EMBRIOLOGIA
Biologia rozwoju człowieka
Podstawowa dyscyplina nauk medycznych, dynamicznie
rozwijajÄ…ca siÄ™, o rosnÄ…cym znaczeniu w praktyce
medycznej.
Znajomość podstawowych procesów rozwojowych jest
konieczna nie tylko studentowi medycyny w kolejnych
etapach edukacji ale również coraz liczniejszej grupie
lekarzy specjalistów
 PODR
CZNIKI DO EMBRIOLOGII
Bartel H. Embriologia. Podręcznik dla studentów medycyny.
Jura C., Klag J. Podstawy embriologii zwierząt i człowieka.
Bielańska-Osuchowska Z. Embriologia.
Twyman R.M. Biologia rozwoju. Krótkie wykłady.
Czyba J.C., Montella A. Biologia rozwoju człowieka.
Krzanowska H., Sokół-Misiak M. Molekularne mechanizmy
rozwoju zarodkowego.
Bielańska-Osuchowska Z. Zarys organogenezy. Różnicowanie się
komórek w narządach.
Zwierzchowski L., Jaszczak K., Modliński J.A. Biotechnologia
zwierzÄ…t.
Wiele innych również popularno-naukowych
Rozwój od zapłodnionego jaja (zygoty) do dojrzałego organizmu zdolnego do
samodzielnego życia obejmuje wiele równoległych procesów. Namnażania
komórek, zmiany ich właściwości, kształtowana symetrii i osiowości ciała,
powstawania tkanek, organów i narządów oraz ich specjalizacja.. W rozwoju
embrionalnym człowieka wyróżniamy okres zarodkowy (ogólny) i płodowy
(gatunkowo specyficzny). PodstawÄ… rozwoju jest specjalizacja morfologiczna i
funkcjonalna komórek  różnicowanie, a szereg zdarzeń które w jego trakcie ają
miejsce jest to szlak rozwojowy. KorzystajÄ…c z takiej samej informacji
genetycznej zmieniające się komórki w różny sposób ją interpretują zmieniając
swoje właściwości. Początkowo są totipotencjalne aby ograniczając zdolności
do przekształceń stać się pluripotencjalnymi lub multipotencjalnymi a
ostatecznie specyficznymi czyli zdeterminowanymi rozwojowo. Część komórek
nie przechodzi tej drogi i pozostaje niezróżnicowanymi, są to komórki
macierzyste lub pienne. Zmiany zachodzą dzięki działaniu czynników
sygnalizacyjnych wpływających na DNA i decydujących o zmianie aktywności
genów a tym samym wzorców syntezy białek, decydujących o fenotypie
poszczególnych komórek. Najważniejsze czynniki sygnalizacyjne (regulatory)
to czynniki transkrypcyjne działające bezpośrednio w jądrze komórkowym na
aktywność genomu. Wiele procesów jest kierowanych i koordynowanych przez
nadrzędny, genetyczny program rozwoju o nieznanym do końca mechanizmie
działania. To jest pole działania dla Państwa
 METODY BADAC
W EMBRIOLOGII
1. Morfologiczna  bezpośrednio obserwacja budowy i zmian
zachodzÄ…cych w zarodkach. Historyczna stosowana od
najdawniejszych czasów. Np.. Arystoteles
2. Embriologia eksperymentalna  doświadczenia na zarodkach,
np. barwienie przyżyciowe, teratologia, cytologia i
histochemia mikroskopowa, z zastosowaniem mikroskopu
świetlnego. XIX i XX w. Emil Godlewski
3. Mikroskopia elektronowa  podstawowe zmiany w budowie
komórek. Mikroskopowe markery komórkowe. XX w.
4. Biochemia embriologiczna  zmiany w składzie i
właściwościach komórek.
5. Genetyka molekularna  działanie genów w procesach
rozwojowych i transgeneza zarodków.
 FAZY ROZWOJU ONTOGENETYCZNEGO
1. Gametogeneza  spermatogeneza i oogeneza
Podziały mejotyczne komórek macierzystych gamet
Różnicowanie się plemników  minimalizacja komórek, blokowanie ich genomu
Różnicowanie się komórek jajowych  maksymalizacja ilości cytoplazmy,
gromadzenie deutoplazmy i plazmatycznej informacji genetycznej,
blokowanie podziału mejotycznego.
2. Zapłodnienie
Odnajdywanie się komórek rozrodczych
Powstanie zygoty: syngamia  łączenie się plemników i komórek jajowych,
kariogamia  łączenie się jąder komórkowych
Aktywacja rozwojowa i rozpoczęcie pierwszego cyklu lomórkowego nowego
organizmu.
3. Okres zarodkowy (1 miesiÄ…c rozwoju)
Minimalna długość cykli komórkowych i okres najszybszych podziałów
mitotycznych  wzrost liczby komórek i ustalanie stosunku
plazmatyczno/jÄ…drowego  bruzdkowanie
Początek różnicowania: komórkowego  blastulacja
tkankowego  gastrulacja
narzÄ…dowego  organogeneza
4. Okres płodowy (do urodzenia)
Wzrost masy organizmu
Kształtowanie się organów i narządów do stopnia koniecznego do
samodzielnego życia osobnika w środowisku
PoczÄ…tek ganetogenezy
Zależnośćod funkcjonowania tkanek pozazarodkowych: błon płodowych i
łożyska
5. Okres niemowlęcy i dzieciństwo
Rozwój, dorastanie i uczenie się
6. Okres dojrzałości płciowej
Pełne właściwości biologiczne osobnika
Gametogeneza i możliwość reprodukcji
7. Starzenie się i śmierć
Zwolnienie tempa podziałów komórkowych
Zakończenie gametogenezy
Mutacje w materiale genetycznym
Zwolnienie tempa metabolizmu
Przewaga procesów destrukcji komórkowej
Nowotwory
SCHEMAT PROCESÓW ROZWOJOWYCH
gamety
zygota
wzrost podział różnicowanie powstanie morfogeneza
komórek wzoru
zwiększenie zwiększenie zróżnicowanie organizacja powstawanie
wielkości liczby komórek typów komórek kształtów i
struktur
osobnik dojrzały
gamety
PROCESY ZACHODZ
CE W TRAKCIE ROZWOJU
Podziały komórkowe: mitoza i mejoza
Różnicowanie komórek
Kontakty międzykomórkowe
Koordynacja funkcji komórek]
Apoptoza  fizjologiczne, genetycznie uwarunkowane zamieranie
komórek
Nekroza  patologiczne zamieranie uszkodzonych komórek
Regeneracja tkanek i narządów
Nowotworzenie środowiskowe i genetyczne
Starzenie komórek i organizmu
LOSY KOMÓREK W TRAKCIE ROZWOJU
Mitoza
Obecność lub brak
sygnału komórkowego
Stan spoczynku
Obecność lub brak
Komórka
substancji odżywczych
macierzysta
Różnicowanie
Obecność lub brak
kontaktu z innymi
komórkami
Apoptoza
PODZIAA
Y KOMÓREK
Mitoza; zachowawczy podział, zachowuje stałą liczbę chromosomów oraz
ilość materiału genetycznego potomnych komórek. Po jego zakończeniu
komórki są zdolne do ponownego podziału lub różnicowania.
Podlegają mu komórki niezróżnicowane, somatyczne w obrębie większości
tkanek  macierzyste decydujÄ…ce o odnowie tkankowej oraz macierzyste
komórki linii płciowej: gonocyty, spermatogonie i oogonie.
Mejoza; redukcyjny podział komórek zmniejszający w potomnych do
połowy liczbę chromosomów oraz ilość materiału genetycznego.
Podlegają mu jedynie wstępnie zróżnicowane wyjściowe komórki gamet:
spermatocyty i oocyty. Po jego zajściu komórki potomne nie mogą się już
dzielić i stają się gametami zdolnymi do zapłodnienia i odtworzenia
informacji genetycznej nowego organizmu.
RÓŻNICOWANIE; zmiany morfologiczne i funkcjonalne oraz specjalizacja
komórek, mających taki sam materiał genetyczny, wywodzących się z zygoty
POZIOMY RÓŻNICOWANIA
1. Komórkowy (cytodyferencjacja)  przy stałym genotypie zmiany w
fenotypie komórek wynikające z blokowania i odblokowywania
odpowiednich genów.
a) genoróżnicowanie
b) chemoróżnicowanie
c) morforóżnicowanie
d) różnicowanie funkcjonalne
2. Tkankowy (histodyferencjacja)  funkcjonalne łącznie się komórek
we współdziałające zespoły zwane tkankami.
a) tkanki pierwotne (ektoderma, endoderma, mezoderma)
b) tkanki ostateczne (np. nabłonkowa, nerwowa, mięśniowa ...)
3. Organowy (organodyferencjacja)  kształtowanie się elementów ciała
osobnika jako zespołu współdziałających tkanek.
RODZAJE RÓŻNICOWANIA I POTENCJA ROZWOJOWA KOMÓREK
RÓŻNICOWANIE OSTATECZNE I NIEOSTATECZNE
hepatocyt
Komórka
macierzysta
komórka
hepatocyt
hepatocyt
macierzysta
keratynocyt
hepatocyt
hepatocyt
komórka
keratynocyt
macierzysta
DETERMINANTY CYTOPLAZMATYCZNE INDUKCYJNE
Sygnał
indukcyjny
determinant
komórka
zróżnicowana
determinant
Komórka
zróżnicowana
STADIA UKIERUNKOWANIA ROZWOJOWEGO
NAIWNE
Determinanty cytoplazmatyczne lub
indukcja
SPECYFICZNE
Utrata kompetencji albo sprzężenie zwrotne
dodatnie albo przemodelowanie chromatyny
ZDETERMINOWANE
Komórkowo specyficzna ekspresja genów
ZRÓŻNICOWANE
CZ
STECZKI ADHEZJI ZAPEWNIAJ
CE ODPOWIEDNIE
KONTAKTY POMIEDZY KOMÓRKAMI
Integryny: istotne w zapÅ‚odnieniu ²-integryna, fertylina
zarodkowe a3, av, ²1, ²3, ²4, ²5
Kadheryny: charakterystyczne dla poszczególnych tkanek
np. N-kat (dla układu nerwowego)
Immunoglobuliny: 1. ZawierajÄ…ce jedynie domeny Ig
Thy1, DM-GDASP, LAMP,telencefalina
2. ZawierajÄ…ce domeny fibronektyny typu III
molekuły przylegania: ICAM, NCAM, VCAM
konektyna, aksonina, kontaktyna
3. Zawierające domeny homologiczne do innych białek
neurotrofiny, NGF, BDNF, fosfokan
SYSTEMY KOMUNIKACJI MI
DZYKOMÓRKOWEJ
Komórki porozumiewają się wydzielając substancje chemiczne i
reagując na ich obecność zmianami genetycznymi lub fizjologicznymi
1. Endokrynne: komórka sekrecyjna wydziela substancję do krwi i tą
drogą dostaje się ona nawet na duże odległości do docelowych komórek
kompetentnych
Odmianą jest działanie neuroendokrynne
1. Parakrynne: wydzielina komórek sekrecyjnych przemieszcza się do
docelowych w przestrzeniach międzykomórkowych np. w obrębie
narządów lub tkanek
2. Autokrynne: wydzielina w przestrzeni międzykomórkowej
przemieszcza się z jednego miejsca w inne miejsce tej samej komórki,
będącej zarazem sekrecyjną i kompetentną
4. Inkrynowe, jukstakrynowe: wydzielina nie opuszcza cytoplazmy
komórki regulując funkcje jej poszczególnych kompartmentów
błonowych
Śmierć i eliminacja komórek z organizmu
NEKROZA APOPTOZA
" Komórka napęczniała
" Komórka obkurczona
" Organella uszkodzone
" Organella nieuszkodzone
" Chromatyna uszkodzona
" Marginalizacja chromatyny
" Liza komórki po rozpadzie
" Tworzenie się ciałek
błony komórkowej apoptotycznych
" Destrukcja organelli
" Organella nienaruszone
" Destrukcja chromatyny
" Chromatyna pofragmentowana
Fagocytoza i stan zapalny Fagocytoza fragmentów
komórek
Proces fizjologiczny, eliminacja
Proces patologiczny,
komórek z mutacjami lub w
eliminacja uszkodzonych
czasie morfogenezy
komórek
Po co w organizmie zachodzi apoptoza?
Dzieli siÄ™ i pracuje
Zdrowa
Zdrowe
komórka
komórki
Staje się zbędna
Czynniki
Apoptoza
Zanikają komórki w morfogenezie
uszkadzajÄ…ce
np. dłoni, mózgu, kości
Naprawa
Uszkodzona
komórka
Zdrowa
Dalsze funkcjonowania
komórka
Brak naprawy
Brak apoptozy
Apoptoza
RAK !
REGENERACJA TKANEK I NARZ
DÓW
I. Preinicjacja
NOWOTWORZENIE
Ekspozycja na
kancerogeny
Etapy kancerogenezy
Komórka
normalna
Od kilku do kilkudziesięciu lat II. Inicjacja Nagromadzenie mutacji
prowadzÄ…ce do transformacji
Komórka
normalna
Zwykle mniej niż kilka lat III. Progresja
Selekcja klonalna, nabywanie
zdolności do migracji
Nowotwór
Å‚agodny
IV. Promocja
Od kilku miesięcy do kilku lat Dalsza selekcja mutacji,
nabycie zdolności do
Nowotwór
przerzutowania
złośliwy
Przerzuty do różnych narządów
ZMIANY PODCZAS TRANSFORMACJI NOWOTWOROWEJ
Zmiany w błonach komórkowych:
Zwiększenie transportu metabolitów
Zwiększenie intensywności tworzenia pęcherzyków błonowych
Wzrost ruchliwości białek błonowych
Zmiany adhezyjne:
Zmniejszenie adhezji powierzchniowej
Nieprawidłowa organizacja filamentów aktynowych
Nadprodukcja aktywatora plazminogenu
Zmiany we wzroście i podziałach komórek:
Zmniejszenie zapotrzebowania na czynniki wzrostowe
Nabycie zdolności do nieograniczonej proliferacji (nieśmiertelność)
Nabycie zdolności do proliferacji w zawiesinie
CECHY PATOLOGICZNE KOMÓRKI NOWOTWOROWEJ
Obniżenie adhezji i zniesienie kontaktowego hamowania wzrostu
Zmiany transportu błonowego
Zmiany przepuszczalności błony komórkowej
Zwiększenie ruchliwości cząstek w błonie
Wzrost aglutynacji pod wpływem lektyn
Zmiana aktywności enzymów
Zmiana Å‚adunku elektrycznego
Nowe antygeny wydzielane lub złuszczane z błony
Utrata antygenów
Utrata lub zmiana glikoproteidów
Zmieniona fagocytoza i endocytoza
PORÓWNANIE CECH NOWOTWORÓW
A
AGODNYCH I ZA
OÅšLIWYCH
Wzrost powolny szybki
Otorbienie występuje brak
Naciekanie tkanek nie występuje występuje
Wznowy nie występują występują
Wnikanie do naczyń nie zachodzi występuje
Budowa histologiczna zbliżona do tkanki różna od tkanki
Wpływ na organizm nieznaczny prowadzi do
wyniszczenia i śmierci
PRZYCZYNY TRANSFORMACJI NOWOTWOROWEJ
Aktywacja angiogenezy  rozrostu naczyń krwionośnych
Brak skracania telomerów i reakcji na sygnał do apoptozy
Wprowadzenie do genomu wirusowych genów onkogennych
Mutacje w protonkogenach
Mutacje w genach supresorowych onkogenezy
Mutacje chromosomowe w komórkach samatycznych
Mutacje wymienionych typów kumulujące się w komórkach rozrodczych
TRANSFORMACJA PROTOONKOGENU W ONKOGEN
Mutacja dowolnego typu
Protoonkogen Onkogen
mRNA
mRNA
białko
białko
Funkcja patologiczna
Funkcja fizjologiczna
Transformacja nowotworowa
Teorie wyjaśniające mechanizmy starzenia się organizmu
1. Teoria telomerowa: skracanie się telomerów chromosomów podczas
kolejnych replikacji DNA w cyklach podziałowych komórek.
2. Teoria kumulacji błędów mutacyjnych: mutacje samoistne i
indukowane powodujÄ… stopniowa degradacjÄ™ DNA utrudniajÄ…cÄ… jego
replikacjÄ™ oraz zaburzajÄ…cÄ… translacjÄ™.
3. Teoria wolnorodnikowa: czynniki środowiskowe np.. Promieniowanie
powoduje powstawanie w cytoplazmie wolnych rodników np.
reaktywnych form tlenu, które nie są dostatecznie szybko eliminowane
przez enzymy mikrosomalne i mogą wywoływać mutacje.
4. Teoria hormonalna: degenerujące gruczoły wydzielają nieodpowiednią
ilość hormonów dzięki czemu zaburzeniu ulega homeostaza organizmu.
Pierwsza ulega degeneracji oś: podwzgórze  przysadka - nadnercza.
5. Teoria zaniku komórek macierzystych: w wyniku podziałów komórki
macierzyste osiągając granicę podziałową nie są w stanie namnażać się i
tym samym dostarczać prekursorów do odnawiania tkanek i narządów.