Органогенез 2011 Морфогенез це формування просторової організації

Органогенез 2011

Морфогенез це формування просторової організації організму і його частин, яке здійснюється при реалізації морфогенетичних процесів: - направлена міграція клітин; - загибель клітин. Проліферація, ріст, детермінація, диференціація, морфогенез, міграція клітин і їх загибель – морфогенетичні процеси при розвитку багатоклітинного організму.

Які ж причини розвитку? Виникнення різноманітності клітин в багатоклітинному організмові треба розглядати в площині міжклітинних взаємодій, а саме – індукція, індукційні взаємодії, фактори індукції. Інакше кажучи, диференціальна активність генів визначається позицією конкретної клітини і реалізується за допомогою різного типу взаємодій. Визначення шляху розвитку відбувається в ході детермінації.

Зовнішній прояв детермінації – це диференціація. В ході спеціалізації конкретного клітинного типу формуються різні фенотипи клітин. Результат диференціації – спеціалізована клітина конкретної морфології, яка виконує певну функцію.

При диференціації клітини експресують сурово певну при детермінації частину геному: транскрибують специфічні РНК і синтезують специфічні білки, що і визначає морфологічні і функціональні ознаки спеціалізації клітин. Отже, відмінності між клітинами, які мають однаковий набір генів, визначає диференціальна активність генів.

Диференціальна активність генів Гени заплідненої яйцеклітини репресовані. Початок розвитку супроводжується дерепресією певних груп генів – в першу чергу, які контролюють проліферацію і загальний метаболізм клітини. Перші тканинноспецифічні гени активуються на стадії гаструляції. Пізніше, коли відбувається координаційна сборка складних структур, включаються інші гени.

Міжклітинні взаємодії і індукція Спеціалізацію клітин і утворення нових структур направляють міжклітинні взаємодії і індукція. Природу клітинних взаємодій у морфогенезі пояснює концепція позиційної інформації.

Позиційна інформація При розвитку деталі морфогенезу уточнюються за допомогою сигналів позиційної інформації. Згідно концепції позиційної інформації, клітина “знає” своє місцезнаходження в координатній системі зачатка органа і диференціюється у відповідності з цим положенням. Позиційну інформацію клітина отримує від інших клітин. Більше того, клітина досягає стану термінальної диференціації тільки при умові своєчасного отримання нею послідовних сигналів поз. інформації.

Морфогенетичне поле Зона, в межах якої ефективно діють сигнали позиційної інформації, називається морфогенетичним полем. Постійна активність гомеозисних генів визначає в клітині “пам’ять” про позиційну інформацію.

В 1969 р. Льюїс Вольперт запропонував модель позиційної інформації (модель французького прапора), згідно якої положення клітини визначається у відповідності з існуючою системою координат. Модель передбачає наявність спеціальних позиційних хімічних сигналів, або морфогенів, які продукують клітини і формують у міжклітинному просторі дифузні градієнти. Клітини-мішені реєструють їх і визначають свою локалізацію в морфогенетичному просторі.

Морфогени Морфоген - сигнальна молекула, несе позиційну інформацію і впливає на клітини за концентраційним градієнтом. Як правило, це білок, який діє як транскрипційний фактор. Морфогени зв’язуються зі своїми рецепторами і активують сигнальні каскади в клітинах-мішенях, змінюючи в них експресію специфічних генів. (Активіни, фактор росту фібробластів)

Гомеозисні гени Родина генів, які містять гомеобокс і визначають форму тіла. У ссавців ця родина представлена 38 генами, які згруповані в 4 комплекси – Нох ( в хромосомах 2, 7, 12, 17). Експресія генів контролює розділення тіла ембріона по координатним вісям на морфогенетичні поля.

Розвиток кінцівки – один з найбільш вивчених органогенезів. Кінцівка хребетних - комплексний орган з асиметричним розміщенням частин. При цьому в якій би формі не була, наприклад – передня кінцівка – крило, рука, плавець або ласт, вона побудована за єдиним планом. Її проксимальна частина – плече, середня – передпліччя, дистальна – кисть. Розміщення кожної кістки і м’язу в кінцівці точно визначене. Кожна клітина цієї складної структури “вміє” оцінити своє місцеположення в загальній структурі і відповідати своїм статусом цьому розміщенню.

Кістки кінцівки хребетних. Розміщення кісток в скелеті курячого крила (стилоподій, зигоподій, аутоподій), напрямок осей росту кінцівки (передньо-задня, дорзо-вентральна, проксимо-дистальна)

Зачаток кінцівки утворюється із мезенхіми парієтального листка мезодерми. Клітини мезодерми скупчуються під ектодермою і формують бруньку кінцівки. У багатьох тварин над мезенхімою утворюється потовщення – апікальний гребінь. В процесі розвитку кінцівки і ектодермі, і мезодермі кінцівки належить певна роль. Брунька кінцівки і оточуюча її територія утворюють ембріональне поле кінцівки.

Морфогенетичне поле кінцівки амфібій

Всі поля мають ряд загальних властивостей: 1. Потенції тканини, що утворюють дану структуру, ширші, ніж морфоутворюючі потенції самої структури. 2. Утворюючі здатності послаблюються по мірі віддалення від центру поля. 3. Частини ембріонального поля і частини бруньки здатні відтворювати всю структуру.

Доказ того, що зачаток кінцівки хребетних визначений як незалежне морфогенетичне поле до морфологічного прояву ознак кінцівки. Пересадка ранньої бруньки кінцівки Ambystoma tigrinum зародку амфібії спорідненого виду індукує ектопічну кінцівку

Формування зачатка кінцівки починається з контактів між епітеліальними клітинами епідерміса, мезенхімними клітинами мезодерми бічної пластинки (попередники скелета), мігруючими клітинами міотомів (попередниками скелетної мускулатури) і клітинами нервового гребня (майбутня сполучна тканина)

• Ектопічна кінцівка – розвиток кінцівки не в тому місці, де потрібно, спостерігається додаткова експресія в іншому місці. • Гіпаксіальна брунька міотома – вентральна (черевна) брунька міотома. • Епаксіальна брунька міотома – дорзальна (спинна) брунька міотома.

Апікальний ектодермальный гребінь АЕГ

АЕГ – самопідтримуюча популяція клітин і по мірі розвитку не обмінюється клітинами зі своїм оточенням. 1. Якщо АЕГ видалити на любій стадії розвитку кінцівки, то розвиток кінцівки припиниться. 2. Якщо на бруньку кінцівки пересадити додатковий АЕГ, то формуються численні структури. 3. Якщо мезодерму ноги помістити під АЕГ крила, то від цієї точки вперед будуть розвиватись структури задньої кінцівки.

4. Якщо мезодерму (при нормальному розвитку вона не приймає участі в утворенні кінцівки) пересадити під АЕГ, то відбудеться регресія АЕГ і розвиток кінцівки припиниться. Таким чином, клітини АЕГ впливають на клітини мезенхіми, викликаючи їх проліферацію , тобто АЕГ відповідає за підтримку росту і розвитку кінцівки. Група активно проліферуючих мезенхімних клітин, які прилягають до АЕГ, називають зоною прогресу.

Епітеліально-мезенхімні індукційні взаємодії між клітинами епідерміса і мезодерми. Видалення АЕГ зупиняє розвиток кінцівки. Заміна типу мезодерми викликає регресію АЕГ. Додаткова порція АЕГ приводить до дуплікації дистальної частини кінцівки

Зона прогресу підтримує процес подовження кінцівки в проксимодистальному напрямку (закладка плеча – передпліччя – кістки кисті –кістки пальців). Крім АЕГ формується ще один регулятор розвитку - зона поляризуючої активності. Вона контролює процеси по передньо-задній вісі.

Передньо-задня вісь кінцівки детермінується клітинами мезодерми бруньки, які розміщені в її задній частині на межі з тілом організму. Називаються вони зоною поляризуючої активності. Носієм позиційної інформації клітин зони поляризуючої активності слугує градієнт концентрації морфогена, який вони продукують.

В зоні поляризуючої активності продукується і потім секретується паракринний фактор Sonic Hedgehog (Shh) ( області кінцівок відмічені стрілками)

Роль апоптоза в процесі онтогенеза і ембріогенеза • Апоптоз грає життєво важливу роль в процесі ембріонального і онтогенетичного розвитку. Він спостерігається при різних морфогенетичних процесах. • Добре досліджена апоптотична загибель клітин при ембріональному розвитку безхребетних тварин, напр. нематоди (Chaenorhabditis elegans). Запрограмована клітинна загибель спостерігається при метаморфозі комах. • Вивчена також запрограмована клітинна загибель в процесі ембріогенеза вищих хребетних - при развитку ока ссавців, серця, нервової системи. Порушення апоптозу в ембріогенезі може приводити до внутріутробної загибелі плоду, вроджених вад або різних захворювань, в тому числі і злоякісних новоутворень.

Апоптоз необхідний для формування пальців (птахи, ссавці)

Функції плаценти Трофічна функція. Із організму матері до плоду потрапляють різні поживні речовини: - цукри, - амінокислоти, - електроліти, - вітаміни, - деякі гормони. Вітаміни В, С, D, Е депонуються в плаценті. Вітамін А в готовому вигляді до плоду не потрапляє, він утворюється в печінці плоду заново і потім накопичується в тканинах плаценти.

В плаценті накопичуються і різні мікроелементи. Кальцію в плаценті в 100 разів більше, ніж в тканинах мозку. Зі збільшенням строку вагітності підвищується кількість фосфору, заліза, міді, кобальту. Білки не проникають через плацентарний бар’єр (у вигляді амінокислот). Глікоген і ліпіди (приймають участь в синтезі гормонів плаценти.

Дихальна функція Кисень - до плоду і вуглекислий газ - до крові матері. Газообмін – шляхом простої дифузії. Видільна функція Із крові плоду в кров матері потрапляють продукти метаболізму і виділяються через нирки матері. Ендокринна функція Гормони: хоріонічний гонадотропін, прогестерон, плацентарний лактоген, фактор росту фібробластів, трансферин.

Захисна функція Плацентарний бар’єр захищає організм матері від антигенів плоду, забезпечує детоксикацію лікарських препаратів, нейтралізує діяльність деяких мікробів і вірусів. Материнські антитіла проходять за допомогою опосередкованого рецепторами ендоцитозу і забезпечує пасивний імунітет плоду і новонародженого. Однак, захисний бар’єр не є абсолютним. Збудники сифилісу, краснухи, туберкульозу, вітряної віспи, кору, ВІЛ проходять через бар’єр.