Изучение и термины морфогенеза глаза (биологии глаза)
Биология развития позволяет понять механизмы контроля изменений формы (морфогенез), различных типов клеток (гистогенез) и созревания функций во времени и пространстве в течение эмбриогенеза и раннего развития. Глаз и его развитие — очень популярная тема среди биологов, занимающихся проблемами развития, поскольку строение глаза не меняется на протяжении эволюции позвоночных, и высоко консервативные молекулярные механизмы развития хорошо изучены на модели беспозвоночного животного, плодовой мушки Drosophila melanogaster.
Как по этическим, так и по техническим причинам изучение биологии развития экспериментальными методами у человека невозможно. Это ограничение, вероятно, будет снято после разработки техники индуцированной трансдифференцировки клеток взрослого человека в индуцированные плюрипотентные стволовые (induced pluripotent stems — iPS) клетки. Все более глубокое понимание генетических причин пороков развития человека в сочетании с возможностью получения индуцированных плюрипотентных стволовых клеток пациента позволяет предположить, что биология развития человека станет важной и быстро развивающейся областью науки.
Однако наши современные знания о развитии глаза основаны на исследованиях моделей Drosophila и позвоночных: лягушек (Xenopus laevus, Xenopus tropicalis), рыб (данио рерио: Danio rerio, медака: Oryzias latipes), курицы (Gallus gallus) и мыши (Mus musculus). Каждая модель имеет свои преимущества и недостатки.
Например, эмбрионы курицы интенсивно изучались для составления карты зачатков и экспериментов по рекомбинации тканей, но существует всего несколько доступных исследованию естественных мутаций, поэтому генетические манипуляции затруднены. У мышей возможно прицельно инактивировать почти любой ген методом гомологической рекомбинации в эмбриональных стволовых клетках, но поскольку мышь — плацентарное млекопитающее, трудно визуализировать самые ранние стадии развития.
Хотя точное совпадение экспериментальных данных, полученных на животной модели, с ортологичными процессами у человека маловероятно, учитывая распространение семейств генов при дупликации предкового генома и существование видоспецифичных феноменов, возможно, что многие механизмы развития окажутся одинаковыми и обобщаемыми.
Домен — специфическая зона цепочки аминокислот белка, выполняющая особую функцию.
Картирование зачатков — техника, разработанная Vogt для выявления презумптивных областей на ранних стадиях развития эмбриона.
Гаструляция — процесс раннего эмбрионального развития, во время которого однослойная бластула преобразуется в трехслойную гаструлу.
Гаплонедостаточность — ситуация, при которой у гетерозиготного по какому-либо мутантному гену организма развиваются клинические проявления, поскольку единственной нормальной копии гена недостаточно для синтеза необходимого количества белка и обеспечения нормального функционирования.
Гомеобокс — короткая, обычно высококонсервативная последовательность ДНК различных генов, кодирующая гомеодомен.
Гомеодомен — домен белка, кодируемый гомеобоксом, распознающий и связывающий специфическую последовательность ДНК гена, регулируемого гомейозисным геном.
Гомологичная рекомбинация — тип генетической рекомбинации, при которой происходит обмен последовательностями нуклеотидов между двумя схожими или идентичными молекулами.
ДНК Лиганд — триггерная молекула, связывающаяся с участком белка-мишени.
Морфогены — секретируемые белки, определяющие разделение окружающей их области на определенные участки и определяющие таким образом характер развития ткани.
Градиенты морфогенов — морфогены, продуциремые локализованным источником, проникая в ткани, создают градиент концентрации. Различный по силе в зависимости от концентрации сигнал воздействует прямо на клетки.
Протеины nodal — подгруппа семейства трансформирующего фактора роста—бета (transforming growth factor-beta—TGFβ), регулирующая индукцию мезодермы, развитие нервной системы и формирование дорзо-вентральной оси эмбриона.
Nodal сигналы — пути сигнальной трансдукции в процессе эмбриогенеза, в которых участвуют протеины nodal, имеющие большое значение в формировании структуры и дифференцировке.
Сигнальный путь Notch — клеточная сигнальная система, имеющая важное значение при межклеточном взаимодействии, включающая в себя механизмы регуляции генов, контролирующих дифференцировку мультипотентных клеток в эмбриогенезе и во взрослом возрасте
Нуль мутация — мутация гена, ведущая к нарушению его транскрипции на РНК и/или трансляции в функционирующий белок.
Ортологичные гены — сходные между собой гены различных видов организмов, возникшие из одного гена и передавшиеся от последнего общего предка в процессе вертикального переноса.
Паралоги — пара генов, произошедших от одного предкового гена.
Гомология оследовательностей — наличие сходных последовательностей нуклеиновых кислот или белков, имеющих общее эволюционное происхождение.
Сигнальная трансдукция — процесс, в ходе которого экстрацеллюлярные сигнальные молекулы активируют мембранные рецепторы, которые, в свою очередь, изменяют интрацеллюлярные молекулы.
Транскрипция — процесс образования комплементарной РНК на матрице последовательности ДНК. Это первый этап экспрессии генов.
Основные сигнальные пути, регулирующие развитие глаза.
Сигнальные пути сформированы лигандами, антагонистами, рецепторами и эффекторами сигнальной трансдукции.
Пути называют по названиям лигандов, которые представляют собой либо группы белков, составляющих гомологическую последовательность, либо мелкие молекулы.
В зависимости от клеточного окружения в некоторых взаимодействиях рецептор-лиганд могут участвовать несколько каскадов сигнальных трансдукций.
