Теоретические вопросы эмбриологии

История эмбриологии: 1: преформизм и эпигенез 17 век, только изобрели микроскоп. Часть исследователей – преформисты – видели в сперматозоиде маленького человечка Анималькулисты считали, что зародыш заключен в сперматозоиде; овисты – в яйцеклетке Эпигенетики отрицали наличие маленького зародыша. Все образуется заново, считали они

2. В 19 веке развитие получила экспериментальная эмбриология Неопреформисты ( Ру) – уже в яйце строго детерминировано развитие зародыша Неоэпигенетики (Дриш) – развитие регулируется Правы и те и другие, поскольку у одних видов развитие строго детерминировано с самого начала (например, круглые черви): у других детерминация наступает позднее, как у большинства Хордовых

Опыт Вильгельма Ру, доказывавший мозаичное развитие Горячая игла 2 бластомера зигота бластуланейрула Дробление Половинка зародыша Нет развития

У круглого червя С.elegans детерминация развития происходит уже на стадии 2 –х бластомеров. Точно известно общее число клеток червя (959) и что из чего разовьется

Для тех, кому интересно, что у нематоды из какого бластомера развивается. Примерная схема дифференцировки клеток С.elegans

Опыт, доказывавший регулятивное развитие лигатура 8-клеточный зародыш 16-клеточный 140 дней Зиготу перетянули так, что ядро осталось на правой половине. Там зародыш развивался до стадии 8 или 16 клеток, а затем одно из ядер бластомеров переносили в левую половину. Развивалось 2 зародыша тритона. Это доказывает тотипотентность клеток на стадии дробления и способность к регуляции развития

У хордовых детерминация наступает позже Различают детерминацию лабильную – когда клетка может еще изменить путь развития и стабильную, когда путь дифференцировки клетки окончательно предопределен (например, на стадии гаструлы пересадка ДГБ может изменить судьбу эктодермы, а не стадии нейрулы – уже поздно!)

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

Карты презумптивных зачатков были составлены на основе метода Фогта, разработанного в 1920-х годах Кусочки агара с безвредными (прижизненными) красителями помещались на поверхность бластулы зародыша. Краска проникала в клетки и окрашивала их. После клеточных перемещений в ходе гаструляции получалась карта презумптивных зачатков (fate map) Анимальный полюс Вегетативный полюс хорда Брюшная сторона зародыша Спинная сторона эпидерми с Нервна я систем а энтодерм а почки сомит ы, сердце

3. Таким образом, в ХХ веке стало общепринятым, что развитие связано с дифференциальной активностью генов

Гипотеза дифференциальной активности генов Ядро каждой клетки содержит полный набор генов В каждой клетке экспрессируются лишь гены, специфичные для данного типа клеток Не используемые гены не разрушаются, а лишь выключаются.

Доказательства этого: Политенные хромосомы двукрылых Опыты по пересадке ядер (клонирование) Dolly the sheep

Схема опыта Клетка из вымени овцы-донора ядро Яйцеклетка овцы- суррогатной матери Ядро удаляетс я яйцеклетка Слияние клеток под действием электрошока Дробление Зигота с ядром соматическо й клетки Зароды ш на стадии морулы Помещают в матку матери Суррогатная мать Развивается ягненок - Долли Клонированно е животное

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1995 «for their discoveries concerning the genetic control of early embryonic development» - за открытия в области контроля раннего зародышевого развития Edward B. Lewis Christiane Nüsslein- Volhard Eric F. Wieschaus

Дифференциальная активность генов в развитии дрозофилы Сперва включаются гены, отвечающие за передне-заднюю полярность Затем гены, подразделяющие тело на несколько больших сегментов Потом – на меньшие сегменты Потом включаются гомеозисные (селекторные) гены, определяющие свойства каждого сегмента (см. ниже) Гомеозисные гены ( у человека НОХ гены)

Действие гомеозисных генов приводит к формированию различных структур в каждом из сегментов как в области головы,

так и хвоста клоака Тонкая кишка Слепая кишка Толстая кишка

НОХ – гены хорошо изучены

Полагают, что у человека мутация в гомеозисном гене РАХ6 приводит к аниридии – отсутствии радужной оболочки глаза человека

Ретиноевая кислота (витамин А) тератоген. Его избыточные дозы нарушают функции НОХ генов 1-4. Матери 2 из 3 эмбрионов мыши получали избыток витамина с кормом

iolections/lection15.html Это простая и понятная лекция, на которую я наткнулась в интернете