Виды контроля и регуляции онтогенеза плацентарных. Принципы и механизмы регуляции онтогенеза

Реализация наследственной информации в становлении дефинитивного фенотипа.

Избирательная активность генов в развитии.

Механизмы онтогенеза на клеточном и организменном уровнях.

Главный вопрос биологии : каким образом из одного яйца возникает множество разных типов клеток! А из одного генотипа – несколько тысяч разных фенотипов?

У млекопитающих из одной зиготы формируются более 1000 разных типов клеток.

Карл Маркс : «Всякое развитие независимо от его содержания можно представить как ряд различных ступеней развития, связанных друг с другом таким образом, что одна является отрицанием другой».

Развитие – непрерывный процесс изменения, обычно сопровождающийся увеличением веса, размеров, изменением функций. Почти всегда предполагает рост, который может быть связан с увеличением размера клеток или их количества. Вес яйцеклетки 1*10х(-5)г, сперматозоида – 5х10(-9)г. У новорожденного – 3200 г.

Одним увеличением массы невозможно обеспечить формирование признаков, характерных для организма.

Этапы развития.

Детерминация клеток

Дифференцировка клеток

Образование новой формы, морфогенез.

Нарушение любого этапа может привести к возникновению пороков развития и уродств.

Детерминация - ограничение, определение – прогрессивное ограничение онтогенетических возможностей эмбриональных клеток. Это означает, что на этапе детерминации клетки по своим морфологическим признакам отличаются от эмбриональных клеток, но функции выполняют еще клеток эмбриональных. Т.е. детерминированные клетки еще не способны выполнять специальные функции. У млекопитающих детерминированные клетки появляются на стадии восьми бластомеров. Химерные, аллоферные организмы. В качестве объекта исследования мыши. Зародыши мышей на стадии 8 бластомеров с помощью фермента проназы извлекают и разбивают на отдельные бластомеры, производят смешивание бластомеров от разных животных в пробирке, а затем вшивают в матку. В результате получаются нормальные животные, но окраска частей различна, т.к. исходные формы были разных цветов. Если подобную операцию проводить на более поздних этапах эмбриогенеза – гибель животных, что доказывает детерминацию клеток на данном этапе.

Процесс детерминации находится под генетическим контролем. Это ступенчатый, многоэтапный процесс, изученный пока недостаточно хорошо. По-видимому, в основе детерминации – активация тех или иных генов и синтез разных и-РНК и, возможно, белков.

Детерминация может нарушаться, что приводит к мутациям. Классический пример – развитие у мутантов дрозофилы вместо усиков ротового аппарата – конечности. Формирование конечностей в нехарактерных местах.

Дифференцировка . Детерминированные клетки постепенно вступают на путь развития (неспециализированные эмбриональные клетки превращаются в дифференцированные клетки организма). Дифференцированные клетки в отличие от детерминированных обладают специальными морфологическими и функциональными организациями. В них происходят строго определенные биохимические реакции и синтез специальных белков.

Клети печени – альбумин.

Клетки эпидермиса кожи – кератин.

Мышцы – актин, миозин, миелин, миоглобин.

Молочные железы – казеин, лактоглобулин.

Щитовидная железа – тироглобулин.

Слизистая оболочка желудка – пепсин.

Поджелудочная железа – трипсин, химотрипсин, амилаза, инсулин.

Как правило, дифференциация происходит в эмбриональном периоде и приводит к необратимым изменениям полипотентных клеток эмбриона.

Синтез специальных белков начинается на очень ранних стадиях развития. Касательно стадии дробления: бластомеры отличаются друг от друга цитоплазмой. В цитоплазме различных бластомеров имеются разные вещества. Ядра всех бластомеров несут одну и ту же генетическую информацию, т.к. имеют одинаковое количество ДНК и идентичный порядок расположения пар нуклеотидов. Вопрос о специализации до сих пор не нашел ответа.

1939 год Томас Морган выдвинул гипотезу: « дифференцировка клеток связана с активностью разных генов одного и того же генома». В настоящее время известно, что в дифференцированных клетках работает около 10% генов, а остальные неактивны. В силу этого в разных типах специализированных клеток функционируют свои определенные гены. Специальными опытами по пересадки ядер из клеток кишечника головастика в безъядерную яйцеклетку было доказано, что в дифференцированных клетках сохраняется генетический материал и прекращение функционирования определенных генов обратимо. Из яйца лягушки удаляли ядро, брали ядро из клетки кишечника головастика. Развитие не происходило, иногда эмбриогенез происходил нормально. Строение взрослой лягушки полностью определялось ядром.

На функционирование генов в процессе развития многоклеточного организма оказывают влияние сложные и непрерывные взаимодействия ядра и цитоплазмы и межклеточные взаимодействия.

Регуляция дифференцировки происходит на уровне транскрипции и на уроне трансляции.

Уровни регуляции дифференцировки клеток .

На уровне транскрипции.

Система оперона

Участие белков – гистонов, которые образуют комплекс с ДНК.

Участки ДНК, покрытые гистоном, неспособны к транскрипции, а участки без гистоновых белков транскрибируются. Таким образом, белки участвуют в контроле над считываемыми генами.

Гипотеза дифференциальной активности генов: « Предположение о том, что в разных генах дифференцированных клеток репрессированы (закрыты для считывания) разные участки ДНК и поэтому синтезируются разные виды м-РНК».

На уровне трансляции.

На ранних стадиях эмбрионального развития весь белковый синтез обеспечивается матрицами, созданными в яйцеклетке до оплодотворения под управлением ее генома. Синтез и-РНК не происходит, меняется характер синтеза белка. У разных животных синтез включается по-разному. У амфибий синтез и-РНК после 10 деления, синтез т-РНК на стадии бластулы. У человека синтез и-РНК после 2го деления. Не все молекулы и-РНК, находящиеся в яйцеклетке одновременно используются для синтеза полипептидов, белков. Часть из них некоторое время молчит.

Известно, что во время развития организма закладка органов происходит одновременно.

Гетерохрония – закономерность, предполагающая неодновременное развитие.

Процесс дифференцировки клеток связан с депрессией определенных клеток. В процессе гаструляции депрессия генов зависит от влияния неодинаковой цитоплазмы в эмбриональных клетках. В органогенезе основное значение у межклеточных взаимодействий. Позже регуляция активности генов осуществляется через гормональные связи.

В зародыше разные участки влияют друг на друга.

Ели разделить зародыш тритона на стадии бластулы пополам, то из каждой половины развивается нормальный тритон. Если то же самое проделать после начала гаструляции, из одной половины формируется нормальный организм, а другая половина дегенерирует. Нормальный зародыш образуется из той половины, где располагались дорсальная губа бластопора. Это доказывает, что

клетки дорсальной губы обладают способностью организовывать программу развития зародыша

никакие другие клетки не способны это делать.

Спинная губа индуцирует в эктодерме образование головного и спинного мозга. Сама она дифференцируется в спинную хорду и сомиты. В дальнейшем многие соседние ткани обмениваются индукционными сигналами, что приводит к образованию новых тканей и органов. Функцию индукционного сигнала выполняют гормоны местного действия, которые стимулируют рост. Дифференцировку, служат факторами хемотаксиса, тормозят рост. Каждая клетка продуцирует гормон местного действия – кейлон, который тормозит вступление клеток в синтетическую фазу митоза и временно тормозит митотическую активность клеток этой ткани и вместе с антикейлоном направляет клетки по пути дифференцировки.

Морфогенез – образование формы, принятие новой формы. Образование формы чаще всего происходит в результате дифференциального роста. В основе морфогенеза лежит организованное движение клеток и групп клеток. В результате перемещения клетки попадают в новую среду. Процесс происходит во времени и пространстве.

Дифференцированные клетки не могут существовать самостоятельно, кооперируются с другими клетками, образуя ткани и органы. В образовании органов важно поведение клеток, которое зависит от клеточных мембран.

Клеточная мембрана играет роль в осуществлении

Клеточных контактов

Агрегации.

Межклеточный контакт – подвижные клетки приходят в контакт и расходятся, не теряя подвижности.

Адгезия – пришедшие в контакт клетки длительное время прижаты друг к другу.

Агрегация – между адгезированными клетками возникают специальные соединительнотканные или сосудистые структуры, т.е. происходит формирование простых клеточных агрегатов тканей или органов.

Для формирования органа необходимо присутствие в определенном количестве всех клеток, обладающих общим органным свойством.

Эксперимент с дезагрегированными клетками амфибий. Взяты 3 ткани – эпидермис нервной пластинки, участок нервных валиков, клетки эктодермы кишечника. Клетки дезагрегированы случайным образом и смешаны. Клетки начинают постепенно рассортировываться. Причем процесс сортировки продолжается до тех пор, пока не образуются 3 ткани: сверху слой эпидермальной ткани, затем нервная трубка и внизу - скопление эндодермальных клеток. Это явление получило название сегрегации клеток – избирательной сортировки.

Смешивали клетки глазных зачатков и хряща. Раковые клетки не способны к сегрегации и неотделимы от нормальных. Остальные клетки подвержены сегрегации.

Критические периоды развития.

Критический период – период, который связан с изменением обмена веществ (переключение генома).

В онтогенезе человека выделяют:

1. развитие половых клеток

2. оплодотворение

3. мплантация (7-8 неделя)

4. развитие осевых органов и формирование плаценты(3-8 недели)

5. стадия роста головного мозга (15-20 недели).

6. формирование основных функциональных систем организма и дифференцировка полового аппарата(10-14 недели).

7. рождение(0-10 дней)

8. период грудного возраста – максимальная интенсивность роста, функционирование системы энергопродукции и др.

9. дошкольный (6-9 лет)

10. пубертатный - для девочек 12. для мальчиков 13 лет.

11. окончание репродуктивного периода, у женщин – 55, у мужчин – 60 лет.

В критические периоды развития проявляются мутации, поэтому надо быть внимательным к этим периодам. Все генетические программы связаны с детскими учреждениями.

Наследственные пороки (уродства) вызваны изменениями у родителей в ходе гаметогенеза в генотипе.

Наследственные уродства – выражены из-за повреждающих факторов среды.

Описано около 50 форм наследственной глухоты. Около 250 аномалий глаза, около 100 аномалий скелета.

В развитии организма большое значение имеют иммунная, эндокринная и нервная системы.

Иммунная система способствует сохранению и зарождению жизни, контролирует генотипическое постоянство, выполняет контрольные функции. На ранних стадиях эмбриогенеза формируется из стволовых клеток.

До 2 месячного возраста развивается тимус, угасает к периоду полового созревания.

Иммунная система очищает организм от мутирующих генотипов.

Установлено, что в онтогенезе работают, сменяя друг друга, три системы регуляции.

1. Эмбриональная детерминация развития на основе позиционной информации, заложенной в яйце. В процессе роста и созревания яйцеклетки, когда она еще находится в материнском организме, в ее цитоплазме неравномерно откладываются различные РНК и белки-регуляторы, которые предопределяют будущий план раннего развития и ранней дифференциации клеток. Начало этой топологической неоднородности цитоплазмы яйца задает его полярное положение в яичнике: одним полюсом яйцо контактирует со стенкой (отсюда идет питание), другим обращено в просвет (здесь сосредотачиваются продукты сложных синтезов) (рис. 1а). Таким образом, еще до начала развития генетический материал (хромосомы в ядре) лежит в неоднородной, анизотропной среде, насыщенной биологически активными регуляторами. Уже в яйце мы имеем сочетание генетического (хромосомы) и эпигенетического (цитоплазма с регуляторами) факторов развития. После оплодотворения зигота многократно делится, и дочерние ядра попадают в различно детерминированные участки цитоплазмы, содержащие разные регуляторы (рис. 1б). Эти регуляторы и становятся первыми внутренними индукторами дифференцировки эмбриональных клеток.

2. Эмбриональная индукция - влияние одних зачатков на другие с помощью выделяемых клетками веществ-регуляторов. Этот механизм включается в ранних зародышах и представляет по сути эмбриональную гуморальную регуляцию; внешние регуляторы - индукторы выступают в роли первых гормонов. Так, например на стадии гаструлы (двухслойный зародыш) под действием выделений внутреннего слоя клеток впячиваются и дифференцируются клетки будущей нервной системы (рис. 1в).

3. Нейрогормональная регуляция дефинитивного (окончательного) типа, осуществляемая сложной системой желез внутренней секреции и нервной системой (рис. 1г). Заметим, что гормоны вырабатываются железами под контролем нервной деятельности, а нервная система в свою очередь находится под воздействием внешней среды.

Вся совокупность внешних относительно генотипа условий и регуляторов - от природно-климатических до нейрогормональных и внутриклеточных - и составляет сложную эпигенетическую программу развития, поскольку все эти факторы существенно влияют на генную активность, стимулируя одни гены и подавляя другие.

 ГОУ ВПО «Сургутский государственный университет ХМАО-Югры»

Методическая разработка

лабораторного занятия № 11 для студентов I-курса.

Тема занятия: «Регуляция онтогенеза».

Выполнил (а) студент (ка) I курса

Медицинского института

31- _____ группы

Ф.И.О._________________________

_________________________

Сургут, 2010 г.

Цель занятия : Изучить основные механизмы регуляции онтогенеза, критические периоды онтогенеза человека; влияние вредных факторов на плод и механизмы образования пороков развития.

Вопросы для самоподготовки студентов:

1. 
   Регуляционный и мозаичный тип развития, их отличия.
2. 
   В чем сущность дифференцировки клеток?
3. 
   Как происходит регуляция ранних стадий эмбрионального развития; когда начинает функционировать геном зародыша?
4. 
   В чем заключается действие генов в раннем развитии?
5. 
   Как изменяется генетическая потенция ядер клеток в процессе развития?
6. 
   Как осуществляется генетическая регуляция дифференци­ровки?
7. 
   Чем отличается взаимодействие клеток в период дробления, гаструляции, органогенеза?

1. 
   Какое значение имеет контакт бластомеров, к чему приво­дит их разъединение?
2. 
   Возможно ли развитие зародыша млекопитающих из смеси клеток двух-трех зародышей?

1. 
   Каковы основные формы взаимодействия клеток в периоды органогенеза?
2. 
   В чем сущность эмбриональной индукции, ее виды?
3. 
   Каковы химическая структура индукторов и механизм их действия?
4. 
   Какое значение имеет нервная система в регуляции онтоге­неза?
5. 
   В чем сущность гуморальной регуляции онтогенеза, виды регуляторов.
6. 
   Каковы механизмы гормональной регуляции в онтогенезе?
7. 
   Какое значение в эмбриогенезе имеют морфогенетические поля?
8. 
   Каковы возможные пути действия факторов среды, вызы­вающие нарушение эмбриогенеза?
9. 
   Почему эмбриопатии характеризуются более глубокими нарушениями, чем фетопатии?
10. 
    Как осуществляется взаимосвязь материнского организма и плода, каковы последствия ее нарушения?
11. 
    В чем разница между наследственными и ненаследственны­ми врожденными заболеваниями?
12. 
    Что такое фенокопии?
13. 
    Нарушения каких процессов в онтогенезе приводят к поро­кам развития?
14. 
    Что такое критические периоды эмбриогенеза?
15. 
    Что такое тератогены; их классификация, механизм действия?

Задание для студентов.

Работа 1. Регуляция развития плацентарных млекопитающих.

Перепишите табл. 1.

Таблица 1

Периоды онтогенеза	Виды регуляции
	генетическая	контактное взаимодействие клеток	эмбриональ­ная индукция	морфо генети­ческие поля	нервная	гормональная (гормоны зародыша)	факторы среды
Прогенез Эмбриогенез: Зародыш на ста­дии дробления Бластула Гаструла Зародыш на ста­дии органогенеза Зародыш в плод­ный период ^ Постэмбриональный период	+ Геном матери

^ Работа 2. Генетическая регуляция развития организма.

Гены регулируют и контролируют развитие организма на всех этапах онтогенеза (рис. 1).

Рис. 1. Генетический контроль развития млекопитающих [Коню­хов Б. В., 1976].

В овогенезе в цитоплазме яйцеклетки синтезируются и от­кладываются материнские РНК, которые несут информацию о белках и контролируют развитие зародыша от зиготы до стадии бластулы. Гены зародыша начинают функционировать у позво­ночных на разных стадиях дробления (например, у человека на стадии двух бластомеров), и продукты их деятельности начина­ют регулировать развитие зародыша. Таким образом, ранние этапы развития регулируются материнскими и зародышевыми генами. Начиная со стадии гаструлы у позвоночных развитие организма регулируется только продуктами деятельности соб­ственных генов зародыша.

Регуляция экспрессии генов в процессе развития организ­мов осуществляется на всех этапах синтеза белка, как по типу индукции, так и по типу репрессии, причем контроль на уровне транскрипции определяет время функционирования и характер транскрипции данного гена.

Разберите некоторые модели генетической регуляции на уровне транскрипции (рис. 2). Зарисуйте модель 1.

Рис. 2. Генетическая регуляция на уровне транскрипции.

А - модель 1: каскадная эмбриональная индукция; б - модель 2: репрессия ко­нечным продуктом; в - модель 3: регуляция экспрессии генов несколькими генами-регуляторами; г - модель 4: регуляция нескольких групп структурных генов одним геном.

Обозначьте:

С – сенсорный ген;

И – ген-интегратор;

П – промотор;

СГ – структурные гены;

O – индуктор;

Δ – репрессор.

Модель 1. Каскадная эмбриональная индукция (рис. 2, а).

Индуктор 1 взаимодействует с сенсорным геном (С), акти­вируя ген-интегратор (И), продукт деятельности которого дей­ствует через промотор (П) на структурные гены (СГ 1 , СГ 2 и СГ 3). В свою очередь продукт деятельности СГ 3 является ин­дуктором 2 для структурных генов СГ 4 , СГ 5 и т.д.

Модель 2. Репрессия конечным продуктом (рис. 2, б).

Продукты активности структурных генов в свою очередь ре­прессируют деятельность гена, контролирующего синтез ин­дуктора 1.

Модель 3. Регуляция экспрессии генов несколькими гена­ми-регуляторами (рис. 2, в).

Структурные гены активируются или репрессируются про­дуктами действия нескольких генов.

Модель 4. Регуляция нескольких групп структурных генов одним геном (рис. 2, г).

Индукция или репрессия нескольких структурных генов продуктом деятельности одного гена. Этой моделью можно объяснить плейотропное действие генов, влияние половых гормонов и т.д.

^ Работа 3. Политенные хромосомы.

В создании тканеспецифических продуктов участвует лишь небольшая часть генома. Места активного синтеза мРНК - пу­фы - хорошо видны в политенных (гигантских) хромосомах и представляют собой расплетенные участки хромосом, образую­щие менее компактную структуру.

А. Изучите микропрепарат под микроскопом при большом увеличении и зарисуйте. Обозначьте: 1 - эухроматин, 2 - гетерохроматин, 3 - пуф.

Б. Изучите по рис. 3 участок политенной хромосомы, пре­терпевающий пуфинг (по Grossbach, 1973, из Гилберт С., 1994). Зарисуйте рис. 3, г.

Рис. 3. Процесс пуфинга.

А-г - стадии образования пуфа;

Рис. 3. Процесс пуфинга (Продолжение)

Д - пуфинг в политенных хромосомах в динамике.

Работа 4. Регуляционная способность ядер. Клонирование.

В онтогенезе при дифференцировке клеток происходит избирательная экспрессия разных частей генома и ограничение генетических потенций у дифференцированных клеток. Одна­ко в ядрах соматических клеток сохраняются все гены, и в соот­ветствующих условиях они могут реактивироваться и обеспе­чить развитие нормального зародыша. Клонирование - это развитие нового организма, являющегося точной генетической копией родительской особи. У видов, размножающихся поло­вым путем, клонирование происходит при пересадке ядер из соматической клетки в энуклеированную яйцеклетку. Молодая особь при клонировании является точной копией организма-донора ядер соматических клеток. В настоящее время получе­ны путем клонирования животные разных классов, в том числе и млекопитающие. Оказалось, что в процессе, развития генетические потенции ядер соматических клеток снижаются, и чем старше донор соматических ядер, тем ниже процент развития клонированных особей. Кроме того, установили, что генетиче­ские потенции разных клеток донора неодинаковы.

Изучите рисунки по пересадке ядер, взятых из соматических клеток на разных стадиях развития лягушки (по Гёрдон, 1965, из Дьюкар Э., 1978) (рис. 4).

^ Рис. 4. Пересадка ядер из соматических клеток в яйцеклетки лягушки на разных стадиях развития клеток донора.

Работа 5. Взаимодействие бластомеров в период дробления , (лечебный факультет).

а. Влияние положения бластомеров на их дифференцировку. На дифференцировку клетки влияет ее положение в определен­ном месте зародыша в определенное время. У плацентарных животных до завершения восьмиклеточной стадии разные бластомеры не отличаются друг от друга по морфологии, биохимии и потенциям. Однако компактизация (сближение и увели­чение контакта бластомеров с образованием компактного клеточного шара) приводит к образованию наружных и внутрен­них клеток, которые резко различаются по своим свойствам. Наружные клетки формируют трофобласт, а внутренние - зародыш. Опыт по пересадке бластомеров показывает, что образование из бластомеров трофобласта или клеток зародыша оп­ределяется тем, где оказалась клетка - на поверхности или внутри группы клеток.

Изучите рис. 5, а пересадки бластомеров у зародышей мыши [Минц Б., 1970; Hillman et al., 1972].

Рис. 5. Взаимодействие бластомеров в период дробления.

А - пересадка бластомеров зародышам мыши; б - соединение бластомеров у зародышей мыши: 1 -зародыш, 2 - трофобласт; в - механизмы формирова­ния однояйцевых близнецов и двойниковых уродств у человека: 1 - внутрен­ние клетки бластоцисты; 2 - полость бластоцисты; 3 - зародыш; 4 - полость амниона; 5 - полость хориона; 6 - не полностью разъединенные близнецы.

б. Влияние контакта бластомеров на развитие зародыша. Образование однояйцевых близнецов и двойниковых уродств у человека.

При сохранении полного контакта бластомеров развивается один организм. Также один организм развивается при объеди­нении бластомеров нескольких зародышей. После специально­го воздействия бластомеры нескольких четырехклеточных за­родышей могут соединиться с образованием общей морулы. Например, если соединить бластомеры зародышей трех разных линий с контрастной окраской (белой, черной и рыжей), фор­мируется морула, из которой развиваются мыши с разноокрашенными участками кожи. Это связано с перемешиванием бла­стомеров зародышей разных линий мышей, часть из которых пошла на образование зародыша и свидетельствует о том, что наследственный материал бластомеров не смешивается.

Изучите рис. 5,б - соединение бластомеров у зародышей [Гилберт С, 1993].

Потеря контакта между бластомерами изменяет их судьбу. Разъединение клеток зародыша на ранних этапах развития при­водит к образованию идентичных близнецов, так как ранние бластомеры тотипотентны. Неполное разъединение клеток за­родыша приводит к возникновению двойниковых уродств, ко­торые могут быть у разных видов беспозвоночных, позвоноч­ных животных и у человека.

Рассмотрите слайды, таблицы, рисунки с примерами двой­никовых уродств у разных видов животных и человека.

Изучите рис. 5, в, на котором показан механизм образова­ния однояйцевых близнецов и двойниковых уродств у человека [из: Гилберт С., 1993, переработано].

Рис. 5. Продолжение.

Примерно в 33 % случаев разъединение бластомеров идет до образования трофобласта. Близнецы имеют собственные хорион и амнион.

Разъединение бластомеров после образования трофобласта, но до образования амниона происходит примерно в 66 % случаев. Близнецы имеют собственные амниотические оболочки, но находятся в общем хорионе.

Разъединение бластомеров после образования ам­ниона происходит редко, в нескольких процентах случаев. Близнецы имеют общие амнион и хорион.

Неполное разъединение клеток зародыша. Близне­цы имеют общие отделы тела (двойниковое уродст­во).

Работа 6. Клеточные процессы в периоды гаструляции и ор­ганогенеза.

Изучите табл. 2, рис. 6 и 7, слайды и препараты по эм­бриогенезу животных. Перепишите таблицу.

Рис. 6. Последовательные этапы формирования лица (вид спереди). а - 4-недельный зародыш (3,5 мм.); б - 5-недельный зародыш (6,5 мм); в - 5,5-недельный зародыш (9 мм); г - 6-недельный зародыш (12 мм); д - 7-недельный зародыш (19 мм); е - 8-недельный зародыш (28 мм). 1 - лобный выступ; 2 - обонятельная плакода; 3 - носовая ямка; 4 - ротовая пластинка; 5 - ротовое отверстие; 6 - верхнечелюстной отросток; 7 - нижнечелюстная дуга; 8 - гиоидная дуга; 9 - медиальный носовой отросток; 10 - латеральный носовой отросток; 11 - носослезная бороздка; 12 - гиомандибулярная щель; 13 - область филтрума, сформированная слившимися медиальными носовыми отростками; 14 - наружное ухо; 15 - слуховые бугорки вокруг гиомандибулярной щели; 16 - подъязычная кость; 17 - хрящи гортани.

Таблица 2

Формы клеточных взаимодействий	Образование нормальных структур (примеры)	Последствия нарушений межклеточных взаимодействий (примеры)
^ Клеточные перемещения Избирательное размножение клеток Избирательная клеточная гибель Клеточная адгезия Клеточные сгущения	Перемещение клеток при гаструляции, при образовании нервной трубки, при перемещении первичных половых клеток. Закладка зачатков отдельных органов. Разделение пальцев, гибель эпителиальных клеток при слиянии небных зачатков, носовых отростков. Гибель нейроэпителиальных клеток при образовании нервной трубки. Образование нервной трубки из нервной пластинки, слияние зачатков структур лица (небных отростков, носовых отростков между собой и с верхнечелюстными отростками). Образование зачатков конечностей.	Нарушение образования гаструлы, нервной трубки; нарушение структуры, изменение количества или отсутствия гонад. Отсутствие органа или его доли. Синдактилия, расщелина твердого неба, расщелины твердой губы, лица, спинномозговые грыжи. Спинномозговая грыжа, расщелины твердого неба, верхней губы, лица. Отсутствие конечностей, дополнительные конечности.

Рис. 7. Развитие неба у зародыша свиньи [Карлсон Б., 1983].

А-г - этапы развития вторичного неба (препарат крыши ротовой полости, х 5); д, е (поперечные срезы, иллюстрирующие до и после опускания языка, 1 - верхняя губа; 2 - срединный небный отросток; 3 - латеральный небный отросток; 4 - носовая перегородка; 5 - язык; 6 - шов неба.

Работа 7. Эмбриональная индукция.

Разберите рис. 8, а, б, зарисуйте и обозначьте основные структуры.

Рис. 8. Эмбриональная индукция почки и зуба у млекопитающих, а - развитие почек: 1 - предпочка. 2 - мезонефральный канал, 3 - мезенхима первичной почки, 4 - первичная почка, 5 - вырост мочеточника вторичной почки, 6 - мезенхима вторичной почки, 7 - зачаток вторичной почки, → ин­дукция; б - ранние стадии развития зуба: I - десна нижней челюсти (вид свер­ху): II - поперечный срез десны; III-VI - стадии развития зуба: 1 - гребень десны, 2 - зубная пластинка, 3 - мезодермальные зубные сосочки, 4 - зача­ток эмалевого органа, 5 - амелобласты, 6 - зачаток эмали, 7 – одонтобласты, 8 - зачаток дентина, 9 - зачаток пульпы, 10 - эмаль, 11 - дентин; → индук­ция; ↔ − взаимная индукция.

^ Лечебный факультет :

А. Эмбриональная индукция, обусловливающая развитие почек у млекопитающих (рис. 8, а).

Мезонефральный (вольфов) канал индуцирует образование первичной почки. Вырост мочеточника из мезонефрального канала индуцирует образование вторичной почки, которая в свою очередь поддерживает рост мочеточника. Метанефрогенная мезенхима индуцирует ветвление мочеточника. Эпителий разветвлений мочеточника индуцирует мезенхиму к образованию почечных канальцев.

^ Стоматологический факультет

Б. Эмбриональная индукция, обусловливающая развитие зуба у млекопитающих (рис. 8, б) [Дьюкар Э., 1978].

Первый зачаток зубов - зубная пластинка, утолщенная по­лоска эктодермы по гребню десны, развивается независимо от мезодермы. Под зубной пластинкой появляется ряд мезодермальных зубных сосочков, которые индуцируют образование из эктодермы зачатков эмалевого органа (при удалении мезодермальных сосочков зачатки эмалевого органа не образуются). Взаимная индукция между эмалевым органом и мезодермальным зубным сосочком приводит к формированию клеток, об­разующих эмаль, дентин и пульпу. На следующей стадии дифференцировки возникающие эмаль и дентин оказывают взаимное влияние на развитие друг друга.

Работа 8. Взаимосвязь нервной системы и иннервируемого ею органа в онтогенезе.

Взаимодействие между центрами ЦНС и иннервируемыми органами устанавливается на ранних этапах эмбриогенеза, при­чем эти структуры взаимно стимулируют развитие друг друга. Отсутствие периферических нервов или их повреждение (на­пример, лекарственными препаратами, токсинами токсоплазмы и др.) вызывают нарушение формирования иннервируемых ими структур. Так, например, в Европе родились несколько со­тен детей с отсутствием конечностей, матери которых в период беременности принимали снотворное талидомид.

В постнатальном периоде сохраняется взаимосвязь между нервной системой и иннервируемыми органами. Родовые трав­мы головного мозга и периферических нервов приводят не только к параличам, но и к атрофии мышц и отставанию роста соответствующих конечностей или односторонней гипотрофии структур лица (при врожденном параличе VI-VII черепных нервов). Способствуют восстановлению поврежденных струк­тур головного и спинного мозга пассивные движения (для это­го созданы специальные аппараты), массаж и физиотерапевти­ческая стимуляция иннервируемых органов.

При нейрофиброматозе (аутосомно-доминантный тип на­следования) развиваются опухоли периферических нервов. Если заболевание начинается в раннем детстве, то на той сто­роне тела, где развиваются опухоли, возникает гипертрофия костей и мягких тканей. Например, развивается дизморфоз лица (несимметричное, непропорциональное развитие струк­тур, формирующих лицо).

Установлено, что в раннем детстве игры, способствующие движению кистей рук, особенно мелкие, точные формы дея­тельности, стимулируют развитие структур головного мозга, в том числе и развитие интеллекта.

Разберите схемы экспериментов по изучению взаимосвязи нервных центров и иннервируемых органов.

Удаление нерва на левой стороне зародыша аксолотля при­вело к отсутствию конечности на оперированной стороне тела. Отсутствие конечности может быть обусловлено действием нейротропных тератогенов (токсины при токсоплазмозе, тали­домид и др.) (рис. 9, а).

Удаление зачатка конечности у зародыша аксолотля приво­дит к уменьшению размеров ганглиев и рогов серого вещества спинного мозга на оперированной стороне (рис. 9, б).

Рис. 9. Взаимосвязь нервных центров и иннервируемых органов [Дьюкар Э., 1978, с изменениями].

А - влияние спинномозговых нервов на развитие конечности: 1 - спинной мозг, 2 - спинномозговой нерв, иннервирующий конечность, 3 - спинномоз­говой ганглий, 4 - конечность; б- влияние зачатка конечности на развитие сегментов спинного мозга (поперечный сред зародыша аксолотля с удаленным зачатком конечности: 1 - спинномозговой ганглий, 2 - спинномозговой нерв, 3 - дорсальные рога серого вещества спинного мозга, 4 - вентральные рога се­рого вещества спинного мозга.

Работа 9. Гормональная регуляция онтогенеза у плацентар­ных млекопитающих.

Изучите по табл. 3 влияния гормонов на процессы разви­тия организма.

Таблица 3

Источник образования Гормона	Гормоны	Основные эффекты
Гипоталамус Гипофиз ^ Эпифиз (шишковид­ное тело) Щитовид­ная железа Поджелудоч­ная железа Надпочеч­ники Яичники: фолликулы желтое тело Плацента Семенники Тимус	Либерины Гонадолиберин Соматропный гормон Тиреотропный гормон(ы) Адренокортикотропный гормон (АКТГ) Гонадотропины: А) фолликулостимулирующий гормон (ФСГ) Б) лютеинизирующий гормон В) пролактин (лютеотропный гормон - ЛТГ) Мелатонин (син­тезируется но­чью) Серотонин (син­тезируется днем) Тироксин Инсулин Кортизол Эстрогены Прогестерон Прогестерон Хорионический соматомаммотропин (плацен­тарный гормон роста) Тестостерон Фактор, ингибирующий парамезонефральные протоки Дигидротестостерон Тимозин	В раннем эмбриогенезе гормоны ги­поталамуса влияют на дифференцировку и миграцию нейронов. В позднем эмбриогенезе и постна­тальном периоде - регулируют разви­тие опосредованно путем изменения синтеза гормонов гипофиза. Усиливают синтез гормонов аденогипофиза. Тормозят синтез гормонов аденогипофиза. Определяет момент наступления по­ловой зрелости и характер полового поведения. Усиливает пролиферацию клеток и синтез белка. В постнатальном перио­де регулирует рост. Ускоряет рост и дифференцировку клеток щитовидной железы. Стимулирует рост надпочечников и продукцию стероидов. Усиливают пролиферацию стволовых клеток, рост фолликулов в яичниках, стимулируют рост семенных канальцев и семенников, образование поло­вых гормонов в гонадах. Инициируют гаметогенез. Поддерживает желтое тело беремен­ности в активном состоянии. Стиму­лирует рост молочной железы и секрецию молока. Регулирует суточные биологические ритмы, половое созревание и репро­дуктивные функции. Чувствительные к серотонину нейро­ны регулируют поведение, сон, про­цессы терморегуляции. Регуляция двигательной активности пищеварительного тракта. Повышает интенсивность обмена ве­ществ и синтеза белка; регулирует развитие головного мозга, рост и про­порции тела. Необходим для нормального развития производных кожи. Инициирует дифференцировку молочной железы. Усиливает пролиферацию. Необходим для нормального развития многих органов на поздних стадиях он­тогенеза. Стимулирует поздние стадии дифференцировки молочных желез. Стимулируют развитие женских вто­ричных половых признаков; способст­вуют пролиферации и секреции в эпи­телиальных клетках матки; начальных изменений в молочных железах. Сохранение беременности; дальнейшая дифференцировка молочных желез. Дальнейшая пролиферация эпителия матки и сохранение беременности; дальнейшая дифференцировка мо­лочных желез. Действие, сходное с действием гормо­на роста и пролактина гипофиза. Определяет развитие мужских поло­вых путей, семенников, вторичных половых признаков и гормональной функции гипоталамуса (в эмбриогенезе), ингибирует развитие молочных желез, регулирует рост тела. Регрессия парамезонефральных мюллеровых протоков. Развитие предстательной железы, пениса, мошонки. Пролифирация Т-лимфоцитов.

Работа 10. Воздействие вредных факторов среды на зародыш.

Изучите таблицу 4, разберите и зарисуйте схему 1, приведите примеры прямого и опосредованного повреждения зародыша.

Таблица 4

Факторы	Основные механизмы нарушений	Эмбрио- и фетопатии
I. Неполноценное питание матери 1. Голодание и недоедание 2. Дефицит белка 3. Дефицит вита­минов (часто без гиповитаминоза у матери): Витамина А витамина В2 витамина С витамина Е фолиевая кислота 4. Избыток витаминов: Витамина А витамина С ^ II. Заболевания матери Ревматические пороки сердца Ненаследственные врожден-ные пороки сердца Гипертониче­ская болезнь 4. Анемия 5. Сахарный диабет 6. Тиреотоксикоз 7.Патология надпочечников 8. Иммунологи­ческий конфликт (по резус-факто­ру и системе АВ0; наиболее часто несовмес­тимы: 0 - А, 0 - В, А - В, В - А, комбинации групп крови ма­тери и плода) III. Внутриутроб­ные инфекции 1.Вирус краснухи 2. Вирус гриппа 3. Вирус полиомиелита 4. Вирусный ге­патит (болезнь Боткина) Токсоплазмоз ^ IV. Ионизирующая радиация V. Влияние хи­мических соеди­нений, в том чис­ле лекарственных веществ (более 600 соединений) Алкоголь	Нарушение трофики за­родыша. Нарушение метаболизма у зародыша. Нарушение окислитель­но-восстановительных процессов в эпителии. Нарушение роста, обра­зование ферментов био­логического окисления. Нарушение процессов окисления, образования соединительной ткани, биосинтеза. Нарушение окисления жиров, приводящее к по­явлению токсичных про­дуктов. Нарушение синтеза ряда аминокислот, метальных групп. Нарушение роста, окислительно-восстановительных процессов. Гипоксия, нарушение трофики, дистрофиче­ские изменения плацен­ты. Гипоксия, нарушение трофики, дистрофиче­ские изменения плаценты. Гипоксия, нарушение маточно-плацентарного кровообращения, морфофункциональные на­рушения плаценты. Нарушается транспорт кислорода к плоду, де­фицит железа, морфоло­гические изменения пла­центы. Гормональные сдвиги, гипергликемия и кетоацидоз, ухудшение маточно-плацентарного кровообращения, пато­логические изменения в плаценте. Повышенное выделение гормонов щитовидной железы. Недостаток или избыток гормонов надпочечников. Проникают через пла­центу резус-антитела. Проникновение через плаценту неполных изоиммунных антител А и В, которые вызывают ге­молиз эритроцитов пло­да. Выделившийся не­прямой билирубин явля­ется сильным тканевым токсином. Инфицирование зароды­ша, особенно в первые три месяца развития. Инфицирование плода, интоксикация организма матери, гипертермия, нарушение маточно-плацентарного кровообра­щения. Вирус переходит через плаценту, вызывая забо­левание. Патологические изменения материнского организма, изменения в плаценте. Поражение зародыша проникающими радиацией и токсичными продуктами поврежденных тканей. Непосредственное дейст­вие на зародыш. Наруше­ние структуры и функ­ции плаценты. Патологи­ческие изменения в мате­ринском организме. Прямое токсическое действие на плод, пла­центу и организм матери. Повреждение гамет, ге­неративные мутации. Прямое токсическое действие.	Гипотрофия плода, различные аномалии развития, преимущественно центральной нервной системы, мертворождение, ослабленные, склонные к заболевани­ям дети. Дефекты органов зрения и мочеполовой системы. Деформация конечно­стей, расщепление твер­дого неба, гидронефроз, гидроцефалия, аномалии сердца и др. Возможны гибель заро­дыша, выкидыш. Аномалии мозга, глаз, скелета. Пороки сердца и сосудов. Расщепление твердого неба, анэнцефалия. Увеличивается вероят­ность выкидыша. Гипотрофия плода, функциональная незре­лость, аномалии органов и систем, преимущест­венно сердечно-сосуди­стой. У детей часто встречаются инфекционно-аллергические за­болевания и нарушения нервной системы. Гипотрофия плода. По­роки развития, в основ­ном сердца и сосудов. Гипотрофия плода, на­рушения сердечно-сосу­дистой системы. Повы­шенная заболеваемость у детей. Гибель плода, наруше­ние центральной нерв­ной системы, анемия у детей. Гибель плода, недоно­шенные, незрелые с повышенной массой плоды, функциональная не­зрелость поджелудочной железы, легких, реже из­менения щитовидной железы, почек. Встреча­ются анэнцефалия, гид­ронефроз и другие нарушения центральной нервной системы Нарушение формирова­ния центральной нерв­ной системы, щитовид­ной железы и, меньше, других желез внутренней секреции. Реже аномалии сердечно-сосудистой системы, костно-мышечной, половой и др. Функциональная неполно­ценность надпочечников. Гемолитическая болезнь плода и новорожденного. Аномалии сердца, мозга, органов слуха, зрения и др. Аномалии половых орга­нов, катаракта, «заячья губа». Врожденный полиомие­лит. Уродства на разных стади­ях развития. Врожденный вирусный гепатит, ослож­ненный циррозом печени; задержка развития. Уродства головного моз­га, глаз, конечностей, «волчья пасть», пороки сердца, заболевания эн­докринных органов. Врожденная лучевая бо­лезнь. Наиболее часто паралич нервной системы. Могут быть анома­лии глаз, сосудов, легких, печени, мочеполовых ор­ганов, конечностей. Различные пороки раз­вития, зависящие от ве­щества, дозы и срока по­ступления. Гипотрофия, склонность детей к респираторным заболеваниям. Умственная отсталость, психические заболева­ния, пороки сердца, эпи­лепсия, алкогольное по­ражение плода.

Схема 1. Воздействие вредных факторов среды на зародыш.

Работа 11. Критические периоды в онтогенезе человека.

Изучите и перепишите табл. 5.

Таблица 5

Периоды онтогенеза человека	Критические периоды	Возможные нарушения развития
Предымплантаци­онный и имплантационный Период гисто- и органогенеза и начала плацентации Перинатальный пе­риод (роды) Период новорожденности Подростковый (пу­бертатный) Климактерический	Для всего зародыша Для разных органов и систем не совпадают по времени Для всего организма и отдельных органов и систем Для всего организ­ма и отдельных ор­ганов и систем Для всего организ­ма и отдельных ор­ганов и систем	Гибель зародыша Двойниковые уродства Наследственные болезни Пороки и аномалии развития различных органов и систем, гибель зародыша Травмы, детский церебральный паралич, слабоумие, гибель Высокая вероятность перегревания, переохлаждения, патологии различных организмов и систем, неспецифических инфекций и гибели Повышен риск проявления ненаследственных заболеваний, нарушения обмена веществ, подростковых нарушений поведе­ния, психической ранимо­сти, агрессивности. Увели­чивается смертность Возрастает риск развития соматических и психиче­ских болезней, увеличива­ется частота возникнове­ния опухолей. Повышается смертность

^ Работа 12. Классификация и механизмы образования пороков развития.

Изучите и перепишите информацию по классификации механизмов образования пороков развития.

^ I. По этиологическому признаку.

1. Наследственные: а) генеративные мутации (наследственные болезни); б) мутации в зиготе и бластомерах (наследственные болезни, мозаицизм).

2. Ненаследственные: а) нарушение реализации генетической информации (фенокопии); б) нарушение взаимодействия клеток и тканей; пороки развития органов и тканей (тератомы, кисты); в) соматические мутации (врожденные опухоли.)

3. Мультифакториальные.

II. По периоду онтогенеза.

1. 
   Гаметопатии: а) наследственные; б) ненаследственные (перезревание гамет).
2. 
   Бластопатии до 15-го дня; а) наследственные болезни (мозаицизм - зародыш состоит из клеток с нормальным и атипичным набором хромосом); б) не наследственные (двойниковые уродства, циклопия, сиреномелия).
3. 
   Эмбриопатии до конца 8-й недели: большинство поро­ков развития, пороки, обусловленные действием тератогенов.
4. 
   Фенопатии от 9 нед. до родов. Пороки этой группы встре­чаются редко: остатки эмбриональных структур (персистирование); сохранение первоначального расположения органов, например крипторхизм; недоразвитие отдель­ных органов или всего плода, отклонения в развитии органов.
5. 
   ^ Пороки, возникающие в постнатальный период (возника­ют реже, чем вышеуказанные пороки, обусловлены трав­мами или заболеваниями).

Контроль итогового уровня знаний:

Тестовые задания

1. Выберите один правильный ответ.

^ УЧЕНИЕ О ЗАРОДЫШЕВОМ РАЗВИТИИ ОРГАНИЗМОВ ПУТЕМ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ НО­ВЫХ СТРУКТУР НАЗЫВАЕТСЯ:

1. 
   Преформизм.
2. 
   Эпигенез.
3. 
   Трансформизм.
4. 
   Витализм.

2. Выберите один правильный ответ.

^ ГЕНЕТИЧЕСКАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ОНТОГЕНЕЗА У ПОЗВО­НОЧНЫХ ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ ПУТЕМ:

1. Уменьшения количества генов в процессе развития.

2. Репрессии генов.

3. Дерепрессии генов.

4. Дерепрессии и репрессии генов.

3. Выберите один правильный ответ.

^ ПРИ КЛОНИРОВАНИИ РЕГУЛИРУЮТ РАЗВИТИЕ ЗА­РОДЫША ГЕНЫ:

1. 
   Сперматозоида.
2. 
   Яйцеклетки.
3. 
   Сперматозоида и яйцеклетки.
4. 
   Соматической клетки.

4. Выберите один правильный ответ.

^ ОДНОЯЙЦОВЫЕ БЛИЗНЕЦЫ ОБРАЗУЮТСЯ В РЕЗУЛЬТАТЕ;

1. 
   Разъединения клеток зародыша на стадии гаструлы.

1. 
   Разъединения клеток зародыша на стадии дифференцировки зародышевых листков.

1. 
   Полного расхождения бластомеров.
2. 
   Неполного расхождения бластомеров.

5. Выберите несколько правильных ответов.

^ ПРИ ОБРАЗОВАНИИ НЕРВНОЙ ТРУБКИ ПРОИСХОДИТ:

1. 
   Избирательное размножение клеток.
2. 
   Сгущение мезодермальных клеток.
3. 
   Избирательная гибель клеток.
4. 
   Адгезия клеток.

6. Выберите один правильный ответ.

^ ЭМБРИОНАЛЬНАЯ ИНДУКЦИЯ НАЧИНАЕТ РЕГУЛИ­РОВАТЬ РАЗВИТИЕ ПОЗВОНОЧНЫХ В ПЕРИОД:

1. 
   Дробления.
2. 
   Ранней гаструляции.
3. 
   Нейруляции.
4. 
   Органогенеза.

7. Выберите несколько правильных ответов.

^ СТАДИЯ ЗАВИСИМОЙ ДИФФЕРЕНЦИРОВКИ КЛЕТОК ХАРАКТЕРИЗУЕТСЯ:

1. 
   Повышением чувствительности к действию индукторов.
2. 
   Понижением чувствительности к действию индукторов.
3. 
   Отсутствием способности к трансдифференцировке.
4. 
   Способностью к трансдифференцировке.

8. Выберите один правильный ответ.

^ ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ РАЗВИТИЯ У МЛЕКО­ПИТАЮЩИХ НАЧИНАЕТСЯ В ПЕРИОД:

1. 
   Гаструляции.
2. 
   Дробления.
3. 
   Гисто- и органогенеза.
4. 
   Плодный.

9. Выберите несколько правильных ответов.

^ НАИБОЛЬШАЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ОРГАНОВ ЗАРО­ДЫША К ДЕЙСТВИЮ ТЕРАТОГЕНА В ПЕРИОДЫ:

1. 
   Закладки зачатков органов.
2. 
   Закладки новых структур органа.
3. 
   Дифференцировки клеток органа.
4. 
   Роста органа.

10. Установите соответствие.

^ ПОРОКИ РАЗВИТИЯ: МЕХАНИЗМЫ ВОЗНИКНО ВЕНИЯ:

1. 
   Наследственные. а) генеративные мутации;
2. 
   Ненаследственные. б) мутации в бластомерах;

в) мутации в клетках зачатков органов;

Г) нарушение функций генов;

Д) нарушение закладки органов.

Термины:

Адгезия, биологическая смерть, взрослое состояние, гуморальной регуляции онтогенеза, дефинитивные структуры органов, дорепродуктивный период, зародыш, зародышевые оболочки, критический период развития, критические периоды эмбриогенеза, личиночное развитие, развитие половозрелого организма, репродуктивный период, пострепродуктивный период, половое созревание, прямое развитие, непрямое развитие (развитие с метаморфозом), сиреномелия, старение, циклопия, ювенальный период, эмбриональной индукции.

Основная литература

1. Биология / Под ред. В.Н. Ярыгина. - М.: Высшая школа, 2001. - Кн. 1. - С. 150, 280-282, 294-295, 297-298, 317-368, 372, 409-418.

2. Пехов А.П. Биология и общая генетика. - М.: Изд-во РУДН, 1993. - С. 166, 201-219.

Дополнительная литература

1. Газарян К.Г., Белоусов М.В. Биология индивидуального развития жи­вотных. - М.: Высшая школа, 1983.

2. Гилберт С. Биология развитая. - М.: Мир, 19^9,3, т. 1; 1994, т. 2; 1995, т. 3.

ГОУ ВПО «Сургутский государственный университет ХМАО-Югры»

Методическая разработка

лабораторного занятия № 11 для студентов I -курса.

Тема занятия: « Регуляция онтогенеза ».

Выполнил (а) студент (ка) I курса

Медицинского института

31- _____ группы

Ф. И.О._________________________

_________________________

Сургут, 2010 г.

Цель занятия : Изучить основные механизмы регуляции онтогенеза, критические периоды онтогенеза человека; влияние вредных факторов на плод и механизмы образования пороков развития.

Вопросы для самоподготовки студентов:

1. Регуляционный и мозаичный тип развития, их отличия.

2. В чем сущность дифференцировки клеток?

3. Как происходит регуляция ранних стадий эмбрионального развития; когда начинает функционировать геном зародыша?

4. В чем заключается действие генов в раннем развитии?

5. Как изменяется генетическая потенция ядер клеток в процессе развития?

6. Как осуществляется генетическая регуляция дифференци­ровки?

7. Чем отличается взаимодействие клеток в период дробления, гаструляции, органогенеза?

8. Какое значение имеет контакт бластомеров, к чему приво­дит их разъединение?

9. Возможно ли развитие зародыша млекопитающих из смеси клеток двух-трех зародышей?

10. Каковы основные формы взаимодействия клеток в периоды органогенеза?

11. В чем сущность эмбриональной индукции, ее виды?

12. Каковы химическая структура индукторов и механизм их действия?

13. Какое значение имеет нервная система в регуляции онтоге­неза?

14. В чем сущность гуморальной регуляции онтогенеза, виды регуляторов.

15. Каковы механизмы гормональной регуляции в онтогенезе?

16. Какое значение в эмбриогенезе имеют морфогенетические поля?

17. Каковы возможные пути действия факторов среды, вызы­вающие нарушение эмбриогенеза?

18. Почему эмбриопатии характеризуются более глубокими нарушениями, чем фетопатии?

19. Как осуществляется взаимосвязь материнского организма и плода, каковы последствия ее нарушения?

20. В чем разница между наследственными и ненаследственны­ми врожденными заболеваниями?

21. Что такое фенокопии?

22. Нарушения каких процессов в онтогенезе приводят к поро­кам развития?

23. Что такое критические периоды эмбриогенеза?

24. Что такое тератогены; их классификация, механизм действия?

Задание для студентов.

Работа 1. Регуляция развития плацентарных млекопитающих.

Перепишите табл. 1.

Таблица 1

Периоды онтогенеза	Виды регуляции
генетическая	контактное взаимодействие клеток	эмбриональ­ная индукция	морфо генети­ческие поля	нервная	гормональная (гормоны зародыша)	факторы среды
Прогенез Эмбриогенез: Зигота Зародыш на ста­дии дробления Бластула Гаструла Зародыш на ста­дии органогенеза Зародыш в плод­ный период Постэмбриональный период	Геном матери

Работа 2. Генетическая регуляция развития организма.

Гены регулируют и контролируют развитие организма на всех этапах онтогенеза (рис. 1).

Рис. 1. Генетический контроль развития млекопитающих [Коню­хов Б. В., 1976].

В овогенезе в цитоплазме яйцеклетки синтезируются и от­кладываются материнские РНК, которые несут информацию о белках и контролируют развитие зародыша от зиготы до стадии бластулы. Гены зародыша начинают функционировать у позво­ночных на разных стадиях дробления (например, у человека на стадии двух бластомеров), и продукты их деятельности начина­ют регулировать развитие зародыша. Таким образом, ранние этапы развития регулируются материнскими и зародышевыми генами. Начиная со стадии гаструлы у позвоночных развитие организма регулируется только продуктами деятельности соб­ственных генов зародыша.

Регуляция экспрессии генов в процессе развития организ­мов осуществляется на всех этапах синтеза белка, как по типу индукции, так и по типу репрессии, причем контроль на уровне транскрипции определяет время функционирования и характер транскрипции данного гена.

Разберите некоторые модели генетической регуляции на уровне транскрипции (рис. 2). Зарисуйте модель 1.

Рис. 2. Генетическая регуляция на уровне транскрипции.

а - модель 1: каскадная эмбриональная индукция; б - модель 2: репрессия ко­нечным продуктом; в - модель 3: регуляция экспрессии генов несколькими генами-регуляторами; г - модель 4: регуляция нескольких групп структурных генов одним геном.

Обозначьте:

С – сенсорный ген;

И – ген-интегратор;

П – промотор;

СГ – структурные гены;

O – индуктор;

Δ – репрессор.

Модель 1. Каскадная эмбриональная индукция (рис. 2, а).

Индуктор 1 взаимодействует с сенсорным геном (С), акти­вируя ген-интегратор (И), продукт деятельности которого дей­ствует через промотор (П) на структурные гены (СГ1, СГ2 и СГ3). В свою очередь продукт деятельности СГ3 является ин­дуктором 2 для структурных генов СГ4, СГ5 и т. д.

Модель 2. Репрессия конечным продуктом (рис. 2, б).

Продукты активности структурных генов в свою очередь ре­прессируют деятельность гена, контролирующего синтез ин­дуктора 1.

Модель 3. Регуляция экспрессии генов несколькими гена­ми-регуляторами (рис. 2, в).

Структурные гены активируются или репрессируются про­дуктами действия нескольких генов.

Модель 4. Регуляция нескольких групп структурных генов одним геном (рис. 2, г).

Индукция или репрессия нескольких структурных генов продуктом деятельности одного гена. Этой моделью можно объяснить плейотропное действие генов, влияние половых гормонов и т. д.

Работа 3. Политенные хромосомы.

В создании тканеспецифических продуктов участвует лишь небольшая часть генома. Места активного синтеза мРНК - пу­фы - хорошо видны в политенных (гигантских) хромосомах и представляют собой расплетенные участки хромосом, образую­щие менее компактную структуру.

а. Изучите микропрепарат под микроскопом при большом увеличении и зарисуйте. Обозначьте: 1 - эухроматин, 2 - гетерохроматин, 3 - пуф.

б. Изучите по рис. 3 участок политенной хромосомы, пре­терпевающий пуфинг (по Grossbach, 1973, из Гилберт С., 1994). Зарисуйте рис. 3, г.

Рис. 3. Процесс пуфинга.

а-г - стадии образования пуфа;

Рис. 3. Процесс пуфинга (Продолжение)

д - пуфинг в политенных хромосомах в динамике.

Работа 4. Регуляционная способность ядер. Клонирование.

В онтогенезе при дифференцировке клеток происходит избирательная экспрессия разных частей генома и ограничение генетических потенций у дифференцированных клеток. Одна­ко в ядрах соматических клеток сохраняются все гены, и в соот­ветствующих условиях они могут реактивироваться и обеспе­чить развитие нормального зародыша. Клонирование - это развитие нового организма, являющегося точной генетической копией родительской особи. У видов, размножающихся поло­вым путем, клонирование происходит при пересадке ядер из соматической клетки в энуклеированную яйцеклетку. Молодая особь при клонировании является точной копией организма-донора ядер соматических клеток. В настоящее время получе­ны путем клонирования животные разных классов, в том числе и млекопитающие. Оказалось, что в процессе, развития генетические потенции ядер соматических клеток снижаются, и чем старше донор соматических ядер, тем ниже процент развития клонированных особей. Кроме того, установили, что генетиче­ские потенции разных клеток донора неодинаковы.

Изучите рисунки по пересадке ядер, взятых из соматических клеток на разных стадиях развития лягушки (по Гёрдон, 1965, из Дьюкар Э., 1978) (рис. 4).

Рис. 4. Пересадка ядер из соматических клеток в яйцеклетки лягушки на разных стадиях развития клеток донора.

Работа 5. Взаимодействие бластомеров в период дробления , (лечебный факультет).

а. Влияние положения бластомеров на их дифференцировку. На дифференцировку клетки влияет ее положение в определен­ном месте зародыша в определенное время. У плацентарных животных до завершения восьмиклеточной стадии разные бластомеры не отличаются друг от друга по морфологии , биохимии и потенциям. Однако компактизация (сближение и увели­чение контакта бластомеров с образованием компактного клеточного шара) приводит к образованию наружных и внутрен­них клеток, которые резко различаются по своим свойствам. Наружные клетки формируют трофобласт, а внутренние - зародыш. Опыт по пересадке бластомеров показывает, что образование из бластомеров трофобласта или клеток зародыша оп­ределяется тем, где оказалась клетка - на поверхности или внутри группы клеток.

Изучите рис. 5, а пересадки бластомеров у зародышей мыши [Минц Б., 1970; Hillman et al., 1972].

color:black;letter-spacing:-.25pt">Рис. 5.

Взаимодействие бластомеров в период дробления.

а - пересадка бластомеров зародышам мыши; б - соединение бластомеров у зародышей мыши: 1 -зародыш, 2 - трофобласт; в - механизмы формирова­ния однояйцевых близнецов и двойниковых уродств у человека: 1 - внутрен­ние клетки бластоцисты; 2 - полость бластоцисты; 3 - зародыш; 4 - полость амниона; 5 - полость хориона; 6 - не полностью разъединенные близнецы.

б. Влияние контакта бластомеров на развитие зародыша. Образование однояйцевых близнецов и двойниковых уродств у человека.

При сохранении полного контакта бластомеров развивается один организм. Также один организм развивается при объеди­нении бластомеров нескольких зародышей. После специально­го воздействия бластомеры нескольких четырехклеточных за­родышей могут соединиться с образованием общей морулы. Например, если соединить бластомеры зародышей трех разных линий с контрастной окраской (белой, черной и рыжей), фор­мируется морула, из которой развиваются мыши с разноокрашенными участками кожи. Это связано с перемешиванием бла­стомеров зародышей разных линий мышей, часть из которых пошла на образование зародыша и свидетельствует о том, что наследственный материал бластомеров не смешивается.

Изучите рис. 5,б - соединение бластомеров у зародышей [Гилберт С, 1993].

Потеря контакта между бластомерами изменяет их судьбу. Разъединение клеток зародыша на ранних этапах развития при­водит к образованию идентичных близнецов, так как ранние бластомеры тотипотентны. Неполное разъединение клеток за­родыша приводит к возникновению двойниковых уродств, ко­торые могут быть у разных видов беспозвоночных, позвоноч­ных животных и у человека.

Рассмотрите слайды, таблицы, рисунки с примерами двой­никовых уродств у разных видов животных и человека.

Изучите рис. 5, в, на котором показан механизм образова­ния однояйцевых близнецов и двойниковых уродств у человека [из: Гилберт С., 1993, переработано].

Рис. 5. Продолжение.

Примерно в 33 % случаев разъединение бластомеров идет до образования трофобласта. Близнецы имеют собственные хорион и амнион.

Разъединение бластомеров после образования трофобласта, но до образования амниона происходит примерно в 66 % случаев. Близнецы имеют собственные амниотические оболочки, но находятся в общем хорионе.

Разъединение бластомеров после образования ам­ниона происходит редко, в нескольких процентах случаев. Близнецы имеют общие амнион и хорион.

Неполное разъединение клеток зародыша. Близне­цы имеют общие отделы тела (двойниковое уродст­во).

Работа 6. Клеточные процессы в периоды гаструляции и ор­ганогенеза.

Изучите табл. 2, рис. 6 и 7, слайды и препараты по эм­бриогенезу животных. Перепишите таблицу.

Рис. 6. Последовательные этапы формирования лица (вид спереди). а - 4-недельный зародыш (3,5 мм.); б - 5-недельный зародыш (6,5 мм); в - 5,5-недельный зародыш (9 мм); г - 6-недельный зародыш (12 мм); д - 7-недельный зародыш (19 мм); е - 8-недельный зародыш (28 мм). 1 - лобный выступ; 2 - обонятельная плакода; 3 - носовая ямка; 4 - ротовая пластинка; 5 - ротовое отверстие; 6 - верхнечелюстной отросток; 7 - нижнечелюстная дуга; 8 - гиоидная дуга; 9 - медиальный носовой отросток; 10 - латеральный носовой отросток; 11 - носослезная бороздка; 12 - гиомандибулярная щель; 13 - область филтрума, сформированная слившимися медиальными носовыми отростками; 14 - наружное ухо; 15 - слуховые бугорки вокруг гиомандибулярной щели; 16 - подъязычная кость; 17 - хрящи гортани.

Таблица 2

Формы клеточных взаимодействий	Образование нормальных структур (примеры)	Последствия нарушений межклеточных взаимодействий (примеры)
Клеточные перемещения Избирательное размножение клеток Избирательная клеточная гибель Клеточная адгезия Клеточные сгущения	Перемещение клеток при гаструляции, при образовании нервной трубки, при перемещении первичных половых клеток. Закладка зачатков отдельных органов. Разделение пальцев, гибель эпителиальных клеток при слиянии небных зачатков, носовых отростков. Гибель нейроэпителиальных клеток при образовании нервной трубки. Образование нервной трубки из нервной пластинки, слияние зачатков структур лица (небных отростков, носовых отростков между собой и с верхнечелюстными отростками). Образование зачатков конечностей.	Нарушение образования гаструлы, нервной трубки; нарушение структуры, изменение количества или отсутствия гонад. Отсутствие органа или его доли. Синдактилия, расщелина твердого неба, расщелины твердой губы, лица, спинномозговые грыжи. Спинномозговая грыжа, расщелины твердого неба, верхней губы, лица. Отсутствие конечностей, дополнительные конечности.

Рис. 7. Развитие неба у зародыша свиньи [Карлсон Б., 1983].

а-г - этапы развития вторичного неба (препарат крыши ротовой полости, х 5); д, е (поперечные срезы, иллюстрирующие до и после опускания языка, 1 - верхняя губа; 2 - срединный небный отросток; 3 - латеральный небный отросток; 4 - носовая перегородка; 5 - язык; 6 - шов неба.

Работа 7. Эмбриональная индукция.

Разберите рис. 8, а, б, зарисуйте и обозначьте основные структуры.

Рис. 8. Эмбриональная индукция почки и зуба у млекопитающих, а - развитие почек: 1 - предпочка. 2 - мезонефральный канал, 3 - мезенхима первичной почки, 4 - первичная почка, 5 - вырост мочеточника вторичной почки, 6 - мезенхима вторичной почки, 7 - зачаток вторичной почки, → ин­дукция; б - ранние стадии развития зуба: I - десна нижней челюсти (вид свер­ху): II - поперечный срез десны; III-VI - стадии развития зуба: 1 - гребень десны, 2 - зубная пластинка, 3 - мезодермальные зубные сосочки, 4 - зача­ток эмалевого органа, 5 - амелобласты, 6 - зачаток эмали, 7 – одонтобласты, 8 - зачаток дентина, 9 - зачаток пульпы, 10 - эмаль, 11 - дентин; → индук­ция; ↔ − взаимная индукция.

Лечебный факультет :

а. Эмбриональная индукция, обусловливающая развитие почек у млекопитающих (рис. 8, а).

Мезонефральный (вольфов) канал индуцирует образование первичной почки. Вырост мочеточника из мезонефрального канала индуцирует образование вторичной почки, которая в свою очередь поддерживает рост мочеточника. Метанефрогенная мезенхима индуцирует ветвление мочеточника. Эпителий разветвлений мочеточника индуцирует мезенхиму к образованию почечных канальцев.

Стоматологический факультет

б. Эмбриональная индукция, обусловливающая развитие зуба у млекопитающих (рис. 8, б) [Дьюкар Э., 1978].

Первый зачаток зубов - зубная пластинка, утолщенная по­лоска эктодермы по гребню десны, развивается независимо от мезодермы. Под зубной пластинкой появляется ряд мезодермальных зубных сосочков, которые индуцируют образование из эктодермы зачатков эмалевого органа (при удалении мезодермальных сосочков зачатки эмалевого органа не образуются). Взаимная индукция между эмалевым органом и мезодермальным зубным сосочком приводит к формированию клеток, об­разующих эмаль, дентин и пульпу. На следующей стадии дифференцировки возникающие эмаль и дентин оказывают взаимное влияние на развитие друг друга.

Работа 8. Взаимосвязь нервной системы и иннервируемого ею органа в онтогенезе.

Взаимодействие между центрами ЦНС и иннервируемыми органами устанавливается на ранних этапах эмбриогенеза, при­чем эти структуры взаимно стимулируют развитие друг друга. Отсутствие периферических нервов или их повреждение (на­пример, лекарственными препаратами, токсинами токсоплазмы и др.) вызывают нарушение формирования иннервируемых ими структур. Так, например, в Европе родились несколько со­тен детей с отсутствием конечностей, матери которых в период беременности принимали снотворное талидомид.

В постнатальном периоде сохраняется взаимосвязь между нервной системой и иннервируемыми органами. Родовые трав­мы головного мозга и периферических нервов приводят не только к параличам, но и к атрофии мышц и отставанию роста соответствующих конечностей или односторонней гипотрофии структур лица (при врожденном параличе VI-VII черепных нервов). Способствуют восстановлению поврежденных струк­тур головного и спинного мозга пассивные движения (для это­го созданы специальные аппараты), массаж и физиотерапевти­ческая стимуляция иннервируемых органов.

При нейрофиброматозе (аутосомно-доминантный тип на­следования) развиваются опухоли периферических нервов. Если заболевание начинается в раннем детстве, то на той сто­роне тела, где развиваются опухоли, возникает гипертрофия костей и мягких тканей. Например, развивается дизморфоз лица (несимметричное, непропорциональное развитие струк­тур, формирующих лицо).

Установлено, что в раннем детстве игры, способствующие движению кистей рук, особенно мелкие, точные формы дея­тельности, стимулируют развитие структур головного мозга, в том числе и развитие интеллекта.

Разберите схемы экспериментов по изучению взаимосвязи нервных центров и иннервируемых органов.

Удаление нерва на левой стороне зародыша аксолотля при­вело к отсутствию конечности на оперированной стороне тела. Отсутствие конечности может быть обусловлено действием нейротропных тератогенов (токсины при токсоплазмозе, тали­домид и др.) (рис. 9, а).

Удаление зачатка конечности у зародыша аксолотля приво­дит к уменьшению размеров ганглиев и рогов серого вещества спинного мозга на оперированной стороне (рис. 9, б).

Рис. 9. Взаимосвязь нервных центров и иннервируемых органов [Дьюкар Э., 1978, с изменениями].

а - влияние спинномозговых нервов на развитие конечности: 1 - спинной мозг, 2 - спинномозговой нерв, иннервирующий конечность, 3 - спинномоз­говой ганглий, 4 - конечность; б - влияние зачатка конечности на развитие сегментов спинного мозга (поперечный сред зародыша аксолотля с удаленным зачатком конечности: 1 - спинномозговой ганглий, 2 - спинномозговой нерв, 3 - дорсальные рога серого вещества спинного мозга, 4 - вентральные рога се­рого вещества спинного мозга.

Работа 9. Гормональная регуляция онтогенеза у плацентар­ных млекопитающих.

Изучите по табл. 3 влияния гормонов на процессы разви­тия организма.

Таблица 3

Источник образования гормона	Гормоны	Основные эффекты
Гипоталамус Гипофиз Эпифиз (шишковид­ное тело) Щитовид­ная железа Поджелудоч­ная железа Надпочеч­ники Яичники: фолликулы желтое тело Плацента Семенники Тимус	Либерины Статины Гонадолиберин Соматропный гормон Тиреотропный гормон(ы) Адренокортикотропный гормон (АКТГ) Гонадотропины: а) фолликулостимулирующий гормон (ФСГ) б) лютеинизирующий гормон (ЛГ) в) пролактин (лютеотропный гормон - ЛТГ) Мелатонин (син­тезируется но­чью) Серотонин (син­тезируется днем) Тироксин Инсулин Кортизол Эстрогены Прогестерон Прогестерон Хорионический соматомаммотропин (плацен­тарный гормон роста) Тестостерон Фактор, ингибирующий парамезонефральные протоки Дигидротестостерон Тимозин	В раннем эмбриогенезе гормоны ги­поталамуса влияют на дифференцировку и миграцию нейронов. В позднем эмбриогенезе и постна­тальном периоде - регулируют разви­тие опосредованно путем изменения синтеза гормонов гипофиза. Усиливают синтез гормонов аденогипофиза. Тормозят синтез гормонов аденогипофиза. Определяет момент наступления по­ловой зрелости и характер полового поведения. Усиливает пролиферацию клеток и синтез белка. В постнатальном перио­де регулирует рост. Ускоряет рост и дифференцировку клеток щитовидной железы. Стимулирует рост надпочечников и продукцию стероидов. Усиливают пролиферацию стволовых клеток, рост фолликулов в яичниках, стимулируют рост семенных канальцев и семенников, образование поло­вых гормонов в гонадах. Инициируют гаметогенез. Поддерживает желтое тело беремен­ности в активном состоянии. Стиму­лирует рост молочной железы и секрецию молока. Регулирует суточные биологические ритмы, половое созревание и репро­дуктивные функции. Чувствительные к серотонину нейро­ны регулируют поведение, сон, про­цессы терморегуляции. Регуляция двигательной активности пищеварительного тракта. Повышает интенсивность обмена ве­ществ и синтеза белка; регулирует развитие головного мозга, рост и про­порции тела. Необходим для нормального развития производных кожи. Инициирует дифференцировку молочной железы. Усиливает пролиферацию. Необходим для нормального развития многих органов на поздних стадиях он­тогенеза. Стимулирует поздние стадии дифференцировки молочных желез. Стимулируют развитие женских вто­ричных половых признаков; способст­вуют пролиферации и секреции в эпи­телиальных клетках матки; начальных изменений в молочных железах. Сохранение беременности; дальнейшая дифференцировка молочных желез. Дальнейшая пролиферация эпителия матки и сохранение беременности; дальнейшая дифференцировка мо­лочных желез. Действие, сходное с действием гормо­на роста и пролактина гипофиза. Определяет развитие мужских поло­вых путей, семенников, вторичных половых признаков и гормональной функции гипоталамуса (в эмбриогенезе), ингибирует развитие молочных желез, регулирует рост тела. Регрессия парамезонефральных мюллеровых протоков. Развитие предстательной железы, пениса, мошонки. Пролифирация Т-лимфоцитов.

Работа 10.

Изучите таблицу 4, разберите и зарисуйте схему 1, приведите примеры прямого и опосредованного повреждения зародыша.

Таблица 4

Факторы	Основные механизмы нарушений	Эмбрио - и фетопатии
I. Неполноценное питание матери 1. Голодание и недоедание 2. Дефицит белка 3. Дефицит вита­минов (часто без гиповитаминоза у матери): витамина В2 витамина С витамина Е фолиевая кислота 4. Избыток витаминов: витамина А витамина С II. Заболевания матери 1. Ревматические пороки сердца 2. Ненаследственные врожден-ные пороки сердца 3. Гипертониче­ская болезнь 4. Анемия 5. Сахарный диабет 6. Тиреотоксикоз 7.Патология надпочечников 8. Иммунологи­ческий конфликт (по резус-факто­ру и системе АВ0; наиболее часто несовмес­тимы: 0 - А, 0 - В, А - В, В - А, комбинации групп крови ма­тери и плода) III. Внутриутроб­ные инфекции 1.Вирус краснухи 2. Вирус гриппа 3. Вирус полиомиелита 4. Вирусный ге­патит (болезнь Боткина) Токсоплазмоз IV. Ионизирующая радиация V. Влияние хи­мических соеди­нений, в том чис­ле лекарственных веществ (более 600 соединений) Никотин Алкоголь	Нарушение трофики за­родыша. Нарушение метаболизма у зародыша. Нарушение окислитель­но-восстановительных процессов в эпителии. Нарушение роста, обра­зование ферментов био­логического окисления. Нарушение процессов окисления, образования соединительной ткани, биосинтеза. Нарушение окисления жиров, приводящее к по­явлению токсичных про­дуктов. Нарушение синтеза ряда аминокислот, метальных групп. Нарушение роста, окислительно-восстановительных процессов. Гипоксия, нарушение трофики, дистрофиче­ские изменения плацен­ты. Гипоксия, нарушение трофики, дистрофиче­ские изменения плаценты. Гипоксия, нарушение маточно-плацентарного кровообращения, морфофункциональные на­рушения плаценты. Нарушается транспорт кислорода к плоду, де­фицит железа, морфоло­гические изменения пла­центы. Гормональные сдвиги, гипергликемия и кетоацидоз, ухудшение маточно-плацентарного кровообращения, пато­логические изменения в плаценте. Повышенное выделение гормонов щитовидной железы. Недостаток или избыток гормонов надпочечников. Проникают через пла­центу резус-антитела. Проникновение через плаценту неполных изоиммунных антител А и В, которые вызывают ге­молиз эритроцитов пло­да. Выделившийся не­прямой билирубин явля­ется сильным тканевым токсином. Инфицирование зароды­ша, особенно в первые три месяца развития. Инфицирование плода, интоксикация организма матери, гипертермия, нарушение маточно-плацентарного кровообра­щения. Вирус переходит через плаценту, вызывая забо­левание. Патологические изменения материнского организма, изменения в плаценте. Поражение зародыша проникающими радиацией и токсичными продуктами поврежденных тканей. Непосредственное дейст­вие на зародыш. Наруше­ние структуры и функ­ции плаценты. Патологи­ческие изменения в мате­ринском организме. Прямое токсическое действие на плод, пла­центу и организм матери. Повреждение гамет, ге­неративные мутации. Прямое токсическое действие.	Гипотрофия плода, различные аномалии развития, преимущественно центральной нервной системы, мертворождение, ослабленные, склонные к заболевани­ям дети. Дефекты органов зрения и мочеполовой системы. Деформация конечно­стей, расщепление твер­дого неба, гидронефроз, гидроцефалия, аномалии сердца и др. Возможны гибель заро­дыша, выкидыш. Аномалии мозга, глаз, скелета. Пороки сердца и сосудов. Расщепление твердого неба, анэнцефалия. Увеличивается вероят­ность выкидыша. Гипотрофия плода, функциональная незре­лость, аномалии органов и систем, преимущест­венно сердечно-сосуди­стой. У детей часто встречаются инфекционно-аллергические за­болевания и нарушения нервной системы. Гипотрофия плода. По­роки развития, в основ­ном сердца и сосудов. Гипотрофия плода, на­рушения сердечно-сосу­дистой системы. Повы­шенная заболеваемость у детей. Гибель плода, наруше­ние центральной нерв­ной системы, анемия у детей. Гибель плода, недоно­шенные, незрелые с повышенной массой плоды, функциональная не­зрелость поджелудочной железы, легких, реже из­менения щитовидной железы, почек. Встреча­ются анэнцефалия, гид­ронефроз и другие нарушения центральной нервной системы Нарушение формирова­ния центральной нерв­ной системы, щитовид­ной железы и, меньше, других желез внутренней секреции. Реже аномалии сердечно-сосудистой системы, костно-мышечной, половой и др. Функциональная неполно­ценность надпочечников. Гемолитическая болезнь плода и новорожденного. Аномалии сердца, мозга, органов слуха, зрения и др. Аномалии половых орга­нов, катаракта, «заячья губа». Врожденный полиомие­лит. Уродства на разных стади­ях развития. Врожденный вирусный гепатит, ослож­ненный циррозом печени; задержка развития. Уродства головного моз­га, глаз, конечностей, «волчья пасть», пороки сердца, заболевания эн­докринных органов. Врожденная лучевая бо­лезнь. Наиболее часто паралич нервной системы. Могут быть анома­лии глаз, сосудов, легких, печени, мочеполовых ор­ганов, конечностей. Различные пороки раз­вития, зависящие от ве­щества, дозы и срока по­ступления. Гипотрофия, склонность детей к респираторным заболеваниям. Умственная отсталость, психические заболева­ния, пороки сердца, эпи­лепсия, алкогольное по­ражение плода.

Схема 1. Воздействие вредных факторов среды на зародыш.

Работа 11. Критические периоды в онтогенезе человека.

Изучите и перепишите табл. 5.

Таблица 5

Периоды онтогенеза человека	Критические периоды	Возможные нарушения развития
Предымплантаци­онный и имплантационный Период гисто - и органогенеза и начала плацентации Перинатальный пе­риод (роды) Период новорожденности Подростковый (пу­бертатный) Климактерический	Для всего зародыша Для разных органов и систем не совпадают по времени Для всего организма и отдельных органов и систем Для всего организ­ма и отдельных ор­ганов и систем Для всего организ­ма и отдельных ор­ганов и систем	Гибель зародыша Двойниковые уродства Наследственные болезни Пороки и аномалии развития различных органов и систем, гибель зародыша Травмы, детский церебральный паралич, слабоумие, гибель Высокая вероятность перегревания, переохлаждения, патологии различных организмов и систем, неспецифических инфекций и гибели Повышен риск проявления ненаследственных заболеваний, нарушения обмена веществ, подростковых нарушений поведе­ния, психической ранимо­сти, агрессивности . Увели­чивается смертность Возрастает риск развития соматических и психиче­ских болезней, увеличива­ется частота возникнове­ния опухолей. Повышается смертность

Работа 12. Классификация и механизмы образования пороков развития.

Изучите и перепишите информацию по классификации механизмов образования пороков развития.

I. По этиологическому признаку.

1. Наследственные: а) генеративные мутации (наследственные болезни); б) мутации в зиготе и бластомерах (наследственные болезни, мозаицизм).

2. Ненаследственные: а) нарушение реализации генетической информации (фенокопии); б) нарушение взаимодействия клеток и тканей; пороки развития органов и тканей (тератомы, кисты); в) соматические мутации (врожденные опухоли.)

3. Мультифакториальные.

II. По периоду онтогенеза.

1. Гаметопатии: а) наследственные; б) ненаследственные (перезревание гамет).

2. Бластопатии до 15-го дня; а) наследственные болезни (мозаицизм - зародыш состоит из клеток с нормальным и атипичным набором хромосом); б) не наследственные (двойниковые уродства, циклопия, сиреномелия).

3. Эмбриопатии до конца 8-й недели: большинство поро­ков развития, пороки, обусловленные действием тератогенов.

4. Фенопатии от 9 нед. до родов. Пороки этой группы встре­чаются редко: остатки эмбриональных структур (персистирование); сохранение первоначального расположения органов, например крипторхизм; недоразвитие отдель­ных органов или всего плода, отклонения в развитии органов.

5. Пороки, возникающие в постнатальный период (возника­ют реже, чем вышеуказанные пороки, обусловлены трав­мами или заболеваниями).

Контроль итогового уровня знаний:

Тестовые задания

1. Выберите один правильный ответ.

УЧЕНИЕ О ЗАРОДЫШЕВОМ РАЗВИТИИ ОРГАНИЗМОВ ПУТЕМ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ НО­ВЫХ СТРУКТУР НАЗЫВАЕТСЯ:

1. Преформизм.

2. Эпигенез.

3. Трансформизм.

4. Витализм.

2. Выберите один правильный ответ.

ГЕНЕТИЧЕСКАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ОНТОГЕНЕЗА У ПОЗВО­НОЧНЫХ ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ ПУТЕМ:

1. Уменьшения количества генов в процессе развития.

2. Репрессии генов.

3. Дерепрессии генов.

4. Дерепрессии и репрессии генов.

3. Выберите один правильный ответ.

ПРИ КЛОНИРОВАНИИ РЕГУЛИРУЮТ РАЗВИТИЕ ЗА­РОДЫША ГЕНЫ:

1. Сперматозоида.

2. Яйцеклетки.

3. Сперматозоида и яйцеклетки.

4. Соматической клетки.

4. Выберите один правильный ответ.

ОДНОЯЙЦОВЫЕ БЛИЗНЕЦЫ ОБРАЗУЮТСЯ В РЕЗУЛЬТАТЕ;

1. Разъединения клеток зародыша на стадии гаструлы.

2. Разъединения клеток зародыша на стадии дифференцировки зародышевых листков.

3. Полного расхождения бластомеров.

4. Неполного расхождения бластомеров.

5. Выберите несколько правильных ответов.

ПРИ ОБРАЗОВАНИИ НЕРВНОЙ ТРУБКИ ПРОИСХОДИТ:

1. Избирательное размножение клеток.

2. Сгущение мезодермальных клеток.

3. Избирательная гибель клеток.

4. Адгезия клеток.

6. Выберите один правильный ответ.

ЭМБРИОНАЛЬНАЯ ИНДУКЦИЯ НАЧИНАЕТ РЕГУЛИ­РОВАТЬ РАЗВИТИЕ ПОЗВОНОЧНЫХ В ПЕРИОД:

1. Дробления.

2. Ранней гаструляции.

3. Нейруляции.

4. Органогенеза.

7. Выберите несколько правильных ответов.

СТАДИЯ ЗАВИСИМОЙ ДИФФЕРЕНЦИРОВКИ КЛЕТОК ХАРАКТЕРИЗУЕТСЯ:

1. Повышением чувствительности к действию индукторов.

2. Понижением чувствительности к действию индукторов.

3. Отсутствием способности к трансдифференцировке.

4. Способностью к трансдифференцировке.

8. Выберите один правильный ответ.

ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ РАЗВИТИЯ У МЛЕКО­ПИТАЮЩИХ НАЧИНАЕТСЯ В ПЕРИОД:

1. Гаструляции.

2. Дробления.

3. Гисто - и органогенеза.

4. Плодный.

9. Выберите несколько правильных ответов.

НАИБОЛЬШАЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ОРГАНОВ ЗАРО­ДЫША К ДЕЙСТВИЮ ТЕРАТОГЕНА В ПЕРИОДЫ:

1. Закладки зачатков органов.

2. Закладки новых структур органа.

3. Дифференцировки клеток органа.

4. Роста органа.

10. Установите соответствие.

ПОРОКИ РАЗВИТИЯ: МЕХАНИЗМЫ ВОЗНИКНО ВЕНИЯ:

1. Наследственные. а) генеративные мутации;

2. Ненаследственные. б) мутации в бластомерах;

в) мутации в клетках зачатков органов;

г) нарушение функций генов;

д) нарушение закладки органов.

Термины:

Адгезия, биологическая смерть, взрослое состояние, гуморальной регуляции онтогенеза, дефинитивные структуры органов, д орепродуктивный период, з ародыш, зародышевые оболочки, критический период развития, критические периоды эмбриогенеза , л ичиночное развитие, развитие половозрелого организма, р епродуктивный период, п острепродуктивный период, половое созревание, прямое развитие, непрямое развитие (р азвитие с метаморфозом), сиреномелия, старение, циклопия, ю венальный период, эмбриональной индукции.

Основная литература

1. Биология / Под ред. . - М.: Высшая школа, 2001. - Кн. 1. - С. 150, 280-282, 294-295, 297-298, 317-368, 372, 409-418.

2. Пехов и общая генетика. - М.: Изд-во РУДН, 1993. - С. 166, 201-219.

Дополнительная литература

1. , Белоусов индивидуального развития жи­вотных. - М.: Высшая школа, 1983.

2. Гилберт С. Биология развитая. - М.: Мир, 19^9,3, т. 1; 1994, т. 2; 1995, т. 3.

Занятие № 14

Индивидуальное развитие организма, его стадии. Эмбриональное и постэмбриональное развитие.

Онтогенез

Онтогенез

Онтогенез – индивидуальное развитие организма. Развитие нового организма, полученного половым путем, начинается от оплодотворенной яйцеклетки - зиготы и заканчивается смертью. Важно помнить, что в ядре зиготы содержатся два набора хромосом от двух родителей (гибридный генотип). Биологическое развитие происходит по общим диалектическим принципам развития , которое можно наблюдать в неживой природе или в обществе. Чтобы убедиться в этом, сопоставим стадии «развития вообще», заимствованные нами из философского словаря, и стадии нормального онтогенеза многоклеточного организма, например, человека.

Стадии «развития вообще»	Стадии онтогенеза человека
Подготовка предпосылок развития - внешнее движение, совершаемое пока что за пределами данной системы.	Предзародышевое развитие - образование половых клеток (гаметогенез), формирование окружающей среды будущего организма.
Возникновение - переход к внутреннему движению и возникновение системы.	Оплодотворение - слияние половых клеток, возникновение новой клетки - зиготы.
Формирование - преобразование новым процессом развития тех условий, из которых он возник.	Зародышевое развитие - эмбриогенез, построение принципиально новой многоклеточной системы.
Собственно развитие - зрелость процесса развития, его существование на своей основе.	Послезародышевое развитие - постэмбриогенез. У человека выделяют: период роста (0-20 лет), репродуктивный период (20-50 лет), период старения (после 50 лет).
Умирание - разрушение процесса развития.	Смерть - конец индивидуального развития, распад структуры.

Индивидуальное развитие системы, в том числе организма, происходит циклично , так что восходящее развитие всякий раз сменяется нисходящим . Восходящее развитие идет от простого, низшего (предзиготическая стадия) к сложному, высшему (многоклеточный организм). Нисходящее - от сложного, высшего (многоклеточный организм) к простому, низшему (бесклеточная мертвая материя). Законы диалектики утверждают, что развитие как конечный процесс с самого начала в скрытом виде содержит тенденции, ведущие от низшего к высшему и обратно. То есть развитие имеет векторный, направленный характер .

Программа развития и её реализация

Чем же задается этот вектор? Чем предопределено индивидуальное развитие? Где программа развития и как она реализуется? Как из оплодотворенного яйца - из одной клетки - получается сложный многоклеточный организм, в котором тканевые клетки с одинаковым набором генов (одним генотипом) имеют разную структуру и функции (разный фенотип)? Поставленные вопросы составляют основной научный смысл науки эмбриологии или, говоря шире, биологии индивидуального развития. Они имеют и практическое медико-биологическое значение, так как нарушение процессов развития приводит к болезни и сокращает сроки полноценной жизни человека.

Чтобы сократить путь к пониманию программы развития, вспомним главную идею о том, что развитие находится под контролем двух начал - генетического (внутреннего) и эпигенетического (внешнего) . Найдем эти начала в развивающемся организме.

Внутренняя, генетическая программа развития заложена в ДНК зиготы. Это генотип организма. Помним, что при размножении клеток - от зиготы до самой последней клетки тела - ДНК каждый раз удваивается и делится поровну, так что все клетки получают полный набор генов. В ДНК записана информация о всех белках организма.

При этом надо иметь в виду, что существуют гены и белки двух классов: структурные и регуляторные . Первые обеспечивают построение рабочих структур клеток и межклеточного вещества, ферментативный катализ, транспорт и прочие жизненно важны функции. Вторые регулируют активность первых, то есть гены-регуляторы производят соответствующие регуляторные белки, которые управляют активностью структурных генов. Сейчас установлено, что и среди регуляторных генов есть взаимозависимость - одни гены активируются другими. Таким образом, гены образуют функциональные цепи с заранее предопределенной последовательностью включения . Работает принцип домино: продукт первого гена активирует второй ген, продукт второго - третий и т. д. Благодаря слаженной работе таких конвейеров контролируются тесно увязанные шаги морфогенеза, развитие приобретает динамичный и направленный (векторный) характер .

Однако организм - очень сложная система, чтобы ее развитие было выстроено по простому алгоритму домино. Отдельные морфогенетические процессы часто идут независимо и параллельно. В разных зачатках эмбриона, а потом в клетках разных тканей эти процессы расходятся, идет дифференциация клеток по функциям. Но при этом все клетки имеют один и тот же набор генов (!). Возникает ключевой вопрос проблемы клеточной дифференциации - почему при одинаковом наборе генов синтезируются разные белки и получаются разные клетки? Современная биология развития дает ответ и на этот сложный вопрос.

Внешняя, эпигенетическая программа развития контролирует и направляет реализацию генетической программы. Под действием внешних сигналов, биологически активных веществ, через посредство клеточных рецепторов и внутриклеточных мессенджеров (молекул-посланников) происходит избирательная активация одних генов и подавление других .

В итоге в дифференцированных клетках разных органов и тканей работают не все гены, а только та их часть, которая ответственна за данную тканевую функцию . Генетики называют этот механизм дифференциальной экспрессией генов. Но встает новый вопрос: что является самой первой командой к дифференциации клеток? Ведь развитие начинается с одной клетки - зиготы.

Системы регуляции онтогенеза

Установлено, что в онтогенезе работают, сменяя друг друга, три системы регуляции.

1. Эмбриональная детерминация развития на основе позиционной информации, заложенной в яйце. В процессе роста и созревания яйцеклетки, когда она еще находится в материнском организме, в ее цитоплазме неравномерно откладываются различные РНК и белки-регуляторы, которые предопределяют будущий план раннего развития и ранней дифференциации клеток. Начало этой топологической неоднородности цитоплазмы яйца задает его полярное положение в яичнике: одним полюсом яйцо контактирует со стенкой (отсюда идет питание), другим обращено в просвет (здесь сосредотачиваются продукты сложных синтезов) (рис. 1а). Таким образом, еще до начала развития генетический материал (хромосомы в ядре) лежит в неоднородной, анизотропной среде, насыщенной биологически активными регуляторами. Уже в яйце мы имеем сочетание генетического (хромосомы) и эпигенетического (цитоплазма с регуляторами) факторов развития. После оплодотворения зигота многократно делится, и дочерние ядра попадают в различно детерминированные участки цитоплазмы, содержащие разные регуляторы (рис. 1б). Эти регуляторы и становятся первыми внутренними индукторами дифференцировки эмбриональных клеток.

Рис. 1а,б

2. Эмбриональная индукция - влияние одних зачатков на другие с помощью выделяемых клетками веществ-регуляторов. Этот механизм включается в ранних зародышах и представляет по сути эмбриональную гуморальную регуляцию; внешние регуляторы - индукторы выступают в роли первых гормонов. Так, например на стадии гаструлы (двухслойный зародыш) под действием выделений внутреннего слоя клеток впячиваются и дифференцируются клетки будущей нервной системы (рис. 1в).

Рис. 1в

3. Нейрогормональная регуляция дефинитивного (окончательного) типа, осуществляемая сложной системой желез внутренней секреции и нервной системой (рис. 1г). Заметим, что гормоны вырабатываются железами под контролем нервной деятельности, а нервная система в свою очередь находится под воздействием внешней среды.

Рис. 1г

Вся совокупность внешних относительно генотипа условий и регуляторов - от природно-климатических до нейрогормональных и внутриклеточных - и составляет сложную эпигенетическую программу развития , поскольку все эти факторы существенно влияют на генную активность, стимулируя одни гены и подавляя другие.

Влияние факторов внешней среды на индивидуальное развитие

Из сказанного следуют важные определения:

фенотип - это совокупность всех признаков и свойств организма, формирующихся в процессе взаимодействия его генотипа (генетической структуры) и внешней среды;

в фенотипе никогда не реализуются все генетические возможности;

в конкретных условиях развивается конкретный фенотип .

Таким образом, в развитии фенотипа, то есть конкретного организма со всеми его индивидуальными свойствами, имеет место единство генетического и эпигенетического начал, проявляющих себя на разных уровнях организации жизни - молекулярно-генетическом, клеточном, организменном.

На вопрос: что первично, курица или яйцо? - должен последовать ответ: первично и конечно единство яйца (генотипа, программы) и курицы (фенотипа, сомы). Результатом этого единства является развивающийся организм.

Думается, что каждый сумеет сделать и некоторые практические выводы в отношении своего собственного организма и развития (это никогда не поздно), но в особенности в отношении развития своих будущих детей, которое начинается задолго до их появления на свет и даже до их зачатия. В первую очередь это касается будущих матерей, так как внешнее управление развитием закладывается уже в цитоплазме яйцеклетки, еще даже не оплодотворенной. Нарушения этой закладки в результате болезней, неправильного питания, употребления алкоголя, токсических веществ, лекарств и т. п. чревато развитием у зародыша уродств, врожденных заболеваний, а то и полным бесплодием. Не исключение и представители сильного пола. Названные внешние факторы приводят к потере подвижности сперматозоидов (одна из наиболее распространенных причин мужского бесплодия), нарушению их производства или повреждениям ДНК (мутациям), которые неминуемо передадутся клеткам ребенка. Важное полезное заключение для будущих родителей касается также роли воспитания и обучения в развитии личности. Врожденные (генотипические) интеллектуальные, художественные наклонности и даже физические задатки не проявятся в полной мере, если соответствующие гены не будут востребованы. А востребованы они будут при постоянной нагрузке, которая и создается в процессе воспитания, обучения, трудовой деятельности.

Рекомендуем также

• Предлоги в английском языке правила
• Все, что нужно знать о прошлом времени в английском
• Энергия поверхностного слоя жидкости
• Глобальные экологические проблемы Последствия разрушения озонового слоя
• Серебряное копытце читать крупным шрифтом
• Семинар-практикум "проектная деятельность в доу" Семинары в доу темы