Презентація на тему:
Молекулярно-генетичні механізми онтогенезу.

Молекулярно-генетичні механізми онтогенезу. Порушення онтогенезу та їх місце в патології людини.

Питання теми: Онтогенез, його періодизація. Ембріональний (пренатальний) період, його етапи. Поняття про критичні періоди. Постембріональний період онтогенезу, його періодизація. Механізми росту та морфогенезу. Генетичний контроль розвитку. Природжені вади розвитку та їх класифікація. Тератогенні фактори.

Онтогенез (індивідуальний розвиток) –– це безперервний процес реалізації генетичної інформації, який відбувається як у просторі, так і у часі. Генотип Фактори середовища Фенотип

Термін „онтогенез” був введений відомим німецьким вченим Е.Геккелем у зв’язку з формулювання одного з основних біологічних законів – “Онтогенез є коротке повторення філогенезу”.

Онтогенез –– індивідуальний розвиток є цілісний безперервний процес, в якому окремі події пов’язані між собою в просторі та часі. Існує декілька схем періодизації онтогенезу. З точки зору екологоембріонального підходу онтогенез ділять на 2 періоди: до народження (ембріональний) і після народження (постембріональний).

З загальнобіологічної точки зору виділяють 3 періоди: дорепродуктивний, репродуктивний, пострепродуктивний. Дорепродуктивний період поділяють на 4 періоди: ембріональний, личинковий, метаморфоз і ювенільний. Відносно короткі відрізки ембріогенезу називають стадіями (фазами) розвитку: зигота, дробіння, гаструляція, гісто– і органогенез.

Онтогенез тварин (на прикладі жаби)

Онтогенез людини прийнято поділяти на 2 періоди: пренатальний (до народження); постнатальний (після народження). Постнатальний період: а) ювенільний; б) зрілості; в) старості. З медичної точки зору важлива періодизація онтогенезу людини, яка враховує можливі різні порушення.

Ранній онтогенез включає: Овуляцію , Запліднення, Утворення зиготи, Стадії дробіння, Гаструляцію, Імплантацію

1 - перетворення первинного фолікулу в яєчнику () в зрілий фолікул (2), 3 - яйцеклітина 4 - жовте тіло 5 - яйцеклітини захоплюються відкритим кінцем яйцеводу – фалопієвою трубою. Тут завершується І-е мейотичне ділення; 6 - починається ІІ-е мейотичне ділення. Сперматозоїд проникає в цитоплазму яйцеклітини, активує її 7 - Завершення ІІ-го мейотичного поділу (ІІ-е полярне тільце + жіночий пронуклеус). Внутрішнє запліднення яйцеклітини людини

8 - утворення чоловічого пронуклеуса, 9 - злиття чоловічого і жіночого пронуклеусів). 10 - и реплікація і ділення хромосом 11 - дробіння зиготи, 12 - утворення морули, 13 - ранньої бластоцисти; 14 - пізньої бластоцисти з ембріобластом і трофобластом (приблизно через 4,5 доби) 15 – імплантація у стінку матки (6-й або 7-й день)

А — два бластомери; Б —три бластомери; В — чотири бластомери; Г— морула; Д — морула в розрізі; Е, Ж — розріз ранньої і пізньої бластоцисти: 1—ембріобласт, 2—трофобласт, 3 — бластоцель

Зріз бластоцисти зародку людини: 1 — ембріобласт, 2-—трофобласт, 3 — бластоцель

Онтогенетичних механізмів росту і морфогенезу. До них відносять такі процеси: проліферацію (розмноження клітин); міграцію (переміщення клітин); сортування клітин; запрограмовану елімінацію (загибель); диференціювання клітин; індукцію і компетенцію (контактні взаємодії); дистантну взаємодію клітин, тканин і органів (гуморальні, нервові механізми інтеграції).

Проліферація (розмноження клітин) утворюється багатоклітинний організм; забезпечує ріст; визначає морфогенетичні процеси.

Закономірності діленні клітин Інтерфаза має різну довжину залежно від стадії розвитку зародка, локалізації та функції клітин Клітинне ділення має вибірковий і закономірний характер; Ділення клітин відбувається клонами (клон – це сукупність клітин, що походять від однієї або декількох клітин); регулюються: гормонами, специфічними речовинами (фітогемаглютинін, кейлони…), генетично (відомі мутації, що знижують або збільшують кількість ділень), міжклітинними та тканинними взаємодіями…

Міграція Клітинні переміщення, починаючи з гаструляції, відіграють велике значення в процесах морфогенеза. Клітини мігрують поодиноко або групами - клонами; Найбільш активні клітини мезенхими

2 – вузол спинного корінця; 3 – пігментні клітини; 4 – симпатичний вузол; 5 – надниркова залоза, яка починає розвиватися; 6 – нервове сплетіння у стінки кишки; 7 – клітина швановської оболонки; 8 – уніполярний чутливий нейрон; 9 – клітина-супутник; 10 – мультиполярний нейрон симпатичного вузла; 11 – хромафінна клітина в мозковій речовині надниркових залоз; 12 – превертебральне сплетіння; 13 – парасимпатичне сплетіння в кишці. Міграція клітин нервового гребеня (НГ) А – поперечний зріз зародка; Б – похідні клітин НГ у дорослого організму: 1 – нервовий гребінь;

Первинні статеві клітини (утворюються з ентодермальних клітин жовточного мішку) Міграція по дорсальній брижейкі Зачатки статевих залоз Гаметогонії

Диференціація клітин процес спеціалізації клітин, внаслідок якого вони набувають морфологічні, функціональні, біохімічні особливості; Процес поступового набуття відмінностей між клітинами, які виникають з одних похідних

Диференціація зародкових листків у ссавців (рання диференціація)

. Утворення тканин і органів із зародкових листків: 1 - головний мозок; 2 - серце; 3 - амніотична рідина; 4 - амніон; 5 - шлунково-кишковий тракт; 6 - шкіра; 7 - спинний мозок; 8 - хоріон; 9 - хвостовий відросток; 10 - пуповина; 11 - трофобласт; 12 - жовтковий мішок.

Сортування - процес групування та узнавання клітин однієї похідної групи - генетично запрограмована реакція клітин, яка визначається антигенними властивостями їх мембран

Адгезія клітин Досліди Гольтфрета – клітини утворюють скупчення і пласти тільки з певними клітинами

Елімінація (відмирання) клітин При розвитку зародка важливе значення мають процеси відмирання клітин. Відрізняють два типи відмирання клітин: апоптоз (“відпадаючий” з гр.) і некроз. Апоптоз зустрічається часто і типовий для фізіологічних умов, це природний еволюційно обумовлений процес, який генетично детермінований. Некроз виникає у несприятливих, нефізіологічних умовах, наприклад, при гіпоксії, під впливом різних токсинів та інших умовах. Некроз супроводжується запаленням, це патологічний процес.

У ембріона людини закладаються шийні та хвостові ребра, а потім зникають; Утворення порожнин і судин – кавітація; Утворення кінцівок (ЗНЗ ); Загибель клітин контролюється генетично та клітинними взаємодіями (є мутації, які змінюють кількість ділень)

Ембріональна індукція взаємодія частин організму, що розвивається Головне, що одна ділянка зародка впливає на розвиток і диференціацію інших

Досліди Шпемена. Пересадка спинної губи (первинний ембріональний організатор) від зародка-донора на черевну сторону зародка-реципієнта. А — схема досліду; Б — поперечний зріз на стадії закладки двох комплексів осьових органів: 1 — первинний зародок, 2 — вторинний, індукований зародок.

Індукція Гомономна індуктор викликає розвиток органа в тому ж напрямку – ділянка нефротома викликає розвиток нирки, а шматочок хряща – утворення хряща Гетерономна Шматочок одній ділянки зародка викликає розвиток іншої структури. Н., шматочок хордомезодерми індукує розвиток нервової трубки та цілого зародка

Генетичний контроль розвитку Плейотропія – пряма і відносна, Дія мутацій – дизруптивна чи гомеозісна, мутації генів з материнським ефектом, мутаціі рибосомальних генів… Приклад впливу генів на морфогенез – синдром тестикулярної фемінізації (наявність в генопипі гена трансформера - ХtfmУ)

Детермінація (дослід Гордона) Визначення розвитку тільки в одному напрямку, що визначається наявністю в клітинах певних молекул-детермінант, Детерміновані клітини не змінюють будови та шляху розвитку (досліди культур диференційованих клітин), але можливі зміни детермінації.

Зміни детермінації Детермінація визначає диференціювання та стабільний стан клітин, але залежить від наявності цитоплазматичних детермінант. Зміни цитоплазматичного оточення “перепрограмують” генетичний матеріал на іншу програму диференціювання і розвитку.

Вроджені вади розвитку. Під вродженими вадами розвитку (ВВР) розуміють стійкі морфологічні зміни органу (органів), які виходять за межі варіації їхньої будови, які виникають внутрішньоутробне (частіше) чи після народження дитини (небагато).

До ВВР відносять слідуючи порушення розвитку: Аплазія (агенезія) –– вроджена відсутність органа. Гіпоплазія (гіпотрофія) –– вроджене зменшення розвитку органа (нестача маси чи розмірів органів, які перевищують два стандартних відхилення від середніх для даного показнику). Гіпертрофія (гіперплазія) –– вроджене збільшення маси і розмірів органів за рахунок збільшення кількості (гіперплазія) чи об’єму (гіпертрофія) клітин. Макросомія (гігантизм) –– збільшення довжини тіла. Гетеротопія –– наявність клітин чи тканин одного органа в другому, або в тих ділянках того ж самого органу, де вони повинні бути. Ектопія –– розташування органу в незвичному місці. Дуплікація –– подвоєння, а також збільшення у числі органів або їх часток (подвоєння матки, подвійна доза аорти, поліспленія).

Стеноз звуження каналу або отвору. Атрезія –– відсутність природного каналу чи отвору. Нерозділення органів (синдактилія, симподія, сирепомелія) або двох симетрично чи асиметрично з’єднаних близнюків. Персистування –– залишки ембріональних структур (наприклад, зона метонедорогенної ділянки у нирці новонародженого, боталова протока у дитини старшої 3 місяців). Дизрафія (арафія) –– незрощення ембріональних щілин (розщелина губи, незмикання кісток черепа і хребта, частіше за все супроводжується черепно і спинномозковими грижами). Порушення лобуляції –– зміна кількості долей (легень, печінки, нирок). Утворення несправжніх водянок (гідроцефалія, гідронефроз). Інверсія –– зворотнє (дзеркальне) розташування органів.

Вроджені вади ділять на: Клітинні (клітинні гетерокопії, гетероплазії, незрілість клітин та їх структур, персистування, аплазії); Тканинні (тканинні гетеротопії, синдактилії); Органні. В залежності від послідовності виникнення розрізняють первинні та вторинні пороки:

За об’ємом пошкодження первинні ВВР ділять на: а) ізольовані (поодинокі, локальні) –– локалізовані у одному органі (наприклад, стеноз привратника, персистування баталова протока): ізольовані –– 50,9%; б) системні –– вади в межах однієї системи органів (наприклад, хондродисплазія, артрогрипоз): системні –– 2,2%; в) множинні –– локалізовані в органах двох чи більше систем. Множинні пороки складають 46,9% (встановлення первинної множинної вади має велике значення, особисто для діагностики хромосомних хвороб, оскільки це все первинно множинні вади).

Первинні вади розвитку (ВООЗ, 1971) поділяються на: Спадкові (генні, хромосомні); Екзогенні (пошкодження тератогенними факторами ембріону або плоду); Мультифакторіальні (які визначаються генетичними та екзогенними факторами); Вади невстановленої етиології.

Прогенез В період прогенезу відбувається утворення і дозрівання гамет – гаметогенез, під час якого можливі порушення, які виникають внаслідок мутацій або рекомбінацій на молекулярному і клітинному рівні. Мутантні (незбалансовані) гамети у більшості знищуються (елімінуються), а при заплідненні і утворенні зиготи приводять до моногенних та хромосомних захворювань.

Кіматогенез (кіматопатії): а) бластогенез (бластопатії) –– від запліднення до 15 доби вагітності (дробіння, формування ембріобласту + трофобласту); б) ембріогенез (ембріопатії) –– 16–75 доба –– (органогенез, формування амніону + хоріону);

в) фетогенез (фетопатії) –– 76–280 діб (розвиток плоду, формування плаценти, народження). Поділяється на ранній фетальний період (76–180 доба), плід набуває життєздатності. В пізньому фетальному періоді (181–280) –– дозрівання плоду, старіння плаценти.

Причини кіматопатій. Любі фактори, які можуть завдати шкоду матері і плоду викликатимуть порушення!!! Плід захищений від прямого впливу зовнішнього середовища,але він дуже чутливий, особливо в періоди швидкого розмноження клітин і диференціювання органів. Нормальний ріст і розвиток нового організму залежить від експресії генетичної інформації та інтеграції між плацентою і кровотоком матері.

Механізм розвитку кіматопатій недостатньо вивчений. Але встановлені певні закономірності а) при любому патогенному (тератогенному) впливі обов’язково відбувається порушення нормального ходу онтогенезу – дизонтогенез. Дизонтогенез в різні періоди кіматогенезу проявляється на різних рівнях – від значних порушень розвитку зародка, які не сумісні з життям (бластопатії), до ультраструктурних змін у пізньому фетальному періоді.

б) у пізньому періоді кіматогенеза можлива додаткова реакція-відповідь на вплив тератогенних факторів у вигляді загально-патологічних процесів таких як запалення, пошкодження, порушення компенсаторно-пристосувальних та імунних реакцій. Розвиток аномалій і вад розвитку плоду корелюють з патологічними процесами. Наприклад, формування вад серця – з гіперплазією сполучної тканини, вади розвитку головного мозку – з наявністю некрозів, крововиливів.

в) велике значення для виникнення порушень плоду має час впливу (критичні періоди) на нього патогенного фактора.

Наприклад, в період бластогенезу на любий вплив зародок відповідає порушенням імплантації або порушеннями розвитку ембріо- і трофобласту в бластоцисті, а це приводить до загибелі ембріону (спонтанних абортів – в перші 14 тижнів або загибелі плоду – в пізні строки пренатального онтогенезу). В період ембріогенезу (ембріопатії) майже любий вплив приводить до утворення вад розвитку або загибелі.

Критичні (фенокритичні) періоди онтогенезу - періоди онтогенезу, які більш чутливі до впливу шкідливих факторів (чинників) середовища

Критичні періоди розвитку в пренатальному періоді онтогенезу

Постнатальні “критичні періоди”

Тератогенні фактори середовища. Фактори, які здатні викликати порушенні розвитку (аномалії і вади), називаються тератогенами (від греч. teratos — каліцтво). Наука про вроджені аномалії називається тератологією. Тератогени діють упродовж певних критичних періодів. Для будь-якого органу найбільш критичним періодом є час його росту й утворення характерних структур. Різні органи мають різні критичні періоди. Серце формується між 3-м і 4-м тижнями. Мозок і скелет чуттєві до шкідливих впливів постійно, починаючи з 3-го тижня після запліднення до кінця вагітності.

Немає ліків, які можуть бути цілком безпечними, особливо під час раннього періоду вагітності.

ФАС - фетальный алкогольний синдром споживання матір'ю алкоголю під час органогенезу в ранній період вагітності приводить до вроджених порушень, виразність яких залежить від кількості вжитого алкоголю. Фетальний алкогольний синдром (Фас) виявляється в 1 з 1000 новонароджених, у 30-50% дітей, породжених матерями, що вживають алкоголь кожен день. Фас характеризується відставанням у фізичному розвитку, наявністю порушень будови лицьового черепа (вузькі очні щілини, мікрогнатія), серцевих пороків (найбільше часто — дефекти перегородок), порушеннями будови хребта (spina bifida), розумовою відсталостю з мікроцефалією і недорозвиненням мозку.