Механизмы, лежащие в основе онтогенеза. Генетическая регуляция развития на разных этапах онтогенеза. Дифференциальная активность генов и её роль в дифференцировке клеток.

Механизмы онтогенеза

Деление клеток играет большую роль в процессах онтогенеза. Во-первых, благодаря делению из зиготы, которая соответствует одноклеточной стадии развития, возникает многоклеточный организм. Во-вторых, пролиферация клеток, происходящая после стадии дробления, обеспечивает рост организма. В-третьих, избирательному размножению клеток принадлежит заметная роль в обеспечении морфогенетических процессов. В постнатальном периоде индивидуального развития благодаря клеточному делению осуществляется обновление многих тканей в процессе жизнедеятельности организма, а также восстановление утраченных органов, заживление ран.

Таким образом, деление клеток является чрезвычайно важным процессом в онтогенетическом развитии. Оно протекает с разной интенсивностью в разное время и в разных местах, носит клональный характер и подвержено генетическому контролю. Все это характеризует клеточное деление как сложнейшую функцию целостного организма, подчиняющегося регулирующим влияниям на различных уровнях: генетическом, тканевом, онтогенетическом.

Миграции клеток, или клеточные перемещения, наряду с другими клеточными процессами имеют очень большое значение, начиная с процесса гаструляции и далее, в процессах морфогенеза. Клетки мезенхимного типа мигрируют одиночно и группами, а клетки эпителиев обычно согласованно, пластом. Мезенхима — это скопление веретеновидных или звездчатых клеток, погруженных в межклеточный матрикс. Эпителий — группы клеток, плотно прилежащих друг к другу боковыми стенками и имеющих апикальную и базальную поверхности. Как мезенхима, так и эпителии могут быть образованы из любого из трех зародышевых листков. Клетки мезенхимного типа наиболее подвижны, так как не образуют между собой стойких контактов.

Наиболее яркий пример миграции мезенхимных клеток связан с нервным гребнем. При смыкании нервной трубки клетки нервных валиков выходят из ее состава и располагаются между ее дорсальной частью и эктодермой. Затем они мигрируют в разных направлениях, проявляя очень широкие формообразовательные потенции. Группа клеток нервного гребня в туловищной части зародыша мигрирует в эктодерму и там превращается в первичные пигментные клетки — меланоциты. Другие, двигаясь в центральном направлении, образуют нейроны спинальных ганглиев, еще дальше — ганглиев симпатической и парасимпатической систем. Третьи — превращаются в клетки шванновских оболочек нервов, четвертые — в хромаффинные клетки мозгового вещества надпочечников.

Сортировка клеток. В процессе эмбриогенеза клетки не только активно перемешаются, но и «узнают» друг друга, т.е. образуют скопления и пласты только с определенными клетками. Значительные координированные перемещения клеток характерны для периода гаструляции. Смысл этих перемещений заключается в образовании обособленных друг от друга зародышевых листков с совершенно определенным взаимным расположением. Клетки как бы сортируются в зависимости от свойств, т.е. избирательно.

Гибель клеток. В развитии зародышей наряду с размножением клеток важную роль играют процессы гибели клеток.

В настоящее время различают два принципиально различных типа клеточной гибели: апоптоз (в переводе с греческого «отпадающий») и некроз.

Апоптоз широко распространен и типичен для физиологических условий. Апоптоз является естественным, эволюционно обусловленным и генетически контролируемым механизмом морфогенеза. Некроз клеток возникает в нефизиологических условиях, например, в связи с действием неблагоприятных факторов, таких, как стойкое кислородное голодание, разного рода токсины и другие. Некроз обычно сопровождается воспалением и является патологическим процессом. Указанные воззрения в отношении апоптоза и некроза сформировались за последние три десятилетия и поэтому еще нередко некоторые физиологические процессы клеточной гибели описываются термином «некроз» вместо термина «апоптоз».

Дифференцировка — это процесс, в результате которого клетка становится специализированной, т.е. приобретает химические, морфологические и функциональные особенности. В самом узком смысле это изменения, происходящие в клетке на протяжении одного, нередко терминального, клеточного цикла, когда начинается синтез главных, специфических для данного клеточного типа, функциональных белков. Примером может служить Дифференцировка клеток эпидермиса кожи человека, при которой в клетках, перемещающихся из базального в шиповатый и затем последовательно в другие, более поверхностные слои, происходит накопление кератогиалина, превращающегося в клетках блестящего слоя в элеидин, а затем в роговом слое — в кератин.

Гипотеза дифференциальной экспрессии генов в признак принимается в настоящее время в качестве основного механизма цитодифференцировки.

основные этапы экспрессии генов и методы, с помощью которых их можно изучать.

Генетическая регуляция развития.

Процессы дифференцировки клетки происходят в соответствии с имеющейся в клетке ген. Информацией.

Оплодотворённая яйцеклетка содержит полный набор генов, полученных от родителей. Она обладает всеми потенциями будущего организма. Она тотипотентна, т.е имеет потенциальную возможность для дифференцировки в различных направлениях. Но во время норм. Развития многоклеточного организма, она дифференцируется в одном направлении.

Из каждого бластомера затем развивается организм.

Причина различия в св-вах кл-к заключена не в обладании различными наборами генов, а в их деффиринцированной экспрессии. Они могут включаться и выключаться.

Видимые изменения в кл-х при дифференцировке, собственно геном в их остаётся неизменным, были получены в опытах с пересадкой ядер в яйцеклетках амфибий- Дж.Гердом,1968г.

Механизмы лежащие в основе онтогенеза. Клеточные процессы в онтогенезе: пролиферация, миграция, клеточные сгущения, адгезия, избирательная сортировка кл-к, дифференцировка, запрограммированная гибель клеток.

Основные процессы в онтогенезе:

-Пролиферация (деление)

- Миграция кл-к

-Сортировка кл-к

- Апоптоз (структуры возникновения)

- Дифференцировка

-Детерминация (развитие)

Пролиферация-деление клеток имеет важнейшую роль в процессе роста и развития, в процессе регенерации и онтогенеза. Благодаря пролиферации организм из одноклет превр в многоклет., обеспечиваются рост и морфогенез организма.

Деление кл-к регулируется тканево-специфическими факторами.

- стимуляторы (гормоны)

- ингибиторные (кейлоны)

Миграция кл-к- начинается со стадии гаструлы, продолжается на протяжении всего морфогенеза.

Кл-ки мигрируют одиночно или группами ( мезонхориально), пластами (эпителий).

Способы клеточной миграции. Миграция клеток подвержена генетическому контролю и осуществляется благодаря дистантному взаимодействию и контактному взаимодействию между соседними клетками.

Дистантное взаимодействие по типу хемотаксиса.

Контактное ориентирование клеток со структурированным субстратом.

Контактное взаимодействие между соседними клетками-контактное ингибирование движения

Нарушение процессов миграции клеток приводит к врожденным порокам развития- недоразвитию органа или или развитие органа или ткани в другом месте.

Бластулa -> начало гаструляции à образ гаструляции à кл-ки предшественники мезодермы инволируют через бластопор à гаструляция заканчивается с образованием зародышевого листка.

Сортировка клеток находиться процессе гаструляции образуя зародышевые листки.

Условия сортировки:

- степень подвижности кл-к

- особенности их мембран

- кл-ки будущей эктодермы слипаются и образуют сплошной слой под мезодермой

- нарушения процесса сортировки и избирательности смешанных кл-к может быть причиной злокачественной опухоли.

Апоптоз- запрограммированная избирательная гибель клетки- естественно эволюционно обусловленный и генетически контролируемый механизм морфогенеза.

Апоптоз способствует достижению характерных для определенного вида черт его морфофизиологической организации.

Генетический контроль апоптоза геном Р53. Белок, контролируемый этим геном, обладает способностью при определенных условиях блокировать клеточное деление и запустить механизм апоптоза. Мутации в этом гене приводят к развитию опухоли.

Дифференцировка называется процесс развития специализированных клеточных типов из 1-ого оплодотворённого яйца.

Детерминация– определение пути дифференцировки той или иной клетки.

 Она может быть:

- генетически запрограммированной

- может определять взаимодействие соседних кл-к

- взаимодействие гормонов или различных внешних факторов