FAZY ROZWOJU GENETYCZNGO, PROCESY ZACHODZĄCE W EMBRIOGENEZIE

EMBRIOLOGIA

Biologia rozwoju człowieka

Rozwój od zapłodnionego jaja (zygoty) do dojrzałego organizmu zdolnego do samodzielnego życia obejmuje wiele równoległych procesów. Namnażania komórek, zamiany ich właściwości, kształtowania symetrii i osiowości ciała, powstawania tkanek, organów i narządów oraz ich specjalizacja. W rozwoju embrionalnym człowieka wyróżniamy okres zarodkowy (ogólny) i płodowy (gatunkowo specyficzny). Podstawą rozwoju jest specjalizacja morfologiczna i funkcjonalna komórek- różnicowanie, szereg zdarzeń, które w jego trakcie mają miejsce jest to szlak rozwojowy. Korzystając 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 mulitipotencjalnymi, 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 sygnalizujące (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.

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 komórkowego nowego organizmu.

3. Okres zarodkowy (1 miesiąc rozwoju)

Minimalna długość cykli komórkowych i okres najszybszych podziałów mitotycznych- wzrost liczby komórek i ustalanie stosunku plazmatyczno/jądrowego- bruzdkowanie

Początek różnicowania:

-komórkowego – blastulacja

-tkankowego – gastrulacja

- narządowego – organogeneza

4. Okres płodowy (do urodzenia)

Wzrost masy organizmu

Kształtowanie się organów i narządów do stopnia koniecznego do samodzielnego życia osobnika w środowisku

Początek gameto genezy

Zależność od 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 ->OSOBNIK DOJRZAŁY GAMETY

zygota:

-wzrost -> zwiększenie wielkości

-podział komórek -> zwiększenie liczby komórek

-różnicowanie -> zróżnicowanie typów komórek

-powstanie wzoru ->organizacja

-morfogeneza -> powstawanie kształtów i struktur

PROCESY ZACHODZĄCE 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

Obecność lub brak sygnału komórkowego > Mitoza

Obecność lub brak substancji odżywczych -> Komórka macierzysta > Stan spoczynku

Obecność lub brak kontaktu z innymi komórkami > Różnicowanie

> Apoptoza

PODZIAŁY KOMÓREK

Mitoza – podział zasadniczy

Mejoza – podział redukcyjny

RÓŻNICOWANIE- zmiany morfologiczne i funkcjonalne oraz specjalizacja komórek, mających taki sam materiał genetyczny, wywodzący 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) morfo różnicowanie

d) różnicowanie funkcjonalne

2. Tkankowy (histodyferencjacja) – funkcjonalne łączenie 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.

CZĄSTECZKI ADHEZJI ZAPEWNIAJĄCE ODPOWIEDNIE KONTAKTY POMIĘDZY KOMÓRKAMI

Integryny: istotne w zapłodnieniu

Kadheryny: charakterystyczne dla poszczególnych tkanek

Immunoglobuliny:

1. Zawierające jedynie domeny Ig

2. Zawierające domeny fibronektyny typu III

3. Zawierające domeny

SYSTEMY KOMUNIKACJI MIĘDZYKOMÓRKOWEJ

Komórki porozumiewają się wydzielając substancje chemiczne i reagując na ich obecność zmianami genetycznymi lub fizjologicznymi

1. Endokrynne (dokrewne): Komórka sekrecyjna wydziela substancję do krwi i tą drogą dostaje się ona nawet na duże odległości do docelowych komórek kompetentnych. Działa za pośrednictwem układu krwionośnego np. gruczoły lub komórki dokrewne

Odmianą jest działanie neuroendokrynne (neurohemalne). Komórką wydzielniczą jest neuron.

2. Parakrynne: wydzielina komórek sekrecyjnych przemieszcza się do docelowych w przestrzeniach międzykomórkowych, np. w obrębie narządów lub tkanek. Komórki wydzielają ta samą substancję do przestrzeni międzykomórkowej.

3. Autokrynne: wydzielina w przestrzeni międzykomórkowej przemieszcza się z jednego miejsca w inne miejsce tej samej komórki, będącej zarazem sekrecyjna i kompetentną.

4. Inkrynowe, jukstakrynowe: wydzielina nie opuszcza cytoplazmy komórki, regulując funkcje jej poszczególnych kompartymentów błonowych

ŚMIERĆ I ELIMINACJA KOMÓREK Z ORGANIZMU

1. NEKROZA:

-komórka napęczniała

-organella uszkodzone

-chromatyna uszkodzona

-liza komórki po rozpadzie błony komórkowej

-destrukcja organelli

-destrukcja chromatyny

Fagocytoza i stan zapalny

Proces patologiczny, eliminacja uszkodzonych komórek

2. APOPTOZA:

-komórka obkurczona

-organella nieuszkodzone

-marginalizacja chromatyny

-tworzenie się ciałek apoptycznych

-organella nieuszkodzone

-chromatyna pofragmentowana

Fagocytoza fragmentów komórek

Proces fizjologiczny, eliminacja komórek z mutacjami lub w czasie morfogenezy

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 powodują stopniową degradację DNA, utrudniającą jego replikację oraz zaburzającą translację

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.