195. В чем сущность псевдоминирования. Рассмотреть это явление на примере Notch мутации.

При изучении Notch мутации были обнаружены два генетических явления: первое – явление псевдодоминирования, второе – отсутствие кроссинговера на участке нехватки. Явление псевдодоминировния состоит в том, что у гетерозигот по этой делеции проявляются рецессивные аллели ряда генов, локализованных в гомологичной хромосоме напротив нехватки. Анализ показал, что в случае мутации Notch, выпавший участок хромосомы содержит ряд генов, в том числе и аллель Whitе, обеспечивающий синтез пигмента в глазах. Поэтому у гетерозиготных самок, несущих в одной гомологичной хромосоме нехватку, а в другой рецессивный аллель белоглазия, самки оказались белоглазыми. Такое явление получило название псевдодоминирования, поскольку у особей, имевших рецессивный аллель в гетерозиготном состоянии, тем не менее, проявляются определяемые им признаки. Это связано с тем, что нормальный аллель в другой хромосоме утерян при возникновении делеции. В результате измерения длины хромосомы генетическими методами с помощью кроссинговера показано, что хромосома с делецией короче нормальной. Отсутствие части хромосомы в результате мутации приводит к тому, что в этом месте не происходит кроссинговер.

196. Охарактеризовать дупликации как хромосомные мутации.

Дупликацией называется присутствие одного и того же участка хромосомы в одной хромосоме или разных негомологичных хромосомах более, чем в одном экземпляре. Дуплицированные участки могут быть расположены друг за другом, то есть тандемно. Последовательности повторов могут быть взаимно противоположными. Такую тандемную дупликацию называют обращенной. Многие дупликации, как и делеции, возникают в результате разрывов в хромосомах. Дупликации, как и делеции, могут возникать при неравном кроссинговере. Появляются дупликации и в результате ошибки репликации в интерфазе. На цитологическом препарате гетерозиготность по дупликациям приводит к образованию петель при конъюгации хромосом во время мейоза, аналогично как у гетерозигот по делециям. Иногда дупликации выявляются благодаря тому, что у особи, гомозиготной по рецессивному аллелю, рецессивный признак тем не менее не проявляется. Этот факт объясняется тем, что соответствующий доминантный аллель содержится в дуплицированном участке хромосомы.

197. Охарактеризовать инверсии как хромосомные мутации.

Инверсией называют поворот на 180º отдельных участков хромосомы. При этом ни число хромосом, ни число генов в каждой хромосоме не меняется. Происходит лишь изменение порядка расположения генов в хромосоме. Инверсии возникают вследствие разрывов в двух точках хромосомы с последующим встраиванием инвертированного фрагмента. Инверсии могут быть одиночными и сложными. В последнем случае последовательно возникают несколько инверсий, что приводит к заметной перестройке блоков генов. Для характеристики инверсий существенно их положение по отношению к центромере. Если разрывы происходят по одну сторону от центромеры и переворачивается на 180º образующийся фрагмент, такую инверсию называют парацентрической. При этом конфигурация хромосомы не изменяется. Если разрывы происходят по обе стороны центромеры и центромера входит в состав инвертированного участка, такую инверсию называют перицентрической. Если концы перевёрнутого участка расположены не симметрично относительно центромеры, это приводит к изменению морфологии (конфигурации) хромосомы.

198. Охарактеризовать кольцевые хромосомы как хромосомные мутации. Чаще такие мутации индуцированные. Особенно образуется много кольцевых хромосом при действии ионизирующей радиации. Образование кольцевых хромосом связано с двумя разрывами. При этом обычно утрачиваются обе теломеры (концы хромосом), а открытые концы соединяются друг с другом, формируется центрическое кольцо. Центрическое кольцо передаётся следующим поколениям клеток и организмов.

Когда кольцевая хромосома образуется из срединного участка хромосомы, лишенного центромеры, возникает ацентрическая кольцевая хромосома. При первом же митозе выпадает из ядра в цитоплазму и разрушается. Центрические кольца тоже часто нестабильны как в митозе, так и в мейозе, и часто утрачиваются. Тем не менее кольца описаны почти для всех хромосом человека. В силу утраты наследственного материала при их формировании, они сопровождаются задержкой физического и психического развития и морфологическими аномалиями у гетерозигот.

199. Охарактеризовать изохромосомы как хромосомные мутации. Изохромосома формируется вследствие аномального поперечного деления центромеры, что ведет к разделению короткого и длинного плеч. Каждое плечо, разъединенное после репликации, имеет две сестринские хроматиды, соединенные оставшейся частью центромеры. Сестринские хроматиды одного и того же плеча становятся плечами одной хромосомы. Со следующего митоза эта хромосома начинает реплицироваться и передаваться из клетки в клетку как самостоятельная единица наряду с остальными хромосомами. Такие хромосомы называют изохромосомами, у них одинаковые по набору генов плечи. Встречаются изохромосомы у человека по короткому или длинному плечу. Наличие изохромосом у человека вызывает хромосомную патологию, поскольку - это одновременно и частичная моносомия (по отсутствующему плечу), и частичная трисомия (по присутствующему плечу). Наиболее часто встречаются изохромосомы Х-хромосомы. Изохромосома длинного плеча Х-хромосомы вызывает синдром Шерешевского-Тернера, поскольку эта хромосома всегда инактивирована, а активна только одна нормальная Ххромосома.

200. В чем сущность реципрокных транслокаций как хромосомных мутаций, их последствия. Реципрокные транслокации могут быть между разными хромосомами как гомологичными (но это не кроссинговер), так и негомологичными. При этом происходит обмен участками между гомологичными и негомологичными хромосомами.

Последствия реципрокных транслокаций сходны с последствиями инверсий. Если в результате реципрокных транслокаций происходит рекомбинация генетического материала, но без его утраты в вовлеченных хромосомах, такие транслокации являются сбалансированными и существенно не влияют на жизнеспособность носителей этой аберрации. Однако, как и при инверсии, у гетерозигот с такими транслокациями образуются гаметы, несущие аберрации (дефектные гаметы). При оплодотворении таких аберрантных гамет обычно формируются нежизнеспособные зиготы по аберрациям, а выживает только 50% зигот, гетерозиготных по реципрокной транслокации. Поэтому у носителей транслокаций наблюдается полустерильность. У гетерозигот по реципрокным транслокациям в профазе мейоза наблюдается характерная структура – крест (крестообразный синапсис). Его появление связано с тем, что гомологичные участки, оказавшиеся в разных хромосомах, притягиваются при конъюгации.

201. Робертсоновские транслокации, их формирование. Как формируется транслокационная форма синдрома Дауна. Довольно частым типом транслокации у человека являются робертсоновские транслокации или центрические слияния. Их формирование связано с утратой в результате разрывов коротких плечей двух акроцентрических хромосом и одной центромеры. Происходит слияние длинного плеча одной хромосомы с длинным плечом другой, при котором формируется одна большая субметацентрическая или метацентрическая хромосома. В 4-5% случаев с такой транслокацией связано развитие синдрома Дауна (транслокационная форма). Синдром связан с центрическим слиянием 14 и 21 хромосом (14/21). Один из родителей в этом случае несёт сбалансированную робертсоновскую транлокацию (14/21)

Такая транслокация не проявляется в фенотипе носителей, но в результате мейоза после конъюгации хромосом у них формируется ¼ гамет с двумя хромосомами 21 - одной нормальной и одной транслоцированной на хромосому 14 (14/21,21). После слияния при 94 оплодотворении таких гамет с нормальной гаметой зигота будет нести три хромосомы 21: 21/14,21 + 14,21 = 21/14,14,21,21, что обусловливает развитие заболевания.

Другие типы гамет после оплодотворения нормальными гаметами дают потомство либо с нормальным кариотипом, либо с сбалансированной транслокацией.

202. Что представляю собой по строению мобильные генетические элементы. По своему строению МГЭ представляют последовательности нуклеотидов, которые различаются размером, но имеют некоторые общие черты строения. Мобильные элементы обычно имеют на обоих концах одинаковые последовательности (повторы). Это могут быть длинные цепочки нуклеотидов 200-600 оснований или короткие до 30 нуклеотидов. Повторы могут быть прямые и обращенные (расположены в обратном порядке)

203. Какие механизмы используют мобильные генетические элементы для перемещения по геному. Мобильные генетические элементы представляют собой автономные единицы, в нуклеотидной последовательности которых заключена информация о структуре специализированных белков-ферментов, обеспечивающих их перемещение. Таким образом, МГЭ сами отвечают за образование аппарата своего перемещения. Предложен ряд возможных механизмов транспозиции.

1. МГЭ могут воспроизводится через обратную транскрипцию (РНК-опосредованная транскрипция). Поток информации может идти не только прямым путем ДНК→РНК, но обратным путем РНК→ДНК с помощью фермента обратной транскриптазы (ревертазы). Сначала информация, кодирующая МГЭ, с ДНК переписывается на молекулу РНК (прямая транскрипция), а потом эта РНК служит матрицей, на которой синтезируется полинуклеотидная цепь ДНК мобильного генетического элемента (обратная транскрипция). Затем ДНК удваивается и образуется копия гена. Эта ДНК встраивается в самые различные участки на разных хромосомах, в то время как исходный МГЭ сохраняет свою прежнюю локализацию. С помощью обратной транскрипции перемещаются МДГЭ дрозофилы.

2. Возможен и другой механизм с участием ферментов транспозаз. Эти ферменты вырезают мобильные генетические элементы и встраивают их в другое место (нереплекативная траспозиция). Так происходит перемещение Р-элемента дрозофилы.

204. Каким может быть эффект действия мобильных генетических элементов на клетку. Эффект действия МГЭ на жизнь клетки может быть разным.

1. Они могут попасть в кодирующую часть какого-либо гена и изменить генетическую информацию, которую имеет ген, что приведет к генной мутации. 2. МГЭ могут встраиваться рядом с геном и изменять его функцию. 3. Есть определенная связь мобильных элементов и рака. МГЭ могут внедряться рядом или внутрь онкогена и активировать его, что ведет к развитию опухоли. Сейчас уже известны некоторые опухоли, возникновение которых связано с перемещением мобильных элементов. 4. МГЭ могут захватывать с собой соседние участки ДНК и вызывать разные хромосомные перестройки. Они могут вызывать инверсию хромосом, становиться фактором для неравного кроссинговера и т.д.

205. К чему сводится механизм формирования полиплоидных организмов и полиплоидных соматических клеток. Полиплоидия – геномная мутация, связанная с увеличением числа гаплоидных наборов хромосом в клетке. В зависимости от числа гаплоидных наборов хромосом различают триплоидию (3n), тетраплоидию (4n), пентаплоидию (5n) и т.д. К развитию полиплоидии может приводить нарушение расхождения хромосом при мейозе. Если в результате нерасхождения хромосом в мейозе гамета получит полный соматический набор хромосом (2n), то при слиянии такой гаметы с нормальной (1n) образуется триплоидная зигота, из которой будет развиваться триплоидный организм. При слиянии двух гамет с соматическим набором хромосом (2n+2n) образуется тетраплоидная зигота, из которой будет развиваться тетраплоидный организм. Тетраплоид может возникнуть также при репликации хромосом в зиготе, несопровождаемой ее первым делением. Такой же механизм формирования тетраплоидных соматических клеток.

206. Назовите причины по которым полиплоидизация среди животных встречается гораздо реже, чем среди растений. Во-первых, полиплоидия нарушает баланс между аутосомами и половыми хромосомами, что заметно влияет на жизнеспособность животных по сравнению с растениями. Во-вторых, большинство животных размножается посредством перекрестного оплодотворения. Возникший единичный мутант - полиплоид у животных не может размножаться сам по себе. В-третьих, процесс онтогенеза животных более сложен, полиплоидия нарушает его, что ведет, как правило, к формированию аномалий развития несовместимых с жизнью. Наконец, полиплоидные растения часто возникают в результате удвоения хромосом при гибридизации, а у животных гибриды обычно нежизнеспособны или стерильны.

207. Объяснить механизм формирования анеуплоидов. Анеуплоидия может возникать в результате неправильного расхождения хромосом какой-либо пары во время первого и второго деления мейоза. В результате образуются гаметы, содержащие дополнительно одну и более хромосом, или ни одной хромосомы какойто пары. При слиянии таких гамет во время оплодотворения с гаметой, имеющей нормальный гаплоидный набор хромосом, формируются моносомные (2n-1) и полисомные зиготы, например, трисомные (2n+1)

208. Объяснить механизм возникновения мозаичных форм анеуплоидов. В случае нарушения митоза в соматических клетках - клетки будут полиплоидными только в той части организма, которая развивается из исходной полиплоидной клетки. В этом случае будет формироваться мозаичная форма полиплоида.

209. Приведите примеры моносомий у человека, фенотипические проявления. Единственный известный случай моносомии у новорожденных - это моносомия по Х-хромосоме (45, ХО). При наличии в клетках одной Ххромосомы в отсутствии Y-хромосомы возникает синдром Шерешевского-Тернера. Фенотипически - это женщины с почти атрофированными яичниками и слабо развитыми вторичными половыми признаками, они стерильны (бесплодны). У новорожденных и детей грудного возраста отмечаются характерные симптомы: короткая шея с избытком кожи и крыловидными складками. В число других характерных признаков синдрома ШерешевскогоТернера входят низкий рост, деформация грудной клетки, низкое расположение ушных раковин. Синдром обычно не сопровождается умственной неполноценностью. Синдром Шерешевского-Тернера можно выявить по отсутствию тельца Барра в ядре соматической клетки. Число телец Барра в ядре клетки всегда на единицу меньше числа Х-хромосом. У женщин в норме выявляется одно тельце Барра. При уменьшении числа Х-хромосом до одной (моносомия Х, кариотип 45ХО) тельце Барра в ядрах соматических клеток отсутствует.

210. Приведите примеры полисомий у человека, связанных с нарушением расхождения половых хромосом. Фенотипические проявления. Полисомии по половым хромосомам весьма разнообразны. Они различаются числом дополнительных хромосом, их типом и комбинацией разных клоновых линий в случае мозаицизма.

Наиболее распространенным вариантом Х-полисомии является трисомия-Х (47, ХХХ). У большинства женщин с кариотипом 47, ХХХ нормальный физический и умственный статус, нормальная плодовитость, не отмечается отклонений в половом развитии. Интеллектуальное развитие нормальное или на нижней границе нормы. С увеличением числа дополнительных Х-хромосом без Y- хромосомы в хромосомном наборе частота и степень отклонений от нормы нарастает. У женщин с тетра- и пентасомией описаны отклонения в умственном развитии, аномалии скелета, зубов, половых органов. Однако женщины даже с тетрасомией по Х-хромосоме имеют потомство. Случаи полисомии по половым хромосомам, при которых имеется не менее двух Ххромосом и не менее одной Y-хромосомы объединены под названием синдром Клайнфельтера. Наиболее часто встречается синдром Клайнфельтера с набором 47, XXY. Генетический дисбаланс в связи с добавочной Ххромосомой проявляется клинически в период полового созревания в виде недоразвития семенников и вторичных мужских половых признаков. У таких мужчин отмечается высокий рост, женский тип телосложения, гинекомастия, слабое оволосение лица, яички уменьшены и такие мужчины бесплодны.

Иная картина имеет место, когда в хромосомном наборе при единственной Ххромосоме содержится более одной Y-хромосомы. Среди таких случаев в основном встречается синдром Y-дисомии (47, XYY). Заметных отклонений ни в половом развитии, ни в гормональном статусе, ни в плодовитости у большинства XYY-индивидов нет. Не исключены некоторые особенности поведения таких лиц. При соответствующих условиях они склонны к агрессивным и даже криминальным поступкам.

211. Приведите примеры полисомий у человека, связанные с нарушением расхождения аутосом. Фенотипические проявления. Полные моносомии по аутосомам у человека, по-видимому, нежизнеспособны уже на стадии гамет и зиготы по всем аутосомам, поскольку даже в материале спонтанных абортов описания таких анеуплоидий редки и известны лишь по отношению к некоторым аутосомам. Трисомии в материале спонтанных абортов встречаются по всем аутосомам исключая хромосому 1, но с разной частотой. В постнатальном периоде с сохранением жизни хотя бы в течение короткого времени совместимы полные трисомии по некоторым аутосомам: 8, 9, 13, 18, 21. Но полные трисомии по 8 и 9, как правило, летальны. Практически все такие зачатия заканчиваются внутриутробной гибелью носителя лишней хромосомы 8 и 9, в силу выраженного физического внутриутробного недоразвития. По аутосомам 8 и 9 часты случаи мозаицизма с наличием клона нормальных клеток, что, несомненно, уменьшает летальный эффект дисбаланса генетического материала. Рождаются дети с полной трисомией по хромасомам 13, 18 и 21.

Трисомия 13 (синдром Патау). Типичный признак синдрома Патау - расщелины верхней губы и неба. Со стороны внутренних органов: дефекты перегородок сердца, кисты почек, аномалии внутренних половых органов, дефекты поджелудочной железы, пороки развития головного мозга. В связи с тяжелыми врожденными пороками развития большинство детей с синдромом Патау умирает в первые недели и месяцы (95% - до 1года).

Трисомия 18 (синдром Эдвардса) Для синдрома Эдвардса характерны множественные 102 врожденные пороки развития лицевой части черепа, сердца, костной системы, половых органов. Дети с синдромом Эдвардса умирают в раннем возрасте (90% - до 1года).

Трисомия 21 (синдром Дауна) Для синдрома Дауна характерны врожденные пороки развития. Многие аномалии развития заметны при рождении, в последующем они проявляются более четко. Дети с синдромом Дауна схожи по внешним признакам между собой. Их характеризует низкий рост, монголоидный (косой) разрез глаз, круглое уплощенное лицо, короткий с плоской переносицей нос, крупный (обычно высунутый) язык, деформированные ушные раковины. Для синдрома Дауна характерна задержка психического, психомоторного и умственного развития (врожденное слабоумие). Часто встречаются пороки сердца и других внутренних органов. Врожденные пороки внутренних органов часто приводят к летальному исходу в первые 5 лет, лишь немногие с синдромом Дауна доживают до 50-ти лет.

212. Какие заболевания человека получили название «хромосомные болезни». Что обозначают термином «хромосомные аномалии». Какие показатели могут говорить о частоте хромосомных аномалий у человека. Врожденные наследственные болезни, в основе которых лежат хромосомные и геномные мутации, получили название хромосомные болезни. Эти два разных типа мутаций для краткости объединяют общим термином «хромосомные аномалии». Практически все хромосомные аномалии (кроме сбалансированных) ведут к врожденным порокам развития. Частота хромосомных аномалий составляет 6% среди перинатально погибших плодов (от 22 недели беременности – по 7-й день после рождения). При этом летальные эффекты сочетаются с врожденными пороками развития. Примерно 46% спонтанных абортов у женщин связаны с хромосомными аномалиями. На 1000 новорожденных младенцев 3-4 имеют хромосомные болезни.

Человек как объект генетического анализа. Методы изучения генетики человека.

213. В силу каких причин человек является трудным объектом для генетических исследований. Многие методы классической генетики для изучения человека оказались не применимы. Например, у человека нельзя использовать гибридологический метод. Вступление в брак мужчин и женщин совершенно случайное явление, подбирать родительские пары нельзя. У людей низкая плодовитость и медленная сменяемость поколений, что затрудняет наблюдение и использование статистического метода для расчета наследования признака в поколениях. Трудности связаны с большим генетическим разнообразием человека, что обусловлено большим числом хромосом в кариотипе и большим числом генов. Наконец, на людях нельзя ставить эксперименты.

214. Для решения каких теоретических и практических задач применяется генеалогический метод Он применяется для решения теоретических и практических задач: - установления наследственного характера признака; - для определения типа наследования и пенетрантности изучаемого гена; - при анализе сцепления генов и картировании хромосом; - при изучении интенсивности мутационного процесса; - при расшифровке механизмов взаимодействия генов; - при медико-генетическом консультировании.

215. Чем характеризуется аутосомно-доминантный тип наследования признаков у человека. Этот тип наследования характеризуется: - признак проявляется в каждом поколении (передача признака по вертикали); - признак проявляется в одинаковой степени у мужского и женского пола; - один из родителей ребенка, имеющего признак, как правило имеет такой же признак; - мутантный ген проявляется в гетерозиготном состоянии; - признак проявляется у ½ потомства пораженного гетерозиготного родителя

216. Чем характеризуется аутосомно-рецессивный тип наследования признаков у человека. Для этого типа наследования характерно: - признак проявляется по горизонтали, не в каждом поколении; - признак проявляется в одинаковой степени у мужского и женского пола; - мутантный ген проявляется только в гомозиготном состоянии; - вероятность проявления признака у гетерозиготных родителей равна ¼; - вероятность проявления признака возрастает при кровном родстве

217. Чем характеризуется Х-сцепленный рецессивный тип наследования признаков у человека. Признаки Х-сцепленного рецессивного типа наследования: - преимущественно признак имеют лица мужского пола; - признак передается от матери-носительницы сыновьям; - отсутствует передача признака от отца к сыну; - женщина-носительница передает ген в 50% случаев сыновьям (они имеют признак) и в 50% дочерям (они носительницы)

218. Чем характеризуется Х-сцепленный доминантный тип наследования признаков у человека. Этот тип наследования характеризуется: - признак проявляется у мужчин и женщин; - признак проявляется по горизонтали и вертикали; - отец передает свой признак дочерям (100%); - признак никогда не передается от отца к сыну; - один из родителей ребенка, имеющего признак, имеет этот признак

219. Чем характеризуется У-сцепленный тип наследования признаков у человека. Признаки, гены которых локализованы в Y-хромосоме, передаются от отца всем мальчикам

220. Что позволяет близнецовый метод при изучении наследственности человека. Близнецовость – удобный естественный эксперимент, позволяющий оценить роль эндогенного (генетического) и экзогенного (средового) факторов в детерминации нормальных и патологических признаков у человека, в том числе выяснить удельный вес наследственного фактора в возникновении многих заболеваний. Этот метод позволяет выявить наследственный характер признака, определить пенетрантность аллеля, оценить эффективность действия на организм некоторых внешних факторов (лекарственных препаратов, обучения, воспитания). В процессе обследования близнецов учитывается совпадение (конкордантность) и различия (дискордантность) по ряду нормальных и патологических признаков. Если какой-то признак встречается у обоих близнецов данной пары, то такую пару называют конкордантной по данному признаку. Если признак встречается у одного из пары - дискордантная пара. Высокая степень конкордантности признака свидетельствует о его наследственной обусловленности.

221. Каковы возможности цитогенетического метода при использовании простой и дифференциальной окраски хромосом. Наиболее распространенный метод окраски по Гимзе (простая окраска). Краситель Гимзы окрашивает все хромосомы равномерно по всей длине, при этом контурируются центромера, спутники и вторичные перетяжки. Простая окраска используется в основном для определения числовых аномалий кариотипа, но этот тип окраски позволяет выявлять и явные структурные аномалии хромосом (делеции, транслокации, инверсии).

Однако хромосомные аберрации идентифицируются, как правило, с применением дифференциального окрашивания, которое позволяет выявить даже незначительные изменения в структуре хромосом.

222. Метод флюоресцентной гибридизации in situ (FISH-метод). Его принцип и возможности. Это метод изучения хромосом основан на гибридизации и имеет большую разрешающую способность. Принцип этого метода состоит в следующем. 1. Для изучаемой хромосомы или конкретного ее участка, исходя из специфичности последовательности оснований ДНК хромосомы, готовят ДНК-зонд. ДНК-зонд – это однонитевой участок ДНК с определенной последовательностью нуклеотидов к которому присоединен флюоресцентный краситель. 2. На предметное стекло помещают выделенные из клеток исследуемые хромосомы. Хромосомные препараты готовят стандартным способом из лимфоцитов периферической крови. На микроскопическом препарате in situ при щелочной обработке каждая хромосомная ДНК денатурирует, то есть разрываются связи между двумя нитями ДНК. 3. ДНК-зондом обрабатывают микроскопический препарат. Поскольку последовательность оснований ДНК-зонда и соотвествующий участок ДНК хромосомы взаимно комплементарны, то зонд присоединяется к хромосоме. Происходит гибридизация ДНК-зонда с одноцепочечной ДНК-мишенью хромосомы. 4. С помощью люминесцентного микроскопа выявляют меченые ДНК-зондом хромосомы (окрашенные) на фоне неокрашенных.

Метод FISH имеет широкие границы применения - от определения локализации гена до расшифровки сложных перестроек между несколькими хромосомами.

223. Метод сравнительной геномной гибридизации на микрочипах. Его принцип и возможности. Суть метода CGH состоит в том, что из клеток пациента выделяют ДНК (опытная, исследуемая) и метят одним флюорохромом (Су5-зеленым). Из клеток здорового индивидуума выделяют такую же ДНК (контрольная) и метят другим флюорохромом (Су5-красным). Опытную и контрольную ДНК наносят на микрочип. Происходит конкурентная гибридизация опытной и контрольной ДНК с ДНК-зондами на микрочипе. После этого измеряют флюоресцентный сигнал (соотношение интенсивности флюоресценции между одним и другим флюорохромом) с использованием сканера для микрочипов. Соотношение интенсивности флюоресцентного сигнала исследуемой и контрольной ДНК дает информацию о копийности ДНК: зеленный цвет свидетельствует о дупликации, красный цвет – о делеции. Желтый цвет свидетельствует о том, что копийность ДНК не изменена. Анализ полученных данных проводят с использованием компьютерных программ (рис. 11).

Метод CGH позволяет одновременно выявлять анеуплоидии, делеции, дупликации любого локуса хромосомы, представленного на микрочипе. Один анализ CGH эквивалентен 1000 FISH анализам. Это мощный метод детекции субмикроскопических хромосомных аномалий у пациентов с идиопатической умственной отсталостью и множественными врожденными пороками развития.

224. Что является объектом биохимических исследований для диагностики наследственных болезней. Возможности биохимических методов. Это целый набор биохимических методов, позволяющих определять первичные белковые продукты генов, накопление патологических метаболитов внутри клетки и во внеклеточных жидкостях человека, которые появляются вследствие генетического блока реакций обмена. Объектом биохимических исследований для диагностики наследственных болезней, могут быть плазма и сыворотка крови, моча, пот, слюна, околоплодные воды, культура клеток (лимфоцитов, фибробластов и др).

Использование лабораторно-биохимических методов оказалось эффективным в решении диагностических задач и выявления звеньев патогенеза большой группы наследственных болезней обмена веществ. В частности обмена аминокислот (альбинизм, фенилкетонурия), углеводов (галактоземия) и др. С помощью биохимических методов выявлено у человека более 1000 наследственных заболеваний обмена веществ

225. К чему сводится первичная и уточняющая биохимическая диагностика наследственных болезней. Практически во всех случаях биохимическая диагностика включает 2 уровня: первичный и уточняющий. Целью первичного уровня диагностики является исключение здоровых индивидов из дальнейшего обследования и отбор индивидов для последующего уточнения диагноза. Для этого используют 2 вида программ диагностики: массовые и селективные. В таких программах первичной диагностики в качестве объектов используется, как правило, моча и небольшое количество крови. Массовые просеивающие программы применяют для диагностики у новорожденных таких заболеваний как фенилкетонурия, врожденный гипотериоз, муковисцидоз, галактоземия.

Селективные диагностические программы предусматривают проверку биохимических аномалий обмена у пациентов с подозрением на генные наследственные болезни. В селективных программах могут использоваться простые качественные реакции или более точные методы.

Целью уточняющего уровня является постановка диагноза заболевания с использованием более точных и сложных биохимических методов. В частности применяя методы тонкослойной хроматографии мочи и крови можно выявить более 140 наследственных болезней обмена веществ, такие как болезни углеводного обмена, лизосомальные болезни накопления, болезни обмена металлов, аминоацидопатии и т.д.

226. На каких принципах основан метод полимеразной цепной реакции (ПЦР). Какие компоненты необходимы для проведения ПЦР. Метод основан на тех же принципах репликации, которые происходят в клетке in vivo с участием ДНК-полимеразы. Анализ методом ПЦР стал важнейшим диагностическим методом.

В клинической лабораторной ПЦР-диагностике исследование принято подразделять на три этапа: пробоподготовка (очистка ДНК исследуемого объекта от примесей), амплификация определенного фрагмента ДНК и регестрация результатов амплификации. Для протекания полимеразной реакции in vitro необходимы следующие компоненты: 1) исходная ДНК (ДНК-матрица, содержащая тот участок ДНК, который требуется амплифицировать); 2) термостабильная ДНК-полимераза; 3) дезоксирибонуклеозидтрифосфаты (АТФ, ГТФ, ЦТФ, ТТФ); 4) ионы Mg2+, необходимые для работы полимеразы; 5) буферный раствор, который обеспечивает поддержание оптимального рН; 6) короткие одноцепочные ДНК-затравки (праймеры).

227. Какие стадии выделяют в циклах амплификации при ПЦР. Объясните роль праймеров в амплификации при ПЦР. Праймеры – искусственно синтезируемые одноцепочные фрагменты ДНК размером 15-30 нуклеотидов, которые комплементарны соответствующим участкам ДНК-мишени. Праймеры играют ключевую роль в амплификации, служат затравкой для ДНК-полимеразы. Для проведения ПЦР используется два праймера (прямой и обратный), гибридизующихся в соответствии с принципом комплементарности с противоположными цепями ДНК и ограничивающих участок матричной молекулы, который и будет амплифицирован в ходе реакции. Прямой праймер «садится» на транскрибируемую (матричную) цепь в начале фрагмента и обеспечивает синтез дочерней цепи от начала к концу.

Обратный праймер соединяется с нетранскрибируемой цепью ДНК в конце фрагмента и обеспечивает синтез другой дочерней цепи в направлении от конца к началу. Процесс амплификации заключается в осуществлении повторяющихся циклов (20-40). Каждый цикл включает 3 стадии: температурная денатурация ДНК (разделение двухцепочной ДНК на одноцепочные молекулы → присоединение праймеров к комплементарным последовательностям одноцепочных молекул (отжиг) → синтез полинуклеотидных цепей на одноцепочных матрицах в границах присоединенных праймеров с помощью ДНК-полимеразы (элонгация).

228. Каким образом осуществляется регистрация результатов (детекция) при ПЦР в реальном времени. Роль этого метода в клинико-диагностической практике. При постановке ПЦР в режиме реального времени амплификатор является одновременно и детектором. Таким образом, одновременно происходит и амплификация, и регистрация ее продуктов, что позволяет в реальном времени анализировать накопление ампликонов и выявлять изменения в их нуклеотидной последовательности. На сегодняшний день ПЦР в реальном времени - это основной и наиболее часто применяемый метод в практике клинико-диагностических лабораторий для выявления специфических фрагментов ДНК, в том числе разных мутаций. Кроме того, ПЦР используется в диагностике инфекционных заболеваний, вирусных инфекций, для изучения экспрессии генов, идентификации личности, установления родственных связей, в молекулярно-биологических и молекулярно-генетических исследованиях

229. В чем заключается метод ОТ-ПЦР (обратная транскрипция-ПЦР), его возможности. ПЦР применяется и для исследования РНК, при этом используется метод ОТ-ПЦР (обратная транскрипция-ПЦР) в реальном времени. Это связано с тем, что ПЦР способна проходить только на матрице ДНК. Для исследования РНК перед ПЦР проводят реакцию обратной транскрипции (ОТ), которая представляет собой метод синтеза комплементарной ДНК (кДНК) на матрице РНК. В ходе ОТ-ПЦР одноцепочная РНК превращается в одноцепочную кДНК, которую затем амплифицируют в ПЦР. Амплификация сопровождается детекцией амплификационных фрагментов. Метод ОТ-ПЦР имеет высокую чувствительность, используется для выявления РНК-содержащих вирусов, определения микроРНК как маркеров заболеваний, других молекулярно-генетических исследований.

230. Метод полиморфизма длины рестрикционных фрагментов (ПДРФ), его возможности. Перечислить этапы ПДРФ-анализа. ПДРФ-анализ включает следующие этапы: выделение геномной ДНК → рестрикцию геномной ДНК специфической рестриктазой → электрофоретическое разделение образующихся фрагментов ДНК → последующая детекция фрагментов ДНК путем блоттинг-гибридизации по Саузерну.

Методом ПДРФ можно выявлять замены нуклеотидов в последовательности гена, делеции и вставки нуклеотидов в исследуемом гене. В случае делеций образуются фрагменты меньшей длины по сравнению с нормальным геном, а в случае дупликаций – большей. Анализ разнообразия ПДРФ является важным инструментом в картировании генома, определении генов, ответственных за генетические заболевания, определения риска заболевания.

231. В чем сущность технологии блот-гибридизации по Саузерну для выявления специфических фрагментов в ПДРФ-анализе. Суть этой технологии состоит в следующем. Полученные рестрикционные фрагменты исследуемой ДНК подвергают электрофоретическому разделению в геле. По окончанию электрофореза гель обрабатывают щелочью для денатурации ДНК с целью получения одноцепочных фрагментов ДНК. Затем фрагменты ДНК вымывают из геля на фильтр, где они фиксируются. Расположение фрагментов на фильтре точно соответствует их расположению в геле. Для того, чтобы визуально выявить нужные фрагменты (фиксированная на фильтре ДНК не видна), проводят гибридизацию со специфическими по нуклеотидной последовательности олигонуклеотидными зондами, помеченными либо радионуклидом, либо флуоресцентной меткой (блот-гибридизация по Саузерну). Нуклеотидная последовательность ДНК-зонда должна быть комплементарна изучаемому участку геномной ДНК. Радиоактивно меченные участки выявляют ауторадиографией, а нерадиоактивные метки визуализируют с помощью флюоресценции. Таким образом, с помощью гибридизации ДНК можно определить какая из полос на элетрофореграмме содержит фрагмент с определенной последовательностью нуклеотидов.

232. Что представляет собой метод секвенирования. На каком принципе основано секвенирование по Сэнгеру. Собственно секвенирование – это общее название методов, которые позволяют установить последовательность нуклеотидов в ДНК.

Для постановки реакции секвенирования необходимы компоненты: 1) ДНК матрица – последовательность ДНК, которую необходимо «прочесть» в ходе секвенирования; 2) ДНК полимераза – фермент участвующий в синтезе дочерней молекулы ДНК, идущей на матрице родительской молекулы ДНК; 3) четыре стандартных дезоксирибонуклеотида (дАТФ, дГТФ, дЦТФ и дТТФ) 4) праймер – это короткий фрагмент нуклеиновой кислоты, который служит стартовой точкой при репликации ДНК. Праймер необходим потому, что ДНК-полимеразы как in vivo, так и in vitro не могут начинать синтез цепи «с пустого места», они только присоединяют следующий нуклеотид к уже имеющейся 3`- гидроксильной группе (ОН) предыдущего. Праймер, таким образом, представляет собой «затравку» при синтезе ДНК; 5) небольшое количество (в концентрации 1 к 100) одного из меченых дидезоскирибонуклеотидов - терминаторов (ддАТФ, ддГТФ, ддЦТФ, ддТТФ), узнающих полимеразой и являющихся сигналом к прекращению синтеза комплементарной цепи на матрице ДНК. У этих нуклеотидов отсутствует 3`- гидроксильная группа, поэтому, когда один из них оказывается на конце растущей ДНК-цепи, синтез обрывается. К каждому из нуклеотидов-терминаторов присоединяют флуоресцентную метку своего цвета. Секвенирование полностью автоматизировано и проводится на специальных приборах – секвенаторах.

В результате проведения реакции получается смесь, содержащая полный набор новосинтезированных фрагментов ДНК, каждый из которых начинается в одном и том же месте, но заканчивается во всех возможных положениях вдоль цепи ДНК-матрицы. Автоматизированные секвенаторы разделяют реакционную смесь капиллярным электрофорезом на фрагменты. Чем короче фрагмент, тем быстрее он движется в геле по капилляру под действием электрического поля. Процесс капиллярного электрофореза настолько эффективен, что фрагмент, только что вышедший из капилляра, оказывается ровно на один нуклеотид длиннее, чем предшествующий ему.

Во время электрофореза луч лазера в определенном месте геля возбуждает флуоресценцию красителей и детектор определяет какой нуклеотид в настоящий момент мигрирует через гель. Таким образом, регистрируя последовательность появления нуклеотидов, прибор складывает «буквы» (нуклеотиды) в «текст» (последовательность ДНК). Секвенаторы такого типа могут «прочитать» за один раз последовательности длиной 300-1000 нуклеотидов.

233. Принцип и возможности нанопорового секвенирования. Принцип нанопорового секвенирования основан на измерении электрического тока при прохождении молекулы нуклеиновой кислоты через белковую нанопору, помещенную в бислойную липидную мембрану. Молекула ДНК или РНК, несущая на себе существенный отрицателный заряд, под водействием электрического поля «протискивается» через белковую пору, что вызывает уменьшение силы электрического тока из-за уменьшения сечения отверстия. Считывая изменение силы тока, нанопоровый секвенатор определяет нуклеотид, проходящий через пору в конкретный отрезок времени: оказывается, что каждый «кирпичек» в нуклеиновой кислоте имеет свое собственное «сечение» (и, соответственно, это влияет на силу тока).

Используется для прочтения длинных участков последовательности ДНК (до 100 тысяч нуклеотидов).

234. Какое значение имеет секвенирование для генетики человека и других областей биологии. В генетике человека секвенирование позволяет выявить возможные генетические отклонения и редкие генетические варианты, используется для определения аллельных вариантов генов, выявления и подтверждения различных типов генных мутаций (чаще при замене оснований), для выявления и подтверждения гетерозиготности, для определения наследственных предрасположенностей.

Помимо генетики человека технологии секвенирования нашли множество других интересных применений. В первую очередь благодаря установлению первичной последовательности молекул ДНК облегчилась систематика организмов. Благодаря появлению молекулярно-филогенетического анализа в биологии сделан ряд фундаментальных открытий. Примером одного из них является открытие нового царства живой природы – архебактерий. С использованием метода секвенирования можно решать такие задачи как исследование генетического разнообразия популяций редких или хозяйственно ценных видов растений и животных.

235. К чему сводится метод генетики соматических клеток. Какие приемы использует этот метод, их суть. Метод генетики соматических клеток сводится к использованию в целях генетического анализа человека культур клеток, полученных из различных источников: периферическая кровь, кожа, опухолевая ткань, ткань плода, клетки плаценты, ворсинок хориона, амниотической жидкости. В зависимости от задачи исследования используют следующие приемы: простое культивирование; клонирование; селекцию; гибридизацию.

Культивирование клеток в питательной среде in vitro позволяет получить достаточное количество клеточного материала для биохимических, цитогенетических, молекулярногенетических и других методов.

Клонирование – получение от одной клетки генетически идентичного клеточного потомства.

Селекция – отбор из клеточной массы клеток с заданной характеристикой, например, несущих определенные мутации. Клонирование и селекция клеток расширяют возможность анализа генетического материала человека и точной диагностики наследственных болезней.

Гибридизация в условиях культуры клеток дает возможность исследовать сцепление генов и их хромосомную локализацию (картирование).

Используя метод генетики соматических клеток, можно изучать первичные продукты генной активности, механизмы регуляции экспрессии генов, межгенные взаимодействия, изучать патогенез наследственных болезней на молекулярном и клеточном уровне

236. Дерматоглифический метод в генетике человека, его возможности. Дерматоглифика – изучение рисунка гребешковой кожи ладоней. Изменение рисунка ладоней может наблюдаться при различных генетически детерминированных заболеваниях и уродствах. Характерные изменения дерматоглифических рисунков кожи пальцев и ладоней, характера основных ладонных борозд наблюдается при хромосомных болезнях: синдромах Дауна, Клайнфельтера, Шерешевского-Тернера, синдроме «Кошачьего крика». В современной генетике человека и медицинской генетике дерматоглифика как метод генетического анализа людей утратила свои позиции, так как в сравнении с цитогенетическим, молекулярно-цитогенетическим и молекулярно-генетическим методами является менее информативным. Тем не менее, в некоторых ситуациях применение дерматоглифики целесообразно в скрининговых обследованиях больших контингентов и отбора лиц, подлежащих более углубленному генетическому анализу.

237. Какие возможности для генетики человека предоставляет популяционно-статистический метод. Этот метод предназначен для изучения распространения наследственных признаков (в том числе патологических) в популяциях людей в одном или ряду поколений. Особенностью метода является проведение статистической обработки результатов наблюдений. На основании данных, полученных этим методом, рассчитывают частоту встречаемости в исследуемой группе населения различных аллелей гена, разных генотипов по этим аллелям. Метод позволяет также рассчитывать степень гетерозиготности в популяции по определенным аллелям, анализировать влияние факторов среды на экспрессию генов (показатели экспрессивности и пенетрантности).

238. Пренатальная диагностика наследственных болезней, ее задачи. К чему сводятся непрямые методы пренатальной диагностики, показания для использования этих методов. В настоящее время в распоряжении специалистов имеется обширный арсенал как прямых, так и непрямых методов исследования, позволяющих установить врожденные и наследственные заболевания у плода.

Непрямые методы – это обследование беременной женщины. Непрямые методы позволяют выявить женщин, имеющих повышенный риск рождения ребенка с наследственной патологией. Женщины направляются на пренатальную диагностику по следующим показаниям: возраст женщины 35 лет и старше; повторные спонтанные прерывания беременности; рождение ребенка с врожденными пороками развития; являющихся носителями хромосомных перестроек; инфекции у беременной; воздействие тератогенного фактора (радиация, химические вещества).

К непрямым методам относятся: акушерско-гинекологическое, генеалогическое, бактериологическое, цитогенетическое, иммунологическое обследование.

239. Определение каких биохимических маркеров в крови беременной женщины имеет диагностическую ценность для диагностики синдрома Дауна. Диагностическую ценность для выявления синдрома Дауна у плода представляет определение в крови беременной уровня гормонов: β-субъединицы хорионического гонадотропного и неконьюгированного эстриола. При вынашивании плода с синдромом Дауна в крови беременной повышен уровень ХГЧ и снижено содержание эстриола. В случае обнаружения измененного уровня АФП, ХГЧ и эстриола в крови беременной женщины она направляется на дополнительное исследование.

240. Назовите, известные Вам, прямые методы пренатальной диагностики (неинвазивные и инвазивные). К чему сводится амниоцентез как прямой метод диагностики. Прямые методы – непосредственное исследование состояния плода. К ним относятся неинвазионные и инвазионные методы. Неинвазионные методы – это обследование плода без оперативного вмешательства. Наиболее распространенный из неинвазивных методов является ультразвуковое исследование плода (УЗИ).

К инвазивным методам относятся: амниоцентез (получение амниотической жидкости); биопсия хориона (взятие образцов ворсин хориона); кордоцентез (взятие крови плода из пуповины); биопсия тканей плода (кожа, мышцы и др.)

Амниоцентез – прокол амниотического (плодного) пузыря с целью получения околоплодной (амниотической) жидкости. Проводится амниоцентез на 15-20-й неделе беременности. Амниоцентез делают через переднюю брюшную стенку матери под контролем УЗИ. Из амниотической полости извлекают10-30 мл амниотической жидкости. Амниотическую жидкость центрифугируют, получают осадок клеток и надосадочную жидкость. Из показателей надосадочной жидкости только концентрация АФП является диагностически значимой (см.выше). Основным источником диагностического материала при амниоцентезе являются клетки. Эмбриональные клетки происходят из амниона плода, эмбриональной кожи, желудочно-кишечного тракта. Клетки обязательно культивируют в питательной среде в течение 2-3 недель для получения достаточного количества клеток с целью проведения картирования или анализа ДНК. Для идентификации числовых изменений хромосом используют цитогенетические методы. Культуру амниотических клеток используют и для биохимического анализа, ДНК-диагностики.

241. Биопсия хориона и кордоцентез как прямые инвазивные методы пренатальной диагностики, их возможности. Биопсия хориона применяется для получения небольшого количества ворсин хориона в период с 7-й по 16-ю неделю беременности. Процедура сбора ворсин выполняется через шейку матки (трансцервикально) или через переднюю брюшную стенку (трансабдоминально) под контролем УЗИ. Взятие образцов через брюшную стенку предпочтительнее, поскольку меньше риск внесения инфекции. Ворсины хориона являются производными эмбриональной трофобластной ткани и могут использоваться для цитогенетического анализа, ДНК-диагностики и биохимического анализа. Биопсия хориона имеет физиологическое и практическое преимущество по сравнению с амниоцентезом, который проводят не ранее 15-й недели. Кроме того цитогенетические результаты при биопсии хориона можно получить быстрее, поскольку в ворсинах хориона имеются делящиеся клетки. Однако хромосомный анализ при биопсии хориона менее надежен и риск выкидыша после биопсии ворсин хориона выше, чем после амниоцентеза.

Кордоцентез – взятие крови из пуповины с целью выявления возможных аномалий плода. Процедуру осуществляют с 20-й недели беременности под контролем УЗИ. Прокол делают через переднюю брюшную стенку матери. Образцы крови являются объектом для цитогенетических, молекулярно-генетических и биохимических методов диагностики наследственных болезней. Кордоцентез обычно делают в тех случаях когда информацию, необходимую для диагностики, нельзя получить с помощью амниоцентеза, биопсии хориона или когда получены подозрительные результаты. Преимущество кордоцентеза по сравнению с амниоцентезом заключается в том, что кровь является более удобным объектом для исследования, чем клетки амниотической жидкости. Лимфоциты крови культивируются быстрее (2-3 дня) и они надежнее, чем амниоциты.

242. Смысл проспективного и ретроспективного медико-генетического консультирования. Проспективное консультирование – это наиболее эффективный вид профилактики наследственных болезней, когда риск рождения больного ребенка определяется еще до наступления беременности или на ранних ее этапах. В этом случае супруги, направленные на консультацию, не имеют больного ребенка, но существует определенный риск рождения такого ребенка, основанный на данных генеалогического исследования, анамнеза или течении данной беременности.

Ретроспективное консультирование – это консультирование по определению риска относительно здоровья будущих детей после рождения в семье больного ребенка.

243. Что служит показаниями для медико-генетического консультирования. Показаниями для медико-генетического консультирования являются: - подозреваемая или установленная наследственная болезнь в семье; - рождение ребенка с врожденным пороком развития; - задержка физического развития или умственная отсталость у ребенка; - повторные спонтанные аборты, выкидыши, мертворождения; - кровнородственные браки; - возраст матери старше 35 лет; - неблагополучное протекание беременности. - неблагоприятные воздействия факторов внешней среды в первые 3 месяцы беременности (ифекционные вирусные заболевания, рентгенодиагностические процедуры, массивная лекарственная терапия, работа на вредных для здоровья предприятиях).

244. Перечислить основные задачи, которые решает медико-генетическое консультирование. Медико-генетическая консультация решает следующие основные задачи: - установление точного диагноза наследственного заболевания; - оценка величины риска рождения больного ребенка и оказание помощи супругам в принятии решения; - выявление гетерозиготных носителей; - объяснение родителям в доступной форме смысла медико-генетического заключения; -пропаганда медико-генетических знаний среди врачей и населения.

Индивидуальное развитие организмов.

245. Назовите особенности развития яйцеклеток, которые связаны с обеспечением ранних этапов развития зародыша. Дайте характеристику ооплазматической сегрегации. Одной из таких особенностей овогенеза является интенсивное накопление огромного запаса компонентов аппарата трансляции (биосинтеза белка). У многих животных в ооците в короткие сроки накапливается огромное количество рибосом. Этому способствует умножение или амплификация генов рибосомных РНК яйцеклетки. При обычной репликации ДНК удваивается вся ДНК хромосомы, тогда как при амплификации копируются только избранные участки, в данном случае участки ДНК, где находятся гены рибосомных РНК. Копии ДНК отделяются от хромосомы, в результате формируются большое число дополнительных ядрышек, которые интенсивно продуцируют рибосомы. Кроме того, при овогенезе накапливаются тРНК, интенсивно синтезируются и депонируются иРНК. Таким образом, в яйцеклетке запасаются все компоненты, необходимые для синтеза белка, которые будут использоваться на ранних стадиях развития зародыша.

Вторая особенность овогенеза – образование и накопление в цитоплазме яйцеклетки питательных веществ (желток, углеводы, жиры, липиды, витамины, минеральные соли), которые используются также на ранних стадиях развития зародыша. Основную массу желтка составляют белки. В состав желтка, накапливаемого в овогенезе, входит примерно 90% всего белка клетки.

246. Назовите фазы оплодотворения. Какими факторами обеспечивается сближение сперматозоида и яйцеклетки при оплодотворении. В процессе оплодотворения можно выделить три фазы: 1) сближение гамет; 2) активация гамет; 3) слияние гамет (сингамия). Сближение гамет сводится к дистантному взаимодействию между яйцеклеткой и сперматозоидом. Первоначально предполагали, что движение сперматозоида к яйцу носит целенаправленный характер и происходит благодаря хемотаксису. Предположение о хемотаксическом механизме сближения не подтвердилось, за исключением отдельных случаев, описанных у некоторых видов гидромедуз и высших споровых растений. На самом деле сближение сперматозоида с яйцом обеспечивается совокупностью ряда неспецифических факторов, повышающих вероятность их столкновения: 1) координирование процессов гаметогенеза у самца и самки и одновременность наступления стадии готовности к оплодотворению; 2) приспособления, связанные с оплодотворением и совокуплением, которые обеспечивают попадание созревших половых клеток в места, где происходит процесс оплодотворения; 3) избыточная продукция сперматозоидов по сравнению с числом женских половых клеток; 4) крупные размеры яйца, способствующие повышению вероятности столкновения со сперматозоидом. Не исключено, что существуют и другие факторы, однако и перечисленных достаточно, чтобы обеспечить оплодотворение всех созревших яиц животного. Кроме того, яйцеклетки и сперматозоиды вырабатывают химические вещества, которые возможно участвуют в обеспечении их сближения и взаимодействия. Эти вещества были названы гамоны.

247. Назовите процессы активации сперматозоида и яйцеклетки при оплодотворении. В чем сущность этих процессов. Активация гамет начинается после соприкосновения сперматозоида и яйцеклетки. Процесс активации сперматозоида называется – акросомная реакция, яйцеклетки – кортикальная реакция. Принципы оплодотворения примерно одни и те же у разных видов животных. Однако есть некоторые особенности у разных видов, которые, в частности, зависят от строения оболочек яйца. Нас конечно интересуют млекопитающие и человек. У млекопитающих и человека сперматозоид должен преодолеть несколько слоев фолликулярных клеток, блестящую оболочку и плазматическую мембрану яйцеклетки. Когда сперматозоид соприкасается с поверхностью яйца, он активируется (акросомная реакция): в области акросомы сперматозоида разрушается плазматическая мембрана, из сперматозоида выходят гидролитические ферменты (сперматолизины), которые разрушают контакты между фолликулярными клетками, блестящую оболочку и сперматозоид достигает плазматической мембраны яйца. В месте контакта плазматическая мембрана яйца разрушается, плазматические мембраны сперматозоида и яйцеклетки сливаются и сперматозоид оказывается внутри яйцеклетки. При соприкосновении сперматозоида и яйца активируется и яйцеклетка (кортикальная реакция). При кортикальной реакции повышается в яйце содержание ионов кальция, что сопровождается активированием биохимических процессов в клетке.

248. Какой механизм препятствует полиспермии у млекопитающих при оплодотворении. Надо иметь в виду, что при оплодотворении сперматозоид прикрепляется в определенном месте блестящей оболочки, в том месте, где имеется специфический рецептор к сперматозоиду, который синтезируется яйцом. Только после фиксации сперматозоида на этом рецепторе он проникает через блестящую оболочку, плазматическую мембрану и попадает внутрь яйцеклетки, завершая процесс оплодотворения. После проникновения сперматозоида рецептор изменяется и тем самым создается препятствие для фиксации и проникновения внутрь других сперматозоидов. Это препятствует полиспермии у млекопитающих и человека. У ряда животных, в частности в яйцеклетках морского ежа, полиспермии препятствует изменение электрического потенциала плазматической мембраны яйца, а также формирование дополнительной оболочки оплодотворения после проникновения одного сперматозоида.

249. Чем характеризуется стадия зиготы. После проникновения сперматозоида в яйцеклетку начинается стадия зиготы. Заканчивается мейоз, формируется ядро яйцеклетки, которое нередко называют женским пронуклеусом. В период завершения женского мейоза преобразуется ядро сперматозоида (мужской пронуклеус). При этом оно увеличивается, происходит набухание и разрыхление хроматина. Оба пронуклеуса начинают перемещаться по цитоплазме. В процессе движения пронуклеусов и разрыхления хроматина в каждом из них реплицируется ДНК. Перед завершением сближения в каждом из пронуклеусов количество ДНК возрастает вдвое. Однако общего ядра у млекопитающих и человека не образуется. Конечная стадия сближения пронуклеусов – это образование одной метафазной пластинки деления зиготы. В зиготе интесивно продолжается ооплазматическая сегрегация.

250. Чем заканчивается дробление зиготы. Какие общие свойства характерны для всех делений дробления. После объединения хромосомных наборов обоих пронуклеусов тотчас начинается ряд последовательных митотических делений зиготы, заканчивающихся формированием многоклеточного однослойного зародыша – бластулы. Клетки дробящегося яйца называют бластомерами. Побуждает зиготу делиться несоответствие величины ядерноцитоплазматического отношения зиготы величинам, которые характерны для соматических клеток. За первым делением дробления следует серия следующих делений, так называемых делений дробления. Для всех этих делений характерны общие свойства: 1) разделившиеся клетки зародыша не растут. Суммарный объем и масса всех возникших клеток не превышает объема и массы яйцеклетки сразу после оплодотворения; 2) количество ДНК в ядрах удваивается после каждого деления, как при обычном митозе; 3) дробление зигот фактически у всех видов характеризуется асинхронностью, т. е. неодинаковыми циклами деления. У млекопитающих уже со второго деления дробление идет асинхронно.

251. Как протекает полное равномерное дробление. Для каких яйцеклеток и организмов оно характерно. При полном равномерном дроблении образуются бластомеры равной величины, при полном неравномерном - бластомеры оказываются разной величины. Полное равномерное дробление характерно для изолецитальных яиц, например, ланцетника.

Рассмотрим на примере ланцетника полное равномерное дробление. Ему характерен радиальный тип дробления. Это значит, что плоскости деления клеток в последовательных делениях проходят перпендикулярно друг другу. В результате бластомеры располагаются симметрично друг над другом. Первая борозда делит яйцо меридиально на два бластомера, а затем вторая борозда проходит тоже по меридиану, перпендикулярно первой борозде. Третья борозда проходит экваториально, образуется 8 бластомеров. Затем происходит чередование экваториальных и меридиальных борозд. На стадии 16 бластомеров образуется плотный комочек клеток. Зародыш на этой стадии называется морулой. В дальнейшем в результате дробления зародыш приобретает вид шара с полостью внутри. Стенка бластулы образована одним слоем клеток – бластодерма. Все бластомеры при этом имеют одинаковый размер. Полость бластулы – бластоцель. Такая бластула с тонкой однослойной стенкой и обширным бластоцелем получила название целобластула или типичная бластула.

252. Как протекает полное неравномерное дробление. Для каких яйцеклеток и организмов оно характерно. Полное неравномерное дробление характерно для умеренно телолецитальных яиц амфибий.

Голобластическое неравномерное дробление характерно для умеренно телолецитальных яиц амфибий. Неравномерное распределение желтка и образование вследствие этого вегетативного и анимального полюсов ведет к задержке дробления у вегетативного полюса. Когда борозда дробления доходит до вегетативного полюса, ее дальнейшее продвижение замедляется настолько значительно, что последующие клеточные деления начинаются на анимальном полюсе раньше, чем на вегетативном успевает закончиться первое деление. В результате бластомеры имеют неодинаковую величину: на анимальном полюсе они мелкие (микромеры), на вегетативном полюсе крупные (макромеры), бластоцель при этом смещена в анимальное полушарие. Бластулу такого типа называют амфибластулой.

253. Как протекает неполное дискоидальное дробление. Для каких яйцеклеток и организмов оно характерно. дискоидальное дробление резко телолецитальных яиц (птиц и некоторых рептилий) При неполном дискоидальном дроблении резко телолецитальных яиц дробление идет только на анимальном полюсе. В результате образуется дискобластула, а бластоцель располагается под слоем бластодермы на анимальном полюсе в виде щели.

254. Как протекает неполное поверхностное дробление. Для каких яйцеклеток и организмов оно характерно. поверхностное дробление центролецитальных яиц (членистоногих). При неполном поверхностном дроблении центролецитальных яиц членистоногих ядра яиц многократно делятся и перемещаются к периферии, где в цитоплазме нет желтка. Образуется на периферии один слой бластомеров, а бластоцель заполнен желтком.

255. В чем особенность дробления и формирования бластулы у млекопитающих. У высших (плацентарных) млекопитающих яйца изолецитальные (алецитальные) – имеется небольшое количество желтка. Дробление полное, неравномерное, почти с самого начала асинхронное. В результате дробления образуется морула, состоящая из 16-32 клеток. В моруле очень скоро выделяется слой светлых наружных клеток и более темная плотная масса внутренних клеток. Из наружного слоя впоследствии развивается особая внезародышевая ткань – трофобласт, а из внутренней массы (эмбриобласта или зародышевого узелка) формируется сам зародыш и его провизорные органы. В конце дробления в зародыше возникает обширная полость (бластоцель). На этой стадии зародыш млекопитающих называется бластоцистой. Наружный слой клеток бластоцисты представляет собой трофобласт, из которого позднее разовьется наружная оболочка плода – хорион. Трофобласт играет важную роль в имплантации зародыша в стенку матки. У анимального полюса бластоцисты располагается эмбриобласт.

256. Охарактеризовать инвагинацию и деляминацию как способы гаструляции. Для каких животных они характерны. При инвагинации часть однослойной бластодермы (стенки бластулы) впячивается внутрь бластоцеля. В результате чего из однослойного полого шара образуется двуслойная чаша (двуслойный зародыш). Наружный слой клеток двуслойного зародыша представляет эктодерму, внутренний слой клеток – энтодерму. Энтодерма выстилает новую полость двуслойного зародыша, называемую - гастроцель или полость первичной кишки. Отверстие, ведущее в гастроцель принято называть бластопором или первичным ртом. Края бластопора называют губами бластопора. У первичноротых животных (черви, моллюски, членистоногие) бластопор в дальнейшем превращается в ротовое отверстие. У вторичноротых – в анальное отверстие, а рот образуется на противоположном конце (хордовые). Инвагинация характерна для ланцетника, а также других организмов.

Деламинация в чистом виде характерна для кишечнополостных, имеющих бластулу в виде морулы (без полости). При деламинации происходит расслоение клеток бластодермы бластулы на два слоя, расположенных друг над другом. Наружные клетки будут формировать эктодерму, клетки внутреннего слоя образуют энтодерму

257. Охарактеризовать иммиграцию и эпиболию как способы гаструляции. Для каких животных они характерны. При иммиграции отдельные клетки стенки бластулы вычленяются (выселяются) в полость бластоцель. Выселившиеся клетки формируют внутренний слой гаструлы (энтодерму), наружный слой клеток образует эктодерму.

Эпиболия – это перемещение с анимального полюса мелких быстро делящихся клеток (микромеров) в направлении вегетативного полюса и обрастание ими более крупных и менее подвижных клеток вегетативного полюса (макромеры). При этом формируется два слоя клеток – наружный (эктодерма) и внутренний (энтодерма). Такой способ выражен у амфибий.

258. В чем сущность телобластического способа образования мезодермы. Для каких животных он характерен. Первый – телобластический, характерен для первичноротых животных. При телобластическом способе мезодерма развивается из двух бластомеров симметрично расположенных в области губ бластопора. При делении этих клеток возникает пара мезодермальных полосок. Позже они подразделяются на сомиты.

259. В чем сущность энтероцельного способа образования мезодермы. Для каких животных он характерен. Принципиально другой способ закладки мезодермы – энтероцельный, свойственен вторичноротым животным. При этом способе мезодерма формируется из клеток энтодермы (участков первичной кишки), которые симметрично впячиваются в полость бластоцель. В последующем эти участки отделяются, дифференцируются в мезодерму и подразделяются на сомиты.

260. Нейруляция как фаза органогенеза, сущность и исход. В процессе формирования органов можно условно выделить две фазы. Первая фаза (начало органогенеза) – нейруляция. Сущность ее состоит в образовании комплекса осевых органов – нервной трубки и хорды. Вторая фаза – это построение всех остальных структур и органов.

Образование нервной трубки происходит следующим образом: дорзальная эктодерма гаструлы около срединной линии начинает утолщаться и превращается в нервную пластинку. Вскоре ее боковые края приподнимаются, образуются нервные валики. Нервные валики постепенно сближаются, а нервная пластинка начинает прогибаться вдоль средней линии, образуя углубление нервной пластинки, которое называется нервным желобком. Чуть позже края нервной пластинки смыкаются и формируется нервная трубка, полость которой называется невроцелем. Из переднего отдела нервной трубки в дальнейшем образуется головной мозг, из остальной части – спинной мозг. Параллельно формируется и хорда. Она образуется путем обособления участков первичной кишки по срединной линии. Образуется хорда из зачатка общего с энтодермой и мезодермой. По бокам от образовавшейся хорды лежат обширные участки мезодермы. Вначале мезодерма на каждой стороне представлена единой массой, но вскоре она делится на «блоки» - сомиты. Из сомитов образуются повторяющиеся сегментарные структуры тела позвоночного животного, сомит - сегмент. Сомиты обособляются последовательно один за другим по направлению от головы к хвосту.

261. Назвать структуры и органы, образующиеся в эмбриогенезе из эктодермы, энтодермы и мезодермы. Из эктодермы развивается: нервная система, органы чувств, кожный эпидермис, кожные и молочные железы, придатки кожи, эпителий передней и задней кишки (эпителиий ротовой полости и анального отдела прямой кишки), эмаль зубов. Из энтодермы: эпителий средней кишки (желудка и кишечника), пищеварительные железы (клетки печени и поджелудочной железы), дыхательная система. Из мезодермы: опорно-двигательный аппарат, кровеносная и лимфатическая система, мочеполовая система, соединительная ткань.

262. Какие стадии эмбрионального развития относят к раннему развитию. Какова динамика активирования собственных генов зародыша. Это стадия зиготы, превращение одноклеточной системы в многоклеточную в результате дробления, начало дифференцировочных и морфогенетических процессов.

По мере развития активируются определенные группы генов. Включение в работу собственных генов по мере развития зародыша происходит не одновременно. Первыми активируются гены, обусловливающие способность клеток к пролиферации, и гены, регулирующие общий метаболизм клетки. По мере того как продолжается дробление и зародыш вступает в стадию гаструляции, начинают активироваться первые тканеспецифические гены. Уже в период гаструляции функционирование ядра необходимо. Позднее, в процессе гисто- и органогенеза, вступают в действие другие гены, которые регулируют более специфические функции клеток. Однако у разных видов животных гены включаются в работу не одновременно и синтез РНК, белков начинается, соответственно, на разных этапах развития. Это определяется во многом количеством питательных веществ в яйцеклетке. Так у зародышей амфибий в период дробления образуется очень мало новой РНК. И лишь при вступлении в стадию бластулы начинается синтез значительных количеств как иРНК, так и тРНК. У зародышей мышей синтез РНК начинается уже на стадии двух бластомеров, а уже на стадии четырех бластомеров синтезируются все основные типы РНК. В настоящее время имеются лишь отдельные указания на различия в синтезируемых РНК и белках в разных частях зародыша. Но эти данные свидетельствуют о количественных различиях и пока не ясно, существуют ли отличия между наборами РНК и белков, которые синтезируются в разных клетках раннего зародыша.

263. Определить понятие: морфогенез. Назвать механизмы, определяющие морфогенез. Морфогенез – это возникновение в процессе развития формы органа, формы организма, формирование внутренней и внешней конфигурации организма при эмбриональном развитии. Образование формы (морфогенез) складывается из многих отдельных молекулярных, клеточных событий и соответственно предполагает контроль со стороны множества генов. К этим механизмам следует отнести: 1) деление (пролиферацию) клеток; 2) дифференцировку клеток; 3) морфогенетическое перемещение клеток; 4) эмбриональную индукцию; 5) сортировку и адгезию (слипание) клеток; 6) межклеточные взаимодействия; 7) программированную гибель клеток.

264. Что следует понимать под дифференцировкой клеток. Каковы первопричина и механизм дифференцировки клеток. Под дифференцировкой клеток понимают совокупность процессов в результате которых между клетками общего происхождения возникают стабильные морфологические, физиологические, биохимические различия, приводящие к специализации клеток, способных выполнять определенные функции. Поэтому первопричина дифференцировки клеток – это появление различий в спектре активных генов. Это определяет различие в наборе белков в разных клетках и, в конечном итоге, все особенности дифференцирующихся клеток. Механизмы управляющие дифференцировкой находятся в основном на надгенетическом уровне. На самых ранних этапах развития, первой причиной, которая вызывает активацию генов в ядрах зародыша являются те различия в цитоплазме зиготы, которые связаны с ооплазматической сегрегацией (перемещением компонентов цитоплазмы яйцеклетки и зиготы, приводящей к ее гетерогенности). За счет ооплазматической сегрегации может возникнуть столько видов клеток, сколько в зиготе образовалось зон цитоплазмы. Таким образом можно объяснить только первичную дифференцировку и начальные этапы развития в виде гаструляции. Дальнейшея дифференцировка, т.е. появление различий между одинаковыми до того клетками - может быть достигнута только за счет воздействия на клетку из вне, со стороны других клеток.

265. Какая связь существует между дифференцировкой клеток при развитии зародыша и ооплазматической сегрегацией. На самых ранних этапах развития, первой причиной, которая вызывает активацию генов в ядрах зародыша являются те различия в цитоплазме зиготы, которые связаны с ооплазматической сегрегацией (перемещением компонентов цитоплазмы яйцеклетки и зиготы, приводящей к ее гетерогенности). По мере дробления зиготы вновь образованные ядра расходятся в различные области цитоплазмы зиготы и оказываются окруженными различным ее составом. Это различное окружение и определяет дифференцальную активность генов в разных клетках зародыша, что, в свою очередь, приводит к синтезу разных белков и тем самым существенно изменит и свойства этих клеток. За счет ооплазматической сегрегации может возникнуть столько видов клеток, сколько в зиготе образовалось зон цитоплазмы.

266. Что понимают под термином «компетенция» относительно дифференцировки. Как меняется в эмбриогенезе компетенция стволовых клеток. Компетенцией называют способность клеток при соответствующих внешних воздействиях дифферецироваться в нескольких направлениях. Клетки, обладающие способностью к превращению в разные специализированные клетки называют стволовыми клетками. В эмбриогенезе компетенция стволовых клеток быстро меняется во времени. Например, на самых ранних стадиях дробления отдельные бластомеры могут развиваться во взрослый организм, т.е. они как зигота обладают тотипотентностью (равнонаследственностью). Такие стволовые клетки называют тотипотентными стволовыми клетками. Тотипотентные стволовые клетки способны формировать все эмбриональные и экстраэмбриональные типы клеток (в том числе половые). Такой способностью обладают: яйцеклетка, зигота и первые бластомеры при делении зиготы. На стадии бластулы клетки уже не проявляют тотипотентности, а становятся плюрипотентными. Они способны дифференцироваться в разных направлениях, давая различные типы клеток любого органа. В дальнейшем компетенция клеток меняется, они становятся мультипотентными, способными давать несколько типов клеток в пределах зародышего листка и, наконец, унипотентными стволовыми клетками, способными образовывать только один тип дифференцированных клеток. Это обозначает, что они могут давать только строго определенные типы конечных дифференцированных клеток.

267. Какое значение в морфогенезе имеет перемещение клеток. Примеры. Многие процессы формообразования происходят путем перемещения отдельных клеток. Например, миграция клеток на стадии гаструляции приводит к формированию зародышевых листков. Другой пример, мигрируя, мезодермальные клетки формируют сгущения клеток при образовании сомитов в осевой мезодерме. Как можно объяснить выбор направления движения клеток? Предполагают, что клетки перемещаются, а точнее ползут, по какой-либо поверхности - субстрату. Таким субстратом является поверхность других клеток или неклеточные образования, сформированные другими клетками. Субстрат и определяет, по-видимому, маршрут движения клеток. Возможно в определении направления движения клеток играет роль и хемотаксис – движение клеток в направлении большей концентрации некоторых «привлекающих» клетку веществ. В ходе таких перемещений клетки занимают те позиции, в которых они дифференцируются в ткани различных органов.

268. Что понимают под эмбриональной индукцией. Первичная эмбриональная индукция. Под эмбриональной индукцией понимают взаимодействие частей развивающегося зародыша, при котором воздействие одной части (индуктора) изменяет развитие другой части зародыша. Часть зародыша, которая способна воспринимать индукционное воздействие и отвечать на него получила название индуцируемая (компетентная, реагирующая) ткань. Явление эмбриональной индукции было открыто немецким эмбриологом Г. Шпеманом в 1921 году в экспериментах на зародыше амфибий. Им был взят участок дорзальной губы бластопора, содержащий материал хордомезодермы зародыша на стадии ранней гаструлы, и пересажен под боковую эктодерму другого зародыша той же стадии развития. У зародыша реципиента в месте пересадки развивался второй комплекс осевых органов (хорда, нервная трубка, сомиты). Иногда развитие завершалось даже развитием дополнительного зародыша. Это явление получило название первичная эмбриональная индукция.

269. Механизм индукционных влияний при эмбриогенезе. Роль эмбриональной индукции в морфогенезе. Наиболее вероятным механизмом индукционных влияний является внеклеточная диффузия индуцирующих веществ, вырабатываемых индуктором. Индуктор, по-видимому, выделяет, а клетки индуцируемой ткани получают индуцирующее вещество. Другие формы индукции, по всей вероятности, осуществляются в результате прямого контакта между клетками, либо через посредство внеклеточного матрикса, секретируемого взаимодействующими клетками. Что касается природы индуцирующих веществ, то имеющиеся данные указывают на их разную химическую природу. Индукция может реализоваться как при непосредственном контакте взаимодействующих частей зародыша, так и при дистантном действии индуцирующих веществ, которые мигрируют в клетки реагирующей ткани. Индуцирующие вещества способны включать и выключать определенные гены в клетках индуцируемой ткани, ответственных за синтез специфических белков, что и определяет направление развития (дифференцировки) индуцируемой части.

270. Межклеточные взаимодействия, их формы и роль в клеточной дифференцировке. Межклеточные взаимодействия играют важную роль на всех этапах индивидуального развития. Способы межклеточных взаимодействий разнообразны (рис. 3). Во-первых, клетки могут взаимодействовать посредством прямых межклеточных контактов своими мембранами (D). При этом одна клетка индуцирует изменение в другой клетке. Во-вторых, клетки могут взаимодействовать за счет диффузии веществ от одной клетки к другой (B). Третий тип взаимодействия клеток через посредство внеклеточного матрикса (С). Межклеточные взаимодействия являются важным фактором активации специфических генов и индукции клеточной дифференцировки.

271. Роль гормонов в эмбриональном развитии. В период закладки зародышевых листков и зачатков основных органов собственные гормоны еще не продуцируются эмбрионом и регуляция процессов развития осуществляется в результате индукционных взаимодействий контактирующих клеток, а в какой-то степени гормонами матери. Во время гисто- и органогенеза появляются собственные гормоны, роль которых постепенно возрастает. Надо иметь в виду, что гормоны не вызывают различий между одинаковыми клетками и, следовательно, не вызывают дальнейшей дифференцировки. Они не могут в принципе увеличить в организме число видов клеток и тканей. Этим они отличаются от эмбриональных индукторов и других факторов дифференцировки. Однако гормоны являются факторами, усиливающими дифференцировку, способствующими продвижению клеток по пути дальнейшей специализации. В целом биологическая роль гормонов сводится к координации процессов развития.

272. Значение сортировки и адгезии клеток в морфогенезе при эмбриогенезе. Молекулярные механизмы клеточной адгезии. Сортировка и адгезия клеток – один из основных первичных процессов, который должен иметь место на каждой стадии эмбрионального развития. Этот процесс лежит в основе выделения и объединения клеток одного типа, что приводит к образованию скоплений и пластов только определенных клеток.

Молекулами адгезии клеток обеспечивается слипание клеток, ведущее к формированию генетически запрограммированных структур эмбриона. МАК, связанные с поверхностью клеток, обеспечивают механическое взаимодействие клеток друг с другом. Так, в начале дробления бластомеры располагаются рыхло. Затем бластомеры сближаются и прижимаются друг к другу. Эту объединяющую роль выполняют МАК. Полагают, что существует порядка ста МАК. Выделено несколько типов молекул адгезии клеток. Картина распределения различных МАК в клетках эмбриона меняется во времени, с течением времени одни МАК появляются, другие исчезают. В ходе развития гены МАК «включаются» и «выключаются» в определенной последовательности. Эти события имеют свою топографию, временное расписание и локализацию. Выделяют два механизма с помощью которых МАК осуществляют взаимодействие и слипание разных клеток: гомофильный и гетерофильный (рис. 5). При гомофильном механизме молекулы адгезии одной клетки связываются с молекулами того же типа соседней клетки. При гетерофильном – две клетки имеют на своей поверхности разные типы молекул адгезии, которые также связываются между собой.

273. Роль гибели клеток в эмбриогенезе. Механизмы клеточной гибели. Гибель клеток – совершенно необходимый компонент многих стадий развития. Особое значение гибель клеток имеет для многих формообразовательных процессов. У млекопитающих процессы клеточной гибели обнаружены уже в раннем эмбриогенезе. У крысы, например, наблюдается гибель и распад отдельных бластомеров морулы. Полагают, что эти процессы обусловливают развитие бластоцисты. У мышей на стадии бластоцисты погибает 6-8 клеток, т.е. до 10% всех клеток зародыша. Наиболее широко гибель клеток у эмбрионов проявляется при миграции клеточных пластов, образовании полостей и просветов, разделении различных закладок органов. На гибели клеток основано образование пальцев в зачатках передних и задних конечностей. Между зачатками пальцев происходит массовая гибель клеток, за счет которой пальцы отделяются друг от друга.

Различают два принципиально различных типа клеточной гибели: некроз и апоптоз. Некроз – это гибель клеток, которая развивается при воздействии внешних по отношению к клетке повреждающих факторов (гипоксия, гипертермия, механические воздействия и др.). Начинается некроз с повреждения мембран, что приводит к разрушению органелл, высвобождению лизосомальных ферментов и выходу содержимого цитоплазмы в межклеточное пространство. Апоптоз – программированная гибель клеток, являющаяся результатом реализации ее генетической программы. Начинается процесс апоптоза не с повреждения мембран, а с деградации хроматина ядра и последующего разрушения клетки. Апоптоз – это многоступенчатый процесс, требующий скоординированной регуляции экспрессии многих генов. Именно с апоптозом связана гибель клеток при эмбриогенезе. Нарушение механизма программированной гибели клеток в эмбриогенезе приводит к формированию аномалий развития. К таким аномалиям относится синдактилия (сращение пальцев), полидактилия (многопалость). Кстати, резорбция личиночных органов при метаморфозе у головастиков, например хвоста, тоже происходит путем апоптоза.

274. Какие механизмы лежат в основе роста. Чем характеризуются ограниченный и неограниченный рост. В основе роста организма лежат три механизма: 1) увеличение числа клеток (пролиферация); 2) увеличение клеток в размерах; 3) увеличение объема и массы внеклеточного вещества. Для человека, как и многих животных, характерен аллометрический рост. Такой рост связан с определенным этапом онтогенеза и получил называние также ограниченный рост. Но существуют организмы (рыбы, например), которые растут на протяжении всего онтогенеза, вплоть до смерти. Этот тип роста получил название неограниченный рост.

275. Какой кривой можно описать рост человека в целом и почему. Каков характер кривых роста вилочковой железы (тимуса), мозга и органов размножения. Кривые роста большинства скелетных и мышечных органов примерно повторяют ход общей кривой роста тела. Тоже самое можно сказать о размере отдельных органов – печени, селезенки, почек. Однако существует целый ряд тканей и органов, кривые роста которых существенно отличаются. К ним относятся мозг, череп, органы размножения, лимфатическая ткань и подкожная жировая клетчатка. Мозг, например, развивается раньше любой другой части тела. У новорожденных мозг составляет 25% своего дефинитивного (окончательного) веса, у 5-летнего ребенка – 90%, у 10-летнего -95%. Относительная масса вилочковой железы (тимуса) достигает максимума в возрасте 10-12 лет (относительно массы тела), а абсолютный рост железы достигает своего максимума к 30 годам. После этого начинается возрастная инволюция тимуса, которая выражается в его постепенной атрофии (уменьшение массы).Органы размножения почти не растут до периода полового созревания, а затем быстро достигают размеров взрослого человека.

276. В чем проявляется генетический контроль роста. Через какие факторы гены контролируют рост организма. Генетический контроль роста действует на протяжении всего периода роста. Гены контролируют процессы роста, главным образом, через факторы роста и гормоны. Выделено несколько специфических факторов, стимулирующих рост (фактор роста нервов, фактор роста фибробластов и др.). Один из основных стимуляторов роста тканей является гормон роста (соматотропин), выделяемый передней долей гипофиза. Гормон роста способствует образованию новых хрящевых клеток, стимулирует синтез белков в клетках. Большую роль в регуляции роста человека играют гормоны щитовидной железы, половые гормоны. Имеются данные, свидетельствующие о наличии тканеспецифических ингибиторов роста. Они получили название кейлонов. Кейлоны – это белки, действие которых заключается в подавлении или замедлении скорости деления клеток в тех тканях, которые их вырабатывают.

277. Что понимают под конституционном типом и типом телосложения человека. Представить классификацию типов телосложения М.В. Черноруцкого. Особенности строения тела при разных типах телосложения. С ростом и развитием связано формирование определенных конституционных типов. Под этим понятием понимают особенности строения тела, т.е. особенности внешних форм тела, особенности функций и психологической деятельности человека. В зависимости от строения тела, внешних форм тела выделяют различные типы телосложения. Вне зависимости от половой принадлежности в российской медицинской школе принято рассматривать типы телосложения, описанные в свое время академиком М. В. Черноруцким. Согласно этой классификации выделяют три типа телосложения: 1) астенический ; 2) нормостенический; 3) гиперстенический.

1. Астенический. Длинные и тонкие конечности, короткое туловище, узкая и плоская грудная клетка с острым эпигастральным углом, низкая диафрагма, длинная шея, узкие плечи, продолговатое лицо, слабо развитая мускулатура, тонкая и бледная кожа.

2. Нормостенический. Относительно пропорциональные размеры тела, хорошо развита костная и мышечная ткань, широкий плечевой пояс, выпуклая грудная клетка.

3. Гиперстенический. Относительно длинное туловище и короткие ноги, шея короткая, голова круглая, широкая грудная клетка, высокая диафрагма, выступающий живот.

278. Дать определение старения. В чем сущность «программных» гипотез старения. Старение – это неизбежно возникающий, закономерно развивающийся разрушительный процесс, ограничивающий приспособительные возможности организма, сокращающий продолжительность жизни и увеличивающий вероятность смерти. А применительно к людям необходимо добавить, что это процесс, способствующий возрастной патологии. Генетическое предопределение старения является сущностью «программных гипотез» старения. Признавая генетический контроль старения и продолжительности жизни, пока трудно сказать насколько сильно этот контроль влияет на старение и через какие конкретные генетические механизмы он осуществляется. Специальных генов, прямо определяющих процессы старения в организме, пока не выявлено.

279. В чем сущность «стохастических» гипотез старения. Представить схему последовательных событий, ведущих к старению организма. Согласно второго направления в основе наблюдаемых изменений при старении лежит накопление повреждений, случайно (стохастически) возникающих в организме. Такой механизм отражает сущность «стохастических гипотез» старения. Эти изменения происходят в первую очередь на молекулярном уровне с повреждением ДНК, РНК, различных белков, в том числе белков хроматина, ферментов, липидов мембран клеток. Сдвиги в этих молекулах, а также в мембранах клеток, формируют возрастные изменения клеток, тканей, органов и целого организма. Все это снижает жизнеспособность всего организма, повышает вероятность смерти.

События, ведущие к старению можно представить В виде следующей схемы:

Внешние и внутренние факторы

↓ ↓ ↓ ↓ ↓

Молекулярные повреждения (стохастический процесс)

↓

Ухудшение структуры и функции органелл

↓

Ухудшение функции клеток

↓

Ухудшение функций тканей и органов

↓

Снижение жизнеспособности организма

↓

Повышение вероятности смерти

280. Какое значение в процессах старения имеет повреждение молекул ДНК. В чем сущность свободнорадикальной теории старения. Повреждение ДНК нужно отнести к числу самых существенных причин старения. Среди повреждений ДНК – это одно- и двунитевые разрывы молекулы, повреждение азотистых оснований, межцепочечные сшивки, сшивки ДНК-белок, депуринизация и др. Такие повреждения ДНК в конечном итоге приводят к соматическим мутациям. Повреждение ДНК происходит спонтанно и с высокой скоростью. Примерно каждую секунду в геноме каждой клетки человека спонтанно возникает одно повреждение ДНК. Это очень большое число повреждений ДНК, если принять во внимание биологическую роль ДНК. Какие факторы повреждают ДНК? Во-первых, – это действие внутренних факторов, продуктов обмена веществ. Особую роль в повреждении ДНК (да и других молекул) играют активные формы кислорода: О2 ─ - супероксидный радикал, ОН. - гидроксильный радикал, перекись водорода, которые являются генотоксическими продуктами метаболизма в клетках. Подсчитано, что за 70 лет жизни человека организм производит около одной тонны радикалов кислорода. Поэтому в настоящее время наиболее разрабатываемой является свободнорадикальная теория старения. Правда, необходимо отметить, что подавляющее большинство активных форм кислорода нейтрализуется еще до того, как они успеют повредить те или иные компоненты клетки. В их нейтрализации принимают участие основные эндогенные факторы антиоксидантной защиты организма, к которым относятся некоторые ферменты (супероксиддисмутаза, каталаза) и витамины (β-каротин, α-токоферол). Кроме активных форм кислорода, повреждающим действием обладают перекиси липидов и другие активные молекулы, образующиеся в процессе нормального обмена веществ. Во-вторых, повреждающим действием обладают внешние факторы (ионизирующее излучение, температурный фактор, химические вещества). Все эти внутренние и внешние факторы повреждают молекулы ДНК.

281. Поясните положение: репарация ДНК является сдерживающим фактором старения. Если бы не было сдерживающих факторов, то при такой скорости повреждения ДНК организм старился очень быстро. Но подавляющее большинство спонтанных повреждений ДНК ликвидируется с участием репарирующих ферментов. Большинство из индуцированных ионизированным облучением повреждений ДНК также репарируется. Механизм репарации ДНК играет важную роль в сдерживании скорости старения и продолжительности жизни. В ряду различных видов млекопитающих существует прямая корреляция между способностью клеток определенного организма к репарации ДНК и видовой продолжительностью жизни. Предполагают, что гены, которые обеспечивают репарацию ДНК, определяют и жизнеспособность организмов и продолжительность жизни. Способность к репарации повреждений ДНК, эффективность работы ферментов, обеспечивающих эту способность, - одна из биологических основ долголетия. Ученые провели полногеномный анализ столетних людей, доживших до 105 и 110 лет. В ходе исследования геномов было выявлено, что у людей старше 105 лет особо активны гены, препятствующие повреждению ДНК и «отвечающие» за ее репарацию. Однако несмотря на процессы репарации ДНК часть повреждений ДНК проходит через барьер репарации и приводит к соответствующим изменениям в организме.

282. Какие изменения наблюдаются при старении на генетическом и молекулярном уровне. На генетическом уровне: 1) повреждение ДНК; 2) увеличение прочности связывании ДНК с белками гистонами; 3) снижение транскрипционной активности генов. На молекулярном уровне: 1) нарушение структуры и функции белков, липидов; 2) нарушение функции ферментов; 3) повреждение белка коллагена.

283. Какие изменения наблюдаются при старении на клеточном уровне. На клеточном уровне: 1) повреждение мембран клеток; 2) снижение способности клеток к делению (один из основных функциональных признаков старения клеток); 3) уменьшение числа функционирующих клеток в ряде органов (тимус, головной мозг); 4) увеличение объема клеток; 5) изменение состояния ядерных оболочек; 6) нарушение структуры митохондрий (набухание, разрушение крист и внутренней мембраны), появление гигантских митохондрий; 7) повреждение мембран лизосом и выход гидролитических ферментов; 8) уменьшение активности рибосом.

284. Какие изменения наблюдаются при старении на тканевом, органном и системном уровнях. На тканевом и органном уровне: 1) избыточное развитие и качественные изменения соединительной ткани; 2) атрофические и дистрофические изменения в отдельных клетках тканей и органов; 3) уменьшение количества клеток паренхиматозных органов; 4) ухудшение функций тканей и органов. Системный уровень: снижение эффективности различных систем организма в обеспечении нормальной жизнедеятельности.

285. Что понимают под физиологической регенерацией. Значение физиологической регенерации для жизнедеятельности организма. Физиологическая регенерация – это совокупность процессов, направленных на восстановление и обновление биологических структур, снашиваемых в процессе нормальной жизнедеятельности организма. Она лежит в основе постоянного обновления органов, тканей, клеток и органелл. В этой связи физиологическую регенерацию надо рассматривать как неотъемлемую часть процесса индивидуального развития.

286. Охарактеризовать уровни, на которых осуществляется физиологическая регенерация. Физиологическая регенерация протекает на молекулярном, субклеточном и клеточном уровнях. На молекулярном и субклеточном (уровне органелл) уровнях регенерация сводится к восстановлению внутриклеточных молекулярных структур с помощью биосинтетических реакций. Это сопровождается обновлением и самосборкой различных структур клетки, вплоть до отдельных органелл. Восстановление на внутриклеточном уровне характерно для всех тканей и органов. Особенно велика роль внутриклеточной регенерации для клеток, утративших способность к регенерации путем деления клеток, например, нейронов. На клеточном уровне регенерация сводится к восстановлению структуры и численности клеток, что обеспечивает поддержание морфофункционального состояния тканей и органов. Однако скорость замены старых, изношенных клеток новыми может быть различной. Так, в крови человека каждую минуту появляется 350 млн новых эритроцитов, а каждые 4 месяца происходит полная смена эритроцитов. Эпителий слизистой кишечника, дыхательных путей обновляются каждые две недели. Другие ткани и органы обладают более низкой скоростью физиологической регенерации. Так, в нормальной печени можно найти одну делящуюся клетку на 10-20 тысяч гепатоцитов. Это довольно медленное обновление клеточного состава печени. Однако этого достаточно, чтобы поддерживать физиологическую регенерацию органа.

287. Что понимают под репаративной регенерацией. Признаки репаративной регенерации. Репаративная регенерация – процесс вторичного развития, в результате которого частично или полностью восстанавливаются поврежденные организмы, органы, ткани, клетки или их органеллы. Из определения следует, что репаративная регенерация – это процесс вторичного развития. Ничего иного репаративный процесс собой не представляет как развитие, образование заново. Однако это развитие вторичное, так как оно происходит не в связи с онтогенезом, а в результате повреждения. Этот процесс, следовательно, идет второй раз в жизни организма – один раз он такое развитие уже претерпел (в онтогенезе). Вторичность процессов развития - это первый признак репаративной регенерации. Второй характерный признак репаративной регенерации – наличие повреждения. Собственно, репаративная регенерация – это ответ на повреждение. Повреждение может быть в естественных условиях, вызвано травмой (ожоги, отморожения), в порядке лечения или эксперимента. При этом регенерация направлена на устранение возникшего дефекта. Некоторые животные способны к самоколечению (автотомии), например ящерицы. При попытке удержать их они отламывают хвост, который в дальнейшем регенерирует.

288. Масштаб восстановления при репаративной регенерации, его границы у разных видов животных. Таким образом, масштаб регенерации может сильно варьировать, он может быть большим и небольшим. Небольшой масштаб регенерации имеет место при заживлении небольших ран. Значительный масштаб регенерации наблюдается при восстановлении отдельного органа. Еще больший масштаб регенерации проявляется в тех случаях, когда регенерирует большой участок организма с несколькими органами, например, головной или хвостовой отрезки тела плоского или кольчатого червя. Образование целого организма у низкоорганизованных животных (губки, кишечнополостные) происходит даже из нескольких клеток. У гидры, например, целый организм восстанавливается из 1/200 части исходного.

289. Что понимают под атипичной регенерацией. Примеры. Гетероморфоз и гомоморфоз. Хотя много сходного в репаративной регенерации и первичном развитии, но не всегда регенерация полностью повторяет путь, характерный для первичного развития. Причем регенерация может и качественно и количественно резко отличаться от первичного развития. В этих случаях регенерацию называют атипичной (рис 1). Регенерация атипичная в количественном отношении выражается в недоразвитии органа. Например, появляется в результате регенерации конечность с меньшим числом пальцев. Качественно атипичная регенерация проявляется в образовании органа отличного от удаленного. Например, у рака вместо удаленного глаза вместе с ганглием происходит регенерация усика (антеннулы). Если же зрительный ганглий не повреждается, то восстанавливается глаз. У земноводных нередко вместо конечности регенерирует плавник. Такое явление получило название гетероморфоз. Если регенерирует орган, который был удален или разрушен – это гомоморфоз. Хотя регенерирующий орган всегда в той или иной мере отличается от удаленного, об атипичной регенерации говорят лишь в том случае, когда эти отличия значительны.

290. Эпиморфоз как способ репаративной регенерации. Определение, характеристика, распространенность в природе. Эпиморфоз – это дополнение поврежденного организма или органа до целого в результате роста и формообразования недостающей части от раневой поверхности. При эпиморфозе регенерат отрастает от оставшейся после повреждения части организма или органа, он как бы надстраивается от раневой поверхности. Таким образом, восстановление при эпиморфозе идет путем надстройки от раневой поверхности. Наиболее типичным примером регенерации путем эпиморфоза служит регенерация конечности после ее ампутации у хвостатых амфибий (тритона, аксолотля) и личинок бесхвостых амфибий (головастиков) (рис. 2,3). При регенерации конечности или отдельного ее сегмента у тритона или аксолотля наблюдается образование на раневой поверхности регенерационного зачатка (бластемы), от него отрастает орган. Вновь образованная часть органа называется регенерат. Причем можно отличить где регенерат, а где оставшаяся часть органа. Сходным образом регенерирует голова у планарии и хвост у ящериц.

291. Морфаллаксис как способ репаративной регенерации, характеристика, распространенность в природе. Морфаллаксис – регенерация целого организма или органа до целого за счет перестройки, формообразования и роста оставшейся части. Морфаллаксис – это регенерация, происходящая путем перестройки старой организации. При этом, как правило, не удается разграничить старые и вновь образующиеся части тела, поскольку перестройка захватывает весь орган или организм. Этот способ регенерации широко распространен среди беспозвоночных, в частности, у кишечнополостных (гидроидных полипов) и червей (например, у планарий)

292. Регенерация путем заполнения дефекта. Ее отличие от эпиморфоза. Для каких тканей и органов она характерна. Изменялось представление о регенерационной способности кожи млекопитающих. Было показано, что кожа способна не только к образованию рубца, но и к более или менее полноценному восстановлению. Регенерация мышц, кожи связана с образованием недостающей части органа после повреждения за счет деления клеток и образования регенерата на раневой поверхности, но это не эпиморфоз. Все дело в том, что рост тканей на раневой поверхности происходит, но он направлен внутрь органа, а не наружу как при эпиморфозе. Этот способ регенерации получил название – регенерация по типу заполнения дефекта (Л.Д. Лиознер) (рис. 5). Этот способ характерен для регенерации наружных органов. Однако не нужно думать, что этот способ регенерации свойствен только млекопитающим. Он достаточно распространен у многих животных.

293. Регенерационная гипертрофия как способ репаративной регенерации, характеристика. Второе направление, которое разрабатывалось Воронцовой М. А. и сотрудниками ее научной школы – это изучение регенерации внутренних органов млекопитающих (печени, почек, легких и др.). В результате многочисленных исследований выяснилось, что регенерация внутренних органов протекает особым способом, который в 1953 г. Воронцова М.А. предложила назвать «регенерационная гипертрофия». Этот термин прочно закрепился в учении о регенерации. В чем сущность этого метода? 1. Регенерационная гипертрофия - это восстановление неполное. Форма органа не восстанавливается, а восстанавливается лишь свойственное органу количество ткани. На первое место выступает накопление клеточной массы поврежденного органа, а формообразовательные процессы в месте нанесения травмы крайне ограничены. 2. Регенерационная гипертрофия характерна для тех органов, для выполнения функции которых несущественна форма, т. к. она не отражается на их функции, важно количество функционирующей ткани. 3. Восстановление происходит не за счет роста от раневой поверхности, а путем роста остатка органа в целом. В результате нельзя отделить вновь образованную часть органа от старой, остаток органа представляет собой и регенерат. 4. Главными цитологическими механизмами регенерации внутренних органов являются как пролиферация, так и гипертрофия клеток (увеличение массы клеток) регенерирующего органа, а нередко и полиплоидия. Показано, что гипертрофия, наряду с пролиферацией, – закономерное явление для регенерационного процесса. Гипертрофия играет большую роль в восстановлении массы поврежденного органа. В основе гипертрофии клеток лежит гипертрофия (увеличение массы) и гиперплазия (увеличение числа) органелл. При этом не только пролиферация клеток, но и их гипертрофия и полиплоидия при регенерационной гипертрофии носят диффузный органный характер. 5. Репаративная регенерация внутренних органов протекает по органному, а не по тканевому типу. Это значит, что в ответ на повреждение органа регенерируют не только специализированные клетки, но и другие клеточные элементы органа. Например, при регенерации печени в условиях резекции восстанавливаются не только гепатоциты, но и другие клетки (купферовские клетки, эндотелий и эпителий желчных протоков). 6. Масштаб восстановления поврежденного органа при регенерационной гипертрофии определяются условиями, в которых протекает этот процесс (количеством удаленной массы органа, характером повреждений, возрастным фактором, состоянием иммунной, нервной и эндокринной системы)

294. На каких уровнях происходит восстановление при регенерационной гипертрофии. Что понимают под «внутриклеточной репаративной регенерацией». Восстановление утраченного путем регенерационной гипертрофии может происходить на разных уровнях организации: субклеточном (на уровне органелл), клеточном, тканевом и органном. На субклеточном уровне восстановление сводится к увеличению ультраструктур органелл и их числа в клетках. Известный патолог академик Саркисов Д.С. назвал репаративную регенерацию на этом уровне «внутриклеточная репаративная регенерация». Она лежит в основе пролиферации и гипертрофии клеток. В целом внутриклеточная репаративная регенерация является фундаментом для репаративных реакций, протекающих на клеточном и тканевом уровнях, а также структурной основой функционального совершенствования регенерирующего органа.

Таким образом, регенерация внутренних органов (печени, почек, поджелудочной железы, щитовидной железы, легких и др.) после резекции протекает по типу регенерационной гипертрофии. Высокой регенерационной способностью обладает печень. При удалении 2/3 ткани печени у мышей масса органа восстанавливается уже на 7-е сутки после резекции. Печень способна к полной регенерации даже после 12-кратных ежемесячных повторных резекций. Причем восстановление происходит, главным образом, за счет пролиферации клеток. При удалении 2/3 печени уже через 30-40 часов большинство гепатоцитов вступает в митоз. Регенерационной гипертрофией происходит восстановление внутренних органов не только млекопитающих, но и других позвоночных, а именно, хвостатых и бесхвостых амфибий, рыб и др. Итак, репаративная регенерация чрезвычайно разнообразна по факторам, вызывающим повреждения, по объемам повреждения, по масштабам восстановления, а также по способам восстановления.

295. Компенсаторная гипертрофия, сходство и отличие с регенерационной гипертрофией. Есть еще одно явление, которое сходно с регенерационной гипертрофией – компенсаторная гипертрофия. Под компенсаторной гипертрофией понимают увеличение одного из парных органов сверх нормальных размеров после удаления или повреждения противоположного. Это относится к таким парным органам как почки и легкие (рис. 5). Если удалить одну почку, то оставшаяся почка всегда реагирует на такое удаление увеличением своей массы. Этот процесс получил название «компенсаторная гипертрофия». Компенсаторная гипертрофия является своеобразным биологическим процессом, очень близким к регенерационной гипертрофии. Регенерационная и компенсаторная гипертрофия имеют много общих черт в своем развитии. В своей основе они имеют сходные клеточные и субклеточные механизмы пополнения недостающей массы органа. Увеличение органа при компенсаторной гипертрофии, так же как и регенерационной гипертрофии, связано с пролиферацией и гипертрофией клеток. Однако между этими процессами имеются и различия. При регенерационной гипертрофии регенерация органа протекает на фоне его повреждения. При компенсаторной гипертрофии имеет место отсутствие повреждения органа. Орган увеличивается после удаления или повреждения противоположного.

296. Эволюционная характеристика регенерационной способности. В настоящее время считается ошибочным ранее существовавшее мнение об ослаблении способности к регенерации по мере повышения организации животных. Согласно современным представлениям регенерационная способность у млекопитающих и человека сохранилась на достаточно высоком уровне. Но по сравнению с низкоорганизованными животными регенерационные возможности млекопитающих все же снижены. Это проявляется в сужении масштаба регенерации у млекопитающих. У млекопитающих регенерируют, как правило, части наружных органов и внутренние органы. Регенерации целых наружных органов нет, не говоря уже о больших частях тела. В процессе эволюции произошло изменение и способов регенерации. У млекопитающих, как правило, не происходит регенерация по способу морфаллаксиса и эпиморфоза. Однако несколько случаев регенерации по способу эпиморфоза все же можно назвать. Это регенерация рогов оленей, регенерация сосков и подошвенных бугров у млекопитающих. Однако на первое место у млекопитающих вышли такие способы регенерации как «регенерация по типу заполнения дефекта» и «регенерационная гипертрофия». Это связано с тем, очевидно, что у млекопитающих не наблюдается регенерации путем морфаллаксиса и резко сокращена регенерация путем эпиморфоза. Кроме того, процесс регенерации зависит не только от уровня организации животного, но и от многих других факторов и характеризуется изменчивостью.

297. Назвать регуляторные механизмы, участвующие в регуляции процессов регенерации с пояснением механизмов их действия. В регуляции восстановительных процессов возможно участие следующих регуляторных механизмов: 1) внутриклеточных; 2) внутритканевых; 3) межтканевых; 4) гормональных; 5) нервных. Причем вещества, участвующие в этих процессах, могу быть как ингибиторами, так и активаторами восстановительных процессов. Внутритканевая регуляция может осуществляться как при местном внутритканевом, так и дистантном гуморальном контроле регенерации ингибиторами и стимуляторами клеточной пролиферации. Местный внутритканевой гуморальный контроль осуществляется ингибиторами и стимуляторами клеточной пролиферации, синтезируемыми в клетках поврежденной ткани или органа. Примером местных внутритканевых регуляторов могут быть кейлоны – тканеспецифические ингибиторы пролиферации. Кейлоны вырабатываются теми же клетками, где локализуются, оказывая тормозящее действие на митотическое деление этих же клеток. Уменьшение их концентрации до критического уровня запускает митотический цикл. Дистантный гуморальный контроль осуществляется ингибиторами и стимуляторами клеточной пролифервции, синтезируемыми за пределами поврежденной системы. К дистантным гуморальным регуляторам репаративной регенерации можно отнести гормоны, факторы роста различных клеток, гемопоэтические факторы, лимфокины, нервные медиаторы и др. Позитивно на регенерационные процессы влияют некоторые гормоны, в частности щитовидной железы. Введение тиреоидных гормонов в организм способствует ускорению репаративной регенерации. Гормон роста передней доли гипофиза, биологическая роль которого проявляется в стимуляции общего роста, активации анаболических процессов, также положительно влияет на восстановительные процессы. Важную роль в регуляции восстановительных процессов играет иммунная система. Показано, что дефицит и недостаточность лимфоидной ткани затормаживает регенерационный процесс. Иммунологические механизмы регуляции связаны также со способностью лимфоцитов переносить «регенерационную информацию». Нервные механизмы регенеративных процессов связаны, прежде всего, с трофической функцией нервной системы.

298. Стволовые клетки как источник регенерационного материала, определение и их возможности. Классификация стволовых клеток по способности к дифференцировке. Согласно современным представлениям источником регенерационного материала для большинства тканей и органов как при физиологической, так и репаративной регенерации являются стволовые клетки (СК). Стволовые клетки – это примитивные, низкодифференцированные клетки, обладающие большим потенциалом к делению и способностью дифференцироваться в различные спецализированные клетки. По определению стволовые клетки способны: 1) находиться в покоящемся состоянии; 2) делиться и формировать новые стволовые клетки (пролиферативный митоз); 3) делиться и формировать коммитированые клетки (дифференциальный митоз); 4) делиться с образованием стволовой и коммитированной клетки (ассиметричный митоз). По способности к дифференцировке стволовые клетки подразделяются на: 1) тотипотентные стволовые клетки (тотипотентность обозначает равнонаследственность); 2) плюрипотентные стволовые клетки; 3) мультипотентные стволовые клетки; 4) унипотентные стволовые клетки

299. Региональные стволовые клетки, их роль в регенерационных процессах. Гемопоэтическая и мезенхимальные стволовые клетки. В зависимости от источника получения выделяют регионарные стволовые клетки (РСК). РСК обнаружены во многих тканях и органах взрослого организма. Наиболее изученными из РСК являются стволовые клетки костного мозга: гемопоэтические стволовые клетки (ГСК) и мезенхимальные стволовые клетки (МСК), которые по способности к дифференцировке являются мультипотентными. Кроме того, они являются циркулирующими стволовыми клетками. ГСК находятся в костном мозге и дают начало всем форменным элементам крови и лимфы. Основным источником МСК также является костный мозг, но эти стволовые клетки получены также из жировой ткани, кожи, пульпы зуба и некоторых других тканей. МСК обладают способностью дифференцироваться в разные специализированные ткани (костная, хрящевая, жировая, соединительная ткань и др.)

Что касается регионарных взрослых стволовых клеток других органов, они выявлены в центральной нервной системе, сетчатке, роговице, эпителии кожи, костном мозге, пульпе зуба, эпителии кишечника, жировой ткани, поперечно-полосатых мышцах, печени, поджелудочной железе, эпителии кожи, предстательная железе и др. Они лежат в определенных нишах органов и пополняют клеточные пулы ткани органа путем пролиферации и дифференцировки. Например, стволовые клетки, служащие материалом для обновления эпителия кишечника, находятся на дне крипт, где и образуют компактную нишу. В коже РСК расположены в виде небольших скоплений в базальном слое, примыкающем к базальной мембране. Часть эпителиальных СК кожи локализована в специализированных зонах луковиц волосяных фолликулов. РСК приходят на смену стареющим и разрушаемым клеткам организма, несмотря на то, что региональные стволовые клетки составляют лишь доли процента клеток тканей.

300. Соотношение регенерации и онтогенеза. Регенерационная способность с возрастом сохраняется, полнота восстановления не зависит от возраста. Но с возрастом в процессе онтогенеза падает скорость регенерации. В молодом возрасте организм в целом оказывается более активным к регенерации и восстановление тканей и органов происходит быстрее. С возрастом количество СК уменьшается и восстановительные возможности организма снижаются. Именно с этим может быть связано замедление процессов регенерации. Вполне возможно, что и многие заболевания, связанные с возрастом, также могут быть вызваны сокращением стволовых слеток в организме.

Филогенез систем органов хордовых.

301. Особенности ихтиопсидного типа мозга. Для каких животных характерен этот тип. В промежуточном мозге, с которым связаны эпифиз и гипофиз, расположен гипоталамус, являющийся центральным органом эндокринной системы. Средний мозг рыб наиболее развит. Он состоит из двух полушарий и служит высшим зрительным центром. Кроме того, он представляет собой высший интегрирующий отдел головного мозга. Задний мозг содержит мозжечок, осуществляющий регуляцию координации движений. Он развит очень хорошо в связи с перемещением рыб в трехмерном пространстве. Продолговатый мозг обеспечивает связь высших отделов головного мозга со спинным и содержит центры дыхания и кровообращения. Головной мозг такого типа, в котором высшим центром интеграции функций является средний мозг, называют ихтиопсидным. У земноводных головной мозг также ихтиопсидный. Однако передний мозг их имеет большие размеры и разделен на полушария. Крыша его состоит из нервных клеток, отростки которых располагаются на поверхности. Как и у рыб, больших размеров достигает средний мозг, также представляющий собой высший интегрирующий центр и центр зрения. Мозжечок несколько редуцирован в связи с примитивным характером движений.

302. Особенности зауропсидного типа мозга. Для каких животных характерен этот тип. Передний мозг – наиболее крупный отдел по сравнению с остальными. У основания переднего мозга расположены полосатые тела. Они обеспечивают анализ поступающей ин­формации и выработку ответных реакций. К полосатым телам переходят функции высшего интегрирующего центра. На поверхности крыши впервые появляются островки коры очень примитивного строения (древняя кора). Средний мозг теряет значение ведущего отдела, и относительные размеры его сокращаются. Мозжечок сильно развит благодаря сложности и многообразию движений пресмыкающихся. Тип мозга, где высшим интегрирующим центром являются полосатые тела переднего мозга, называется зауропсидным.

303. Особенности маммалийного типа мозга. Для каких животных характерен этот тип. У млекопитающих — маммалийный тип мозга. Для него характерно сильное развитие переднего мозга за счет коры, которая развивается на основе небольшого островка коры пресмыкающихся и становится интегрирующим центром мозга. В ней располагаются высшие центры зрительного, слухового, осязательного, двигательного анализаторов, а также центры высшей нервной деятельности. Кора имеет очень сложное строение и называется новой корой — neocortex. В ней располагаются не только тела нейронов, но и ассоциативные волокна, соединяющие разные ее участки. Характерным является также наличие комиссуры между обоими полушариями, в которой располагаются волокна, связывающие их воедино. Промежуточный мозг, как и у других классов, включает гипоталамус, гипофиз и эпифиз. В среднем мозге располагается четверохолмие в виде четырех бугров. Два передних связаны со зрительным анализатором, два задних—со слуховым. Очень хорошо развит мозжечок.

304. Нарушения развития головного и спинного мозга у человека (прозэнцефалия, агирия, олигогирия с пахигирией). Центральная нервная система столь важна для интеграции индивидуального развития человека, что большинство ее врожденных пороков несовместимы с жизнью. Среди пороков спинного мозга, онтогенетические механизмы которых известны, отметим рахисхиз,нли платиневрию,— отсутствие замыкания нервной трубки. Эта аномалия связана с нарушением клеточных перемещений и адгезии в зоне формирования нервной трубки в процессе нейруляции. Аномалия переднего мозга — прозэнцефалия — выражается в нарушении морфо-генеза мозга, при котором полушария оказываются неразделенными, а кора — недоразвита. Этот 143 порок формируется на 4-й неделе эмбриогенеза, в момент закладки переднего мозга. Как и предыдущий, он несовместим с жизнью. Часто встречается у мертворожденных при различных хромосомных и генных синдромах.

Нарушения дифференцировки коры — агирия (отсутствие извилин) и олигогирия с пахигирией (малое количество утолщенных извилин) — сопровождаются упрощением гистологического строения коры. У детей с такими пороками выявляются грубая олигофрения и нарушение многих рефлексов. Большинство детей умирают в течение первого года жизни.

305. Чем могут выражаться нарушения развития сердца у человека. Нарушения развития сердца могут выражаться как в возникновении аномалий строения, так и места его положения. Возможно сохранение к моменту рождения двухкамерного сердца. Этот порок совершенно не совместим с жизнью. Чаще встречаются дефекты межпредсердной перегородки (1 случай на 1000 рождений), межжелудочковой перегородки (2,5—5 случаев на 1000 рождений), вплоть до трехкамерного сердца с одним общим желудочком. Известен и такой порок, как шейная эктопия сердца, при которой оно находится в шейной области. Этот порок связывают с задержкой сердца в области его первоначальной закладки. При этом ребенок обычно погибает сразу после рождения. Перечисленные пороки сердца наиболее часто встречаются не в изолированном виде, а в комплексе с другими аномалиями сердца, сосудов, а нередко и других органов. Это свидетельствует о том, что в морфо-генезе сердца большое значение имеют онтогенетические корреляции. Состояние больных при таких пороках зависит от того, насколько сильно нарушается гемодинамика и осуществляется смешение крови в кровеносном русле.

306. Как формируются артериальные сосуды у млекопитающих и человека на базе закладок жаберных дуг. В эмбриогенезе абсолютного большинства позвоночных закладывается шесть пар артериальных жаберных дуг, соответствующих шести парам висцеральных дуг черепа. В связи с тем что две первые пары висцеральных дуг включаются в состав лицевого черепа, две первые артериальные жаберные дуги быстро редуцируются. Оставшиеся четыре пары функционируют у рыб как жаберные артерии. У наземных позвоночных 3-я пара жаберных артерий теряет связь с корнями спинной аорты и несет кровь к голове, становясь сонными артериями. Сосуды 4-й пары достигают наибольшего развития и вместе с участком корня спинной аорты во взрослом состоянии становятся дугами аорты — основными сосудами большого круга кровообращения.

307. Какие атавистические пороки развития сосудов (персистирование), отходящих от сердца, имеют место у человека. Из атавистических пороков развития сосудов, развивающихся из артериальных жаберных дуг, остановимся на следующих: с частотой 1 случай на 200 вскрытии детей, умерших от врожденных пороков сердца, встречается персистирование обеих дуг аорты 4-й пары. При этом обе дуги, так же как у земноводных или пресмыкающихся, срастаются позади пищевода и трахеи, образуя нисходящую часть спинной аорты. Порок проявляется нарушением глотания и удушьем. Несколько чаще (2,8 случая на 200 вскрытии) встречается нарушение редукции правой дуги аорты с редукцией левой. Эта аномалия часто клинически не проявляется.

Наиболее частый порок (0,5—1,2 случая на 1000 новорожденных) — персистирование артериального, или боталлова, протока (рис. 14.31, А) представляющего собой часть корня спинной аорты между 4-й и'6-и парами артерий слева. Проявляется сбросом артериальной крови из большого круга кровообращения в малый. Очень тяжелый порок развития — персистирование первичного эмбрионального ствола, в результате которого из сердца выходит только один сосуд, располагающийся обычно над дефектом в межжелудочковой перегородке. Он обычно заканчивается смертью ребенка. Нарушение дифференцировки первичного эмбрионального ствола может привести к такому пороку развития, как транспозиция сосудов — отхождение аорты от правого желудочка, а легочного ствола — от левого, что встречается в 1 случае на 2500 новорожденных. Этот порок обычно несовместим с жизнью.