Základy embryonálního vývoje
EV = proces diferenciace, morfogeneze a růstu, kterým z oplozeného vajíčka vzniká nový jedinec,
Deskriptivní embryologie - přinesla popis vývoje:
oplození, rýhování, blastula, gastrulace,
zárodečné listy - co z nich vzniká: ektoderm, mesoderm, entoderm
základní stavební plán organizmu
chorda, neurální trubice, somity, somatopleura, splanchnopleura
Experimentální embryologie - studovala kauzalitu (otázka proč?)
mechanizmy diferenciace buněk a morfogeneze
embryonální indukce, determinace,
autodiferenciace a podminěná diferenciace, nerovnoměrný růst
migrace - značkování, chiméry,
studium regenerace
ultrastrukturální, biochemické, histochemické a imunohistochemické postupy - řídící faktory, obtížnost jejich izolace
teorie poziční informace ( L. Wolpert)
Vývojová biologie = molekulární biologie + genetika + morfologie
poznávání biologických dějů na úrovni genů a proteinů,
vývoj studován jako řízený děj,
1973 - techniky molekulárního klonování (klon = jakýkoliv soubor přesných kopií čehokoliv vzniklý nepohlavním rozmnožováním)
izolace genu a manipulace s nim
impakt v lékařství IVF, prevence vrozených vad, vývoj léků,
funkční genomika
Mnohobuněčný organizmus:
= koordinovaný soubor buněk se stejným genomem, ale různou diferenciací,
jeho vznik je podmíněn schopností buněk využít různým způsobem svou genetickou informaci (= vytvořit cca 200 typů specializovaných buněk),
genom však neobsahuje topografickou mapu (návod k poskládání buněk do určitého tvaru) k realizaci určitého prostorového uspořádání buněk je nutný jejich vzájemný dialog; je zprostředkován molekulami na jejich povrchu a v mezibuněčném materiálu
interakce buněk - jsou zdrojem signálů na které buňky reagují změnou genové exprese = epigenetické faktory vývoje
Buněčné aktivity za vývoje:
• proliferace - dělení buněk,
trvale se obnovující buněčné populace, statické populace
• diferenciace buněk - využití genetické informace různým způsobem,
embryonální kmenová buňka, orgánové kmenové buňky
• migrace - buňky se mohou pohybovat.
• schopnost adherovat
• buněčná smrt - apoptosis
• růst - buněk, mezibuněčné hmoty, základní uspořádání organismu vzniká ve velmi malém měřítku. Růst miniaturu zvětšuje do dospělé velikosti, vyžaduje regulaci genové aktivity
Poznání molekulárních mechanismů mezibuněčné signalizace +
poznání transkripčních faktorů jako regulátorů genové exprese =
pochopení mechanizmů diferenciace buněk a utváření (morfogeneze) - signály z buněčných interakci ovlivňují genovou expresi
Signální molekuly
působí mezi buňkami,
mají své receptory a signální dráhu
za vývoje jsou zodpovědné za mechanizmus embryonální indukce
růstové faktory, cytokiny, hormony, neurotransmitery
• sonic hedgehog (Shh)
nejsilněji působící dosud známá molekula odpovědná za embryonální indukci, Shh je jednak vázán na povrch buněk, které ho tvoří, jednak je část jeho molekuly proteolyticky odštěpována a difunduje do okolí,
uvolňuje např. z primitivního uzlu, z chorda dorsalis, z bazální ploténky neurální trubice, ze zóny polarizační aktivity základu končetiny,
Shh podmiňuje např. ventralizaci neurální trubice, dorsoventrální polaritu somitů, vývoj končetiny
• kostní morfogenetický protein (BMP)
původně izolován z tvořící se kosti jako faktor stimulující osteogenezu
je však tvořen i v základech celé řady dalších orgánů, kde se uplatňuje jako induktivní signál v průběhu jejich vývoje, ovlivňuje buněčnou odpověď na jiné růstové faktory.
• Wnt glykoproteiny - určují polaritu ambrya, podmiňují dorzalizaci,
• růstové faktory
více než 100 proteinů produkovaných řadou různých buněk,
stimulují proliferaci buněk, jejich diferenciaci a přežívání,
působí na buňky, které mají příslušné receptory,
většinou se uplatňují jako lokální mediátory, některé přítomny i v oběhu,
NGF EGF PDGF FGF VEGF TGFbeta
Transkripční faktory
proteiny, které regulují transkripci vazbou na určitou sekvenci DNA - promotor, většinou iniciují transkripci, je známo více než 100 TF
• produkty homeotických genů (Hox)
homeosis = přeměna jedné části segmentálně uspořádaného úseku těla ve druhou, výskyt u všech eukaryotických organizmů
• Pax geny - 9 genů u člověka a myši
exprese zejména v axiálních strukturách a
• geny myogenních determinačních faktorů
Tbx5 - gen identity horní končetiny Holtové-Oramův syndrom
Ptx1 - gen identity dolní končetiny
• geny myogenních determinačních faktorů MyoD, myf-5,mrf-4, myogenin