Základní morfogenetické procesy Přednáška, 20.3.2012

Cílem přednášky mechanismy, které se uplatňují při vývoji jedince, tj. od zygoty k mnohobuněčnému organismu

teoretický přehled, výklad termínů ukázka konkrétních příkladů vývoje struktur normálního vývoje příklad narušeného vývoje - defekt ve vývoji - anomální struktura

Vývoj jedince - ontogeneza začíná fertilizací oocytu spermií - zygota - vrcholí dosažením zralosti : fyzické, strukturální, funkční, sexualní, mentální, emocionální - končí smrtí okamžik narození - ontogeneza prenatální a postnatální prenatální období: 40 týdnů blastogeneze - embryonální - fetální - perinatální 0-2 týdny 3.-8.týden 9-38.t kolem 40.t 1. trimestr 2.a 3. trimestr

Přeměna zygoty v mnohobuněčný organismus mechanismy:…na různých úrovních buněčná úroveň - diferenciace buněčné populace - morfogeneza - vznik struktury množina buněčných populací - morfogenetický systém - uskutečňuje program výstavby a fungování určité části organismu - základní morfogenetické procesy

Úroveň buněčná diferenciace podkladem diferenciace/rozrůznění buněk je odlišnost genové exprese, která vede k syntéze různých proteinů (funkčních i strukturálních) na jejichž přítomnosti závisí velikost, tvar, struktura/morfologie a funkce daného buněčného typu

… vyvinutých ze zygoty v procesu diferenciace… …příklady různých buněčných typů, lišících se velikostí, tvarem, strukturou a funkcí … … vyvinutých ze zygoty v procesu diferenciace…

Oocyt, pólové tělísko, spermie Oocyt , spermie Oocyt Oocyt, pólové tělísko, spermie

Pohárkové a řasinkové buňky

Chondrocyty

Nervová buňka

Krevní elementy

Diferenciace příklady strukturálních a funkčních proteinů u některých buněčných typů erytrocyt – hemoglobin řasinková buňka – tubulin a dynein neuron – neurotransmiter, tubulin a kinesin B- buňka pankreatu - insulin

Diferenciace změny, které během vývoje vedou ke specializaci buněk 1. diferenciace nezávisí na okolí (mozaikový vývoj) 2. diferenciace je závislá na interakci s okolím (regulační) – u morfologicky složitějších struktur (i člověk)

Diferenciace a determinace geny se podílejí na diferenciaci kontrolní/regulační geny - které kontrolují expresi ostatních (aktivovány signálem z prostředí) v podstatě jde podklad (mechanismus) vývojového určení buňky - determinace diferenciace - řada následků vývojového určení, které se projeví proměnou dalších generací původní mateřské buňky v morfologicky odlišné buněčné typy

vazivo, vazy, vazivová pozdra, šlachy mesenchymová buňka chondroblast lipoblast fibroblast osteoblast myoblast chrupavka adipocyt kost sval hemocytoblast vazivo, vazy, vazivová pozdra, šlachy endotel krvinky

Diferenciace buněk neuroepitelu

Úroveň buněčných populací interakce mezi buňkami či buněčnými populacami – vzniká struktura 1. indukcí – jedna buněčná populace indukuje změnu osudu (fenotypu) jiné buněčné populace , epithelo-mesenchymové interakce příklady: končetiny, čočka, nefrony, zuby 2. buněčnou signalizací, buňka signalizující x buňka cílová parakrinní interakce, kontaktní interakce

indukce neuroektodermu / povrchového ektodermu - čočkové plakody

Úroveň morfogenetického systému,mgs základní jednotky individuálního vývoje vytváří a uskutečňuje program vývoje určité části organismu: určitou část organismu CNS , orgán (srdce), orgánovou komponentu (koronární arterie) vývojový program je uskutečňován tzv. základními morfogenetickými procesy proliferace migrace asociace redukce - programovaná buněčná smrt - apoptóza

Proliferace (mitotická aktivita) nejvýraznější rys individuálního vývoje - zárodek roste + tvorbou dutin a zvětšováním mezibuněčného materiálu (růst intersticiální růst chrupavky) +zvětšováním buněk samotných hlavně v embryonálním období 3.-8. týden , 3mm – 30 mm v dospělosti se udržuje ve všech obnovujících se tkáních (krvetvorba, střevní epitel, imunitní systém) růst struktur je naprogramován a koordinován (končetina v malém měřítku již ve 4.týdnu vývoje, pak se do dospělosti tato miniatura jen zvětšuje) růst je regulován růstovými faktory – insulin, insulin-like-growth faktor, PDGF, VEGF… u zárodku je mitotická aktivita soustředěna do tzv. proliferačních center

Buněčná migrace přemísťování jednotlivých buněk nebo skupin pasivní – buňky vytlačovány během buněčného dělení z proliferačního centra aktivní – buňka vytvoří vlastní lokomoční aparát (vodící pól a vlečka) přemísťováním se mění jejich mikroprostředí, které samy ovlivňují či reagují na signály v něm (hormony) buňky neurální lišty, zakládání zárodečných listú (přemísťováním buněk epiblastu), somity

Vznik definitivních struktur z buněk migrujících z neurální lišty

Buněčná asociace spojování jednotlivých buněk ve vyšší funkční celky, jako předpoklad pro synchronizaci jejich funkce CAM – cell adhesive molecules, cadheriny, mezibuněčné spoje buněčné syncytium v kosterním svalu, neurony angiogeneze

Neuron – morfologie (2 multipolární neurony spojené synapsí) biomedicalengineering.yolasite.com

Apoptóza fyziologický proces odstraňování vadných (čerstvé mutace) nebo nadbytečných elementů (vývojový program pracuje s velkými rezervami buněčného materiálu) formování tvaru - vznik meziprstních štěrbin

Vývoj končetin (1. příklad funkce morfogenetických procesů-mgf, při vývoji konkrétní struktury/části organismu) končetinový pupen - mesenchym AED - apikální ektodermová lišta - proliferace ZPA - zóna polarisující aktivity - kys. retinová - MORFOGEN - spouští expresi genů - určují vývoj os (SHH, BMP, WNT, HOX geny - posice) 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

Porucha vývoje končetin kritická perioda 4.-7. týden thalidomid - 20% riziko mechanismus: porucha angiogenese blokem růstových faktorů a integrinů phokomelia, amelia - chybí proximální část končetin stylopodium a zeugopodium) (+ další orgánové anomálie)

Histogenese stěny neurální trubice při vývoji centrálního nervového systému (2.příklad mgf…) neuroepitel – proliferuje, neuroblast je diferencující se nervová buňka, která se uvolní z mezibuněčných spojů, ZO a migruje a neuron se zapojí/asociace prostřednictvím synapse do neuronové sítě. ½ neuronů během synaptogeneze podléhá apoptóze

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