29.58M

Category:

biology

Механизмы развития

1.

Вопросы к коллоквиуму
1.
Механизмы
клеточной
дифференцировки.
Детерминация и регуляция в развитии.
2. Эмбриональные регуляции в развитии организмов.
Опыты Г. Дриша.
3. Эмбриональная индукция. Опыты Г. Шпемана.
Механизмы индукции.
4. Онтогенез и филогенез. Теория филэмбриогенезов
А.Н. Северцова.

2.

МЕХАНИЗМЫ РАЗВИТИЯ

3.

ОСНОВЫ РАЗВИТИЯ
Основной вопрос биологии развития: как из одной клетки
(зиготы) развивается многоклеточный организм?
Эмбриология – изучение стадий развития от оплодотворенного
яйца до сформированного организма
(Как переводится информация, записанная в генах в линейном порядке,
в 4-х-мерный процесс развития – 3-х-мерное пространство и время).
Развитие – результат взаимодействия 3 процессов:
клеточного деления (роста), дифференцировки и
морфогенеза.

4.

Механизмы клеточной дифференцировки.
Детерминация и регуляция в развитии.

5.

6.

Дифференцировка –
стойкое структурнофункциональное изменение
ранее однородных клеток в
специализированные.
Дифференцировка клеток биохимически связана с синтезом
специфических белков, а морфологически – с образованием
специальных органелл и включений.

7.

В XX веке стало общепринятым, что развитие связано с
дифференциальной активностью генов.
Карты
презумптивных
зачатков
(Фогт, 1920-е гг.)
Гипотеза
дифференциальной
активности генов
1. Ядро каждой клетки содержит полный набор генов.
2. В каждой клетке экспрессируются лишь гены, специфичные
для данного типа клеток.
3. Неиспользуемые гены не разрушаются, а лишь
выключаются.

8.

Ядро клетки эпителия кишечника головастика → в икринку лягушки, ядро которой разрушено УФ →
нормальная особь. В специализированной клетке большинство генов репрессировано (синтез
определенных белков). Перенос такого генома в зиготу → гены дерепрессируются и норм.развитие.
1962 г.

9.

Дифференциальная активность генов. Доказательства
Политенные хромосомы
Опыты по пересадке
ядер (клонирование)
The Nobel Prize in Physiology
or Medicine 1995
Дифференциальная активность генов
в развитии дрозофилы
Edward B.
Lewis
Christiane
Eric F. Wieschaus
Nűsslein-Volhard
“For their discoveries concerning the genetic
control of early embryonic development” – за
открытия в области контроля раннего
зародышевого развития

10.

Гомеозисные гены
Действие гомеозисных генов приводит к
формированию различных структур в каждом из
сегментов как в области головы, так и хвоста
Нарушения в работе
гомеозисных генов приводят
к нарушению морфогенеза
Мутации в гене Antennapedia – появление
ног вместо антенн
Мутации в гене PAX6 человека –
отсутствие радужной оболочки глаза
Избыточные дозы витамина А
(ретиноевая кислота,
тератоген) нарушают функцию
генов HOX 1-4.
Матери эмбрионов 2 и 3
получали избыток
витамина.

11.

Детерминация – процесс определения пути, направления,
программ развития материала эмбриональных зачатков
с образованием тканей.
Развитие
детерминированное
(мозаичное)
Развитие
регуляционное
Начальная
точка
Детерминация
Дифференцировка

12.

Способы детерминации

13.

Фотография сортировочной станции иллюстрирует
процесс детерминации развития (из С. Гилберта, 1995)
Существуют определенные гены, которые «переводят стрелки»
(селекторные гены, гены-переключатели)

14.

Основные понятия
Тотипотентность – способность клетки проходить через все
стадии развития и таким образом давать взрослый организм

15.

Опыт Вильгельма Ру (Wilhelm Roux),
доказывающий мозаичное развитие организмов
1885 г. – несколько дней культивировал нервную
пластинку куриного эмбриона
1888 г. – попытался с помощью обычной иголки,
раскаленной на огне, разделить эмбрион лягушки,
состоящий из 2-х клеток
(1850-1924)

16.

Детерминация у круглого червя
Caenorhabditis elegans происходит
уже на стадии 2-х бластомеров
ЭУТЕЛИЯ
Общее количество клеток червя – 959
Примерная схема
дифференцировки
клеток C. elegans

17.

ООПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ СЕГРЕГАЦИЯ
Неоднородность цитоплазмы, гетерогенность яйцеклетки,
неслучайное распределение запасенных веществ,
первая дифференцировка клетки
Сегрегация цитоплазмы в яйце асцидии: а - до оплодотворения; б - после оплодотворения;
1 - кортикальная цитоплазма с желтыми липидными включениями; 2 - цитоплазма, содержащая желток; 3 - светлая цитоплазма
с ядром ооцита; 4 - желтый серп; 5 - цитоплазма с желтком; 6 - серый серп; 7 - анимальная светлая цитоплазма; 8 - хорион

18.

Автономная детерминация
(цитоплазматическая спецификация)

19.

Автономная детерминация
(цитоплазматическая локализация)
Изоляция ранних
бластомеров
моллюска
Patella coerulea
(Wilson, 1904)

20.

Автономная детерминация
(локализация детерминантов половых клеток)
Распределение
половой
(зародышевой)
плазмы у аскариды
(Бовери, 1910)
Сегрегация линии
половых клеток и
димиминуция
хроматина у
галлицы

21.

Опыт Ганса Дриша (1892),
доказывающий регуляционное развитие организмов
(1867-1941)
Г. Дриш обнаружил, что при разделении первых двух бластомеров у амфибий и
иглокожих каждый из них дает полноценного зародыша, а затем личинку, из
которой может развиться нормальный взрослый организм (1892).

22.

Опыт Ганса Шпемана,
доказывающий регуляционное развитие организмов
(1869-1941)
1. Зиготу перетянули так,
что ядро осталось в правой половине.
2. Там зародыш развивался до стадии 8 или 16 клеток.
3. Одно из ядер бластомеров переносили в левую половину.
4. Развивалось 2 зародыша тритона.
Доказательство
тотипотентности клеток на
стадии дробления и
способности к регуляции
развития

23.

Регуляционное развитие. Примеры

24.

Эмбриональные
организмов.
Опыты Г. Дриша
регуляции
в
развитии

25.

Механика развития
В. Ру, Г. Дриш, В. Гис, Р. Ланкастер, Г. Шпеман
Каузальная матрица
«+»
четкость
конкретность
прямолинейность
Механика развития (исследовательская программа) –
разложение процесса развития на однозначные причинноследственные звенья и локализация этих звеньев в
зародыше или во внешней среде.

26.

Механика развития
Г. Дриш – открытие эмбриональных регуляций

27.

Эмбриональные регуляции –
процесс осуществления нормального развития, а также
явления развития, когда при нарушении целостности
зародыша в результате экспериментальных воздействий
(удаления, добавления, перемешивания или пересадки
материала) формируется организм нормальной структуры.
!!! Восстановление нормальной геометрически правильной
и полной структуры организма, несмотря на нарушения.
Развитие – это целостный процесс, который не может
быть разложен без остатка на однозначные причинноследственные звенья (Г. Дриш).

28.

Схема регуляционного процесса в целобластуле морского ежа
(меридиональный разрез)
Опыт Г. Дриша
Проспективное
значение каждого
элемента (его
действительная
судьба) есть
функция его
положения в целом.
!!! Судьба клеток
определяется их
положением в
целом организме,
а не относительно
заданной клетки.

29.

Регуляционное развитие
морского ежа

30.

Регуляционное развитие
морского ежа

31.

32.

33.

Эмбриональная индукция. Опыты Г. Шпемана.
Механизмы индукции.

34.

35.

Опыты Г. Шпемана на зародышах тритона (1901)
Анализ эквивалентности ядер
дробящегося яйца тритона

36.

Эмбриональная индукция
(опыт Г. Шпемана и Г. Мангольд, 1921)

37.

Эмбриональная индукция
(опыт Г. Шпемана и Г. Мангольд)

38.

Опыт
Г. Шпемана и Г. Мангольд

39.

Опыт П. Ньюкупа на зародыше тритона

40.

Первичная эмбриональная индукция
1. Вегетативная энтодерма индуцирует специфические различия в
мезодерме (тип индукции, открытый П.Ньюкупом)
2. Хордомезодермальные клетки индуцируют формирование
нейральных структур (тип индукции, открытый Г.Шпеманом и
Г.Мангольд)
3. Создание региональной специфичности в нервной трубке (тип
индукции, описанный О.Мангольд)

41.

English Русский Rules