6. Общие подходы к лечению наследственных заболеваний человека.

ЛЕКЦИЯ 13 Индивидуальное развитие. Эмбриогенез.

1. Индивидуальное развитие (онтогенез), периодизация онтогенеза.

Все организмы имеют определенный жизненный цикл. Для организмов развивающихся половым путем он начинается с момента появления зиготы и заканчивается естественной гибелью организма.

Совокупность процессов, которые происходят в течение жизненного цикла организмов, определяют как индивидуальное развитие или онтогенез.

Онтогенез включает 3 периода:

Предэмбриональный или гаметогенез.

Эмбриональный (антенатальный) – от зиготы до родов.

Постэмбриональный (постнатальный) от родов до смерти организма.

2. Жизненные циклы организмов. Развитие личиночное и прямое.

Развитие организмов бывает прямое и непрямое с превращением.

Непрямое развитие происходит через личиночную стадию. У личинки формируются определенные зародышевые или провизорные органы, которые обеспечивают жизнедеятельность организма на данной стадии развития.

У высших позвоночных развитие прямое, но во время эмбрионального развития также формируются провизорные органы. У млекопитающих это зародышевые оболочки (амнион, хорион, аллантоис) и желточный мешок.

3. Предэмбриональный период (предзародышевый, прогенез). Стадии гамето­генеза. Изменения в овогенезе, связанные с ранним развитием заро­дыша (амплификация генов, ооплазматическая сегрегация, накопление питательных веществ).

Предэмбриональный период или гаметогенез включает несколько стадий: обособления, размножения, роста, созревания, формирования (последнее только у сперматозоидов).

Во время овогенеза происходят важнейшие события, которые необходимы для развития будущего организма.

1 событие. При овогенезе происходит амплификация генов рРНК или увеличение числа копий генов отвечающих за рРНК. Этот процесс происходит в профазу мейоза 1. Копий генов рРНК может быть до миллиона.

Затем эти копии отделяются от хромосом, свободно плавают в кариоплазме, вокруг них образуются ядрышки, а в ядрышках синтезируются субъединицы рибосом, которые поступают в цитоплазму. Таким образом, в яйцеклетке заранее резко увеличивается количество рибосом. Это позволит в раннем периоде эмбриогенеза быстро синтезировать белки.

2 событие. При овогенезе в профазу мейоза 1 синтезируются различные виды мРНК. Процессы транскрипции идут на деспирализованных участках хромосом. Хромосомы на стадии профазы мейоза 1 называют – хромосомы типа ламповых щеток.

3 событие. В яйцеклетке накапливаются питательные вещества в виде желтка.

4 событие. Для яйцеклетки характерна ооплазматическая сегрегация, то есть распределение веществ по цитоплазме яйцеклетки, что приводит к химической неоднородности цитоплазмы. Так, почти вся аскорбиновая кислота находится в центре клетки, а на анимальном полюсе накапливается рРНК. Предполагают, что это необходимо для ранней дифференцировки клеток.

5 событие. Половые клетки это особые клетки организма, так как они обладают тотипотентностью, то есть равнонаследственностью. Только половые клетки, а также бластомеры у человека, на стадии 2х бластомеров дают начало всем типам клеток. Например, опыты по разделению, сращиванию или перемешиванию бластомеров на стадии дробления показали, что у видов с радиальным типом дробления бластомеры нескольких поколений, если их изолировать и поместить в подходящие условия, проявляют тотипотентность, т.е. развиваются в полноценный организм. За равнонаследственность и тотипотентность клеток зародышей человека до стадии 2-4 бластомеров говорят случаи рождения двух, трех, четырех однояйцевых близнецов.

4. Эмбриональный период развития, периодизация.

Эмбриональный период онтогенеза включает несколько стадий:

1. Стадия оплодотворения. 2. Стадия зиготы. 3. Стадия дробления (образование однослойного зародыша)

4. Стадия гаструляции (образование двух-, и трехслойного зародыша).

5. Стадия гисто - и органогенеза, или морфогенеза (образования тканей и органов).

5. Оплодотворение и образование зиготы.

Оплодотворение – это процесс слияния яйцеклетки и сперматозоида, с образованием диплоидной зиготы, из которой развивается диплоидный организм. В этом процессе условно выделяют 3 стадии:

1 стадия – сближения гамет. В этом важную роль играют вещества, которые выделяются яйцеклеткой и сперматозоидом. Они называются – гамоны (гормоны гамет, соответственно гиногамоны и андрогамоны). Кроме того, выделяют ряд неспецифических факторов, повышающих вероятность встречи и взаимодействия сперматозоида с яйцеклеткой. К ним относятся:

• скоординированность наступления готовности к оплодотворению у самца и самки,

• поведение самцов и самок, обеспечивающее совокупление и осеменение,

• наличие совокупительных органов, обеспечивающих внутреннее осеменение,

• избыточная продукция сперматозоидов и их подвижность,

• крупные размеры яйцеклетки и её неподвижность.

У млекопитающих большое значение имеет пребывание сперматозоидов в половых путях самки, в результате чего мужские гаметы активизируются.

2 стадия – активации гамет, наступает после их контакта. Активация сперматозоида называется акросомная реакция. Активация яйцеклетки – кортикальная реакция.

Суть акросомной реакции: у сперматозоида в области акросомы изменяется проницаемость плазматической мембраны, и из акросомы выделяются ферменты – сперматолизины. Эти ферменты расслабляют связи между фолликулярными клетками, которые окружают яйцеклетку. Сперматозоид проходит через слой фолликулярных клеток, затем разрушается зона пеллюцида и сперматозоид попадает внутрь яйцеклетки.

Суть кортикальной реакции заключается в сложных структурных и физико-химических изменениях. Благодаря тому, что участок мембраны сперматозоида проницаем для ионов натрия, последние начинают поступать внутрь яйца, изменяя мембранный потенциал клетки. Затем в виде волны, распространяющейся из точки соприкосновения гамет, происходит увеличение содержания ионов Са²⁺, они выходят из депо – ЭПС. В яйцеклетке запускаются биохимические процессы, ведущие к затвердеванию желточной оболочки. Так образуется оболочка оплодотворения (характерно для морского ежа).

Одним из значений кортикальной реакции является предотвращение полиспермии, т.е. проникновения в яйцеклетку более одного сперматозоида. У млекопитающих кортикальная реакция не вызывает образования оболочки оплодотворения, но она также предотвращает полиспермию. У человека сперматозоид связывается с яйцеклеткой в том участке, где на блестящей оболочке имеется рецептор. После этого взаимодействия остальные рецепторы блокируются, и прикрепление сперматозоидов в других точках яйцеклетки становится невозможным.

Активация яйцеклетки завершается началом синтеза белка на трансляционном уровне, поскольку мРНК, тРНК, рибосомы и АТФ были запасены еще в овогенезе.

3 стадия – слияния гамет, или сингамия. При этом образуется общая плазматическая мембрана у сперматозоида и яйцеклетки. Ядро сперматозоида проникает в яйцеклетку, и теперь оно называется мужским пронуклеусом. В нем разрыхляется хроматин, происходит репликация ДНК. Женское ядро

(женский пронуклеус) испытывает те же события. Женский и мужской пронуклеусы сближаются и сливаются, образуя общее диплоидное ядро – синкарион. Это и есть момент окончательного слияния гамет – сингамия. Однако, у млекопитающих и человека слияния ядер не происходит, а сразу образуется метафазная пластинка.

6. Искусственное оплодотворение яйцеклетки животных и человека.

Искусственное оплодотворение яйцеклетки животных имеет важное научное значение для медицины, так как в процессе его изучения разрабатываются пути и механизмы лечения бесплодия у людей.

Искусственное оплодотворение применяется при различных формах бесплодия как мужского, так и женского, которое с трудом поддается лечению. Наиболее частыми причинами мужского бесплодия являются малое количество сперматозоидов или их низкая подвижность. Наиболее частыми причинами женского бесплодия являются непроходимость маточных труб или эндометрит (воспаление слизистой оболочки тела матки).

7. Общая характеристика дробления. Типы дробления, характерные для различных видов животных. Дробление и формирование бластулы у пла­центарных млекопитающих.

Стадия дробления. Это стадия образования однослойного зародыша – бластулы. Внутри бластулы находится полость – бластоцель.

Особенности дробления:

клетки делятся митозом.

накануне каждого деления происходит репликация ДНК.

делящиеся клетки не растут.

Тип дробления зависит от типа яйцеклетки.

Изолецитальные яйцеклетки (ланцетник, млекопитающие) характеризуются равномерным распределением желтка. Поэтому они проходят полное (голобластическое) дробление с образованием бластомеров равной величины. Это полное равномерное деление.

Умеренно телолецитальные яйцеклетки (амфибии) характеризуются неравномерным распределением желтка. Поэтому они проходят полное не равномерное дробление с образованием бластомеров разной величины. На анимальном полюсе возникают мелкие бластомеры (микромеры), а на вегетативном – крупные (макромеры).

Резко телолецитальные яйцеклетки (птицы) имеют огромное количество желтка на вегетативном полюсе. На анимальном полюсе находится цитоплазма а виде диска. Она то и принимает участие в образовании клеток зародыша.

Центролецитальные яйцеклетки (насекомые) содержат желток, находящийся в центре клетки. На периферии находится цитоплазма, которая принимает участие в образовании клеток зародыша.

Полное равномерное дробление у ланцетника:

Первая борозда дробления проходит вертикально, образуется два бластомера. Вторая борозда также идет вертикально и образуется четыре бластомера. Третья борозда проходит горизонтально, образуется восемь бластомеров, а затем вертикальные и горизонтальные борозды чередуются. Спустя 12 циклов дробление становится асинхронным. На определенной стадии развития зародыш представляет собой комочек клеток, напоминающий ягоду ежевики (морула). Затем между клетками появляются промежутки, и образуется полость – бластоцель. У ланцетника в ходе дробления образуется бластула, которая называется целобластула, то есть однослойный шар.

Полное неравномерное дробление у амфибий:

У амфибий клетки умеренно телолецитальные. На анимальном полюсе клетки дробление идет быстрее, чем на вегетативном полюсе. В результате на анимальном полюсе клетки более мелкие – микромеры. На вегетативном полюсе клетки более крупные – макромеры. Бластула амфибий называется амфибластула. Бластоцель располагается на анимальном полюсе.

Особенности дробления у млекопитающих и человека:

Дробление полное неравномерное, с первых этапов асинхронное, на определенной стадии развития зародыш представляет собой морулу. Затем к периферии отделяются более крупные клетки, образуя трофобласт, а в центр более мелкие клетки образуя эмбриобласт. Бластула называется – бластоциста. Бластоцель имеет очень малые размеры. Трофобласт способствует внедрению зародыша в слизистую матки. Этот процесс называется имплантация. Эмбриобласт дает начало самому зародышу и некоторым провизорным органам.

8. Общая характеристика гаструляции. Особенности гаструляции у амфибий и птиц. Гаструляция у высших (плацентарных) млекопитающих.

Стадия гаструляции, или стадия образования двухслойного зародыша, а затем трехслойного зародыша. Зародыш на этой стадии называется – гаструла.

Способы образования двухслойного зародыша:

• Инвагинация (впячивание).

• Деляминация (расслоение).

• Иммиграция (вселение).

• Эпиболия (обрастание).

Инвагинация или впячивание. Этот способ характерен для ланцетника. В определенном участке клетки бластулы впячиваются в бластоцель, в результате образуется двухслойный зародыш. Наружный слой клеток называется - эктодерма, внутренний – энтодерма. Энтодерма ограничивает полость первичной кишки или гастроцель. Вход в эту полость называется первичный рот или бластопор. Бластопор окружен губами.

Деляминация или расслоение. Этот способ характерен для кишечнополостных животных, у которых бластула имеет вид морулы и бластоцель практически не выражена.

Иммиграция или вселение. Некоторые клетки бластулы внедряются в бластоцель, затем эти клетки интенсивно делятся. В результате за счет этих клеток образуется энтодерма.

Эпиболия (обрастание). Микромеры делятся и как бы наслаиваются на макромеры. За счет микромеров образуется эктодерма, за счет макромеров – энтодерма.

В чистом виде эти способы практически не встречаются, как правило, они сочетаются. У амфибий сочетается инвагинация и эпиболия. У птиц и млекопитающих сочетается деляминация и иммиграция.

Начиная с плоских червей, в эволюции появляется третий зародышевый листок – мезодерма.

Существует два способа образования мезодермы: телобластический энтероцельный.

Телобластический способ характерен для первичноротых животных. В области губ бластопора выделяются две клетки, которые делятся и образуют мезодерму.

Энтероцельный способ характерен для вторичноротых животных (хордовых). От энтодермы симметрично отделяются два участка клеток в форме карманов. Это мезодермальные карманы, их клетки делятся и дают начало мезодерме.

9. Общая характеристика гисто - и органогенеза.

Стадия гисто и органогенеза условно разделяется на два периода.

1 период. Период образования осевых органов у зародыша – нервной трубки и хорды. Поэтому этот период называется – период нейруляции, а зародыш на этой стадии называется – нейрула.

2 период. Характеризуется образованием остальных тканей и органов. На спинной стороне зародыша (дорсальной) по всей его длине от эктодермы отделяется участок клеток, который дает начало нервной пластинке. Затем края нервной пластинки приподнимаются, утолщаются, и образуется нервный желобок, который постепенно погружается под эктодерму. Затем края нервного желобка смыкаются, образуется нервная трубка с полостью внутри, полость называется – невроцель. У позвоночных животных передний отдел нервной трубки расширяется и дает начало головному мозгу, остальная часть – спинному мозгу. Одновременно под нервной трубкой закладывается хорда, она образуется из энтодермы и прилежащей мезодермы. Сначала мезодерма представляет собой однородную клеточную массу, но по мере развития происходит ее сегментация. Образуются структуры, которые называются – сомиты. В последствие они дают начало опорно-двигательному аппарату.

Производные зародышевых листков:

Эктодерма – эмаль зубов, нервная система и органы чувств, эпидермис кожи и ее придатки, эпителий передней и задней кишки.

Энтодерма – эпителий средней кишки, пищеварительные железы и дыхательная система.

Мезодерма – опорно-двигательный аппарат, мочеполовая система, кровеносная и лимфатическая система, вся соединительная ткань.

10. Характеристика провизорных органов. Провизор­ные органы высших млекопитающих.

Провизорные органы функционируют у зародыша и отсутствуют во взрослом состоянии. К ним относятся желточный мешок и так называемые зародышевые оболочки – амнион, хорион и аллантоис.

Желточный мешок. Желточный мешок выполняет ряд важнейших функций: питания, дыхания, выделения, кроветворения. Но, в связи с малым содержание желтка в яйцеклетке, существенной роли в питании зародыша не играет.

Амнион. В образовании амниона участвует амниотическая оболочка, которая ограничивает полость амниона, заполненную амниотической жидкостью, омывающей теперь зародыш со всех сторон. Благодаря этому зародыш развивается в водной среде, что предохраняет его от механических травмирующих воздействий и прилипания к оболочкам.

Аллантоис образуется как вырост задней кишки. Главная функция аллантоиса состоит в том, что он является зародышевым органом выделения. В нем скапливаются продукты распада, образующиеся в ходе обмена веществ в теле зародыша.

ЛЕКЦИЯ 14 Механизмы эмбрионального развития на разных уровнях.

Роль наследственности и среды в эмбриональном развитии.

Эмбриогенез – сложный целостный процесс, который связан с определенными явлениями и механизмами. Многие из этих явлений до конца не изучены, хотя по некоторым из них получены определенные данные.

1. Молекулярно-генетические изменения раннего развития.

2. Пролиферация клеток.

3. Дифференцировка клеток.

4. Формообразование или морфогенез.