после оплодотворения, — уменьшается. Участвуют белки— фибронектин (находится во внеклеточном матриксе) и сульфатированный гликопротеин.
4.Филоподии мигрирующих клеток прикрепляются к внутренней стенке бластоцеля и подтягивают вегетативную пластинку бластулы внутрь
=> полость первичной кишки или гастроцель.
5.Форма клеток вегетативной пластинки меняется. Образуется стадия двухслойного зародыша – гаструла: наружный слой клеток - эктодерма, внутренний слой — энтодерма, а мигрировавшие в бластоцель микромеры – клетки первичной мезенхимы (перемещаются в центр гаструлы и дают начало целóму и мускулатуре)
Способы гаструляции (образования двухслойного зародыша):
1.Инвагинация – способ образования второго слоя клеток путем впячивания стенки бластулы
Отверстие гастроцеля – первичный рот - бластопор. У первичноротых животных (кольчатые черви, моллюски, членистоногие) бластопор превращается в рот. У вторичноротых животных (позвоночные) дефинитивный рот возникает в другом месте, независимо от бластопора, а бластопор превращается в анус.
2.Иммиграция — выселение в бластоцель отдельных клеток с одного или многих полюсов
3.Эпиболия — обрастание крупных неподвижных клеток мелкими клетками
4.Деламинация — расслоение, расщепление слоев клеток и их дифференцировка в зависимости от положения внутри или снаружи.
Цель — привести внутрь зародыша клетки, предназначенные для образования энтодермальных органов, окружить зародыш клетками эктодермы, а между экто- и энтодермой поместить мезодермальные клетки.
Мезодерма образуется либо независимо от первичных зародышевых листков/либо входит в состав одного из листков и позже вычленяется из него. У всех беспозвоночных, кроме иглокожих, мезодерма образуется из двух клеток телобластов. У иглокожих она вычленяется из первичной энтодермы, у ланцетника — из крыши гастроцеля в виде двух карманоподобных выступов. У пресмыкающихся, птиц и млекопитающих мезодерма мигрирует из первичной эктодермы через первичную полоску, которая аналогична бластопору.
Особенности гаструляции у млекопитающих
В основе гаструляционных движений у млекопитающих, птиц и рептилий лежат те же механизмы, что и у морского ежа (изменение формы клеток и их миграция), но есть особенности: (связаны с тем, что яйца млекопитающих имеют мало желтка)
Клетки ВКМ (внутренней клеточной массы) «сидят» на верхушке воображаемого шара, заполненного желтком, то есть бластоцель аналогичен пространству, которое в яйцах птиц и рептилий заполнено желтком.
Первое разделение клеток ВКМ заключается в формировании двух слоев — эпибласта и гипобласта. Из эпибласта – зародышевые структуры и выстилка амниона, из гипобласта – внезародышевая энтодерма желточного мешка
Дальнейшее развитие эмбриона происходит из клеток зародышевого эпибласта. На его заднем конце формируется небольшое утолщение — первичная полоска (через нее происходит миграция клеток, являющихся предшественниками энто- и мезодермы)
Итог:
1)Гаструляция — это серия хорошо скоординированных движений клеток => приводит к перераспределению и взаимодействию бластомеров.
2)Механизмы движений клеток – общие для большинства живых организмов.
3)В результате гаструляции образуется стадия трехслойного зародыша с эктодермой, энтодермой и мезодер мой, что в общих чертах соответствует организации взрослых особей с эпидермисом снаружи, кишкой внутри и соединительной тканью между ними.
4)После гаструляции:
-из эктодермы – покровы тела, нервная система и органы чувств
-из энтодермы – кишка, ее производные и легкие
-из мезодермы – мышцы, скелет, сердечно-сосудистая и мочеполовая системы
37. Генетический контроль раннего развития, материнские и зиготические гены
Предисловие:
Был проведён эксперимент:
Брали оплодотворённую яйцеклетку лягушки и клетку кишечника лягушки. Затем под действием УФ в яйцеклетке было уничтожено ядро и пересажено ядро из клетки кишечника. В результате из яйцеклетки с пересаженным ядром развилась лягушка.
ЯЦ (б/ядра) + ядро (б/кл) = норм.полноценный организм
Выводы эксперимента: в клетке есть все необходимые гены, но часть их них выключена. НО под действием ооплазмы ЯЦ эти гены могут включиться вновь.
Что влияет на гены?
ТРАНСКРИПЦИОННЫЕ ФАКТОРЫ - они на МОДУЛЯТОРЫ (энхансеры: училение транскрипции, - и сайленсеры: замедление, угнетение транскрипции) и ИНИЦИАТОРЫ – участки ДНК.
Транскрипционные факторы представляют собой ДИмеры, которые действуют по принципу «4К»:
1) кооперация; 2) конкуренция; 3) комбинация; 4) концентрация.
Ещё до оплодотворения ооциты имеют разную пространственную организацию ооплазмы (где-то желток располагается по центру, где-то на периферии). Это определяют МОРФОгены (тип транскрипционных факторов).
Большинство морфогенов – специфические рибонуклеопротеиды (РНП). Они могут соединяться с цитоскелетом клетки. Морфогены участвуют в трансляционной регуляции синтеза соответствующих белков (т.е. в реализации генетической информации). Если будут неполадки с цитоскелетом (как при опыте с морским ежом: в клетки вводились вещ-ва, разрушающие элементы цитоскелета – колхицин и виментин) –