Základní morfogenetické procesy

Transkript

1 Základní morfogenetické procesy 502

2 Základní morfogenetické procesy Mechanismy, které se uplatňují v ontogenesi, tedy při vývoji jedince od zygoty k mnohobuněčnému organismu Buněčná úroveň diferenciace buňky Buněčná populace Morfogenetický systém (více buněčných populací)

3 Regulace vývoje: genů - nutnost opakovaného použití síť Informace pro začátek vývoje - ve vajíčku (m- RNA, proteiny) Imprinting (savci) Epigenetická regulace - buněčná signalizace interakce mezi různými tkáněmi (epitel/mesenchym) - indukce

4 Indukce - determinace - diferenciace Signalizace vazba signální molekuly na receptor intracelulární přenos signálu do jádra a exprese specifického proteinu Výsledkem může být některý ze základních morfogenetických procesů nebo diferenciace buňky Zpočátku nutno syntetizovat specifické transkripční faktory a m-rna buňka je již jiná, ale ne morfologicky. Morfologie se mění později buňka se diferencuje

5 Základní morfogenetické procesy Mechanismy vývoje na úrovni tkání: Proliferace Redukce (apoptóza) Migrace Asociace

6 Proliferace (mitotická aktivita) Umožňuje růst zárodku (nejkratší buněčný cyklus na začátku vývoje během rýhování - asi 8 hodin, pak se zpomaluje) Zvyšování počtu buněk celkově a/nebo je mitotická aktivita soustředěna jen na specifickou populaci buněk možnost tvarování zárodku, vytváření sept v srdci apod. Regulace pomocí růstových faktorů insulin, IGF, FGF, VEGF, EGF, ale i specifické signální molekuly Wnt, Shh

7 Proliferace Podílí se na specifickém vývoji hlavně v embryonálním období (3. až 8. týden) Fetální období a dětství - růst V dospělosti se udržuje ve všech obnovujících se tkáních epitely (epidermis, střevní epitel ), krvetvorné tkáně, imunitní systém. Buněk již nepřibývá nahrazují se poškozené a staré.

8 Redukce - apoptóza Fyziologický proces redukce počtu buněk (nadbytečných) rezervy jsou nutné pro normální vývoj možnost nápravy vzniklých chyb Umožňuje odstranit vadné buňky Apoptóza se během vývoje obvykle spouští nedostatkem růstových faktorů (surviving factor) viz atrezie folikulů ve vaječníku + FSH

9 Apoptóza Formování tvaru orgánu prsty na končetině Odstraňování tkání a orgánů, které se u dospělého nevyskytují (ocas, mesonefros, Müllerův a Wolffův kanálek) Likvidace přebytečných buněk neurony nebo myoblasty, které nemají synapsi Uzavírání trubic např. neurální trubice, tělní stěny

10 Apoptóza uzávěr neurální trubice

11 Apoptóza vývoj ruky

12 Apoptóza vznik kloubních štěrbin

13 Migrace Přemisťování jednotlivých buněk nebo buněčných populací Pasivní buňky jsou vytlačovány ze svého místa následkem proliferace v proliferačním centru Aktivní buňka si vytvoří vlastní lokomoční aparát aktin + fokální adheze (FAK + integriny) Vodicí pól + vlečka

14 Migrace Přemisťováním se buňky dostávají do jiného mikroprostředí. Reagují na signály chemotaxe, mezibuněčná hmota (např. fibronectin, chondroitin sulfát). Specifické receptory pro molekuly mezibuněčné hmoty Příklady migrace myoblastů do končetinových pupenů, migrace buněk neurální lišty, vývoj CNS

15 Vývoj intraembryonálního mesodermu

16 Vývoj CNS

17 Migrace buněk crista neuralis

18 Asociace Spojování jednotlivých buněk ve vyšší funkční celky, jako předpoklad jejich diferenciace nebo funkce Exprese mezibuněčných adhezivních molekul CAM (N-CAM, cadheriny) epitelová struktura Tvorba buněčných syncytií kosterní sval Tvorba neuronální sítě

19 Vývoj ledviny

20 Vývoj kosterního svalu

21 Vývoj nervových sítí

22 Diferenciace Odlišná genová exprese vede k syntéze jiných proteinů (strukturálních i funkčních) a tím k odlišné morfologii buněk jejich diferenciaci Buňky se liší velikostí, tvarem, morfologií a funkcí

23 Hemopoetická tkáň Pluripotentní kmenové buňky Multipotentní kmenové buňky (lymfoidní a myeloidní) Prekurzory Nezralé krinky Zralé krvinky

24 Vývoj na úrovni buněčných populací Signály ovlivňují celé populace buněk Indukce Morfogenetické systémy Kaudální morfogenetický systém (primitivní uzel + primitivní proužek) a kraniální signalizační centrum signalizace při segmentaci AER (apikální ektodermová lišta) a ZPA (zóna polarizující aktivity) končetinový pupen

25 Končetinový pupen (1. příklad funkce morfogenetických procesů-mgf, při vývoji konkrétní struktury/části organismu) končetinový pupen - mesenchym AED - apikální ektodermová lišta - FgF - proliferace ZPA - zóna polarizující aktivity - MORFOGEN - spouští expresi genů - určují vývoj os (Wnt a Shh) pozice - kys. retinová, BMP, HOX geny diferenciace - skeletu a pojivových tkání migrace - myogenních buněk ze somitů, melanocytů, Schwannových buněk z neurální lišty vrůstání nervových vláken a cév z osových struktur embrya - asociace apoptóza - meziprstní štěrbiny

26 Vývoj končetin Signalizace: AER - Fgf - proliferace mesenchymových buněk ZPA Shh (+Wnt) - různá exprese Hox genů segmentace končetiny (5 prstů) Diferenciace pod vlivem BMP (TGFb) + apoptosa

27 Vývoj nervové trubice Morfogeny Wnt a Shh Koncentrační gradient ovlivňuje vývoj buněk v nervové trubici expresi specifických transkripčních faktorů výsledkem je odlišný vývoj buněk ve ventrálních a dorzálních rozích míšních

28 Vývoj oka Interakce mezi očním pohárkem a povrchovým ektodermem diferenciace sítnice a čočky přesné umístění Odlišná exprese genů v dorzální a ventrální části očního pohárku vznik fissura optica Morfogeny FGF a TGFB

29 Embryologie lékařský obor vývojové procesy, které se uplatňují v prenatálním období na vývoji struktury (morfogenese), orgánů (organogenese) mechanismus narušení vývoje (teratogenese), obor: teratologie jakýkoliv defekt ve vývoji má počátek ve významné odchylce funkce mgs a projeví se vždy narušením základních morfogenetických procesů