Генетика
  Домой Медицинский фото атлас Психология отношений Медицинские видео ролики Медицинская библиотека Консультация врача  
Генетика:
Генетика
Аномалии хромосом
Биология клетки
Генетика врожденных пороков
Генетика рака - опухолей
Молекулярная генетика
Цитогенетика - исследование хромосом
Лечение наследственных болезней
Фармакогенетика
Рекомендуем:
Необходимое:
Книги по медицине
Видео по медицине
Фотографии по медицине
Консультации врачей
Форум
 

Специализация и детерминация клеток эмбриона. Регуляционное, мозаичное развитие

Когда недифференцированная клетка подвергается процессу дифференцировки, она совершает серию отдельных шагов, проявляя различные функции или признаки, пока не достигнет своей окончательной цели (например, когда клетка-предшественница становится эритроцитом, кератиноцитом или кардиомиоцитом).

В развивающемся организме признаки клетки различны не только между разными типами клеток, они изменяются во времени. В ходе дифференцировки клетка подвергается специализации, приобретая специфические свойства, но под влиянием воздействий окружающей среды (сигнальных молекул, позиционной информации) еще может изменить свою окончательную судьбу.

Эти факторы окружающей среды происходят от соседних клеток при прямом межклеточном контакте или в виде сигналов, получаемых поверхностью клетки от растворенных веществ, включая позиционную информацию, определяемую градиентом различных морфогенов. В конечном счете, клетка или необратимо приобретает конкретные признаки, или необратимо предопределяется (коммитируется) приобрести эти признаки (детерминация) в будущем. За исключением половых и стволовых, все клетки подвергаются специализации и коммитированию к их окончательной судьбе.

Специализация и детерминация включают пошаговое приобретение стабильного фенотипа клетки и экспрессии генов, специфичной для каждой клетки — нервные клетки синтезируют синаптические белки, но не гемоглобин, тогда как эритроциты не производят синаптических белков, но должны производить гемоглобин.

За исключением лимфоцитарных клеток-предшественниц, подвергающихся перегруппировкам ДНК в гене рецептора Т-клеток или иммуноглобулина, профиль экспрессии конкретных генов, ответственных за различный фенотип клетки, не связан со стабильными изменениями в последовательности ДНК. Наоборот, регулирование экспрессии генов зависит от эпигенетических изменений, например стабильных комплексов транскрипции, модификации гистонов в хроматине и метилирования ДНК.

Эпигенетическое управление экспрессией генов приводит к уменьшению эволюционной пластичности, что обсуждается далее.

эмбрион

Регуляционное и мозаичное развитие

Клетки раннего эмбриона теоретически эквивалентны по проспективным потенциям и могут специализироваться в различных направлениях, т.е они тотипотентны, это состояние и этот этап известны как регуляционное развитие. На этапе регуляционного развития удаление или разрушение части эмбриона может компенсироваться оставшимися клетками.

На более поздних этапах развития (начиная с гаструляции) клетки разных частей эмбриона теряют свойство тотипотентности, уже имеют предопределенную судьбу развиваться в конкретном направлении, и эмбрион будет гомогенным только в каждой из таких частей. В этой ситуации, известной как мозаичное развитие, утрата части эмбриона приводит к нарушению развития конечных структур, к которым были коммитированы утраченные клетки.

Проспективная потенция — потенциальная возможность клеток раннего эмбриона развиваться в разных направлениях, т.е. свойство тотипотентности.

Регуляционное развитие и многоплодная беременность

То, что ранняя стадия развития — регуляционная, показано фундаментальными экспериментами на эмбрионах и подтверждено наблюдениями в клинической медицине. Идентичные близнецы (монозиготные) — естественное экспериментальное подтверждение того, что раннее развитие — регуляционное. Наиболее частая форма идентичных двоен образуется во второй половине первой недели развития, при разделении внутренней клеточной массы на две части, при этом каждая развивается в нормальный эмбрион.

Если эмбрион на этом этапе даже частично управляется мозаичным развитием, близнецы будут разделены только частично и будут содержать общие части. Это происходит нечасто, поскольку близнецы обычно полностью нормально развиваются и в конечном счете достигают нормального размера в ходе пренаталь-ного и послеродового роста.

Различные формы монозиготных близнецов демонстрируют регуляционное развитие на других этапах. Дихориальные близнецы связаны с расщеплением на этапе четырех клеток. Монохориалъные близнецы происходят из разделившейся внутренней клеточной массы. Моноамниотические близнецы возникают в случае более позднего разделения — в пределах двуслойного эмбриона, с образованием двух отдельных эмбрионов и только одной экстраэмбриональной части, продолжающей формировать единственный амнион.

Все эти события демонстрируют, что данные клеточные популяции могут перепрограммировать свое развитие, формируя полные эмбрионы из клеток, соответствующих только какой-то части эмбриона.

Успешное применение техники предимплантационной диагностики также доказывает регуляционный характер раннего развития у человека. При этой процедуре у родителей извлекают мужские и женские гаметы и проводят оплодотворение in vitro. После того как эмбрионы достигают стадии восьми клеток (на 3-й день), биопсийной микроиглой удаляют некоторые клетки развивающейся бластоцисты.

Забранную клетку с ясно видимым ядром подвергают FISH-анализу на анеуплоидии. Кроме того, выделенная геномная ДНК может быть использована для ПЦР специфических последовательностей гена, чтобы определить, унаследовал ли эмбрион патогенные аллели от родителей. Затем может быть выбран не пораженный болезнью эмбрион, состоящий из оставшихся семи клеток, и имплантирован матери.

Способность эмбриона восстанавливаться после удаления одной из восьми клеток — признак регуляционного развития. Если бы клетке, удаляемой биопсией, было предназначено сформировать конкретную часть или сегмент тела (т.е. в условиях мозаичного развития), можно было бы предположить, что эти части тела будут отсутствовать или дефектны. Однако эмбрион имеет компенсаторные механизмы, заменяющие эти клетки, что обеспечивает нормальное развитие.

Мозаичное развитие

При эмбриональном развитии обычно регуляционные стадии сменяются мозаичными. Нормальные идентичные близнецы упомянуты ранее как пример регуляционного развития. Тем не менее более позднее разделение эмбриона выявляет черты мозаичного развития с образованием сросшихся близнецов, представляющих два эмбриона, имеющих общие структуры тела и органов.

Это объясняется тем, что разделение произошло слишком поздно (после перехода от регуляционного к мозаичному развитию), чтобы смогли развиться полные эмбрионы. Интересно, что у некоторых взрослых животных утрата конкретной ткани не ограничивает развитие. Например, взрослая саламандра может регенерировать целый хвост после его отрыва, видимо, благодаря популяции клеток, способных восстановить программу развития хвоста после травмы.

Одна из задач биологии развития — изучить этот процесс у различных видов и оценить потенциальную возможность его использования в практике регенеративной медицины человека.

- Читать далее "Формирование осей организма и плана тела"


Оглавление темы "Эмбриология":
  1. Причины врожденных пороков развития. Этиология
  2. Плейотропия. Плейотропные синдромы
  3. Биология развития. Эволюция
  4. Генетика развития: влияние генов и окружающей среды
  5. Основные понятия биологии развития человека. Определения
  6. Эмбриогенез человека. Зародошевые и стволовые клетки
  7. Специализация и детерминация клеток эмбриона. Регуляционное, мозаичное развитие
  8. Формирование осей организма и плана тела
  9. Система генов гомеобокса (Нох) и формирование плана тела
  10. Технология работы со стволовыми эмбриональными клетками. Рекомендации
Загрузка...

   
MedUniver.com
ICQ:493-344-927
E-mail: reklama@meduniver.com
   

Пользователи интересуются:

Будем рады вашим вопросам и отзывам:

Полная версия сайта