Arengubioloogia eksam (0)

Arengubioloogia eksam
Sissejuhatus
Arengubioloogia on teadus mis uurib organite kasvu ja arenemist, nende geneetilist kontrolli. Ambrüogenees ja loote areng viljastamisest sünnini. Embüro varase staadiumid: sügoot, blastuda ja gastrula), loode (põhiorganite olemus). Ontogeneesorganismi kogu eluiga hõlmav protsess.
Embrüogeneesi põhietappid. Viljastamine , blastulatsioon (kiire jagunemine, moodustub blastuda), neurulatsioon (närvitoru moodustumine, keha põhitelgede moodustumine), organogenees (organite kujunemine).
Arengu rakulised põhiprotsessid. Rakkude jagunemine, proliferatsioon ja kasv. Rakkude spetsialiseerumine (determinatsioon - rakkude arengupotentside järk- järguline ahenemine; diferentseerumine - erinevuste tekkimine rakkude vahel). Rakkudevahelised interaktsioonid , rakkude liikumine ja migratsioon , rakkude programeeritud surm. Kigi nende protsesside koosmõjul: morfogenees (kudede, organite, kehaosade kuju ja vormi moodustamine) ja pattern formation (rakkude saatuste komplekse organiseerituse loomine ruumis ja ajas).
Rakkude arengupotentside ahenemine. Totipotentsed rakud võivad areneda organismi kõikides rakutüüpideks (sügoot ja moorula). Pluripotentsed rakud võivad areneda kõikides kolme lootelehe ( ektoderm , endoderm ja mesoderm ) rakkudeks (embrüonaalsed tüvirakkud). Multipotentsed rakudarenevd paljudeks piiratud rakutüüpideks. Oligopotented rakud arneevad mõneks rakutüübiks (eellasrakud). Terminaalselt diferentseerunud rakud on täiskasvanud spetsialiseerunud rakud ei arene enam edasi. Täiskasvanud rakkudes ja kudedes on multipotentsed tüvirakkud mis osalevad kudede uuenemises ja regeneratsioonis. Igal arengu etappil on rakk piiratud valikute ees. Rakk võib olla osaliselt determineeritud, mis areneb valitud suunas sõltumata keskkonnamuutustest. Rakkude arengupotentside ahenemine on pöördumatu. Seda määravad rakutüübide omased epigeneetilised muutused. IPS rakud: somaatilised rakud, muudetud pluripotentseteks pluripotentsust määravate geenidega. Rakkude transdiferentseerimine: täiskasvanud somaatiliste rakkude vahetu muutmine teiseks rakutüübiks ilma pluripotentsuse staadiumita.
Rakkude diferentseerumine.Püsivate struktuursete ja funktsionaalsete erinevuste tekkimine rakkude vahel. Koe- ja rakutüübile iseloomulikud genoomi (epigeneetilised)muutused -> erinev geenide avaldumine -> iseloomulikud valgud ja mittekodeerivad RNAd -> iseloomulikud morfoloogilised, biokeemilised , funktsionaalsed jne. tunnused.Rakutüübid säilitavad oma erijooned . Epigeneetiliselt (mitte mutatsioonid ja rekombinatsioonid): kromatiini erinev repressioon, kondensioon ja pakkimine; kromatiin valkude erinevad post-translatsioonilised modifikatsioonid; DNA erinev kovalentne modifikatsioon ;valke mittekodeerivate RNA de erinev avaldumine. Mittekodeeriv RNA Xist represseerib ühe Xkromosoomi varase emas- embrüo kõigis rakkudes. Pöördumatu heterokromatiniseerumine. DNA demetüleeritakse replikatsioonil. Metüültransferaasid metüleerivad uue ahela vana ahela põhjal.
Embrüonaalse arengu liikumapanev printsiib. Preformism vs epigenees.Preformism: täsikasvanud organism on miniatuursel kujul sugurakkused olemas enne viljastamist, loomishetkeks peale. Areng- kasvamine, lahtihargnemine, mitte uue tekkimine. Epigenees:täiskasvanu tunnused kujunevad de novo algselt struktuuritust massist järk järgult. Eri liikide embrüot on pärast gastrulatsiooni väga sarnased, kuigi täiskasvnaud väga erinevad.
Baeri seadused. 1. Suurema loomataksoni üldised tunnused ilmnevad arengus varem kui väiksema taksoni erijooned; 2. Vähem üldised struktuurid arenevad üldisematest, järk-järgult, kuni kõige spetsialiseerumateni välja; 3. Eri liikide looted on arengu alguses sarnased, kuid muutuvad ontogeneesi edenedes üha erinevamateks; 4. Kõrgema looma loode ei ole sarnane täiskasvanud madalama loomaga vaid selle lootega. Farüngula on staadium, kus eri selgrootsete embrüot on sarnased.
Embrüonaalse arengut liikamapanev jõud. Embrüonaalne induktsioon , sisemine geneetiline kell, positsiooniline informatsioon, Uute rakkude tekkimine ja paljude rakkude programmeeritud surm – ühtviisi olulised morfogeneetilised protsessid.
Embrüonaalne induktsioon. Embrüo rakud sekreteerivad molekule, faktoreid mis diferentseerivad embrüo teisi rakke, määravad nende saatuse . Morfogeenid , embüronaalsed induktorid : arengu signaliseerivad valgud. Organisaatorid on signaliseerivad keskuses(erilised morfogeneetiliselt aktiivsed rakkude grupid / koed mis sekreteerivad morfogeene). Arengulisi signaliseerivaid faktoreid on vähe, samad moleulid korduvad eri organsüsteemide arengus. FGF – fibroblastide kasvufaktorid; FGFR – fibroblastide kasvufaktorite retseptorid , rakupinna türosiinkinaassed retseptorid; BMPR I & II – retseptorid. Värbamisretseptorid seovad ja aktiveerivad SMAD-valgud, mis toimivad tuumas transkriptsioonifaktoritena; Retinoolhape (Retseptorid (RAR-α, RAR-β, RAR-γ): tuumaretseptorid (rakusisesed), võivad toimida transkriptsioonifaktoritena. Transkriptsioonifaktorid käivitavad või pidurdavad geenide transkriptsiooni. Indutseeritakse / represseeritakse arengu signaliseerivate faktorite poolt, oluline osa nende poolt käivitatavast arenguprogrammist. Omakorda käivitavad / represseerivad arengu signaliseerivaid faktoreid ja transkriptsioonifaktoreid kodeerivaid geene mis on vajalikud järgmiseks arenguetapiks. Enamikul arengu signaliseerivatest valkudest on rakuvälised inhibiitorid . BMP ja Wnt perekondade peamised inhibiitorid mis määravad suuri arengulisi valikuid.
Rakkude adhesioon -morfogeneesi oluline mehhanism . Üks oluline mehhanism: rakkude erinev afiinsus . Rakkude pinnamolekulid eri kudedes/organites erinevad, muutuvad arengu käigus. Osalevad rakkude moodustumisel kudedeks ja eri kujuga organiteks. Kadheriinid seovad rakke homofiilselt, kaltsiumi kaudu; rakusisese signaliseerimine seondumisel. Olulised rakutüüpide segregeerumisel arengus. Integriinid seovad rakke tsütoskeletti rakuvaheainega. Nad on heterodimeerid. Tsütoskeleti muutused - olulised organite kuju moodustumisel ja rakkude migratsioonil. Arengu põhimehhanismid on loomariigis (k.a. selgrootud ) väga konserveerunud. Arenguprogrammi määravad eelkõige geenide mittekodeerivad, regulatoorsed osad.
Positsiooniline informatsioon: rakkude arenguline staatus on määratud ka nende paiknemisega loote või selle osade teljel . Looted on oluliselt segmenteerunud(metameersed). Keha segmentatsioon koosneb järjestikustest korduvatest samalaadsetest üksusest, imetajate keha on ka suuremas osas segmenteeritud. Embrüo igal segmendil on oma positsiooniline väärtus kehateljel. Tema rakud on determineeritud. Positsionaalse väärtuse määravad homeootilised geenid , transkriptsioonifaktorid mis avalduvad vastavates segmentides.
Rakkude migratsioon. Paljud rakud sünnivad ühes kohas, aga rändavad hiljem mujale, kus differentseeruvad ja jäävad toimima (sugurakkude eellased, südame eellasrakud, paljud neuronid ). Inimese sugurakkude eellased rändavad rebukotist mööda tagasoolt gonaadide algmetesse. Interneuronid sünnivad ganglionic eminence (LGE, MGE) piirkonnas ja rändavad teistesse ajuosadesse. Paljud embrüonaalsed induktorid – represseerivad. Programmeerite rakusurm: surevad terved, normaalsed rakud, see protsess on vajalik normaalse rakkude arenguks. Koe/organi/organismi kasv – rakkude jagunemise, rakkude suurenemise ja rakuvaheaine kogunemise tulemus.
Viljastumine
Sugurakud . Viljastamine tekitab nii uue indiviidi kui ka lõputu põlvkondade järgnevuse.Haiploidsed ainsad rakud, mis viivad meioosi. Ühinedes loovad totipotentse raku - sügoodi . Esmased sugurakud: Imetajatel indutseeritakse de novo varases gastrulas. Imetajate sugurakud tekivad alati väljaspool embrüot (embrüovälistes kudedes), aga erinevatel liikidel erinevas kohas.Hiirtel: esmased sugurakud tekivad rakuvälises mesodermis. Naaberkudedest (trofoblast) sekreteeritavate BMP’de (valgud)indutseeritakse esmastes sugurakkudes transkriptsioonifaktorid Blimp1/Prdm1 ja Prdm14 mis determineerivad nende saatuse. Embrüonaalne induktsioon.
Imetajate sugurakkude eellased rändavad rebukotist mööda tagasoolt gonaadide algmetesse. Fluorestseeruvate (GFP) PGC jälgimine hiire embrüos: rändavad E7-E9 tagsoole kaudu gonaadi algmesse. Rännu jooksul paljunevad 10-100 2500-5000ks. Steam cell factor (SCF) ja tema türokinaasretseptor Kit: vajalik nende eluhoidmiseks,liikumapanekuks.Sugurakude eellased imetajatel: diploidsed, jagunevat mitootilisels, sooliselt neutraalsed.
Gonaadides: oogenees ja spermatogenees .Paljunevad mitootiliselt, massiliselt, soospetsiiline eristuminem, meioosi teostumine, haploidne genotüüp (osaliselt munarakuse). Epigeneetiline reprogrammeerimine (DNA de-metüleerimine), küpse munaraku ja spermatosoide tunnuste kujunemine.
Meioos: haploids genotüüpe tekkimine. Üks DNA replikatsioon - kaks jagunemist. Geneetilise materjali rekombinatsioon. Toimub ainul sugurakkudes. Erineva ajagraafikuga oogenees (algab embüoos kaks pausu) ja spermatogeneesis (albad puberteedieas, pausideta). Käivitatakse somaatilise gonaadi- ja neerurakkude poolt.
Oogenees: toimub meioos kahe pika pausuga: 1. embrüos , esimese jagunemise profaasis , kuni puberteetideni; 2. ootdüüdi küpsemisel, teise jagunemise profaasis, kuni viljastumiseni.
Spermatogenees: meioos on embüoos pidurdatud; algab puberteediaias ja toimub seejärel pidevalt.
Molekulid, mis kotrollivad meioosi käigust. Meiosi käivitab retinoolhape kõrvalasuvast neerust. Indutseeritakse Stras8, mis on raku sisene valk, vajalik meioosi käivitamiseks. Meioosi algust pidurdab Cyp26b1, ensüüm mis inaktiveerud retinoolhapet. CSF arestib embüo ootsüütides meioosi kuni puberteedini. Et vältida partenogeneesi arengut.
Oogeneesi erijooni. Pole tüvirakke, surem osa sureb varakult; meioos teostub pika aja jooksul; kummagi meiootilise jagunemise tsütokinees toodad ebavõrdsed rakud; tohutu kasv, palude mRNAde, valkude jne talletamine valmis kujul areneva embrüo esma vajadusteks ; kaitsvad kihid munaraku ümber: rebukest, cumulus oophorus;inimese gonaadi algmes munarakkude eellased jagunevad mitootiliselt 2-7 raseduskuul; ellujäänud ootsüüdid alustavad meioosi, mis peatub I jagunemise profaasis; puberteedi saabudes väikesed gruppi ootsüüde aktiveerivad perioodiliselt meiosi ja küpsevad; enne ovulatsiooni - teine arest meioosi II jagunemise metafaasis , meioos jätkub viljamisel; vastspndinud inimestel on 400000 munarakku, eluaja jooksul väljub nendest 400.
Munarakkude küpsemine. Rebu munarakk taletlab sinna: toitained , ribosoomid tRNA, mRNAd, morfogeneetilised faktorid , mis on vajalikud embrüo esimesteks arenguetappideks. Küpses munarakus on ranskriptsioon peatatud.
Oovuleerunud munarakk. Cumuls oophorus: rakukiht munaraku ümber, selle sisenime rakukiht on corona radiata. Rebukest: glükoproteiinkest ootsüüdi plasmamembraani ümber, valgud ZP1, ZP2,ZP3. Sperm peab neid kihi läbima. Plasmamembraani all on kortikaalkiht: mikrofilameendid ja kortikaalgraanulid. Oovuleerunud munarakk on viljasyusvõimeline alla päeva inimesel ja mõne tunni jooksul hiirel.
Spermatogeneesi erijoonid. Sertoli rakkude mõjul. Embüonaalsed eellasrakud on pärast paljunemisfaasi mitoosiarestis kuni puberteetideni. Meioosi käivitab retinoolhape. Tüvirakud , rakkude pidev uurimine . Inimes testistes on 1000 spermi sekundis. Eriline terminaalne diferentseerumine spermatosoidiks.
Spermatosoidid: kompaktne tuum, kompaktne DNA, tagavad protamiinid histoonideasemel; minimaalne tsütoplasma , viibur liikumiseks, peas - tuum ja akrosoom; RNA polümeraas II TFIID kopleks sisaldab spermi-spetsiifilisi komponente; küpsis spermis on transkriptsioon peatunud.
Viljastumine. Protsee kus sperm ja munarakk liituvad,et luua uus indiviid kelle genoom pärineb mõlemast vanemast. Kaks põhieesmärki: vanemate geneetilise materjali siidramine järglastesse; munaraku aktiveerimine järgnevaks arenguks.Viljastamise etapid: sperma liikumine munarakkuni (spermi kapatatsioon); spermi tungimine läbi mnaraku kestade (akrosomaalreaktsioon); kahe raku membraanide liitumine; munaraku kortikaalreaktsioon (teiste spermide poolt viljastamise vältimine ). Spermi tee munarakkuni: kapatitatsioon (spermi diferentseerumise viimane etapp, toimub munajuhas. Sperm muutub vüimeliseks tegema akrosomaalreaktsiooni). Viljastumine - munajuha ampullis, sperm peab siiani ujuma , Emasorganismipoolsed abimehhanismid : emaka ja munajuha lihaskontraktsioonid; termotaksis ja soojusgradient; kemotaksis - munarakk sekreteerib molekule, mis stimuleerivad spermi liikumist. Progesteroon (kiirendab ka liikumist munaraku lähedal). Akrosomaalreaktsioon:akrosomaalmembraan moodustub vesiikleid, akrosoomi membran ja spermi plasmamembran liituvad, eksotsütoos. Spermist väljastatud ensüümid lagundavad munaraku kaitsekihte. ZP1, ZP2 ja ZP3 spermatosooidi rabukestas võivad ka osaleda (seovad kapatsiteeritud spermi, ZP2 võib esile kutsuda akrosomaalreaktsiooni). Ekvatoriaalregioon on ühenduskoht skrosoomi sisemembraanil ja spermi plasmamembraani vahel, sealt algab membraanide ühenemine. Pärast membraanide liitumist: spermi tuum ja tsentrisool sisenevad munarakku (veel mõned mitokondrid , mis lagundatakse ja fosfolipaas PLC. Munaraku aktiveerimine (kiired kaltsiumlained käivitavad mitmeid protsesse, näiteks kortikaalreaktisoon, munaraku meioosi lõpetamine , spermi DNA dekompakteerumine, siirdumine meioosist mitoosi ja munarakus talletatud mRNA translasioon. Kaltsium käivitab tsütoplasmas väga paljusid signaalradasid.
Spermist prinuv fosfolipaas PLCkäivitab viljastatud munarakus signaalkaskadi mis viib kaltsiumi siirdumisele ER tsütoplasmasse. Kortikaalreaktsioon: munaraku korteksi graanulite sisu paiskamine rakust välja (proteolüütilised ensüümid, mukopolüsahhariidid ja hüaliin takistavad spermi pääsu munarakku). Pärast viljastamistmunaraku kortikaalreaktsioonil vabanevad ensüümid lõikavad ZP2 katki. See mehhanism takistab polüsmermiat.
Pärast spermi tuuma sisenemist: munaraku tuum lõpetab meioosi; spermi tuumas vahetab munarakk protamiid histoonide vastu, kompaktne DNA vabaneb ja moodustub isas -protonukleus; kummagi pronukleuse DNA replikatsioon; totipotentsuse teke; tsenriool jaguneb; tuumamembraanid lagunevad- esimene mitoos -kaherakuline blastuda; emrbüo oma genoomi aktiveerumine. Totipotensus sugurakkudes ja sügoodis: kaks täieliku DNa de ja remetülatsioonilainet - gametogeneesil ja pärast viljastamist. Munarakk reprogrameerib spermi tuuma totipotentseks pronukleuseks. Vermitud geenid ei demetüleerita. PGC rakkude DNA demetüleeritakse ja remetüleeritakse gametogeneesi käigus, gameedid - terminaalselt diferentseerunud rakud. Pärast viljastamist uus globaalne reprogrameerimine ja demetüleerimne.Pluripotentsete embrüonaalsete tüvirakkude tekkimine. Embrüo arenedes DNA metüleeritakse jälle.
TET3: ensüüm mis demetüleerib tsütosiine spermi pronukleases. ZPF57 –TRIM28: kahe valgu kompleks , seondub DNAga, takistab vermitud geenide demetüleerimist pärast viljastamist, epigeneetilise reprogrammeerimise ajal.
Soo määramine. primaarne soo määramine on kromosomaalne. Sekundaarne soo määramine on gonaadialgmete hormoonid maskuliniseerivad või feminiriseerivad somaatilisi kudesid . Nii sugurakkude eellasrakud kui ka gonaadi alge on varases lootes bipotentsiaalsed. Sugurakkude sugu on samasugune mis gonaadide sugu. Imetajate soo määrab Y- kromosoom , täpsemalt üks geen selles: Sry alias testis-determining factor (TDF). Transkriptsioonifaktor.
Y kromosoom unikaalne. pärandub ainult isasliini pidi. Piiratud krossingover X-kromosoomiga. Sry: SOX (SRY-like box) perekonda kuuluv transkriptsioonifaktor. Avaldub embrüo gonaadialgme Sertoli rakkudes. Sry transgeen → XX isas- fenotüüp . Sry mutatsioonid → XY emas-fenotüüp. Sry avaldub XY-gonaadi mõnedes somaatilistes rakkudes mis diferentseeruvad Sertoli rakkudeks. Need määravad sugupoole. Sry indutseerib Sertoli rakkudes teise transkriptsioonifaktori – Sox9 . Sox9 – peamine Sry-indutseeritud geen soo määramisel. Sry-Sox9 ahel käivitab Sertoli rakkudes geene mis suruvad aktiivselt maha emas-tunnused ja indutseerivad isas-tunnuseid. Maskuliniseerimine.Varased embrüod – hermafrodiidid. Nii Wolffi (meeste) kui ka Mülleri (naise) juhad . Hiljem üks või teine degenereerub. Anti-Mülleri hormood: TGFb perekonna faktor, mida sekreteerivad XY embrüo Sertoli rakud , degenereerib Mülleri juha. Leydigi rakud sekreteerivad testesterooni mis hoiab elus Wolffi juha, testesterooni puudumisel Wolffi juha degenereerub.
Munasarjade kujunemine. Y-kromosoomi ja Sry puudumisel areneb emas-fenotüüp; munasarjade arengut ja oogeneesi määravaid geene: Wnt4 ja Rspo1, Foxl2 (transkriptsioonifaktor), FST (aktiviini inhibitor). Rspo1 või Foxl2+Wnt4 puudumisel: osaline maskuliniseerumine.
Varane areng: lootelehtede kujunemine ja neuraalne induktsioon
Lootetehtede derivaadid . Ektoderm:naha epiderm ja tema derivaadid; Suu ja pärasooli epiteliaane sisu; tundliku retseptorid epidermas; näärviline süsteem, silma lääts. Mesoderm: keelik; skeletsüsteem; lihassüsteem; eritussüsteem ; tsirkulaarne ja lümfaatne süsteem.Endoderm:seedetrakti epiteliaalne sisu; respüratoorse süsteemi epiteliaane sisu; reproduktiivse süsteemi sisu; maks, tüümus ; kõhunääre.
Gastrulatsioon on morfogeneesi esimene samm: morfogenees on protsess, mille abil individuaalsed rakud muutuvad kompleksiks, mis genereerivad organite alguseid. Gastrulatsioon genereerib embrüooni kolme pealist kihti, millisest formeeruvad organid . Kuidas epiteliaalsed rakud liiguvad gastrulatsiooni jooksul: on olemas 4 meetodid: invaginatsioon (raku lokaalne sisene liikumine koopast) ; involutsioon (spiraliseerumine, epiteliaasete rakkude sisemine suurenemine blastpori ümber; konvergentne suurenemine: epiteeliumi nikastus ühes suunas ja kitsamine teises suunas; epiboly:epiteeliumi nikastuslik liikumine peense kihi suunas.
Kuidas individuaalsed rakud liiguvad gastrulatsiooni jooksul: 4 raku liikumisetüüpi, mis viivad gastrulatsioonini: migratsioon (rakude liikumine üle teste rakkude on substraatide; interkolatsioon on rakkude imemine nende naabrite vahel. Lateraalne interkolatsioon sisaldab rakkude lateraalset liikumist samas kihis teineteiste vahel; radiaalne interkolatsioon sisaldab 2 erineva kihi imemine;ingressioon on individuaalsete rakkude liikumine epiteeliumist embüonaalse koopasse ; vormide muutumine on raku kuju muutused, mille tagajärjel toimub epiteeliumi invaginatsiooni.
Embrüonaalsed rakud on epiteliaalsed või mesenhüümrakud. Epiteliaalsed rakud on häst diferentseerunud, nendest koosneb nahk, nad on polüriseeritud. Nad on hästi seotud lähedaste rakkudega. Mesenhüüm rakud on vähe diferentseerunud ja saavad areneda paljudes erinevatesk kudedeks ka epitelirakkudeks. Nad ei ole seotud kähedaste rakkudega, aga nad on kontaktis ER matriksiga.
Lõigustumine . On sügooti jagunemine mitoosi teel ilma rakkude kasvamiseta. Lõigustumise käigus taastatakse organismi hulkraksus ning tuuma-tsütoplasma suhe. Lõigustumise tulemusena moodustub kõigepealt kobarloode ehk moorula, millest hiljem areneb blastuda. Blastulatsioon: Blastulatsiooniks nimetatakse hetke, kui embrüo läheb asünkroonsesse lõigustumise faasi. Blastulatsiooni käigus tekib embrüo sisse  blastotsööl . Spiraalne lõigustumine: Lõigustumise tulemusena tekib tsülüblastula. Esimesed kaks lõigustumist toimuvad vertikaaltelje suunas ning kolmas lõigustumine toimub horisontaaltasapinnas. Kahe esimese lõigustumise tulemusena on tekkinud neli ühesuurust blastomeeri . Kolmanda lõigustumise tulemusena tekib kaheksa enam-vähem ühesugust blastomeeri. Spiraalne lõigustumine: Spiraalse lõigustumise tulemusena tekib väikese blastotsööliga stereoblastula.  Kahe esimese lõigustumise järel on blastomeerid enam-vähem ühesuguse suurusega. Peale kolmandat jagunemist saab eristada mikromeere animaalsel poolusel ja makromeere vegetatiivsel poolusel. Bilateraalne lõigustumine: Bilateraalse lõigustumise käigus toimub mõlemal poolusel (animaalsel/vegetatiivsel) lõigustumine peegelpildi järgi. Rotatsioonilne lõigustumine: . Rotatsiooniline lõigustumine tähendab seda, et esimesed kaks blastomeeri, mis lõigustumise käigus tekivad, moodustavad edasises lõigustumises lõigustumistasapinnad erinevates suundades. Ühel blastomeeril on vertikaalsuunaline lõigustumine ja teisel horisontaalne.  Kuni 8-raku staadiumini on lõigustumise käigus tekkinud blastomeerid teineteisega nõrgalt seotud, peale seda toimub kompakteerumine ehk tihendamine , mille käigus blastomeerid kleepuvad teineteisega tihedalt kokku, moodustades kompaktse struktuuri. Selles staadiumis olevat sügooti nimetatakse moorulaks. Moorula – kobarloode, millele on iseloomulik õõnsuse puudumine. Moorula staadiumile järgneb blastotsüsti staadium, mille lõpuks on välja arenenud põisloote ehk blastotsüsti sisemine õõnsus ehk blastotsööl.
Kehateljed. On olemas 3 kehatelge: vertikaalne, sagitaalne ja põiktelgю Kõik nad ristuvad sirgenurga all. Vertikaalne on kõige piklik ja on perpendikulaarne tugipnnale. Põiktelg on paralleelne tugipinna suhtes.Sagitaalne telg kestab eest taga poole. Vertikaalne telg on pealine , kuna sagitalseid ja püiktelge saab teha palju, vertikaalseid vaid üht. Kõikige telgidele vasvaad 3 lamedust: sagitaalne (läheb sagitaaltelje suunas ja paralleelselt põiktelge suhtes, keskmine lameds jagab keha paremaks ja vasakuks osaks), frontaalne ( läheb põiktelje suunas ja on perpendikulaarne sagitaalse telje suhtes, jabag keha eesosaks ja tagaosaks) ja horisontaalne (läheb põiktelje suunas ja on parallelne tugipinna suhtes ja perpendikulaarne vertikaaltugi suhtesm jaguneb keha ülemiseks osaks ja alumiseks osaks).
Endodermi ja mesodermi lateraalsed plaadid
Endoderm formeerib sõrmiku ja derivaatide sisemise epiteeli . Kõik sisemise organid on moodustanud endodermi ja mesodermi komponentidest. Sidukoed, vedesoonid, organite lihased on mesodermilised.
Mesodermi lateraalsed plaadid.Lateraalse plaadi kihid: somaatilne (liitub ektodermiga; töötab ka koos keha seina ja lümfide sidekudedega); sisemine ehk viteraalne (liitub endodermiga).
Coelomic koobase formeerimine.Mesenteerium (kõhukeelme membraan mis asub kõhukkoobasas); dorsaalne mesenteerium kinnistab aõsrmikut keha seinale; pleuroperikaardilised koobased asendatakse kasvava kopsudega; perikaardium formeerub nagu eraldi kott .
Koobusete formeerumine südames. Looping konverteerib polaarsust parema-vasaku polaarsuseks. Looping sõltub L-R valkudest
Inimese embrüonaalse südame tsirkulatsioon : ovaal auk kodade vahle on avatud; ductus asterious on avatud. Inimese vastsündinu sümade tsirkulatsioon:ductus asterious on kinni, ovaal auk on kinni. Kardiaal tsükl:1. Koda ja ventrikuli diastol; 2. koda süstool ja ventrikulaar diastol; 3. ventrikuli süstol ja koda diastol.
Veresoonte fomeerumine. Piirangud: 1. Füsioloogiline - embrüoon vajab funktsioneerida nagu ta arenes (toidu absorbeerimine platsenta; jäätmete ja hapniku vahetus membraanist);2. Füüsikaline - vedeliku liikumise ja diffusiooni reeglid vastavad soonide mõõdu ja numbri eest). Veresoonid anerevad sõltumatu südame arengust:nad seostuvad südamega pärast formeerimist; süda hakkab töötama pärast esimest hinge tsirkuleerimist.Soonidegenees-esimene protsess:kapplaarideistik on formeeritud mesodermi lateraalse plaadilt; Veresoonide geneesi-teine protsess: primaarse kappilaarideistikud on remodeleeritud; veenid ja arterid on formeerunud. VEGF stimuleerid endoteliaalsed rakke artereid formeerida; arterid stimuleerivad veenide formeerimist. VEGF - kasvufaktor .Endoteeli rakkude arteriaalne prekursoor sisaldab ephrin-B ja veini prekursoor sisaldab ephrin retseptori Ephb4 türosiin kinaasi. Ned retseptori aitaba veenide ja arteride seostuma. Ephrin signaliseerub sideme formeerimist.
Vererakkude areng. Pluripotentsed HSC rakud on võimelised genereerida kõike vere ja lõmfi rakke. HSC genereerib vaherakke. Embrüonaalne hemopoeesis toimu vere saartel (RBC tootmine).
Endoderm.On olemas 2 funktsiooni: keeliku, südame,veresoonte ja mesodermi formeerimine; seedutorude sisu konstrueerimine (mõlemad respiratoorsed ja seedimistorud on primitiivse sõrmiku produktid).
Närvisüsteemi areng I (varajased etapid).
Närvirakk - neuron : neurooni keha, sooma ; neuriidid(aksoonid ja dendriidid). Tüüpilised aksoonid viivad närvi-impulsi neuroni kehast eemale, kontakteeruvad teiste neuronite dendriitidega; ergastavad sünapsid dedriitide eristruktuuridel. Inhibitoorsed dendriitide tüvel.
Kaks suurt neuronite kategooriat:1. projektsioonineuronid ( innerveerivad kaugemal asuvaid sihtkudesid, pikad aksonid ), 2. interneuronid (kontakteeruvad kohalikult ajupiirkonn sees). Neuronite tüübid neurotransmitete järgi:1. erutavad, ergastavad neuronid (glutamat, atsetüülkoliin, paljud projektsioonineuronid); 2. pidurdavad neuronid ( gamma -aminovõihape, interneuronid ja mitmed projektsioonineuronid); 3. modulatoorsed (serotoniin ja neuropeptiidid). Perifeersed närvid innerveerivad närvisüsteemist väljaspool asuvaid sitkudesid (motoneuronid, sensoorsed neuronid ja autonoomsed neuronid).
Kesknärvisüsteemi ( peaaju + seljaaju) sees innerveerivad neuronid teisi neuroneid .Kesknärvisüsteemis on neuronite kehad koondunud kihtideks või tuumadeks; aksonid kulgevad tihti kimpudena, mis moodustavad ajus juhteteid.
Aksonite juhtetee ajus.Rubrospinaalne juhtetee: pealine lateraalne juhtetee, mis alustab punasest nukleusist. Kiud, mis tuleb punasest nukleusist ja läheb mööda vastaslateraalselt ajutüvi . See juhtetee mõjub koolutatud lihasele,
Testospinaal juhtetee: algab kollikulusis ja läheb mööda teiste ajutüvi osa, kus annab effekti kuklaspinaal segmentile, kus kidu teevad sünapsi interneurtronidega.
Ajuvatsakesed ja seljaaju keskkanal : ruumid ajus, täidetud liikvoriga. Nende sein:ventrikulaartsoon, aenevas ajus neutronite eellaste paiknemise ala.Täiskasvanus - aju+vere barjäär.
Peamised gliiarakud: astrotsüüdid (toite ja regulatoorsed rakud; Ümbritsevad neuronite keha, sünapseid,Ranvier sooniseid, ajuveresoonte seinu, ajuvalendike seinu); oligodendrotsüüdid (ümbritsevad aksoneid, moodustavad müeliintüpe; Perifeerses närvisüsteemis Schwanni rakud); mikrogliia (aju makrofaagid).
Närvisüsteemi arengu peamised etappid : neuraalne induktsioon (neuroektodermi indutseerimine diferentseerumata ektodermist), neurulatsioon (neuraalplaadi arenemine närvitoruks), regionaliseerumine (aju osade kujunemine piki närvitoru), patterning(eri neurotüüpide tekkimine närvitoru pea-saba ja selja-kõhu telgedel), neuriitide (kasv ja nende navigeerimine sihtrakkudeni), neuronite programmeeritud surm, sünaptogenees, gliogenees (gliiarakkude tekkimine), neurogenees (närvirakkude kujunemine, diferentseerumine eellasrakkudest).
Neuraalne induktsioon. Organisaatorist sekreteeritud morfogeenid blokkeerivad embrüo seljapiirkonnas BMPd mis indutseerivad ektodermis epidermaalse saatus. Selles kohas kujuneb neuroepiteel, neuraalplaat. Muu ektoderm areneb epidermiseks.Neuraalplaadi eesosa laieneb, liigub saba poole ja aheneb. Samal ajal neuraalplaat kooldub, hakkab moodustuma toru.
Neurulatsioon. Närvitoru moodustumine neuraalplaadist.Neuraalvao moodustumine, voltumine, toru sulgumine pea saba suunas. Tulemusel - neurula, embrüo kas on neuraaltoru, selle peal epidermis ja nende vahel neuraalhari . Neuraaltoru seinas - neurogenees embrüonaalsete induktorite toimel organisaatoritest.Neuraaltoru moodustumine:neuraalplaadi rakkude kuju muutub - plaadi kooldumine; tipmine ahenemine; neuraaltoru sulgumine. E-kadheriin algselt kogu ektodermis. Neuraaltoru moodustudes asendub seal N-kadheriiniga, mis E-kadheriiniga ei seondu -> neuroektoderm ja mitte-neuraalne ektoderm eralduvad. Neuraalplaat moodustub ka pea-saba-gradiendina. Eesosa laieneb ( tulevane peaaju). Sox2: transkriptsioonifaktor (HMG-box rühmast), oluline neuraalplaadi moodustumisel. Surutakse maha BMPde poolt ->avaldub BMPde mahasurumisel -> neuraalplaat. Tbx6: transkriptsioonifaktor (T-box rühmast). Avaldub neis tüvirakkudes mis rändavad neuraalplaadi alast välja.Represseerib Sox2 -> mesodermaalne saatus. Tbx6 knockout-hiired: somiitide asemel arenesid neuraaltorud.
Varajane neurogenees. Neuraalplaat ja neuraaltoru sein enne neurogeneesi – neuroepiteel. Neuroepiteeli rakud paljunevad, kujunevad multipotentseteks neuronite eellasteks pro-neuraalsete geenide toimel. Eellaased moodustavad ventrikulaarsoonis. Neuraalsed eellasrakud hakkavad diferentseeruma neuroblastideks. Asümmeetriline jagunemine. Lateraalne inhibitsioon . Uus neuroon rändab ventrikulaarsoonist välja. Neuraaltoru seina paksenemine = uute neuronite tekkimine. Neuraaltoru sein jääb edasi tüvirakkude piirkonnaks. Arenes ajukoores osa neuroepitaalrakke transformeerub radiaalgliia rakkudeks. Väikeajs - Bergmani gliia .
Pro-neuraalsed geenid. Transkriptsioonifaktorid mis määravad multipotentsete neuroektodermaalsete eellasrakkud tekke.Tähtsamd liikmed: Neurog1, Neurog2, Neurog3, Olig1, Olig2, Olig3; neid indutseerivad morfogeenid: (BMPs, Shh, Wnt, FGFs, RA.
Lateraalne inhibitsioon. Tüvirakkude põhiprintsiipe: jagunedes üks tütarrakk diferentseerub, teine jääb tüvirakuks edasi.Neuroepiteelis – lateraalse inhibitsiooni kaudu. Lateraalne inhibitsioon aktiveeritud neuron surub naaberneuronis samasuguse aktivatsiooni maha. Asümmeetriline jagunemine -> tütarrakk ilma Notch -ta -> neuroni teke.
Eri neuronitüüpide indutseerimine närvisüsteemi eri osades.Pea-saba suunas: ajupõied ja seljaaju. Ajupõied - neuromeetrid: prosomeetrid ja rombomeetrid. Selja-kõhu suunas:eir neurotüübid, morfogeenide gradeindid organisaatoritest.
Selja-aju dorso-ventraalne pattering. Dorsoventraalsel teljel indutseerivad neuronitüüpe morfogeenide gradiendid,sekreteeritud organisaatoritest. seljakeelik sekreteerib Shh ja indutseerib järgmise organisaatori: põrandaplaadi - sekreteerib Shh. Epidermis sekreteerib BMPd - järgmine organisaator katuseplaat sekreteerib TGFb perekonna morfogeene. Morfogeenid indutseerivad neuronitüübid vastavate transkriptsioonifaktorite kaudu.Rombomeerid on ajutised arengulised segmendid tagaajus. Rombomeeridest arenevad ajusild , väikeaju ja piklikaju . Igal rombomeeril oma transkriptsioonifaktorite kombinatsioon. Ka oma Hox-geenid.
Närvisüsteemi areng. Hilisemad etappid
Neurogenees. Närvirakkude kujunemine, diferentseerumine eellasrakkudest. Varjane neurogenees:jagunevad olegipotentsed eellased- assümeetriline jagunemine-üks tütarrakk saab unipotentseks neuroblastiks- rändab ventrikulaartsoonist ära, saab neuroniks. Neuroni sünd:viimane mitoos.Neuritogenees:aksonite ja dendriitide väljakasvamine, aksonite navigeerimine sihtkudedeni. Neuroni programmeeritud surma periiod.Sünapsite moodustamine sihtkudedega. Neuronite diferentseerumine:neutrlasete geenide avaldumine. Ajukoore vassündinud neuroonid rändavad mööda radiaalgliia rakke. Peamiselt on uuritud neuronite rännet aju hallolluse kihtide moodustumisel. Ajukoore interneuronid sünnivad kõhtmises piirkonnas, rändavad ajukoorde tangentsiaalselt.
Neuronite arvu kujunemine programmeeritud surma perioodidel . Neuronite programmeeritud surmaperiood toimub sünaptogeneesi ajal. Närvisüsteemist välja projitseeruvatel neuronitel määravad neuronite elu/surma neurotroofilised faktori, alias närvikasvufaktorid, mida toodavad innerveeritavad sihtkoed.NGF - närvikasvufaktor.
Mudel, kuidas Sihtkudede neurotroofilised faktorid hoiavad programmeeritud surmaperioodil vajaliku arvu neuroneid elus:Neuroonipopulatsiooni iinerveerimise käigus kõik neuronid muutuvad apoptitilisteks; sihtkoe rakud toodavad neurotroofilisi faktoreid, mis peatavad apoptoosi ;neuronid, mis ei saa neurotroofilist faktori surevad; neutrotroofilised faktorid:limiteeritud määrla, mitte kõikidele. Neuronite elektriline aktiivsus hoiab arenevaid ajuneuroneid elus, elektriline vaikus laseb neil surra. Sünaptogeneesi ajal.
Neuritogenees, sihtrakkude innerveerimine. Pärast neuroni sündi kasvavad neuriidid: aksonid, dendriidid.Nad liiguvad läbi kudede. Esimesed - pioneeraksonid, teised kasvavad pioneeride pinnal. Aksonid hargnevad sihtkoe lähedal, moodustavad sihtrakkudega sünapseid.Sünapsid tugevnevad, onsa degenereerub. Aksonite juhtmolekulid: suunavad pioneer-aksonite kasvukoonuseid nende teel sihtrakkudeni. Mõjutavad tsütoskeletti.Kasvukonuses toimub valkude süntees,mRNA transport aksonitesse, kohalik translatsiooniapparat. Iga juhtmolekul mõjutab tale tundlikke neuroneid. Aksonite juhtmolekulide liigid: pikamaa (sekreteeritud molekulid, tihti gradientidena); lühimaa (rakupinnamolekulid); tõmbavad, tõukuvad.
Tähtsamad sekreteeritud juhtmolekulid:netriinid (nii tõmbavad kui ka tõukuvad; retseptorid DCC enamasti tõmbav toime; UNC5 - tõukav toime); SLIT valgud (seonduvad Roboretseptoritele;tõukuvad; tihti takistavad aksoni siirdumist üle keha keskjoone; osalevad angiogeneesis); semaforiinid (peamised tõukuvad juhtmolekulid aksonite navigeerimisel); efriinid ja nende EPH-retseptorid suures perekonnad (ollised topograafiliste närviühendiste kujunemisel: silma võrkkesta ja optilise tektumi ühendumine, taalamuse ja lateral geniculate nucleus ühendumine); membraanseoselised (enamasti tõukuvad); EPH-retseptorid (enamasti türosiinkinaasid); morfogeenid (WNt ja SHH osalevad aksonite navigeerimisel, tõmbavad ja tõukuvad); kasvufaktorid.
Kaks paremini uuritud näidet aksonite navigeerimisest sihtrakkudeni: Seljaaju komissuraalneuronite aksonite tee ühelt ajupoolelt teisele (keskjoone ületamine) ja pöördumine peaaju suunas. Slit-Robo, Netriinid-DCC, Semaforiinid; Silma võrkkesta neuronite topoloogiline ühendumine aju nägemiskeskuse (optic tectum)neuronitega. Ephrin-Eph süsteem.
Seljaaju komissuraalneuronid: saavad innervatsiooni sensoorsetelt neuronitelt. Aksonid kulgevad kõhtmises suunas, ületavad keskjoone ja siis tõusva juhteteena taalamusse. Seljaaju komissuraalaksonid navigeerivad põrandaplaadi suunas mööda netriini gradienti. Netriinide gradient põrandaplaadist juhib kasvukoonuse keskjooneni ja üle selle. DCC kui kasvukoonust edendav netriiniretseptor. Teisel pool keskjoont hakkab kasvukoonuses avalduma Robo. Tema ligand Slit – ka põrandaplaadist. Tõukuv, takistab tagasipöördumist . Samuti blokeerib vastuse netriinidele. Jäänud kahe repellandi vahele pöördub kasvukoonus ülespoole aju suunas. Tõukuvad gradiendid määravad laiema territooriumi kuhu aksonid sisenevad.
Sünaptogenees. Sihtrakkudeni jõudnud aksonid hargnevad. Aksonid moodustavad ajus sünapseid teise neuronitega, peamiselt nende dendriitidega. Motoneuronite sünapsite moodustumine lihasrakkudega: Kasvukoonus kontakteerub müotuubiga; Neuroni sekreteeritud agriin (agrin) osaleb müotuubi atsetüülkoliini retseptorite koondumisel moodustuva sünapsi alla; Rakuvaheaine (laminiin) kinnitab aksoni otsa lihasraku külge; Lihasrakk indutseerib kasvukoonuse muutumise pre-sünaptiliseks terminaaliks, Närv indutseerib lihasrakus post-sünaptilised struktuurid. Agriin: suur proteoglükaan, sekreteeritud motoneuronite kasvukoonustest. Signaliseeriv türosiinkinaasne retseptor MuSK. Osaleb atsetüülkoliini retseptorite koondumisel moodustuva sünapsi alale . Ajus: ergastavad neuronid teAevad sünapseid peamiselt dendriitide spine -struktuuridega, inhibeerivad neuronid – dendriitide tüvedega.
Akso-dendriitse sünaptogeneesi mudel
Dendriidi filopoodid kontakteeruvad aksoniga, aksoni harud dendriidiga, kas spetsialiseerunud kohaga või mitte. Kohalik valgusüntees dendriidis – oluline. Sünapsid tekivad ja kaovad ka täiskasvanud neuronitel. Sünapsid tekivad ja kaovad ka täiskasvanud neuronitel.Neuronite diferentseerumine: neutraalsed geenid või valgud: ioonkanalid , neurotransmitterite sünteesiensüümid ja retseptorid, sünaptilised valgud, neuronaalsed tsütoskeletivalgud (neuronaalne tubuliin TUJ1, neurofilamendid), neuronite adhesioonimolekulid. Üks ”master factor” mis osaleb neuraalse ja mitteneuraalse määramisel: REST .
REST ja NRSF. Surub maha neuraalsete geenide avaldumise. Mitteneuraalsetes rakkudes tuleb neuraalsed geenid maha suruda.
Mitteneuraalsetes kudedes, koos ko-repressorvalguga Co-REST seondub neuraalsete geenide kromatiinile, värbab kromatiini modifitseerivaid valke- püsiv neuraalsete geenide repressioon. • Neuroni eellase differentseerumine neuroniks: REST represseeritakse.
Gliogenees. Neuronite eellasrakud lülituvad sünnieelses arengufaasis ümber astrotsüütide eellasteks. Shh, ja Notch -> Sox9 ja NF1A transkriptsioonifaktorid. Küpsed astrotsüüdid jagunevad ajukoes edasi -> arvu suurenemine. Perifeersete närvide Schwanni rakud tekivad neuraalharjast.
Neutraalhari. Ajutine multipotentne rändav rakupopulatsioon. Moodustub neuraaltoru voltidest. Neuraalharja rakkudest moodustuvad:
perifeersete ganglioonite neuronid ja gliia; soolestiku närvisüsteem; naha pingmentirakud; näo ja kael luud , kõhred; aordi ja kopsuarteri eraldamine; paljude organite sisekude. Keha neuraalharja rakkude kaks migratsiooniteed: selgmiselt, epidermise ja dermise vahel - melanotsüüdid ; kõhtmiselt läbi sklerotoomi. Kõhtmiselt migreeruvad neuraalharja rakud väldivad sklerotoomi tagumist osa. Seal – tõukuvad efriinid.
Tähtsamad pea struktuurid mis arenevad neuraalharjast. keha neuraalharjastki: Perifeerne närvisüsteem: peaganglionid ja nendega seotud peanärvid, gliia; Näo melanotsüüdid.
Mesoderm: skeletilihaste ja luude areng
Mesodermi põhikomponendid .Seljakeelik,Paraksiaalne mesoderm ( somiidid ja pea mesoderm), külgplaadi mesoderm ja vahelmine mesoderm. Paraksiaalne mesoderm: Paraksiaalse mesodermi indutseerivad BMP valgud. Ka FGF ja Wnt valgud; ta segmenteerub somiitideks. SOmiidid embrüo segmentatsiooni mudel. Metameersed, osalevad selgroolülide metameersuse määramisel -> spinaalnärvide metameersus. Ka neuraalharja rakkude rändamise segmentsuses; Differentseeruvad kolmes põhisuunas: skelrotoom, müotoom ja dermatoom.
Kella ja lainerinde mudel. Morfogeenide gradiendid somiitide-eelses mesodermis: FGF, Wnt, Notch, retinoolhape. Ostsilleeruvad geenid, peamiselt Notch, Wnt, FGF signaliseerimisradadega seotud geenid: Notch - hairy ja hes; wnt - axin1 ja dkk1; FGF - spry2 ja spry4. Võnkemehhanism: autonoomselt. iseenda inhibiitori indutseerimine, millel on lühike eluiga. Hes7: intronite kõrvaldamine geenist ajas võnkumise ja segmentatsiooni segi. Üks võnkefaas – ühe somiidipaari tekitamise aeg. Morfogeenide (FGF/Wnt ja RA) vastupidise suunaga gradiendid, nende ühinemisala – determinatsioonirinne; perioodiliselt võnkuvad geenid; Uus somiidipaar determineeritakse kohas kus võnkuva geeni avaldumisala kattub morfogeenide determinatsioonirindega. Adhesioonigeenid -> tulevase somiidi rakud hoiavad kokku. Eph-Ephrin süsteemi geenid -> tõukuvad valgud somiitide piiril -> uue somiidi eraldumine. Uue somiidi tagumise piiri rakud muutuvad tõukuvateks -> moodustub lõhe. Üks tõukumise mehhanism: Eph-Ephrin süsteem. Mesp2 indutseerib Eph-retseptorid, need omakorda Efriinid veel determineerimata mesodermi rakkudel -> tõukumine.Vastsündinud somiit : epiteeliga ümbritsetud pluripotentsed mesenhüümirakud.
Somiidi diferentseeruvad: sklerotoom - selgrolüülideks; müotoom - seljaks, rindkereks ja kohtmises kehaseinaks; dermatoom - selja pärisnahaks.
Skeletilihaste diferentseerumine (müogenees). Dermamüotoomi teke: Wnt ja Shh morfogeenid neuraaltorust ja epidermisest -> homeodomään transkriptsioonifaktorid Pax3 ja Pax7 -> müogeensed regulatoorsed faktorid: bHLH transkriptsioonifaktorid Myf5, Mrf4, MyoD. Dermamüotoom eristub müotoomiks ja dermatoomiks. Differentseeruvad unipotentseteks müoblastideks. Müoblastid liituvad lihastorudeks; Lihastorud organiseeruvad paralleelseteks lihaskiududeks ja need omakorda lihaskimpudeks. Samaaegselt liitumisega lihasrakud differentseeruvad. bHLH faktorid Myogenin, ka MyoD ja Mrf4 -> lihasspetsiifilised geenid/valgud: aktiin , müosiin, tropomyosin, troponin, titin, nebulin, desmin, dystrophin, atsetüülkoliini retseptorid. Osa müoblaste jääb eellasrakkudeks – satelliitrakud. Müoblastid liituvad müotuubideks, mis differentseerivad ja korralduvad lihaskiududeks. Täiskasvanud skeletilihaskiud – hulktuumsed rakud. Sadu tuumasid, lihaskiu pinna all,müofibrillide ja rakumembraani vahel.Sklerotoomi rakud jagunevad eesmiseks-tagumiseks pooleks -> pooled ühinevad -> selgroolüli.
Luude moodustumine (osteogenees). Jäsemete luud – külgplaadi mesodermi (lateral plate mesoderm) mesenhüümirakkudest,endokondraalne luustumine. Koljuluud – neuraalharjast ja pea prekordaalsest mesodermist, intramembranoosne luustumine.
Endokrondaalne luustumine. Mesenhüümirakkude kõhreline determinatsioon. Kondroblastide kondenseerumine tulevase luu kohal -> kondrotsüüdid. Kondrotsüüdid paljunevad ja suurenevad mõõtmetelt. Sekreteerivad erilist rakuvaheainet; Loovad tulevase luu kõhrelise karkassi, määravad luu põhikontuurid, ümbritsetud perikondriumiga. Veresooned puuduvad, ainevahetus diffusiooni kaudu.KOndrotsüüdidtoodavad kaht morfogeeni: VEGF (indutseerib veresooni) ja IHH (indutseerib perikondriumi rakkudes osteoblaste; Runx2 transkriptsioonifaktori kaudu.
Luustumine. Algab 6-7 arengunädalal; kondrotsüüte asendavad osteoblastid , mis toodavad rakevaheainet;vereloomrakkud rändavad sisse, osteoklastid ja luuüdi moodustavad rakke.
Intramembranoosne luustumine. Mesenhüümrakud kondenseeruvad ja diferentsuuruvad osteoblastideks - osteotsüütideks.
Selgrootsete jäseme moodustumine. Jäsemepung moodustub pinnaektodermist ja mesodermaalsest mesenhüümist; Mesenhüümirakud rändavad moodustuvasse jäsemesse:somiidi müotoomist - mõoblastid - lihased; külgplaadi mesodermist - kondroblastid - luud. Jäsemepungas on kaks olulist organiseerivat keskust: tipmine ektodermaalne vall AER (jagunevad rakud, jäsemekasvav ala); polariseeriva aktiivsuse tsoon ZPA. Jäsemepung moodustub ja kasvab FGF-morfogeenide toimel: FGF10, FGF8, FGF4. Ka Wntvalgud.Hoiavad progressitsooni mesenhüümirakke jagunevas seisundis (FGF8 mRNA avaldub AER alal; FGF10 indutseerib jala seal kus ta normaalselt ei moodustu; Inimesel ja kanal: Tbx5 määrab ülajäseme, Tbx4 alajäseme.
Jääseme proksimaal -distaalne pattering. Kahe morfogeeni vastassuunalise gradiendi koostoimel: retinoolhape somiitidest ja FGF’d AER-st. Retinoolhappe sünteesi määravad vastava kehasegmendi Hox-transkriptsioonifaktorid. AER morfogeenid – jagunemist stimuleerivad. Proksimaalsed jäseme elemendid differentseeruvad varem kui distaalsed .
Jäseme anterio -posterioorne pattering. Polariseeriva aktiivsuse soon jäsemepunga tagumises servas . Määrab sõrmede identsust. Doos - sõltuvus : vähem implanteeritud ZPA rakke või väiksem mõjutusaeg -> vähem ektoopilisi ”sõrmi ”.Wolperti morfogeen leiti 1975: ZPA jäsemepunga polariseeriva aktiivsuse eest vastutab Sonic hedgehog (Shh).
Sõrmede moodustumine. Sõrmede identsus sõltub Shh kontsentratsioonist neid moodustavate mesenhüümirakkudele ja ajast kui kaua nad Shh mõju all on. ZPA enese rakud paljunevad ja moodustavad osa sõrmerakkudest. Sõrmedevaheline kude sureb.
Drosophila melanogaster on mudelorganism tänapäevase bioloogias.
Algselt Aafrikast pärit kosmopoliitne putukas, looduslik levikuala kõikjal maailma soojades maades. Drosophila perekond – ligi 200 erinevat liiki, kümnendiku genoom sekveneeritud.Drosophilia eelised:odav; paljuneb kiiresti ja massiliselt; parim geneetiline mudel; annoteerinud genoom; interneti infopangad; genoom väike - 4 kromosoomi, ~ 13000 geeni ; vähe funktsioonilt kattuvad geeni. Arengutsükkel – 9 päeva embrüost kärbseni.
Varane areng on süntsütsiaalne hulgituumaline, vaheseinad puuduvad ja kiire tuumade jagunemine.
Drosophila geneetika iseärasused: sugurakkudes riistsiire ainult emastel; transposoonsed P-elemendid; balanser- kromosoomid mutatsioonide säilitamiseks. Balanser kromosomid:mitmer inversioonid takistavad rekombinatsiooni; detektsiooniks dominantne fenotüüpne tunnus; iga põhikromosoomi jaoks suur valik balansere.Balanser kromosoomid II:väljakujunenud inversioonidel ja mutatsioonidel selekteerimise teel. P element on drosophiila looduslik transposoon. P-elementi omadused: inversioon on stabiilne; transponsitsiooni saab esile kutsuda transposaasi ekspresserumisega; insertne mutageen eelistab teatud piirkondi genoomis.
Sünnijärgne areng.
Organid ja koed kasvavad enamasti sünkroonselt. Kasvu kolm põhmehhanismi: rakkude arvu suurenemine(proliferatsioon), tasakaal apoptoosiga; rakkude mõõtmere suurenemine; rakuvaheaine lisamine (luukude). Organid sekreteerivad omaenda kasvu inhibiitoreid, mida suuremaks organ kasvab, seda rohkem inhibiitoreid.
Leptiin: rasvkoe sekreteeritud hormoon; Mida suurem rasvkude , seda rohkem liptiini; Toimib hüpotalamuse neuronitele, vähendab isu, suurendab energiakulutust.
Müostatiin:TGFb superperekonna valk, sekreteeritakse lihasrakkude poolt, pärsib lihasrakkude kasvu ja satelliitrakkude uuenemist.
Mehhanismid , mis mõõdavad organi funktsiooni:maks kohanda oma mõõtmeid keha üldise suuruse järgi; ühe neeru eemaldamisel teine suureneb.
Organismi kas füüsiliselt: selgrolüülide ja toruluude kasv - vastav lihaste kasv:kasvuplaat (õhuke kõhreline ala toruluude otstes kus kõhrelised tüvirakud luu pikkust kasvatavad); Kasvuplaadi tüvirakud jagunevad, tekkinud kõhrerakud liiguvad edasi, kasvavad suuremaks ja asenduvad osteotsüütidega; puberteedi lõpul kasvuplaat luustub.Toruluure kasv kontrollivad paljud hormoonid ( kasvuhormoon , kilpnäärme türosiinm kortikoidid). Selgroolülid kasvavad ka endokondriaalse luustumise teel.
Luude ja lihaste kasv on mehaaniliselt koordineeritud: Luude kasv avaldab neile kinnitunud lihastele pinget (tension).See kasvatab lihaskiudude pikkust, lisab müofibrillide ja sarkomeeride arvu lihaskiududes. Lihaskiudude kasv toimub sateliittrakkude (tüvurakud) liitumise teel (lihaste regeneratsioon ).
Kolm peamist kudede/organite kasvu reguleerivat rakusisest signaliseerimissüsteemi. 1. Kasvuhormoon aktiveerim süsteemselt IGF-1- masterkinaas TOR- ribosomaalne S6 kinaas, elF4E - transkriptsiooni ja translatsiooni stimuleerimine; 2. Hippo rada(kasvu pidurdav); 3. Mitogeenid: MAPK kaskaad - aktiveeruvad proliferatiivsed transkriptsioonifaktorid myc, E2F ja vähenevad cycline- dependent -kinase inhibiitorid p21 ja p27.
Morfogeenid.Wnt,TFGb,NOtch. KOntrollivad kudede-organite suurust mitmeti: stimuleerivat proliferatsiooni; stimuleerivad rakkude differentseerumist - jagunemise peatumine; stimuleeriva tüvirakke.
Hippo signaalrada. Rakusisene signaalrada mis reguleerib kudede/organite suurust, tüvirakkude aktiveerumist ja organite regeneratsiooni ; väga konserveerunud. Hippo signaalrada seob rakkude adhesiooni-,tsütoskeletimuutusi rakutuumas geeniregulatsiooniga; Aktiveeritud signaalrada pärsib rakkude jagunemist ja edendab apoptoosi; raja käivitavad muutused rakkude adhesioonis, tsütoskeletis, polaarsuses; kinaaside kaskad - MST1/2 ja LATS1/2 ( seriin -treoniin kinaasid ); Aktiveeritud LATS1/2 inhibeerivad transkriptsioonilisi koaktivaatoreid TAZ ja YAP,millede aktiveeritud geeniprogrammid peatuvad.
Täiskasvanu tüvirakkud, kudede homoöstaas ja regenereerumine.Homoöstaas: kudede uuenemine rakkude väljavahetamise teel. Apoptoos → uued rakud asemele.Regeneratsioon: kudede/organite taastumine pärast kahjustust.Täiskasvanu tüvirakkud: homöostaasi ja regenereerumise põhimehhanism.Imetajate regeneratsioon on piiratud. Inimesel võivad regenereeruda maks, kaotatud sõrmeotsad (lastel paremini), harkelund ja neerude nefronid (teatud määral), nahk, lihased.
Täiskasvanute organite-kudede tüvirakkud. Paljud soikeseisundis, rakutsükli G0-faasis, aga vajadusel jagunevad ja diferentseeruvad kiiresti. Eri kudedel erinev turnover rate. Vereloome on kõige kiiremine uuenevaid kudesid. Maks – erandlik kude mis regenereerub hästi. Ainus täiskasvanud imetajate organ mis on võimeline eneseuuenduseks. Maksarakkud hakkavad jagunema kui osa maksakudet on kaotatud. HGF, TGF-b, Interleukiin-6 jt. faktorid aktiveeruvad kahjustusega, stimuleerivad rakujagunemist. Kui makse jagunemine on takistatud, siis aktiveeruvad maksa tüvirakkud ja taastavat kudet.
Soole epiteel .Uueneb iga 4-5 päeva järjel. Soole epiteel – füüsiline barjäär soole mikroobide ja soole kudede vahel. Takistab bakterite sissetungi ja järgnevat põletikku. Peab pidevalt uuenema. Soolerakud surevad apoptootiliselt hattude tippudes. Uued soolerakud tekivad krüptide põhjas tüvirakkudest ja liiguvad tipu suunas.
Nahk.Uueneb kogu aeg. Pindmisest sarvkihist eraldub pidevalt sarvliistakuid; aluskihi eellasrakud paljunevad ja differentseeruvad. Epidermise tüvirakkud on naha basaal kihis; Peale nende veel karvafolliiklite ja melanotsüütide tüvirakud.
Luude uuenemine. Osteotsüütide regulaarne surm kogu elu vältel. Surevad rakud värbavad: Osteoklaste verest. Lagundavad vana luukudet; Osteoblaste mis diferentseeruvad uuteks osteotsüütideks ja eritavad uut luu vaheainet.
Rasvkude.Funktsioonid: mehaaniline tugi kudedele, naha kinnitamine aluskudedele (sidekoe tüüp), soojusisolatsioon, liigse energia salvestamine .Pruun ja valge rasv. Pruun rasv:soojuse tekitamiseks; laguneb kiiresti - kehasoojus; sisaldab palju mitrokondreid, neis on palju thermogenin valku. Valge rasv:energia talletamiseks ( hormonaalne kude); unikaalsed rakud - lipiidivesiikel surub tuuma vastu membraani, kasvatab raku mõõtmeid. Rasvkude areneb mesodermist, mesenhümaalsetest tüvirakkudest. Inimesel hakkavad rasvarakud moodustuma teisel trimestril. Rasvarakud on terminaalselt diferentseerunud rakud mis enam ei jagune. Rasvkude (WAT) – dünaamiline , muudab oma massi vastavalt keha energeetilisele staatusele . Täiskasvanud rasvarakkude tüvirakud: võib olla seotuv veresoontega ja osteoblastidega.
Neuraalsed tüvirakkud. Neurogenees näidatud kahes erandlikus piirkonnas: Külgvatsakese subventrikulaartsoon (seal sündinud neuronid rändavad haistesibulikku, seal diferentseeruvad kohalikeks interneuroniteks), Hippokampuse hammaskääru subgranulaartsoonis (diferentseeruvad mitmeteks hippokampuse neuroniteks. Pidev neurogenees).
Aksonite regeneratsioon. Katkenud aksonite tagasikasvamine: toimub perifeersete närvide puhul; takistatud kesknärvisüsteemis.
Perifeerse motoneuroni aksoni regenereerumine pärast aksotoomiat:SChwanni rakud- perifeerse närvisüsteemi müeliini moodustavad gliiarakud. Moodustavad ka aluskile aksoni ümber.
Aluskile:rakuvaheaine mida sekreteerivad ja millele toetuvad epiteelirakud ja Schwanni rakud. Sooma aktiveerub. Schwanni rakud muutuvad parandavateks rakkudeks. Sekreteerivad adhesioonimolekule ja kasvufaktoreid.
Katkenud närviots moodustab kasvukoonuse mis kasvab sihtkoe poole tagasi mööda allesjäänud adhesiivset aluskile toru, Schwanni rakud toetavad seda toru. Kesknärvisüsteemis spontaanset aksonite regeneratsiooni ei toimu: Tekkinud gliiapärane armkude (glial scar ) takistab aksoni kasvu.
Inhibeerivad molekulid: kondroitiinsulfaat proteoglükaanid aggrecan, brevican, neurocan, NG2 (aju rakuvaheaine). Nende üks retseptor: Receptor protein tyrosine phosphatase sigma (PTPσ). Oligodendrotsüütide (müeliini) pinnal on aksonite kasvu inhibeerivaid molekule: Nogo, myelin-associated glycoprotein (MAG). Gliia arm takistab immuunrakkude (põletiku) ja infektsioonide levimist ajju.
Kesknärvisüsteemi aksooni regenereerimis-strateegiad.Inhibiitormolekulide ja nende signaalradade blokeerimine ; Perifeerse närvi tüki siirdamine läbi armkoe; Regenereeruvate aksonite navigeerimine ajus.
Transkriptiline kontroll kidney arengus.
Trasriptioonilise faktori GATA perekond.6 GATA faktorit selgrootsetel. Sisaldavad 2 Cys4 tüübi zing finger domääni; seostuvad DNAle WGATAR, tugeva aktivaatori; GATA3 reguleerib embüro hemopoeesi, T-raku ja närvisüsteemi arengut.GATA3 roll urogenitaala arengul: GATA3-lacZ knock-in mice.
Wollfian kanaali laiendamine on reguleeritud:reguleerivate faktorite, raku kuju muutmise ja liikuvate valkude, ECm,signaalradade ja transkriptioonilise faktoritega.
Wnt1 ekspressioon GATA 3: Wnt mitte kunagi ei ole ekspresseeritud Wd-is; Lim1 on astmeliselt kaob WD-is; GFRal kaob WD-is;GDNF jääb ilma effektita mesenhüümis.
Enamuse WD markerite ekspressioon on algab, aga astmeliselt kaob; mesenhüümide markerite ekspression jääb ilma effektideta; lahustuv GFRa1 on võimeline osaliselt päästa embrüo formeerimise GATA3is.
Kydney mesenhüümide ja läbivoolukomponentide Pax2 kontrolli formeerimine.Pax2 näidab Wolffiani kanali normaalset arengu kuni E9.5:defektiivse WD laienemine E10 juures; WD regress E10.5 juures. GDNF ekspressiooni puudumine metanefrilises mesenhüümis. Pax2 on osaliselt allareguleeritud GATA3-is.GATA 3 ekspressioon Pax2-is:GATA3 on täielikult kaotud. Pax8 on koekspresseeritud Pax2-ga E8.5-9-5 juures.GATA3 üleekspresseerimine viib Pax2 mRNA taseme tõusul 293 rakus.
Geeni ekspressiooni tingimuste kontroll.Cre-rekombinase-loxP; kidney-spetsiifilise Cre transgeene mice loomine (Hoxb7 promootor );iga geeni üleekspresserimise indutseerimine.