Informacja

Część 14: Rozwój embrionalny i jego regulacja - Biologia

Część 14: Rozwój embrionalny i jego regulacja - Biologia



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Embriogeneza to proces, w którym zarodek tworzy się i rozwija. U ssaków termin ten odnosi się głównie do wczesnych stadiów rozwoju prenatalnego, natomiast terminy płód i rozwój płodu opisują etapy późniejsze. Embriogeneza rozpoczyna się od zapłodnienia komórki jajowej (jajo) przez plemnik (plemnik).

  • 14.1: Rozwój embrionalny
    Genom zygoty zawiera wszystkie geny potrzebne do wytworzenia setek różnych typów komórek, z których będzie składać się całe zwierzę. Istnieją dwie główne kategorie tych genów: geny „gospodarujące” i geny specyficzne dla tkanki. Jednak każda komórka pochodząca z zygoty została wyprodukowana przez mitozę, a zatem zawiera pełny genom organizmu (z nielicznymi wyjątkami).
  • 14.2: Embriologia żaby
    Jajo żaby to ogromna komórka; jego objętość jest ponad 1,6 miliona razy większa niż normalna komórka żaby. Podczas rozwoju embrionalnego jajo zostanie przekształcone w kijankę zawierającą miliony komórek, ale zawierającą taką samą ilość materii organicznej.
  • 14.3: Rozszczepienie
    Rozszczepienie odnosi się do wczesnych podziałów komórkowych, które pojawiają się, gdy zapłodnione jajo zaczyna przekształcać się w zarodek.
  • 14.4: Organizator
    W rozwoju embrionalnym zygoty gradienty mRNA i białek, które matka odkłada w jaju podczas jego tworzenia, dają początek komórkom o różnym przeznaczeniu pomimo identycznych genomów. Ale czy embrion jest w pełni ukształtowany w zapłodnionym jaju? Trudno sobie wyobrazić, że stosunkowo proste gradienty w jaju mogą odpowiadać za całą złożoną migrację i różnicowanie komórek podczas rozwoju embrionalnego. W rzeczywistości odpowiedź brzmi nie.
  • 14.5: Segmentacja – Organizowanie zarodka
    Owady, podobnie jak wszystkie stawonogi, są podzielone na segmenty. Ciało Drosophila melanogaster zbudowane jest z 14 segmentów, ale jakie sygnały kierują tworzeniem segmentów? Proces zaczyna się od gradientów informacyjnego RNA (mRNA), które matka zdeponowała w jaju przed zapłodnieniem. Niedługo po zapłodnieniu, są one tłumaczone na ich białka z gradientem bioidów zmniejszającym się od przodu do tyłu i gradientem nanos zmniejszającym się od tylnego do przedniego.
  • 14.6: Geny Homeobox
    Rozwój owada (Drosophila) i żaby (Xenopus) przechodzi przez trzy dość różne (choć często nakładające się) fazy.
  • 14.7: Komórki macierzyste
    Komórki macierzyste to komórki, które dzielą się przez mitozę, tworząc dwie komórki macierzyste, zwiększając w ten sposób rozmiar „puli” komórek macierzystych lub jedną potomną, która dalej się różnicuje, i jedną potomną, która zachowuje swoje właściwości komórek macierzystych. Jak dokonuje się wyboru, nadal nie jest znane. Odkryto jednak kilka genów, których aktywność uniemożliwia różnicowanie się komórki potomnej.
  • 14.8: Embrionalne komórki macierzyste
    zespół badawczy kierowany przez Jamesa Thomsona z University of Wisconsin poinformował (w wydaniu Science z 6 listopada 1998), że byli w stanie hodować ludzkie embrionalne komórki macierzyste (ES). W momencie implantacji zarodek ssaka jest blastocystą. Składa się z trofoblastu — wydrążonej kuli komórek, która zagnieździ się w macicy i rozwinie w łożysko i pępowinę. wewnętrzna masa komórkowa (ICM), która rozwinie się w dziecko, a także w owodnię pozapłodową
  • 14.9: Linia zarodkowa kontra Soma
    Czy mutacja w jednej z komórek wątroby może zostać przekazana dzieciom? Nie! Dlaczego nie? Fuzja jednej komórki plemnika i jednej komórki jajowej stanowi jedyne połączenie genetyczne między ciałem rodziców a ciałem ich dziecka, a komórki przeznaczone do produkcji plemników i komórek jajowych są odkładane na bok na bardzo wczesnym etapie życia embrionalnego.
  • 14.10: Regeneracja
    Regeneracja to możliwość zastąpienia utraconych lub uszkodzonych części ciała. Ta umiejętność jest bardzo zróżnicowana wśród żywych istot.

Miniatura: Ludzki embrion, 8-9 tygodni, 38 mm. (CC BY-SA 3.0; Anatom 90).


Dynamika cis-regulacyjna rozwoju embrionalnego w rozdzielczości pojedynczej komórki

Zrozumienie, w jaki sposób sieci regulacyjne genów kontrolują postępujące ograniczanie losów komórek, jest od dawna wyzwaniem. Ostatnie postępy w mierzeniu ekspresji genów w pojedynczych komórkach dostarczają nowych informacji na temat zaangażowania w linię. Jednak zdarzenia regulacyjne leżące u podstaw tych zmian pozostają niejasne. Tutaj badamy dynamikę krajobrazów regulacyjnych chromatyny podczas embriogenezy w rozdzielczości pojedynczej komórki. Stosując jednokomórkowy kombinatoryczny test indeksowania dla chromatyny dostępnej dla transpozazy z sekwencjonowaniem (sci-ATAC-seq), sprofilowaliśmy dostępność chromatyny w ponad 20 000 pojedynczych jądrach utrwalonych zarodków Drosophila melanogaster obejmujących trzy charakterystyczne stadia embrionalne: 2-4 h po złożeniu jaj (głównie stadium 5 jąder blastodermy), gdy każdy zarodek zawiera około 6000 komórek multipotencjalnych 6-8 godzin po złożeniu jaj (głównie stadium 10-11), aby uchwycić punkt środkowy rozwoju embrionalnego, gdy określone są główne linie w mezodermie i ektodermie i 10-12 h po złożeniu jaj (głównie stadium 13), kiedy każdy z ponad 20 000 komórek zarodka przechodzi końcowe różnicowanie. Nasze wyniki pokazują, że istnieje przestrzenna niejednorodność w dostępności genomu regulatorowego przed gastrulacją, cecha, która jest zgodna z przyszłym losem komórek, oraz że jądra mogą być czasowo uporządkowane wzdłuż trajektorii rozwojowych. Podczas środkowej embriogenezy pojawia się ziarnistość tkanek, tak że poszczególne typy komórek można wywnioskować na podstawie ich dostępności chromatyny, przy jednoczesnym zachowaniu sygnatury ich listka zarodkowego pochodzenia. Analiza danych ujawnia nakładanie się elementów regulatorowych między komórkami endodermy i mezodermy niemiogennej, co sugeruje wspólny program rozwojowy, który przypomina linię mezendodermy u innych gatunków. Identyfikujemy 30 075 dystalnych elementów regulatorowych, które wykazują dostępność specyficzną dla tkanki. Zwalidowaliśmy specyficzność listków zarodkowych podzbioru tych przewidywanych wzmacniaczy w zarodkach transgenicznych, osiągając dokładność 90%. Ogólnie rzecz biorąc, nasze wyniki pokazują moc profilowania pojedynczych komórek embrionów metodą shotguna w celu rozwiązania dynamicznych zmian w krajobrazie chromatyny podczas rozwoju i odkrycia programów cis-regulacyjnych listków zarodkowych i typów komórek metazoan.

Figury

Rozszerzone dane Rysunek 1. Podsumowanie odczytu…

Dane rozszerzone Rysunek 1. Podsumowanie rozkładów odczytów w trzech próbkowanych punktach czasowych

Rozszerzone dane Rysunek 2. Wzbogacanie wzmacniacza dla…

Rozszerzone dane Rysunek 2. Wzbogacanie wzmacniacza dla kladów LSI po 6-8 godzinach i 10-12 godzinach

Rozszerzone dane Rysunek 3. Związek między transkrypcją…

Dane rozszerzone Rysunek 3. Związek między motywami wiążącymi czynnik transkrypcyjny a dostępnością specyficzną dla kladu LSI

Rozszerzone dane Rysunek 4. Podobieństwa i różnice…

Rozszerzone dane Rysunek 4. Podobieństwa i różnice w dostępności we wszystkich trzech punktach czasowych

Rozszerzone dane Rysunek 5. Płeć osoby…

Dane rozszerzone Rysunek 5. Płeć poszczególnych komórek zidentyfikowanych na podstawie stosunku X:odczyty autosomalne

Dane rozszerzone Rysunek 6. Kolejność czasowa…

Rozszerzone dane Rysunek 6. Czasowe porządkowanie komórek po 2-4 godzinach przy użyciu Monocle

Rozszerzone dane Rysunek 7. Złożoność biblioteki i…

Rozszerzone dane Rysunek 7. Złożoność biblioteki i ułamek odczytów chromosomu X podkreśla skupienia…

Dane rozszerzone Rysunek 8. Klady zdefiniowane przez LSI…

Dane rozszerzone Rysunek 8. Klady zdefiniowane przez LSI i klastry t-SNE wykazują silną zgodność

Rozszerzone dane Rysunek 9. Przypisanie klastra komórek…

Rozszerzone dane Rysunek 9. Przyporządkowanie klastrów komórek jest podobne przy użyciu wzmacniacza lub tkanki genowej…

Rozszerzone dane Rysunek 10. sci-ATAC-seq może przewidzieć…

Rozszerzone dane Rysunek 10. sci-ATAC-seq może przewidywać użycie wzmacniacza specyficzne dla tkanki podczas rozwoju

Wszystkie specyficzne dla kladu kandydata…

Rysunek 1. Profilowanie pojedynczych komórek chromatyny…

Rysunek 1. Profilowanie pojedynczej komórki dostępności chromatyny w poprzek Drosophila embriogeneza

Rysunek 2. Dynamika czasowa i niejednorodność przestrzenna…

Rycina 2. Dynamika czasowa i przestrzenna niejednorodność dostępności chromatyny we wczesnym zarodku

Rysunek 3. Pojedyncze komórki są łatwo przypisywane…

Rycina 3. Pojedyncze komórki są łatwo przypisywane do tkanek i typów komórek na podstawie chromatyny…

Rysunek 4. Przewidywanie aktywności wzmacniacza specyficznej dla tkanki…

Rysunek 4. Przewidywanie specyficznej tkankowo aktywności wzmacniacza za pomocą sci-ATAC-seq


Część 2: Regulacja genów: dlaczego tak złożona?

00:00:01.03 Nazywam się Bob Tjian,
00:00:02.19 Jestem profesorem na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley,
00:00:06.19 gdzie przez wiele lat wykładałem biologię molekularną i biochemię,
00:00:11.02 i od niedawna objąłem też stanowisko prezesa Instytutu Medycznego Howarda Hughesa.
00:00:16.26 Z przyjemnością kontynuuję dzisiaj mój drugi wykład z tej serii,
00:00:22.29, aby opisać kilka ekscytujących pomysłów na to, jak działa regulacja genów,
00:00:30.25 szczególnie w bardziej złożonych organizmach.
00:00:34.21 Teraz, w moim ostatnim zestawie wykładów, zostawiłem wam ten pogląd na rodzaj złożoności, która musi ewoluować
00:00:48.26 aby zezwolić na typ wzorców ekspresji genów, które widzimy w wielu organizmach, o których wiemy, że istnieją na tej planecie.
00:01:00.29 Tak więc, jest kilka naprawdę intrygujących pytań, które zamierzam poruszyć w tym drugim wykładzie.
00:01:09.15 I jedną rzeczą, z którą ci zostawiłem, był obraz wzajemnego oddziaływania wielu cząsteczek, które muszą się połączyć,
00:01:18.26 i wylądować w określonym miejscu cząsteczki DNA, która jest częścią chromosomu organizmu
00:01:24.25 lub w komórce organizmu i jak ten proces może działać.
00:01:31.04 Ale myślę, że pytanie, które dręczy nas od dziesięcioleci,
00:01:35.20 teraz, gdy mamy lepsze pojęcie o tym, jak wygląda ta molekularna maszyneria, która jest zaangażowana w dekodowanie informacji DNA na ekspresję genów,
00:01:49.07 zastanawialiśmy się, dlaczego jest to takie skomplikowane?
00:01:53.20 A żeby zacząć odnosić się do tego problemu, pozwólcie, że po prostu zabiorę was z powrotem do prostej koncepcji.
00:02:01.10 I pamiętasz, że różne organizmy mają różne rozmiary swoich genomów,
00:02:08.00 czyli ilość DNA potrzebna do zakodowania konkretnego organizmu.
00:02:14.23 A oto kilka przykładów obu bakterii, prostych, jednokomórkowych organizmów prokariotycznych,
00:02:22.18 jak również jednokomórkowe organizmy eukariotyczne, takie jak drożdże piekarnicze, a także mały, okrągły robak glebowy C. elegans,
00:02:30.25 a potem możesz przejść do ssaków i kręgowców.
00:02:33.29 I zobaczysz przede wszystkim, że ilość DNA może się znacznie różnić od kilku milionów par zasad
00:02:40.17 aż do 3 miliardów par zasad lub więcej.
00:02:45.00 W związku z tym rodzajem rozszerzającego się poziomu DNA i długości chromosomów, masz też różne poziomy genów.
00:02:54.13 Teraz zauważysz, że zakres genów jest dużo mniejszy niż zakres długości DNA,
00:03:00.20 więc to częściowo informuje nas, może dlaczego potrzebujemy złożoności, którą ostatecznie odkryliśmy
00:03:10.26 w tworzeniu tej molekularnej maszynerii, która jest odpowiedzialna za odczytywanie informacji genetycznej.
00:03:17.22 Więc to tylko mały stolik, aby ponownie podkreślić, że te bardziej złożone genomy, co oznacza również bardziej złożone organizmy,
00:03:28.15 co tak naprawdę oznacza wiele różnych typów komórek, wiele różnych zachowań, złożone interakcje ze środowiskiem i tak dalej,
00:03:38.24 w jaki sposób wszystkie te informacje są naprawdę dekodowane z naszych genomów?
00:03:43.03 Z jednej strony widać maszynerię regulacyjną genów rdzenia prokariotów,
00:03:50.07 lub rdzeń maszynerii transkrypcyjnej i prawie wszystkich bakterii,
00:03:54.20 to tylko kilka polipeptydów. 5, 6, 7 polipeptydów.
00:04:00.00 Następnie, po tej stronie, zobaczysz, że tak zwane organizmy eukariotyczne,
00:04:05.00 a szczególnie, gdy mówisz o wielokomórkowych organizmach metazoan, teraz widzisz ogromną różnorodność i liczbę białek lub,
00:04:15.17, jak nazywamy, czynniki transkrypcyjne, które są niezbędne do złożenia się w bardzo duże, wielopodjednostkowe zespoły
00:04:25.18, które są wymagane do transkrypcji 10 000 do 30 000 genów, które definiują te bardziej złożone organizmy.
00:04:33.21 Więc od razu widać, że jest to proliferacja podjednostek, maszynerii i złożoności.
00:04:43.00 Tak więc w tym wykładzie zamierzam pokazać, dlaczego tak się dzieje,
00:04:49.11 i co jest specjalnego w bardziej złożonym, wielokomórkowym organizmie,
00:04:55.11 i dlaczego ta maszyneria musiała być bardziej dopracowana przez ewolucję, w porównaniu z prostszymi organizmami.
00:05:05.07 Jedną z pierwszych rzeczy, o których uświadamiasz sobie, kiedy zaglądasz do celi,
00:05:10.03 lub szczególnie jądro wyższego organizmu, powiedzmy, nasze własne komórki, w przeciwieństwie do bakterii,
00:05:17.10 jest to, że DNA, ta sama cząsteczka, która tworzy informację genetyczną, jest upakowane w zupełnie inny sposób.
00:05:25.11 Tak więc u wszystkich eukariontów dwuniciowe DNA nie znajduje się tam w formie, którą nazwalibyśmy
00:05:33.29 „nagiego” DNA, które jest tutaj pokazane na górze. Ale raczej,
00:05:38.17 ten DNA jest owinięty zestawem białek, bardzo podstawowych białek, zwanych „nukleosomami”,
00:05:46.00 a te są z kolei dalej pakowane aż do bardzo skondensowanej formy
00:05:52.09 które ostatecznie tworzą chromosomy, które będziesz mógł zobaczyć pod mikroskopem.
00:05:57.26 Niebieskie cyfry tutaj i zielone cyfry po prostu dają obraz
00:06:02.29 wysokiej rozdzielczości struktura nukleosomu z owiniętym wokół niego DNA.
00:06:09.00 Więc jakie są konsekwencje posiadania całego naszego DNA,
00:06:14.04 wszystkie nasze chromosomy, skondensowane i opakowane w ten sposób?
00:06:18.09 Możesz myśleć o tym jak o zapakowanym miejscu.
00:06:20.15 Cóż, jedną rzeczą jest to, że możesz to wszystko zmieścić w małym jądrze,
00:06:25.15 więc jeśli rozciągniemy nasze DNA w każdej komórce naszego ciała, od końca do końca
00:06:31.20 i rozciągnął jak sznurek, ma prawie metr długości.
00:06:35.12 A jednak, musisz to wszystko upchnąć w malutki, mały tomik.
00:06:39.10 Częścią tego jest to, że można zagęszczać DNA za pomocą tych struktur.
00:06:46.24 Konsekwencją tego jest oczywiście, że trzeba jakoś negocjować
00:06:52.18 przez tę wysoce zwartą formę DNA, aby uzyskać dostęp do informacji DNA i genów.
00:07:00.12 Innymi słowy, musisz mieć maszynę,
00:07:04.24 aparat transkrypcyjny, którego zadaniem jest odczytywanie DNA i, jak pamiętasz z pierwszego wykładu,
00:07:10.27 przekształć tę informację DNA w RNA, cząsteczkę pośrednią
00:07:14.23 który ostatecznie zostaje przetłumaczony na produkt białkowy.
00:07:18.19 Cóż, najwyraźniej jeden z powodów, dla których mamy tę wysoce skomplikowaną maszynerię transkrypcyjną
00:07:25.02 ma po części poradzić sobie z koniecznością nawigowania przez szablon chromatyny, w przeciwieństwie do nagiego szablonu DNA.
00:07:33.24 Tak więc istnieją różne białka i kompleksy białkowe, które nazywa się
00:07:38.29 „kompleksy przebudowujące chromatynę”, „kompleksy modyfikujące chromatynę”,
00:07:44.12 i muszą one skoordynować z maszynerią transkrypcyjną tutaj na dole, na żółto i pomarańczowo,
00:07:50.01 w celu nawigacji i wyrażenia serii interakcji
00:07:55.08 to transakcje pomiędzy maszynerią białkową a DNA.
00:08:00.29 Więc jest to bardzo trudny problem.
00:08:04.10 Więc to jest część problemu, albo część powodu, dla którego uważamy, że jest taka złożoność.
00:08:09.11 Więc jak doszliśmy do tego obrazu?
00:08:12.05 Jak w końcu doszliśmy do wniosku, że istnieje ponad 85 białek, które muszą się gromadzić na szablonie chromatyny,
00:08:21.16 by dać ci ekspresję genów i transkrypcję we właściwym miejscu, we właściwym czasie?
00:08:26.25 I chcę tylko dać wam jeden rodzaj szybkiego spojrzenia na technologię, której można użyć do rozwiązania problemu,
00:08:37.03 jak rozbić tę złożoną maszynerię na zrozumiałe jednostki?
00:08:42.29 I jak powiedziałem w pierwszym wykładzie, istnieje wiele narzędzi, które biolodzy molekularni
00:08:47.18 a biochemicy mogą próbować wydobyć te złożone transakcje molekularne.
00:08:53.18 Jednym z nich jest oczywiście wykorzystanie genetyki, czyli wykorzystanie mutacji genetycznych
00:08:58.29 usunąć lub zmienić jeden konkretny produkt genowy, a następnie zapytać, jakie są tego konsekwencje.
00:09:05.06 Innym sposobem na to jest pobranie komórki z całą jej złożonością
00:09:10.02 i rozłóż go dosłownie na części składowe, a następnie spróbuj złożyć go z powrotem
00:09:14.09 ponownie w formie funkcjonalnej. I to właśnie wam dzisiaj pokażę.
00:09:18.00 Jest to technologia, którą nazywam „biochemicznym testem komplementacji”.
00:09:23.03 I to bardzo proste: pytasz, jakie są minimalne składniki,
00:09:27.24 na przykład w przypadku genu ludzkiego. jakie są minimalne składniki białkowe aparatu transkrypcyjnego?
00:09:33.29 które można wydobyć z jądra komórki, którą trzeba umieścić w probówce
00:09:38.19 które pozwolą ci zasadniczo zrekonstruować lub, jak mówimy,
00:09:42.19 odtworzyć aktywność, która pozwoli ci dokładnie odczytać gen?
00:09:48.19 Możesz dodawać lub odbierać różne białka,
00:09:53.13 żółte, zielone, pomarańczowe i tak dalej,
00:09:56.24 i zapytaj, czy to ma jakieś znaczenie?
00:09:59.11 I grając w ten test dodawania i odejmowania, czyli „uzupełniania biochemicznego”,
00:10:04.29 możesz bardzo szybko odkryć, jakie są minimalne składniki potrzebne do aktywacji genu w sposób regulowany,
00:10:11.12 i jakie inne rzeczy mogą być potrzebne do wspierania tej działalności.
00:10:16.15 Tak więc pierwsze pytanie, które zostało zadane, pochodziło z analizy biochemicznej około
00:10:24.02 cztery tuziny różnych białek: Co jest naprawdę potrzebne i wystarczające?
00:10:30.07 Innymi słowy, jaki jest minimalny zestaw komponentów, którego potrzebujesz, aby zapewnić regulowaną transkrypcję?
00:10:36.29 Więc zadajemy teraz bardziej skomplikowane pytanie.
00:10:39.09 Nie tylko to, co jest konieczne, aby po prostu dać ci transkrypcję, innymi słowy konwersję DNA w RNA,
00:10:45.29 ale zrobić to w sposób uregulowany.
00:10:47.27 Bo w końcu to jest naprawdę interesujące.
00:10:50.23 dlatego jedna komórka robi to w jeden sposób, a inna ma inny program.
00:10:55.25 A ten eksperyment mówi, że nasz specyficzny dla sekwencji klasyczny czynnik transkrypcyjny, który…
00:11:02.00 wiąże DNA w swoim regulatorowym regionie promotora, wraz z tym, co nazwiemy „rdzeniem” lub
00:11:09.07 "podstawowa" maszyneria transkrypcji jest konieczna, ale niewystarczająca.
00:11:14.07 Więc plus lub minus aktywatora Sp1 nie robi żadnej różnicy,
00:11:19.16 chociaż wiemy, że w żywej komórce Sp1 silnie aktywuje ten gen, na który patrzymy.
00:11:26.16 Więc to oznacza, że ​​czegoś brakuje w tym eksperymencie odtwarzania.
00:11:31.16 Więc, jak możemy znaleźć to, czego brakuje?
00:11:35.03 I ta biochemiczna komplementacja naprawdę zależy od naszej zdolności do pobierania komórek, które zawierają niezbędne składniki
00:11:43.25 i wystarczającą ilość składników, a następnie zacznij go wydobywać
00:11:47.28 i znalezienie brakujących cząsteczek, których jeszcze nie dodajemy do naszej reakcji.
00:11:54.05 Aby to zrobić, musimy zasadniczo pobrać komórki, w tym przypadku komórki ludzkie,
00:11:58.28 rozbić komórki, wydobyć jądro, usunąć wszystkie białka z jądra,
00:12:04.03 i zacznij oddzielać tysiące różnych białek
00:12:08.05 które są w jądrze do różnych pul, jeśli chcesz.
00:12:12.08 I rozdzielamy je na podstawie ich właściwości fizycznych i chemicznych,
00:12:17.19 i niektórzy z was prawdopodobnie mieli pewne doświadczenie w prowadzeniu chromatografów kolumnowych.
00:12:23.16 Jest to zasadniczo sposób oddzielania białek w oparciu o ich ładunek dodatni, ładunek ujemny, rozmiar cząsteczki,
00:12:32.16 hydrofobowość (innymi słowy, jakie są tłuste, jak dobrze oddziałują z wodą) i tak dalej.
00:12:38.20 Więc jeśli robisz to iteracyjnie, jak pokazano tutaj w serii różnych wymiany anionów
00:12:45,23 i wymiany kationów oraz filtracji żelowej, chromatografów,
00:12:50.12 możesz w końcu rozdzielić tysiące różnych składników ekstraktu jądrowego na poszczególne części.
00:12:59.00 A potem możesz przetestować każdy z nich, aby zobaczyć, czy to brakujący element.
00:13:03.15 A kiedy to zrobisz, i oto, zauważysz, że brakuje kilku elementów
00:13:07.22, które są konieczne, aby dodać z powrotem, innymi słowy, odtworzyć reakcję
00:13:13.12 więc teraz uregulowałeś transkrypcję.
00:13:15.27 Więc w przeciwieństwie do poprzednich danych, które ci pokazałem,
00:13:19.14 teraz widać, że maszyny są bardziej złożone i, co najważniejsze,
00:13:24.23 widać również, że maszyna reaguje teraz na aktywator.
00:13:29.19 Tak więc sygnał z aktywatorem plus Sp1 jest znacznie ciemniejszy niż w sygnale bez Sp1.
00:13:36.13 To oznacza, że ​​istnieje aktywowana transkrypcja, która jest zależna od Sp1, klasycznego czynnika transkrypcyjnego.
00:13:43.11 To pozwoliło nam zidentyfikować dwa bardzo ważne, kluczowe komponenty, o których nie wiedzieliśmy przed wykonaniem tego eksperymentu:
00:13:51.29 Jednym z nich jest wielopodjednostkowy kompleks zwany „czynnikiem transkrypcyjnym II D”,
00:13:57.25 a drugi nazywa się kompleksem Pośrednika.
00:14:01.01 I okazuje się, że faktycznie definiują one zupełnie nową klasę czynników transkrypcyjnych, które są tak zwanymi kofaktorami.
00:14:09.27 Więc powiem ci trochę więcej o jednym z tych kofaktorów,
00:14:13.15 ponieważ oba naprawdę pełnią podobne funkcje,
00:14:16.13 ale tak się składa, że ​​wiemy trochę więcej o jednym z nich niż o drugim.
00:14:20.17 Tak zwany kompleks TFIID ma około 15 podjednostek, innymi słowy,
00:14:25.28 15 oddzielnych białek, które muszą się ze sobą łączyć, tworząc kompleks.
00:14:31.22 I to bardzo duża makrocząsteczka, więc ma milion daltonów.
00:14:36.23 to bardzo, bardzo duża, dyskietka, z wieloma kawałkami.
00:14:41.12 Jedna z jego funkcji, o których już wiesz,
00:14:43.16 ponieważ zawiera jako jedną ze swoich podjednostek tak zwane "białko wiążące TATA".
00:14:48.12 To ta cząsteczka w kształcie siodła, która wiąże się z dwuniciowym DNA,
00:14:55.02 w sekwencji bogatej w AT zwanej skrzynką TATA,
00:14:58.06 co jest związane z wieloma genami w komórkach zwierzęcych.
00:15:02.09 Ale w ciągu ostatniej dekady dowiedzieliśmy się, że ten mały kompleks
00:15:07.22 robi znacznie więcej niż zwykłe wiązanie z pudełkiem TATA
00:15:11.18 robi całą masę innych rzeczy, o których nie mieliśmy pojęcia.
00:15:15.12 A teraz, kiedy wiedzieliśmy o istnieniu tej aktywności i że była ona kluczowa nie tylko dla wiązania TATA,
00:15:22.08, ale także dla pośredniczenia lub wzmacniania aktywacji transkrypcji, wtedy możemy się załamać
00:15:28.04 więcej funkcji poszczególnych podjednostek, ponieważ pamiętasz, że jest tu 15 różnych polipeptydów.
00:15:34.09 A to tylko małe podsumowanie pokazujące, że ten kompleks białek
00:15:38.11 pełni wiele różnych funkcji.
00:15:41.18 Rozpoznaje nukleosomy, które mają podstawowe białko zwane „histonem”,
00:15:49.26 i tak rozpoznaje histony tylko wtedy, gdy są
00:15:53.09 pewna modyfikacja chemiczna zwana zdarzeniem acetylacji.
00:15:59.12 Ten duży pomarańczowy kompleks również sam ma aktywność enzymatyczną, w tym aktywność kinazową,
00:16:06.06 które mogą umieszczać grupy fosforanowe na innych białkach i enzymach.
00:16:10.04 Ma aktywność acetylazy i oczywiście musi bezpośrednio oddziaływać
00:16:15.05 z aktywatorami w celu wzmocnienia ich funkcji w włączaniu aktywacji transkrypcyjnej.
00:16:22.07 I prawdopodobnie jestem bezpieczna spekulując, że
00:16:26.20 istnieją jeszcze nieznane funkcje tego dużego kompleksu, które wciąż musimy odkryć,
00:16:32.23 ponieważ tak naprawdę zrozumieliśmy tylko może połowę podjednostek, a nawet tam,
00:16:37.25 tylko częściowo rozumiała funkcje tej połowy podjednostek wchodzących w skład tego kompleksu.
00:16:44.05 Jest więc wyraźnie dużo więcej do zrobienia, ale myślę, że to, co jest jasne z tych eksperymentów
00:16:48.25 jest to, że te białka robią dużo więcej niż tylko wiązanie DNA.
00:16:53.08 Są tym, o czym myślałbym jako o integratorach informacji.
00:16:58.01 Więc ten integrator informacji oznacza, że ​​ta struktura i funkcja są bardzo złożone, a więc
00:17:04.27 jedna z rzeczy, które musieliśmy zrobić.
00:17:08.00 to był bardzo trudny problem, który pozostaje wyzwaniem,
00:17:11.21 ponieważ nie rozwiązaliśmy wszystkich problemów technicznych.
00:17:13.18 to dlatego, że jest to duża, megadaltonowa, dyskietka, rozwiązująca trójwymiarowy
00:17:19.25 struktura tak dużych zespołów okazała się być raczej technicznie trudna.
00:17:26.08 I musimy użyć wielu różnych technik, aby spróbować rozwiązać ten problem w:
00:17:31.28 Krystalografia rentgenowska, NMR.
00:17:34.07 ale jedna z technik, która się pojawia, jest bardzo, bardzo potężna
00:17:38.09 do rozwiązywania struktur tych dużych zespołów jest coś, co nazywa się „mikroskopią krioelektronową”.
00:17:46.24 Jest to w zasadzie sposób na zamrożenie tych dużych zespołów w miejscu,
00:17:52.18 a następnie rozwiązywanie ich struktury pod mikroskopem.
00:17:55.29 A to jest tylko około 25 angstremów, więc stosunkowo niska rozdzielczość determinacji strukturalnej,
00:18:03.17 ludzkiego kompleksu TFIID i, co najważniejsze,
00:18:08.24 jego związek z dwoma innymi czynnikami transkrypcyjnymi, które są częścią zespołu
00:18:14.03, który musi dopasować się do promotora, aby rozpocząć transkrypcję,
00:18:18.08 i to są dwa inne czynniki transkrypcyjne TFIIA i B, które są tutaj pokazane na zielono i fioletowo.
00:18:24.13 Możesz więc powoli zacząć budować cały kompleks w dość dokładnej trójwymiarowej przestrzeni
00:18:33.00, aby dowiedzieć się, jaki kształt poinformuje nas o jego funkcji,
00:18:37.15 i to jest coś, co jest w toku w wielu laboratoriach biologii molekularnej.
00:18:43.01 Więc ta kreskówka. i jeszcze raz chcę to podkreślić
00:18:46.27 wszystkie postacie i kolorowe plamy są w tym momencie bardziej częścią naszej wyobraźni,
00:18:53.16 chociaż, jak właśnie wam pokazałem, faktycznie mamy prawdziwe struktury niektórych elementów tego kompleksu przedinicjacyjnego.
00:19:02.25 Ten slajd tylko podkreśla fakt, że zachodzi duża integracja informacji,
00:19:09.22 i że występują interakcje białko-białko i białko-kwas nukleinowy
00:19:15.06, które są krytyczne dla funkcji regulacyjnych tych dużych, makromolekularnych zespołów.
00:19:21.02 I to również przypomina ci, że istnieją co najmniej trzy oddzielne klasy czynników transkrypcyjnych
00:19:27.17, które odgrywają kluczową rolę w regulacji genów:
00:19:30.28 klasyczny aktywator i represor, które są specyficznymi sekwencyjnie białkami wiążącymi DNA,
00:19:35.26 jak białko Sp1, o którym mówiłem wcześniej, właśnie pokazane tutaj na różowo
00:19:41.11 są elementy głównego mechanizmu, które są pokazane na żółto
00:19:45.27 i masz te rzeczy, które nazywamy kofaktorami lub koaktywatorami,
00:19:49.12, które integrują informacje między aktywatorami a maszynerią rdzenia.
00:19:56.06 Więc ten rodzaj daje nieco lepszy obraz tego, dlaczego istnieje taki rodzaj złożoności,
00:20:04.06, ale nadal nie rozwiązuje wszystkich problemów w odniesieniu do:
00:20:09.22 Dlaczego potrzebujesz do tego 85 białek?
00:20:12.09 Pozwólcie, że zagłębię się w to trochę głębiej.
00:20:15.00 Po pierwsze, pozwolę sobie zadać kilka pytań, które są nadal w dużej mierze nierozwiązane w terenie,
00:20:21.14 chociaż jest to dość dojrzała dziedzina nauki
00:20:24.10 od kilkudziesięciu lat staramy się rozwiązać te problemy,
00:20:28.14 i pokazuje, jak trudno jest naprawdę rozerwać tę złożoną maszynerię molekularną.
00:20:34.23 I powinienem powiedzieć, że złożoność tej maszynerii nie jest wyjątkowa
00:20:38.19 do aparatu transkrypcyjnego. Wiele innych procesów biologicznych jest również zależnych od
00:20:43.23 maszyny wielkocząsteczkowe, które są bardzo podobne pod względem złożoności do tej.
00:20:49.04 Więc myślę, że rzeczy, których dowiadujemy się o maszynerii transkrypcyjnej, mogą być zasadniczo zastosowane w wielu innych maszynach.
00:20:56.20 Kilka interesujących pytań:
00:21:00.20 Jakie mechanizmy transkrypcyjne regulują złożone typy komórek?
00:21:06.29 Ponieważ, mimo wszystko, organizmy wielokomórkowe wyewoluowały, aby mieć wiele, wiele różnych
00:21:13.12 typy komórek, więc nasze ciała składają się z wielu różnych typów komórek,
00:21:18.23 co oznacza, że ​​każda komórka pełni inną funkcję.
00:21:22.02 Nasze komórki mieszków włosowych produkują włosy, nasze czerwone krwinki są
00:21:27.02 produkując hemoglobinę i robiąc coś innego, nasze komórki skóry nas chronią.
00:21:31.17 Każdy typ komórki robi coś innego, więc jak to się dzieje,
00:21:36.01 jak generujemy tę różnorodność typów komórek poprzez sieci regulacji genów?
00:21:42.17 A potem, wiedząc, co teraz wiemy o pierwszym poziomie złożoności maszynerii
00:21:49.04 odpowiedzialny za dekodowanie tych informacji, czego więcej możemy się teraz dowiedzieć o procesie regulacji?
00:21:57.03 W szczególności, jaki jest podział pracy między maszynami podstawowymi?
00:22:03.24 (który wiąże się z promotorem), aktywatory i koaktywatory?
00:22:08.22 Więc jaki jest ich związek i jaka jest ich rola w definiowaniu specyficznej dla typu komórki ekspresji genów?
00:22:16.19 To naprawdę ostatni temat, który chcę poruszyć w tym wykładzie.
00:22:21.06 Przyjrzyjmy się więc kilku podstawowym faktom na temat poszczególnych typów komórek.
00:22:26.13 Weźmy więc dwa dobrze rozpoznane typy komórek: komórki tłuszczowe i komórki mięśniowe.
00:22:33.12 Bardzo różne komórki, które pełnią bardzo różne funkcje,
00:22:36.27 ale każda komórka w konkretnym organizmie ma tę samą informację genetyczną.
00:22:43.04 Ma to samo DNA, ma ten sam zestaw chromosomów.
00:22:46.08 Oznacza to, że te dwie komórki muszą wykorzystywać różne części informacji
00:22:52.09 z genomu, aby nadać mu odrębną tożsamość.
00:22:56.20 Tak więc każda komórka musi wyrażać tylko pewien podzbiór genów,
00:23:03.21 i ten konkretny podzbiór określi funkcję komórki tłuszczowej w porównaniu z komórką mięśniową.
00:23:10.11 A więc pytanie brzmi:
00:23:12.26 Dobra, to ma sens, ale jak się tam dostać?
00:23:15.02 Jak uzyskać zależne od typu komórki wzory ekspresji genów różnicowych?
00:23:20.16 Jak włączyć odpowiednie geny, aby zrobić tłuszcz?
00:23:22.27 w porównaniu z utrzymywaniem wyłączonych funkcji genów komórek mięśniowych i na odwrót?
00:23:29.06 Więc to jest fundamentalne pytanie, próbując zrozumieć proces różnicowania komórek,
00:23:36.19 funkcja komórkowa, a tak naprawdę biologia rozwojowa.
00:23:41.09 Kolejny zestaw interesujących kwestii, które należy poruszyć, jest taki, że z 20 000 do 30 000 genów
00:23:46.18 koduje typowy organizm metazoanowy, całkiem spora jego część jest poświęcona
00:23:54.03 do tej samej maszynerii, o której mówię, innymi słowy, do czynników transkrypcyjnych.
00:23:59.04 Więc mniej więcej między 5 a 10% całej zdolności kodowania
00:24:04.02 genów w genomie jest poświęcony kodowaniu czynników transkrypcyjnych.
00:24:10.11 Więc jest to bardzo ważna klasa cząsteczek.
00:24:13.02 To oznacza, że ​​istnieje kilka tysięcy czynników transkrypcyjnych.
00:24:16.28 Ale teraz, jeśli zaczniesz myśleć o wielu, wielu tysiącach typów komórek i zachowaniu różnych komórek,
00:24:23.16 czy kilka tysięcy czynników transkrypcyjnych, same w sobie, wystarcza do wygenerowania różnorodności funkcji?
00:24:31.14 I tutaj musimy zacząć myśleć,
00:24:33.21 jak tworzysz naprawdę dużą liczbę odrębnych sieci transkrypcyjnych?
00:24:40.28 I to naprawdę są sieci, jak zobaczysz za chwilę.
00:24:43.15 I jedna rzecz, która stała się jasna, gdy zdefiniowaliśmy, jak wyglądają geny i jak wygląda promotor jako jednostka transkrypcyjna,
00:24:51.22 zaczynamy rozumieć, że jedyny sposób na stworzenie tego rodzaju ogromnych poziomów różnorodności odrębnych transkrypcji
00:24:58.20 komponentów i wzorów, jest to poprzez kombinatoryczną regulację.
00:25:03.12 A co przez to rozumiem?
00:25:04.27 Jednym ze sposobów myślenia o tym jest to, że możesz mieć tylko dziesięć kart,
00:25:09.25 ale jeśli przetasujesz te dziesięć kart i wybierzesz cztery na raz,
00:25:13.06 możesz mieć wiele, wiele kombinacji.
00:25:15.11 Oto doskonały przykład trzech różnych typów komórek, które mogą znajdować się w tym samym organizmie,
00:25:20.11 i każdy z tych symboli reprezentuje miejsca wiążące,
00:25:25.22 a następnie małe prostokąty i trójkąty nad nimi reprezentują białka wiążące.
00:25:32.18 I widać, że te trzy typy komórek mogą wyrażać te zestawy genów w podobny sposób,
00:25:38.25 ale używają do tego różnych kombinacji białek.
00:25:42.08 I to jest naprawdę pojęcie kombinatorycznych mechanizmów regulacji genów,
00:25:46.27 i teraz wiemy, że rzeczywiście tak jest, przynajmniej częściowo,
00:25:51.05 co daje nam możliwość tworzenia wielu różnych specyficznych wzorców transkrypcji.
00:26:00.04 Muszę teraz opowiedzieć również o innym, powiedziałbym, zdefiniowaniu,
00:26:04.23 niezwykła właściwość transkrypcji w komórkach zwierzęcych,
00:26:09.06 i czasami jest to trudne do zrozumienia.
00:26:12.19 I to jest, że te różne małe jednostki DNA, które określają aktywność genu
00:26:18.20 nie musi siedzieć, liniowo i przestrzennie, bezpośrednio obok genu, który aktywuje lub tłumi.
00:26:26.21 Mogą siedzieć dziesiątki tysięcy par zasad z dala od miejsca.
00:26:32.04 Więc to nazywamy wzmacniaczami lub tłumikami na duże odległości, więc oba mogą zwiększać poziom genu.
00:26:39.01 innymi słowy, zrób więcej lub mniej genu lub genu.
00:26:41.27 A rzeczą, która była tak zaskakująca, było to, że interweniujące DNA może być bardzo, bardzo długie
00:26:48.04 mogą to być tysiące, a może nawet miliony par zasad.
00:26:53.00 Więc jak to działa?
00:26:53.28 Jak coś, co znajduje się tak daleko, może faktycznie wpływać na transkrypcję w bardzo odległym miejscu?
00:27:00.26 I to jest jedna z największych zagadek, z którymi wciąż borykamy się w terenie.
00:27:05.15 Mamy kilka modeli i mamy kilka pomysłów, które możemy przetestować,
00:27:08.09 i zakończę mój wykład kilkoma spekulacjami na ten temat.
00:27:11.24 Ale wyraźnie nie rozumiemy w pełni tej tak zwanej regulacji zamiejscowej,
00:27:16.27 która jest wyraźnie regulowana przez aktywatory i represory, tak jak
00:27:21.09 ci sami gracze, o których mówiliśmy, jak cząsteczka Sp1 i inne aktywatory.
00:27:26.12 Ale jednak, jak mogą dotrzeć na duże odległości chromosomu, aby złapać rdzeń maszynerii i faktycznie przekazać informacje
00:27:36.06 i tworzenie tego rodzaju specyficznych wydarzeń regulacyjnych jest wciąż nieco niejasne.
00:27:43.28 Więc inną rzeczą, którą powinienem powiedzieć, jest to,
00:27:47.07 ze względu na kombinatoryczne mechanizmy generowania różnorodności była tak zależna
00:27:54.18 na odrębnych zestawach białek wiążących DNA specyficznych dla sekwencji,
00:28:00.12 przez ostatnie dwie dekady doszliśmy do tradycyjnego modelu, w którym rdzeń maszynerii pozostaje względnie niezmienny.
00:28:10.04 W rzeczywistości myślimy o tym jako o uniwersalnym, ponieważ jeśli rozbijesz jądro bardzo
00:28:15.11 prosty organizm, taki jak drożdże, albo otwierasz jądro ludzkiej komórki,
00:28:21.22 te maszyny wyglądają bardzo podobnie do siebie.
00:28:24.26 A jednak ich sieci genów są bardzo, bardzo różne, więc pomyśleliśmy,
00:28:29.05 cóż, może to wszystko ma coś wspólnego z białkami wiążącymi DNA specyficznymi dla sekwencji,
00:28:34.07 które wygenerują różnorodność poprzez kombinatoryczną regulację.
00:28:38.25 I to prawdopodobnie prawda, jest wiele dowodów na poparcie tego.
00:28:42.27 Ale to była tylko część historii.
00:28:45.04 Pokrewnym pytaniem byłoby więc:
00:28:47.25 Czy naprawdę mamy rację sądząc, że rdzeń maszynerii jest uniwersalny i niezmienny?
00:28:54.03 Okazuje się, że to nadmierne uproszczenie.
00:28:57.06 Okazuje się, że ewolucja nie działała w ten sposób.
00:29:02.26 A kiedy przyjrzeliśmy się bardzo uważnie w ciągu ostatnich kilku lat, szczególnie w przypadku osób,
00:29:07.02 różne, różne typy komórek, powiedzmy mięśnie kontra tłuszcz, neurony lub komórki wątroby,
00:29:13.01 na pewno widzimy różnice w aktywatorach, jak byśmy się spodziewali, i rzeczywiście działają one w sposób kombinatoryczny,
00:29:20.02 ale nie tylko współpracują ze sobą,
00:29:23.06 ale łączą się w różne kombinacje z maszynerią rdzenia, która sama w sobie jest zmienna.
00:29:29.23 I to była rewelacja, która stała się bardziej wyraźna w ciągu ostatnich kilku lat.
00:29:35.29 Tak więc, oprócz białek wiążących specyficznie dla sekwencji i ich różnorodności,
00:29:41.10 okazuje się, że w głównej maszynerii występuje znacznie większy stopień różnorodności,
00:29:46.09 części, o których myśleliśmy, że są niezmienne, niż kiedykolwiek sobie wyobrażaliśmy.
00:29:50.11 Teraz, kiedy już zdasz sobie sprawę, że tak jest,
00:29:54.07, który otwiera zupełnie inny poziom generowania różnorodności, którego nie przewidzieliśmy,
00:29:59.13 i to oczywiście naprawdę pozwala organizmom wielokomórkowym na dywersyfikację w niewiarygodny sposób.
00:30:06.18 Więc, w końcu zagłębimy się trochę w to, jak się tego dowiedzieliśmy i dokąd zmierzamy?
00:30:13.08 Więc teraz, inaczej niż kilkadziesiąt lat temu, kiedy po raz pierwszy zaczęliśmy badać proces transkrypcji
00:30:20.02 i odkryliśmy całą tę początkową złożoność, w tamtych czasach pracowaliśmy głównie nad kilkoma różnymi typami komórek.
00:30:28.13 Ale dzisiaj możemy technicznie pracować z niemal każdym typem komórki,
00:30:33.18 z najbardziej złożonych, takich jak embrionalne komórki macierzyste,
00:30:37.13 do prostej komórki, jak mięsień szkieletowy i wszystkiego pomiędzy.
00:30:41.18 komórki wątroby, komórki nerwowe i tak dalej.
00:30:45.03 I to naprawdę otworzyło nam pogląd na to, jak różnorodne, interesujące,
00:30:51.17 i zmienny jest aparat transkrypcyjny, który prawdopodobnie jest naprawdę potrzebny
00:30:56.18 z ewolucyjnego punktu widzenia, by napędzać różnorodność ekspresji genów i typów komórek, które widzimy.
00:31:04.10 Pierwsza wskazówka, że ​​ta rdzeń maszynerii, o której myśleliśmy, że jest tak niezmienna, może nie być tak niezmienna,
00:31:10.14 pochodzi z badania rozwoju mięśni szkieletowych.
00:31:14.21 Więc kiedy wychodzisz z komórki prekursorowej zwanej mioblastem, która wygląda jak większość innych komórek ssaków,
00:31:21.13 ze standardową, prototypową maszynerią rdzenia, a kiedy na to spojrzysz, kiedy ten typ komórki się różnicuje, innymi słowy,
00:31:29.16 specjalizuje się w miotubie (która ostatecznie utworzy mięsień szkieletowy, czyli mięsień wokół dużych kości
00:31:37.03 dzięki której możesz się poruszać),
00:31:39.16 okazuje się, że nie tylko przesuwa aktywatory transkrypcji, których używa,
00:31:45.05 ale odrzuca również prototypową maszynerię rdzenia i zastępuje ją kilkoma zmodyfikowanymi wersjami tej podstawowej maszynerii,
00:31:53.21, która jest pokazana tutaj w kolorze fioletowym i jasnoniebieskim.
00:31:57.29 Więc to była naprawdę zmiana paradygmatu sposobu, w jaki myślimy o regulacji,
00:32:03.08 i oczywiście to był tylko pierwszy przykład.
00:32:07.08 Chciało się wiedzieć, czy podobne rzeczy dzieją się w innych różnych typach komórek i bardzo szybko,
00:32:13.04 jeśli spojrzysz na hepatocyty lub komórki wątroby, jeśli spojrzysz na adipocyty lub komórki tłuszczowe,
00:32:18.21 jeśli spojrzysz na komórki neuronalne i porównasz to, co dzieje się w mięśniach,
00:32:23.07 w każdym przypadku można znaleźć zmiany w podstawowej maszynerii, albo ze względu na konkretny komponent
00:32:28.28 tak jak jeden z czynników związanych z TBP jest silnie podwyższony (oznacza to, że jego stężenie wzrosło,
00:32:35.15 kiedy wszystkie inne padły) lub jakaś inna permutacja.
00:32:39.09 Innymi słowy, elementy tak zwanej maszynerii rdzeniowej były różne w zależności od typu komórki,
00:32:46.20 i to naprawdę zmieniło sposób, w jaki myśleliśmy o tym, jak działa regulacja organizmów wielokomórkowych.
00:32:54.28 W tym samym czasie, kiedy na nie patrzyliśmy,
00:32:57.17 to, co nazwalibyśmy dojrzałymi, terminalnie zróżnicowanymi typami komórek,
00:33:01.20 przyglądaliśmy się też prawdopodobnie jednemu z najciekawszych typów komórek, które mogliśmy badać,
00:33:06.18 szczególnie jeśli interesuje nas zrozumienie procesu rozwoju ssaków,
00:33:11.23 i to są oczywiście embrionalne komórki macierzyste.
00:33:14.14 To są te niesamowite komórki, które, gdy są łaskotane odpowiednimi chemikaliami lub sygnałami fizjologicznymi,
00:33:21.08 mogą zmienić się w każdy typ komórki organizmu, może 10 000 różnych typów komórek.
00:33:31.06 Ta tak zwana pluripotencja uczyniła te ludzkie i mysie embrionalne komórki macierzyste bardzo wyjątkowymi z różnych powodów,
00:33:41.05 częściowo dlatego, że są niesamowitymi modelami do badania tego procesu rozwoju i różnicowania,
00:33:46.18 ale częściowo z powodu biomedycznych możliwości regeneracji komórek i terapii.
00:33:57.02 Więc przestudiowaliśmy to i są to bardzo, bardzo nowe badania,
00:34:01.27 i bardzo szybko to omówię. Naprawdę byliśmy ciekawi,
00:34:05.23 jak te komórki mogą być tak pluripotencjalne?
00:34:09.08 Oznacza to, że ich zdolność do przekształcania się w każdy inny typ komórki wydaje się tak zdumiewająca, jaki jest mechanizm,
00:34:15.07 co to za maszyneria, która pozwoli tym komórkom na różnicowanie się w każdy typ komórki w ciele?
00:34:22.16 I tak zaczęliśmy to badać.
00:34:24.27 W niektórych przypadkach zrobiliśmy to dzięki technologii genetycznej, którą stworzyliśmy
00:34:29.08 mutacje w niektórych kandydujących czynnikach regulacyjnych i czynnikach transkrypcyjnych,
00:34:34.10 a potem zapytał, czy ma to wpływ na rozwój różnych typów komórek?
00:34:41.10 W innych przypadkach używaliśmy standardowej technologii komplementacji biochemicznej, aby dowiedzieć się, co się dzieje.
00:34:47.21 Więc zakończę dwoma krótkimi historiami.
00:34:51.06 Tak więc, używając narzędzi genetycznych wybijania genów i zadawania pytań
00:34:55.02 jaki ma to wpływ na różnicowanie i pluripotencję, odkryliśmy, że
00:35:01.15 komponent głównej maszynerii (a przynajmniej myśleliśmy o tym jako o maszynie podstawowej),
00:35:07.07 czyli jeden z czynników związanych z TBP, szczególnie TAF3,
00:35:11.26 okazuje się niezwykle ważne dla regulacji i
00:35:15.23 ekspresja genów, które ostatecznie zdefiniują tak zwaną endodermę.
00:35:23.17 I dotyczy to zarówno tak zwanej pierwotnej endodermy, jak i ostatecznej endodermy,
00:35:28.04 co ostatecznie spowoduje powstanie łożyska, woreczka żółtkowego, płuc, wątroby,
00:35:32.12 trzustka, jelita i tak dalej.
00:35:34.17 W tym samym czasie wybicie tego TAF3 miało odwrotny wpływ na pozostałe dwie główne listki zarodkowe,
00:35:42.09 które są mezodermą i ektodermą.
00:35:44.13 Więc tutaj był naprawdę piękny przypadek funkcji różniczkowej czynnika transkrypcyjnego
00:35:50.28 to nie było standardowe białko wiążące specyficznie dla sekwencji.
00:35:55.09 Ten rdzenny czynnik maszynerii, który nawiasem mówiąc, prawdopodobnie sam nie wiąże się nawet bezpośrednio z DNA,
00:36:01.20 kiedy go wybijasz, tracisz zdolność tworzenia endodermy,
00:36:05.22 ale podnosisz prawdopodobieństwo powstania mezodermy i ektodermy.
00:36:09.18 Innymi słowy, równowaga między tymi różnymi typami komórek zostaje zachwiana,
00:36:13.20 i oczywiście spowoduje to poważne trudności dla rozwijającego się zarodka.
00:36:21.16 Jeszcze bardziej interesujące i intrygujące, a to naprawdę pokazuje poziom informacji, których wciąż brakuje,
00:36:28.15 chociaż TAF3 było pierwotnie zdefiniowane zarówno genetycznie
00:36:32.04 i biochemicznie jako część kompleksu rozpoznawania rdzenia promotora TFIID,
00:36:37.02 i to prawda, że ​​tak jest,
00:36:40.04 miał inne życie, o którym nie wiedzieliśmy.
00:36:43.17 Tak więc TAF3, okazuje się, nie musi ściśle funkcjonować jako część tego dużego, wielopodjednostkowego rdzeniowego kompleksu promotora,
00:36:52.17 ale może też wykonywać inne prace, w tym przypadku łączy się w pary lub łączy,
00:36:57.06 z innym czynnikiem transkrypcyjnym zwanym CTCF (nie ma znaczenia, jaka jest nazwa)
00:37:03.02 i teraz wykonuje swoją pracę w zupełnie inny sposób.
00:37:06.16 W rzeczywistości najnowsze eksperymenty sugerują, że TAF3 i CTCF łączą się
00:37:12.03 by częściowo dopuścić tę niesamowitą właściwość regulacji na duże odległości.
00:37:17.25 Tak więc regulatorzy wiązali się w tysiącach par zasad z dala od miejsca działania
00:37:24.21 można połączyć w trójwymiarową przestrzeń za pomocą tzw. „pętli DNA”,
00:37:31.04 i okazuje się, że TAF3 jest zaangażowany w to zapętlenie DNA, razem z całą masą innych białek,
00:37:38.00 których związek z TAF3 wciąż nie jest do końca jasny.
00:37:45.02 I uważamy, że szczególnie intrygujące i ekscytujące jest to, że tego typu funkcja dalekodystansowa jest
00:37:50.06 przenoszony przez TAF iw kontekście potencjału różnicowania embrionalnych komórek macierzystych do tworzenia endodermy.
00:37:57.19 Więc jest to bardzo, bardzo nowy sposób myślenia o podstawowych czynnikach transkrypcyjnych.
00:38:06.11 Podobnie, kiedy spojrzeliśmy na obwody transkrypcyjne embrionalnych komórek macierzystych i zapytaliśmy:
00:38:13.20 jakie inne koregulatory transkrypcji lub regulatory i kofaktory,
00:38:17.18 są konieczne, aby umożliwić ten tak zwany program pluripotencji?
00:38:23.01 Ta niesamowita zdolność tych komórek do różnicowania się w każdy inny typ komórki,
00:38:27.03 jak to się dzieje? Co pozwala, aby tak się stało?
00:38:30.23 w tym konkretnym typie komórek, a nie w innych typach komórek?
00:38:33.23 I znowu, używając technologii komplementacji biochemicznej,
00:38:38.00 ostatnio udało nam się zidentyfikować nowy kompleks kofaktorów, ponownie kompleks wielopodjednostkowy,
00:38:45.15 zwany SCC lub "kofaktorem komórek macierzystych".
00:38:49.25 I co ciekawe, ten SCC-B okazuje się być dobrze znanym białkiem, które znowu miało inny styl życia w innych typach komórek.
00:38:59.18 Jest to kompleks białkowy, który wcześniej opisywano jako XPC,
00:39:03.29 co oznacza „Xeroderma pigmentosum, kompleks C”,
00:39:08.22 co oznacza, że ​​bierze udział w naprawie DNA.
00:39:11.07 Do tej pory myśleliśmy, że XPC działa tylko jako kompleks naprawczy DNA,
00:39:16.14 i teraz wiemy, że robi coś zupełnie innego,
00:39:19.12 ale tylko w kontekście komórek ES, które mają tworzyć kompleks kofaktorów, który wzmocni
00:39:25.27 aktywność dwóch krytycznych aktywatorów transkrypcyjnych, Oct4 i Sox2,
00:39:31.21 które definiują pluripotencjalny, samoodnawialny stan komórek ES.
00:39:36.20 To tylko dwa przykłady tego, o czym się uczymy,
00:39:41.21 ciągła saga o ewolucji i działaniu maszynerii transkrypcyjnej w komórkach zwierzęcych.
00:39:50.26 I skończę z tym ostatnim slajdem modelowym,
00:39:54.00 co po prostu powtarza to, co właśnie powiedziałem:
00:39:57.00 Musimy pamiętać, że generując duże zestawy kombinatorycznych, specyficznych sieci genów,
00:40:07.07 musimy wykorzystać różnorodność nie tylko specyficznych dla sekwencji białek wiążących DNA,
00:40:11.29 ale coraz częściej widzimy przykłady, że komponenty wcześniej uważane za niezmienne rdzenie maszyn
00:40:19.14 są integralną częścią dywersyfikacji kombinatorycznej regulacji ekspresji genów.
00:40:26.18 I to oczywiście otwiera wiele nowych możliwości,
00:40:30.08 i podejrzewam, że jest jeszcze wiele znaków zapytania, co dokładnie każdy z tych składników
00:40:36.27 robi, aby prowadzić złożoną regulację, która powoduje złożoność, jak ludzie,
00:40:44.12 ludzki mózg, cała fizjologia, która się dzieje.
00:40:48.03 I oczywiście, gdy rozumiemy te mechanizmy bardziej szczegółowo,
00:40:51.23 Myślę, że mamy znacznie większe szanse na rozwiązanie problemów ludzkich chorób i chorób innych organizmów.
00:40:59.10 Ponieważ ostatecznie musimy zrozumieć molekularne podstawy choroby,
00:41:03.21 i myślę, że dużą częścią tego jest zrozumienie mechanizmów regulacji genów.

  • Część 1: Regulacja genów: wprowadzenie

MTG Rapid Biology PDF Darmowe pobieranie

Witajcie przyjaciele, dzisiaj dzielimy się bardzo ważną książką do egzaminów IIT JEE i NEET, a nazwa tego pliku PDF to MTG Rapid Biology Pdf Download do egzaminów IIT JEE i NEET NEET. MTG Rapid Biology jest przydatna dla tych studentów, którzy chcą zrewidować całą biologię. Dodaliśmy już MTG Rapid Chemistry oraz MTG Rapid Physics Pdf.

Przynajmniej każdy student 12th Standard chce zdać IIT JEE, a studenci Bio chcą zdać egzamin NEET, a do tego muszą ciężko pracować. Biologia nie jest łatwym przedmiotem dla obu egzaminów i musisz ćwiczyć coraz więcej, aby łamać pytania, które możesz pobrać MTG Rapid Biology Pdf, klikając przycisk, który jest podany poniżej.

MTG Rapid Biology to książka do szybkiej korekty dla studentów CBSE i ICSE. Obejmuje kompletny program biologii NCERT klasy XI i XII. Wszystkie ważne tematy są omówione w punktach, schematach blokowych i podsumowaniach, co ułatwia naukę i zapamiętywanie kluczowych punktów książek CBSE i książek ICSE. Format szybkiej biologii pomaga w łatwym nauce tematów, które pojawiają się w medycynie, takich jak AIPMT, AIIMS. MTG Rapid Biology to Twój krótki notatnik do łatwego i szybkiego podsumowania tematów książki CBSE, które pozwolą Ci przygotować się do egzaminu.

MTG Rapid Biology pdf to książka zaprojektowana przez MTG w celu ogarnięcia całego programu nauczania w bardzo krótkim czasie. Więc jest to skuteczny materiał do nauki, aby zrozumieć wszystkie ważne tematy przed egzaminem. Jest przeznaczony dla uczniów NEET i obejmuje cały program nauczania. Gorąco polecam ściągnięcie tej książki i przeczytanie jej.

MTG Rapid Biology służy lepszemu zrozumieniu wszystkich trudnych koncepcji biologii i daje przegląd wszystkich zasad i koncepcji dla studentów. Korzystając z tej książki, uczniowie mogą odświeżyć swoje koncepcje i zasady dotyczące biologii. Jak sama nazwa wskazuje, książka MTG rapid Biology to szybki podręcznik dla studentów CBSE.

REZERWUJ INFORMACJE

NAZWA KSIĄŻKI – MTG RAPID BIOLOGY:- KURS CASH DLA SZCZYTOWYCH WYDAJNOŚCI

AUTOR – PUBLIKACJA MTG

Spis treści:

Natura i zakres biologii

JEDNOSTKA 1: RÓŻNORODNOŚĆ ŻYCIA
  • Systematyka
  • Wirusy
  • Królestwo Monera
  • Królestwo Protista
  • Grzyby, Porosty i Mikoryza
JEDNOSTKA 2: KRÓLESTWO PLANTAE
  • Klasyfikacja roślin
  • Glony
  • Bryophyta
  • Pteridophyta
  • Nagonasienne
  • Okrytozalążkowe
JEDNOSTKA 3: ZWIERZĘTA KRÓLESTWA
  • Trendy ewolucyjne i klasyfikacja zwierząt
  • pierwotniaki
  • Nie-strunowy
  • Chordaty
JEDNOSTKA 4: BIOLOGIA KOMÓRKI
  • Narzędzia i techniki w cytologii
  • Komórka jako jednostka życia
  • Biomembrana
  • Strukturalna organizacja komórki
  • Biomolekuły
  • Enzymy
  • Metabolizm komórkowy
  • Reprodukcja komórek
JEDNOSTKA 5: EWOLUCJA
  • Pochodzenie życia
  • Związek między organizmami i dowody ewolucji
  • Teorie ewolucji
  • Ewolucja człowieka
JEDNOSTKA 6: STRUKTURA I ORGANIZACJA ROŚLIN I ZWIERZĄT
  • Taksonomia roślin
  • Morfologia roślin kwiatowych
  • Anatomia roślin kwitnących
  • Tkanka zwierzęca
  • System powłokowy
  • Morfologia i anatomia zwierząt (żaba, karaluch, królik, dżdżownica)
JEDNOSTKA – 7: FIZJOLOGIA ROŚLIN
  • Stosunki wodne roślin
  • Odżywianie mineralne w roślinach
  • Fotosynteza
  • Oddychanie w roślinach
JEDNOSTKA – 8: FIZJOLOGIA CZŁOWIEKA
  • Odżywianie i układ trawienny
  • Oddychanie i wymiana gazów
  • Lokomocja i ruch
  • Płyny ustrojowe i krążenie
  • System wydalniczy
  • System nerwowy
  • Narządy zmysłów
  • Układ hormonalny
JEDNOSTKA – 9: REPRODUKCJA, ROZWÓJ I WZROST
  • Rozmnażanie w roślinach kwitnących
  • Wzrost i ruch roślin
  • Fitohormony
  • Rozmnażanie człowieka
  • Rozwój zarodkowy
  • Wzrost, naprawa, regeneracja, starzenie się i śmierć
JEDNOSTKA – 10: GENETYKA
  • Dziedziczność i zmienność
  • Geny i chromosomy
  • Materiał genetyczny i synteza białek
  • Ekspresja genów i regulacja amplifikacji
  • Genetyka człowieka i jej zaburzenia
JEDNOSTKA – 11: EKOLOGIA I ŚRODOWISKO
  • Organizmy i środowisko
  • Populacja, społeczność biotyczna i sukcesja
  • Ekosystem
  • Zasoby naturalne i ich ochrona
  • Bioróżnorodność
  • Zanieczyszczenia i globalne zmiany środowiskowe
  • Dzika przyroda i ochrona
JEDNOSTKA – 12: BIOLOGIA STOSOWANA
  • Biotechnologia i Inżynieria Genetyczna
  • Udomowienie roślin i doskonalenie upraw
  • Kultura tkanki roślinnej
  • Botanika ekonomiczna
  • Patologia roślin
  • Pestycydy i Bionawozy
  • Zdrowie psychiczne, uzależnienia i zdrowie społeczności
  • System immunologiczny i mechanizmy obronne
  • Powszechne choroby człowieka
  • Technologie biomedyczne
  • Udomowienie i doskonalenie zwierząt
  • Zachowanie zwierząt
  • Bioenergia
  • Wzrost populacji ludzkiej

CHCESZ POWIEDZIEĆ, PROSZĘ UDOSTĘPNIAĆ BLOGA NA SZEROKĄ MOŻLIWOŚĆ, ABY POMÓC INNYM MILIONOM ASPIRANTÓW IIT-JEE/NEET…..

ZASTRZEŻENIE : jigssolanki.In nie jest już właścicielem tej książki ani stworzonej, ani zeskanowanej. Po prostu oferujemy hiperłącze już dostępne w Internecie. Jeśli w jakikolwiek sposób narusza prawo lub ma jakieś problemy, napisz do nas: [email protected] lub skontaktuj się z nami w tym celu (usunięcie hiperłącza).

Nie pomagamy piractwu, ten duplikat rośnie, aby dostarczać młodzieży uniwersyteckiej, która jest szkodliwa finansowo, ale zasługuje na więcej do zbadania. Dziękuję Ci.


Podsumowanie sekcji

Wczesne etapy rozwoju embrionalnego zaczynają się od zapłodnienia. Proces zapłodnienia jest ściśle kontrolowany, aby zapewnić, że tylko jeden plemnik łączy się z jednym jajem. Po zapłodnieniu zygota ulega rozszczepieniu, tworząc blastulę. Blastula, która u niektórych gatunków jest wydrążoną kulką komórek, przechodzi proces zwany gastrulacją, podczas którego tworzą się trzy listki zarodkowe. Ektoderma daje początek układowi nerwowemu i komórkom skóry naskórka, mezoderma daje początek komórkom mięśniowym i tkance łącznej w ciele, a endoderma daje początek układowi trawiennemu i innym organom wewnętrznym. Organogeneza to tworzenie narządów z listków zarodkowych. Z każdej listki zarodkowej powstają określone typy tkanek.


O KSIĄŻCE Scott Gilbert Developmental Biology 11th Edition PDF do pobrania za darmo

Klasyk zyskuje nowego współautora i nowe podejście: Biologia rozwojowa, wydanie jedenaste, zachowuje doskonałe pisarstwo, dokładność i entuzjazm Gilberta Biologia rozwojowa książki, usprawnia ją, dodaje innowacyjne elektroniczne dodatki i tworzy nowy podręcznik dla tych, którzy uczą biologii rozwojowej nowej generacji.

W nowym podręczniku Gilberta i Barresiego zastosowano kilka nowych sposobów nauczania. Filmy wyjaśniające rozwój — a także filmy Mary Tyler’s Vademecum— są przywoływane w całej książce i dodano kilka innych cennych nowych elementów.

Dodatkowe aktualizacje obejmują:

* Zwiększony nacisk na komórki macierzyste, które są szeroko omówione na początku książki.
* Ustalenie płci i gametogeneza, zamiast zbliżać się do końca objętości, są na pierwszym planie, przed zapłodnieniem.
* Znacznie rozszerzony zasięg rozwoju neuronowego, obejmujący jednostkę samą w sobie.
* Omówienie nowych eksperymentów dotyczących morfogenezy i różnicowania, a także nowych technik, takich jak CRISPR.

Znacząco ulepszony w jedenastym wydaniu i przywołany w całym podręczniku, Biologia rozwojowa Companion Website zapewnia uczniom szereg angażujących zasobów w następujących kategoriach:

* NOWY Samouczki deweloperów: Profesjonalnie przygotowane samouczki wideo, prezentowane przez autorów podręcznika, wzmacniają kluczowe koncepcje.

* NOWY Obejrzyj rozwój: Wcielając koncepcje w życie, te pouczające filmy pokazują rzeczywiste procesy biologii rozwojowej.

* Tematy internetowe: te obszerne tematy zawierają więcej informacji dla zaawansowanych studentów, historyczne, filozoficzne i etyczne perspektywy dotyczące zagadnień biologii rozwojowej oraz linki do dodatkowych zasobów internetowych.

* NOWY Naukowcy mówią: W tych wywiadach z pytaniami i odpowiedziami tematy biologii rozwojowej są analizowane przez czołowych ekspertów w tej dziedzinie.

* Plus pełna bibliografia literatury cytowanej w podręczniku (najczęściej powiązana z ich cytatami z PubMed).

Laboratorium DevBio: Vademecum3

Dołączone do każdego nowego egzemplarza podręcznika, Vademecum3 to interaktywna strona internetowa, która pomaga studentom zrozumieć organizmy omawiane na kursie i przygotować je do laboratorium. Strona zawiera filmy wideo przedstawiające procesy rozwojowe i techniki laboratoryjne oraz rozdziały dotyczące następujących organizmów: śluzowiec (Dictyostelium discoideum), planarian, jeżowca, muszki owocowej (Drosophila), pisklęcia i płazów.

Biblioteka zasobów instruktora (dostępna dla kwalifikowanych użytkowników)

ten Biologia rozwojowa, Wydanie jedenaste, Biblioteka zasobów instruktora zawiera następujące zasoby:

* NOWY Rozwijające się pytania: Odpowiedzi, odnośniki i rekomendacje do dalszego czytania są podane tak, abyś ty i twoi uczniowie mogli zbadać Rozwijające się pytania, które są stawiane w każdym rozdziale.

* Rysunki i tabele z podręcznika: Wszystkie rysunki, zdjęcia i tabele z podręcznika są dostarczane zarówno w formacie JPEG (wysoka i niska rozdzielczość), jak i formacie PowerPoint. Wszystkie obrazy zostały zoptymalizowane pod kątem doskonałej czytelności podczas projekcji w klasie.

* Kolekcja wideo: obejmuje segmenty wideo przedstawiające szeroki zakres procesów rozwojowych oraz segmenty z Laboratorium DevBioy: Vademecum3, oraz Eksperymenty różnicowe2.

* Prezentacje PowerPoint Vade Mecum3: Sekcje serii piskląt i całe wierzchowce, dostępne zarówno w wersji z etykietą, jak i bez etykiety, do wykorzystania w tworzeniu quizów, egzaminów lub ćwiczeń w klasie.

* NOWY Case Studies w Dev Bio: Ten nowy zbiór problemów ze studiami przypadków towarzyszy samouczkom programistów i zapewnia instruktorom gotowe do użycia ćwiczenia w klasie. Studia przypadków wspierają głębokie uczenie się w biologii rozwojowej, zapewniając studentom możliwość zastosowania treści kursu do krytycznej analizy danych, stawiania hipotez i rozwiązywania nowatorskich problemów w tej dziedzinie. Każde studium przypadku zawiera prezentację PowerPoint i materiały informacyjne dla uczniów z towarzyszącymi pytaniami.

* Biologia rozwojowa: Przewodnik po badaniach eksperymentalnych, wydanie trzecie, Mary S. Tyler: Kompletny podręcznik laboratoryjny w formacie PDF.


Część 14: Rozwój embrionalny i jego regulacja - Biologia

  • Jesteś tutaj:  
  • Dom
  • Podręczniki Wydziału Biologii Andover
  • Openstax Biology for AP Courses (podręcznik do sekwencji Bio58x)
  • Bio581
  • Rozdział 4 Struktura komórki
  • 4.10 Pytania dotyczące krytycznego myślenia

Ten tekst jest oparty na Openstax Biology for AP Courses, Senior Contributors Authors Julianne Zedalis, The Bishop's School w La Jolla, Kalifornia, John Eggebrecht, Cornell University Contributors, Yael Avissar, Rhode Island College, Jung Choi, Georgia Institute of Technology, Jean DeSaix , University of North Carolina w Chapel Hill, Vladimir Jurukovski, Suffolk County Community College, Connie Rye, East Mississippi Community College, Robert Wise, University of Wisconsin, Oshkosh

Ta praca jest objęta licencją Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 Unported License, bez dodatkowych ograniczeń


Od metabolizmu do ekspresji genów i homeostazy

Zaburzenie metabolizmu zarodka, zdolności proliferacyjnej, kompetencji sygnalizacyjnych i matczynych bodźców rozwojowych związanych z nieoptymalnym środowiskiem, zarówno in vitro, jak i in vivo, aktywuje stan stresu, który z kolei będzie promował dalsze reakcje zarodków w celu utrzymania równowagi homeostatycznej [ 15, 16]. Wpływ środowiska na ekspresję genów zarodkowych jest czułą miarą stresu, zwiększonej ekspresji hsp70.1, a gen hamujący wzrost CHOP-10 występuje w odpowiedzi na różne stresy w zarodkach gryzoni i bydła [110, 111]. Ekspresja genów regulujących wzrost jest również podatna na działanie środowiska. Rozwijające się w hodowli zarodki mysie wykazują niższy poziom czynników wzrostu Igf-1 i -2 niż zarodki in vivo [112, 113], podczas gdy hodowla na pożywce KSOM z aminokwasami powoduje ekspresję genów Igf-1 i -2 oraz ich receptorów na wyższym poziomie niż w zarodkach hodowanych w pożywce Whittena i bardziej podobnym do zarodków in vivo [114].

Wykazano, że szereg genów metabolicznych i związanych z różnicowaniem zmienia swój profil ekspresji w odpowiedzi na warunki hodowli w zarodkach bydlęcych [115, 116]. Na przykład, geny krytyczne w różnicowaniu trofektodermy i tworzeniu połączeń międzykomórkowych ulegają ekspresji na różnych poziomach, w zależności od ich pochodzenia in vivo lub in vitro, a w przypadku tych ostatnich od rodzaju użytego podłoża [117]. W przypadku człowieka zarodki hodowane in vitro wykazują znaczną zmienność w ekspresji genów zaangażowanych w szlaki apoptotyczne [118, 119] i różnicowanie [120, 121] oraz wykazują duże zróżnicowanie tempa apoptozy i liczby komórek blastocyst [122], wskazujący na zmienny potencjał rozwojowy.


Struktury pozazarodkowe i zarodek piskląt | Embriologia

Zarodek pisklęcia posiada cztery błony pozapłodowe lub pozapłodowe: worek żółtkowy, omocznicę, owodnię i błonę surowiczą lub kosmówkę. W zarodku płazów woreczek żółtkowy i omocznica są obecne w stanie podstawowym.

Owodnia i surowicza rozwijają się w zarodku gadów po raz pierwszy w historii ewolucyjnej kręgowców. U ptaków te dwie struktury są zachowane, podczas gdy u ssaków występują one również w zmodyfikowanej formie. Wszystkie błony i błonki pozazarodkowe są odrzucane podczas wyklucia, podczas gdy woreczek żółtkowy jest wprowadzany do jelita cienkiego.

W miarę rozwoju, ściśle przylegająca ektoderma i somatopleura (mezoderma somatyczna) oraz endoderma i splanchnopleure (mezoderma splanchiczna) rozszerzają się na obszar pozaembrionalny. Rozwijający się zarodek znajduje się w centralnej części tarczycy.

Zarodek zostaje oddzielony przez podcięcie rowków utworzonych przez ograniczające fałdy tułowia. Te fałdy rozpoczynają się tworzeniem półksiężycowej fałdy głowy, która rozciąga się do tyłu w miarę fałdowania ciała. Fałdy ciała następnie łączą się z fałdą ogonową. W ten sposób zarodek podcina się i oddziela od leżącej pod nim masy żółtkowej.

Formacja worka żółtkowego i jego los :

Żółtko, chociaż dostarcza zarodkowi pożywienia, nie jest uważane za część zarodka. Ale w przypadkach, gdy ilość żółtka jest bardzo duża, rozwija się specjalny woreczek żółtkowy do przechowywania żółtka. Gdy em&szybrio samo się podnosi, żółtko zostaje otoczone woreczkiem żółtkowym. Woreczek żółtkowy rozwija się z brzegu blastodermy, który przesuwa się wokół masy żółtkowej, aż całkowicie otacza masę.

W embrionach kurzych jelito jest reprezentowane przez okrągłą jamę pod prymitywną smugą po około szesnastu godzinach inkubacji. Po około 24 godzinach mała kieszonka jelitowa rozwija się w rozwijającą się głowę jako przednie jelito. Przednie jelito otoczone jest mezodermą.

Po około 48-godzinnym etapie, wraz z formowaniem się pączka ogonowego, rozwija się worek tylni. Niezróżnicowana część jelita pomiędzy przednim i tylnym jelitem nazywana jest środkowym, które pozostaje małą częścią jelita cienkiego w miarę starzenia się zarodka.

Jelito środkowe prowadzi do zredukowanego worka żółtkowego przez łodyżkę żółtkową (ryc. 5.43 A1). Woreczek żółtkowy staje się mniejszy w wyniku spożycia żółtka i przed wylęgiem woreczek żółtkowy istnieje jako występ z jelita cienkiego. Woreczek żółtkowy pokryty jest splanchnopleure. Woreczek żółtkowy jest ostatecznie wkomponowany i zszyty z jelitem cienkim.

Żółtko jest wykorzystywane przez zarodek jako pokarm. Endoderma woreczka żółtkowego wydziela en&szyzymy, które rozbijają żółtko na substancje dyfundujące. Substancje te są przenoszone przez żyły żółtkowe i ostatecznie do serca. Z serca są one przenoszone do różnych części embrionu i struktur poza-szembrionalnych.

Formacja Amnion i Serosa :

Owodnia i błona surowicza (kosmówka) to dwie błony pozazarodkowe, które rozwijają się razem. Owodnia jest w rzeczywistości błoną zakrywającą zarodek i tym samym mieszczącą go jak worek. Odcina zarodek od bezpośredniego kontaktu z otoczeniem. Pomiędzy zarodkiem a owodnią znajduje się przestrzeń zwana jamą owodniową, w której znajduje się płyn owodniowy, roztwór soli fizjologicznej.

Owodnia i płyn owodniowy chronią rozwijający się zarodek przed wysuszeniem, a także wyrównują nacisk na

embrion siłami fizycznymi. Płyn działa jak bufor i zapewnia ochronę przed wszelkiego rodzaju wstrząsami. Przyleganiu zarodka do ściany owodni zapobiega rytmiczny ruch owodni.

Wraz ze wzrostem zarodka masa ciała wzrasta, w wyniku czego zarodek zapada się w miękkie żółtko. Z tego powodu blastodys pozostaje uniesiony nad em&szybrio. Po 30 godzinach inkubacji dobrze uformowana głowa zarodka pisklęcia przesuwa się do przodu i zapada w leżące poniżej żółtko.

Powoduje to uniesienie fałdu blastodermicznego zwanego fałdem owodniowym. Ta fałda wygina się do tyłu nad głową i zakrywa ją jako kaptur.

Boczne końce fałdy głowy rozciągają się do tyłu wzdłuż obu stron zarodka jako boczne fałdy owodniowe. Fałdy boczne przechodzą nad zarodkiem i łączą się ze sobą w kierunku przednio-tylnym. W wyniku fuzji zarodek zostaje mniej lub bardziej pokryty fałdami.

Po 48 godzinach inkubacji pojawia się kolejny fałd z tylnego końca zarodka (pączek ogona) zwany fałdą ogona owodniowego. Fałd ten przebiega dalej nad zarodkiem i ostatecznie spotyka się i łączy z fałdą głowy owodniowej w czwartym dniu inkubacji (ryc. 5.43 A).2). Obszar zrostu fałdów owodniowych jest oznaczony blizną zwaną połączeniem seroowodniowym.

Fałd owodniowy składa się z dwóch warstw – wewnętrznej i zewnętrznej. Tak więc połączenie takich fałd spowoduje zanikniecie warstwy wewnętrznej i zewnętrznej. Warstwa wewnętrzna nazywana jest owodnią, a zewnętrzna surowiczą (nazwa kosmówki jest zarezerwowana dla tej samej warstwy u ssaków przez wielu embriologów). Owodnia składa się z somatycznej mezodermy po zewnętrznej stronie i ektodermy po wewnętrznej stronie.

Surowica ma somatyczną mezodermę po wewnętrznej stronie i ekto­dermę po zewnętrznej (ryc. 5.43 A2). Pomiędzy błoną surowiczą a owodnią znajduje się celom pozazarodkowy, który jest ciągły z celomem wewnątrzzarodkowym właściwego zarodka. Surowica rośnie wokół woreczka żółtkowego i całkowicie go otacza pod koniec drugiego tygodnia.

Formacja Allantois:

Omoczniak rozwija się w połączeniu z błoną surowiczą i różni się charakterem od innych błon pozazarodkowych. Nie jest wyrzucany u ssaków, ale jego część wewnątrzzarodkowa jest zachowywana jako pęcherz moczowo-szynowy.

Omoczniak zaczyna swój rozwój jako uchyłek brzuszny w 72-godzinnym zarodku kurzym z tylnego odcinka jelita. Ten out­growth składa się z wewnętrznej endodermy z warstwą mezodermy splanchnicznej po zewnętrznej stronie. Uchyłek szybko rośnie, aby zaatakować celom pozazarodkowy (ryc. 5.43 B1, B2) i do przestrzeni między woreczkiem żółtkowym, owodnią i błoną surowiczą.

Chociaż dystalna część omoczni znacznie się rozszerza, pozostaje połączona z tylnym jelitem wąską łodygą omoczni. Gdy zarodek oddziela się od części pozaembrionalnych, łodyga omoczniowa zostaje zamknięta razem z łodygą żółtka, tworząc pępowinę. Omoczniowo-szytozę łączy się z krążeniem pozazarodkowym za pomocą par tętnic i żył omoczniowych.

Omoczniak jest częściowo wydalany w działaniu i działa również jako rezerwuar, przechowując kwas moczowy. Służy również jako powierzchnia oddechowa, dostarczając tlen do zarodka. Pomaga również wchłonąć dużą ilość białka. Wraz z rozwojem i nieśmiałością krążenia omoczniowego znaczna część wapnia jest wchłaniana ze skorupki jaja.

Ten zaabsorbowany wapń jest wykorzystywany przez zarodek do tworzenia kości. Skorupa jaja tracąc wapń staje się cienka i delikatna, co ułatwia wylęg i płoszenie.


28.2 Rozwój embrionalny

W tym rozdziale będziemy wyrażać wiek embrionalny i płodowy w postaci tygodni od zapłodnienia, powszechnie nazywanego poczęciem. Okres czasu wymagany do pełnego rozwoju płodu w macicy określany jest jako ciąża (gestare = „nosić” lub „nosić”). Można go podzielić na różne okresy ciążowe. Pierwsze 2 tygodnie rozwoju prenatalnego określa się jako etap przedzarodkowy. Rozwijający się człowiek jest określany jako embrion w tygodniach 3-8, a płód od dziewiątego tygodnia ciąży do urodzenia. W tej sekcji omówimy przedembrionalne i embrionalne etapy rozwoju, które charakteryzują się podziałem komórek, migracją i różnicowaniem. Pod koniec okresu embrionalnego wszystkie układy narządów mają szczątkową strukturę, chociaż same narządy są albo niefunkcjonalne, albo tylko półfunkcjonalne.

Rozwój embrionalny przed implantacją

Po zapłodnieniu zygota i związane z nią błony, łącznie określane jako zarodek, są nadal rzutowane w kierunku macicy poprzez perystaltykę i uderzanie rzęsek komórek nabłonka jajowodu. Podczas podróży do macicy zygota przechodzi pięć lub sześć szybkich podziałów komórek mitotycznych. Chociaż każde cięcie daje więcej komórek, nie zwiększa całkowitej objętości zarodka (ryc. 28.4). Każda komórka potomna wytworzona przez rozszczepienie nazywana jest blastomerem (blastos = „zarodek”, w znaczeniu nasiona lub kiełka).

Około 3 dni po zapłodnieniu do macicy dochodzi 16-komórkowy zarodek. Komórki, które zostały luźno zgrupowane, są teraz zagęszczone i wyglądają bardziej jak solidna masa. Nazwa nadana tej strukturze to morula (morula = „mała morwa”). Po wejściu do macicy zarodek pływa swobodnie przez kilka kolejnych dni. Dzieli się dalej, tworząc kulkę około 100 komórek i zużywając odżywcze wydzieliny endometrium zwane mlekiem macicy, podczas gdy wyściółka macicy gęstnieje. Kulka obecnie ściśle związanych komórek zaczyna wydzielać płyn i organizować się wokół wypełnionej płynem jamy, blastocoel. Na tym etapie rozwoju zarodek określany jest jako blastocysta. Wewnątrz tej struktury grupa komórek tworzy wewnętrzną masę komórkową, która ma stać się embrionem. Komórki tworzące zewnętrzną powłokę nazywane są trofoblastami (trofe = „nakarmić” lub „odżywić”). Komórki te rozwiną się w worek kosmówkowy i płodową część łożyska (narząd wymiany składników odżywczych, odpadów i gazów między matką a rozwijającym się potomstwem).

Na tym etapie wewnętrzna masa komórek embrionalnych jest totipotencjalna, co oznacza, że ​​każda komórka ma potencjał do różnicowania się w dowolny typ komórki w ludzkim ciele. Totipotencja utrzymuje się tylko przez kilka dni, zanim los komórek zostanie ustalony jako prekursor określonej linii komórek.

Gdy formuje się blastocysta, trofoblast wydziela enzymy, które zaczynają degradować strefę przejrzystą. W procesie zwanym „wylęganiem się” zarodek uwalnia się od przezroczystej osłonki w ramach przygotowań do implantacji.

Interaktywny link

Obejrzyj ten poklatkowy film przedstawiający płodność rozpoczynającą się w dniu 3. Jaka jest pierwsza widoczna struktura? W którym momencie filmu pojawia się po raz pierwszy blastocoel? Jakie wydarzenie ma miejsce na końcu filmu?

Implantacja

Pod koniec pierwszego tygodnia blastocysta wchodzi w kontakt ze ścianą macicy i przylega do niej, osadzając się w wyściółce macicy poprzez komórki trofoblastu. W ten sposób rozpoczyna się proces implantacji, który sygnalizuje koniec przedzarodkowego etapu rozwoju (ryc. 28.5). Implantacji może towarzyszyć niewielkie krwawienie. Blastocysta zazwyczaj implantuje się w dnie macicy lub na tylnej ścianie. Jeśli jednak endometrium nie jest w pełni rozwinięte i gotowe na przyjęcie blastocysty, blastocysta oderwie się i znajdzie lepsze miejsce. Znaczący odsetek (50–75 procent) blastocyst nie wszczepia się w takim przypadku, blastocysta jest zrzucana wraz z endometrium podczas miesiączki. Wysoki odsetek niepowodzeń implantacji jest jednym z powodów, dla których ciąża zazwyczaj wymaga kilku cykli owulacji.

Kiedy implantacja się powiedzie i blastocysta przylgnie do endometrium, powierzchowne komórki trofoblastu łączą się ze sobą, tworząc syncytiotrofoblast , wielojądrowe ciało, które trawi komórki endometrium, aby mocno przymocować blastocystę do ściany macicy. W odpowiedzi błona śluzowa macicy odbudowuje się i otacza blastocystę (ryc. 28.6). Trofoblast wydziela ludzką gonadotropinę kosmówkową (hCG), hormon, który kieruje ciałkiem żółtym do przeżycia, powiększania się i dalszego wytwarzania progesteronu i estrogenu w celu zahamowania miesiączki. Te funkcje hCG są niezbędne do stworzenia środowiska odpowiedniego dla rozwijającego się zarodka. W wyniku tej zwiększonej produkcji hCG gromadzi się w krwiobiegu matki i jest wydalane z moczem. Implantacja jest zakończona w połowie drugiego tygodnia. Zaledwie kilka dni po wszczepieniu trofoblast wydzielił wystarczającą ilość hCG, aby domowy test ciążowy z moczu dał wynik pozytywny.

W większości przypadków zarodek implantuje się w macicy w miejscu, które może wspierać wzrost i rozwój. Jednak w jednym do dwóch procent przypadków zarodek implantuje się poza macicą (ciąża pozamaciczna) lub w okolicy macicy, która może powodować komplikacje w ciąży.Jeśli zarodek zagnieździ się w dolnej części macicy, łożysko może potencjalnie rozrosnąć się nad otworem szyjki macicy, stan zwany łożyskiem przednim.

Zaburzenia.

Rozwój zarodka

W zdecydowanej większości ciąż pozamacicznych zarodek nie kończy swojej podróży do macicy i implantów w jajowodzie, co określa się mianem ciąży jajowodowej. Istnieją jednak również jajnikowe ciąże pozamaciczne (w których jajo nigdy nie opuściło jajnika) oraz brzuszne ciąże pozamaciczne (w których jajo zostało „zagubione” do jamy brzusznej podczas przenoszenia z jajnika do jajowodu lub w których zarodek z jajnika ciąża jajowodowa ponownie wszczepiona w brzuch). W jamie brzusznej zarodek może wszczepić się w dowolną dobrze unaczynioną strukturę — ​​jamę odbytniczą (torebkę Douglasa), krezkę jelit i sieć większą to niektóre z najczęstszych lokalizacji.

Ciąża jajowodów może być spowodowana bliznami w jajowodzie po infekcji bakteryjnej przenoszonej drogą płciową. Blizna utrudnia wchodzenie zarodka do macicy – ​​w niektórych przypadkach „zaczepia” zarodek, a w innych całkowicie blokuje rurkę. Około połowa ciąż jajowodowych ustępuje samoistnie. Implantacja do rurki macicy powoduje krwawienie, które wydaje się stymulować skurcze mięśni gładkich i wydalenie zarodka. W pozostałych przypadkach konieczna jest interwencja medyczna lub chirurgiczna. W przypadku wczesnego wykrycia ciąży pozamacicznej rozwój zarodka może zostać zahamowany przez podanie leku cytotoksycznego metotreksat, który hamuje metabolizm kwasu foliowego. Jeśli diagnoza jest opóźniona, a rurka macicy jest już pęknięta, konieczna jest naprawa chirurgiczna.

Nawet jeśli zarodek z powodzeniem trafił do macicy, nie zawsze zagnieżdża się w optymalnym miejscu (dno macicy lub tylna ściana macicy). Łożysko przodujące może powstać, jeśli zarodek zagnieździ się w pobliżu wewnętrznego ujścia macicy (wewnętrzny otwór szyjki macicy). W miarę wzrostu płodu łożysko może częściowo lub całkowicie zakryć otwór szyjki macicy (ryc. 28.7). Chociaż występuje tylko w 0,5% ciąż, łożysko przednie jest główną przyczyną krwotoku przedporodowego (obfite krwawienie z pochwy po 24. tygodniu ciąży, ale przed porodem).

Membrany embrionalne

W drugim tygodniu rozwoju, po zaimplantowaniu zarodka w macicy, komórki blastocysty zaczynają organizować się w warstwy. Niektóre rozwijają się, tworząc błony pozazarodkowe potrzebne do podtrzymywania i ochrony rozwijającego się zarodka: owodnię, worek żółtkowy, omocznicę i kosmówkę.

Na początku drugiego tygodnia komórki wewnętrznej masy komórkowej formują się w dwuwarstwowy dysk komórek embrionalnych, a między nim a trofoblastem otwiera się przestrzeń – jama owodniowa (ryc. 28.8). Komórki z górnej warstwy krążka (epiblast ) rozciągają się wokół jamy owodniowej, tworząc błoniasty worek, który tworzy się w owodni pod koniec drugiego tygodnia. Owodnia wypełnia się płynem owodniowym i ostatecznie rośnie, by otoczyć zarodek. Na wczesnym etapie rozwoju płyn owodniowy składa się prawie wyłącznie z filtratu osocza matczynego, ale ponieważ nerki płodu zaczynają funkcjonować około ósmego tygodnia, dodają mocz do objętości płynu owodniowego. Unoszący się w płynie owodniowym zarodek, a później płód, jest chroniony przed urazami i gwałtownymi zmianami temperatury. Może swobodnie poruszać się w płynie i przygotowywać do połykania i oddychania z macicy.

Po brzusznej stronie krążka zarodkowego, naprzeciwko owodni, komórki w dolnej warstwie krążka zarodkowego (hipoblast) wchodzą do jamy blastocysty i tworzą worek żółtkowy. Woreczek żółtkowy dostarcza niektórych składników odżywczych wchłoniętych z trofoblastu, a także zapewnia prymitywne krążenie krwi rozwijającemu się zarodkowi na drugi i trzeci tydzień rozwoju. Kiedy łożysko przejmuje odżywianie zarodka około 4 tygodnia, woreczek żółtkowy został znacznie zmniejszony, a jego główną funkcją jest służenie jako źródło komórek krwi i komórek zarodkowych (komórek, z których powstają gamety). W trzecim tygodniu, przypominający palec wybrzuszenie woreczka żółtkowego rozwija się w omocznicę, prymitywny przewód wydalniczy zarodka, który stanie się częścią pęcherza moczowego. Łodygi woreczka żółtkowego i omoczniaka tworzą razem zewnętrzną strukturę pępowiny.

Ostatnią z błon pozazarodkowych jest kosmówka, która jest jedyną błoną otaczającą wszystkie pozostałe. Rozwój kosmówki zostanie omówiony bardziej szczegółowo wkrótce, ponieważ odnosi się do wzrostu i rozwoju łożyska.

Embriogeneza

W trzecim tygodniu rozwoju dwuwarstwowy krążek komórek staje się krążkiem trójwarstwowym w procesie gastrulacji, podczas którego komórki przechodzą od totipotencji do multipotencji. Zarodek, który przybiera kształt owalnego dysku, tworzy wgłębienie zwane prymitywną smugą wzdłuż grzbietowej powierzchni epiblastu. Węzeł na ogonie lub końcu prymitywnej smugi emituje czynniki wzrostu, które kierują komórkami do namnażania się i migracji. Komórki migrują w kierunku prymitywnej smugi i przez nią, a następnie poruszają się na boki, tworząc dwie nowe warstwy komórek. Pierwsza warstwa to endoderma , arkusz komórek, który wypiera hipoblast i przylega do woreczka żółtkowego. Druga warstwa komórek wypełnia się jako warstwa środkowa lub mezoderma . Pozostające komórki epiblastu (nie migrujące przez prymitywną smugę) stają się ektodermą (ryc. 28.9).

Każdy z tych listków zarodkowych rozwinie się w zarodku w określone struktury. Podczas gdy ektoderma i endoderma tworzą ściśle połączone arkusze nabłonka, komórki mezodermy są mniej zorganizowane i istnieją jako luźno połączona społeczność komórek. Ektoderma daje początek liniom komórkowym, które różnicują się, stając się centralnym i obwodowym układem nerwowym, narządami zmysłów, naskórkiem, włosami i paznokciami. Komórki mezodermalne ostatecznie stają się szkieletem, mięśniami, tkanką łączną, sercem, naczyniami krwionośnymi i nerkami. Endoderma dalej tworzy nabłonkową wyściółkę przewodu pokarmowego, wątroby i trzustki, a także płuc (ryc. 28.10).

Rozwój łożyska

W ciągu pierwszych kilku tygodni rozwoju komórki endometrium – określane jako komórki doczesne – odżywiają powstający zarodek. W okresie prenatalnym 4–12 tygodni rozwijające się łożysko stopniowo przejmuje rolę odżywiania zarodka i komórki doczesne nie są już potrzebne. Dojrzałe łożysko składa się z tkanek pochodzących z zarodka, a także z matczynych tkanek endometrium. Łożysko łączy się z zarodkiem za pośrednictwem pępowiny, która przenosi odtlenioną krew i produkty przemiany materii płodu przez dwie tętnice pępowinowe, składniki odżywcze i tlen są przenoszone od matki do płodu przez pojedynczą żyłę pępowinową. Pępowina jest otoczona owodniami, a przestrzenie w pępowinie wokół naczyń krwionośnych są wypełnione galaretką Whartona, śluzową tkanką łączną.

Matczyna część łożyska rozwija się z najgłębszej warstwy endometrium, doczesnej podstawy. Aby utworzyć embrionalną część łożyska, syncytiotrofoblast i leżące poniżej komórki trofoblastu (komórki cytotrofoblastu) zaczynają proliferować wraz z warstwą pozaembrionalnych komórek mezodermy. Tworzą one błonę kosmówkową, która otacza cały płód jako kosmówkę. Błona kosmówkowa tworzy podobne do palców struktury zwane kosmkami kosmówkowymi, które zagłębiają się w endometrium jak korzenie drzew, tworząc płodową część łożyska. Komórki cytotrofoblastu przebijają kosmki kosmówki, zagłębiają się głębiej w endometrium i przebudowują matczyne naczynia krwionośne, aby zwiększyć przepływ krwi wokół kosmków. Tymczasem płodowe komórki mezenchymalne pochodzące z mezodermy wypełniają kosmki i różnicują się w naczynia krwionośne, w tym trzy pępowinowe naczynia krwionośne, które łączą zarodek z rozwijającym się łożyskiem (ryc. 28.11).

Łożysko rozwija się przez cały okres embrionalny i w ciągu pierwszych kilku tygodni okresu płodowego łożysko kończy się w 14-16 tygodniu. Jako w pełni rozwinięty narząd, łożysko zapewnia odżywianie i wydalanie, oddychanie i funkcje endokrynologiczne (tab. 28.1 i ryc. 28.12). Otrzymuje krew z płodu przez tętnice pępowinowe. Naczynia włosowate w kosmkach kosmówkowych filtrują odpady płodowe z krwi i zwracają czystą, natlenioną krew do płodu przez żyłę pępowinową. Składniki odżywcze i tlen są przenoszone z krwi matki otaczającej kosmki przez naczynia włosowate do krwiobiegu płodu. Niektóre substancje przemieszczają się przez łożysko przez zwykłą dyfuzję. Tlen, dwutlenek węgla i wszelkie inne substancje rozpuszczalne w tłuszczach idą tą drogą. Inne substancje przemieszczają się poprzez ułatwioną dyfuzję. Obejmuje to glukozę rozpuszczalną w wodzie. Płód ma duże zapotrzebowanie na aminokwasy i żelazo, które transportowane są przez łożysko w drodze aktywnego transportu.

Krew matki i płodu nie miesza się, ponieważ komórki krwi nie mogą przemieszczać się przez łożysko. Ta separacja zapobiega przedostawaniu się cytotoksycznych komórek T matki, a następnie niszczeniu płodu, który jest nosicielem „nieswoich” antygenów. Co więcej, zapewnia, że ​​czerwone krwinki płodu nie dostaną się do krążenia matki i nie wywołają rozwoju przeciwciał (jeśli niosą antygeny „nie-własne”) – przynajmniej do końcowych etapów ciąży lub porodu. To jest powód, dla którego, nawet przy braku leczenia zapobiegawczego, matka Rh − nie wytwarza przeciwciał, które mogłyby wywołać chorobę hemolityczną u jej pierwszego płodu Rh +.

Chociaż komórki krwi nie podlegają wymianie, kosmki kosmówki zapewniają dużą powierzchnię do dwukierunkowej wymiany substancji między krwią matki i płodu. Szybkość wymiany wzrasta w trakcie ciąży, gdy kosmki stają się cieńsze i coraz bardziej rozgałęzione. Łożysko jest przepuszczalne dla substancji fetotoksycznych rozpuszczalnych w tłuszczach: alkoholu, nikotyny, barbituranów, antybiotyków, niektórych patogenów i wielu innych substancji, które mogą być niebezpieczne lub śmiertelne dla rozwijającego się zarodka lub płodu. Z tych powodów kobiety w ciąży powinny unikać substancji toksycznych dla płodu. Na przykład spożywanie alkoholu przez kobiety w ciąży może skutkować szeregiem nieprawidłowości określanych mianem płodowych zaburzeń spektrum alkoholowego (FASD). Należą do nich wady rozwojowe narządów i twarzy, a także zaburzenia poznawcze i behawioralne.

  • Pośredniczy w dyfuzji matczynej glukozy, aminokwasów, kwasów tłuszczowych, witamin i minerałów
  • Przechowuje składniki odżywcze we wczesnej ciąży, aby zaspokoić zwiększone zapotrzebowanie płodu w późniejszym okresie ciąży
  • Wydala i filtruje płodowe odpady azotowe do krwi matki
  • Pośredniczy w transporcie tlenu z matki do płodu oraz w transporcie dwutlenku węgla z płodu do matki
  • Wydziela kilka hormonów, w tym hCG, estrogeny i progesteron, aby utrzymać ciążę i stymulować rozwój matki i płodu
  • Pośredniczy w przenoszeniu hormonów matczynych do krwi płodu i odwrotnie

Organogeneza

Po gastrulacji z ektodermy w procesie neurulacji rozwijają się zaczątki ośrodkowego układu nerwowego (ryc. 28.13). Wyspecjalizowane tkanki neuroektodermalne wzdłuż długości zarodka zagęszczają się do płytki nerwowej. W czwartym tygodniu tkanki po obu stronach płytki zaginają się do góry w fałd nerwowy. Dwie fałdy zbiegają się, tworząc cewę nerwową. Rurka leży na szczycie struny grzbietowej w kształcie pręcika, pochodzącej z mezodermy, która ostatecznie staje się jądrem miażdżystym krążków międzykręgowych. Po obu stronach rurki tworzą się przypominające bloki struktury zwane somitami, które ostatecznie różnicują się w szkielet osiowy, mięsień szkieletowy i skórę właściwą. W czwartym i piątym tygodniu przednia cewa nerwowa rozszerza się i dzieli, tworząc pęcherzyki, które staną się strukturami mózgu.

Folian, jedna z witamin z grupy B, jest ważny dla zdrowego rozwoju cewy nerwowej. Niedobór matczynego kwasu foliowego w pierwszych tygodniach ciąży może skutkować wadami cewy nerwowej, w tym rozszczepem kręgosłupa – wadą wrodzoną, w której tkanka kręgosłupa wystaje przez kręgosłup noworodka, który nie został całkowicie zamknięty. Poważniejszą wadą cewy nerwowej jest bezmózgowie, częściowy lub całkowity brak tkanki mózgowej.

Zarodek, który zaczyna się jako płaski arkusz komórek, zaczyna przybierać cylindryczny kształt w procesie składania zarodków (ryc. 28.14). Zarodek fałduje się na boki i ponownie na obu końcach, tworząc kształt litery C z wyraźnymi końcami głowy i ogona. Zarodek otacza część woreczka żółtkowego, który wraz z pępowiną wystaje z tego, co stanie się brzuchem. Fałdowanie zasadniczo tworzy rurkę, zwaną prymitywnym jelitem, która jest wyłożona endodermą. Worek owodniowy, który znajdował się na płaskim zarodku, otacza zarodek podczas jego fałdowania.

W ciągu pierwszych 8 tygodni ciąży rozwijający się zarodek tworzy podstawowe struktury wszystkich swoich narządów i tkanek z ektodermy, mezodermy i endodermy. Ten proces nazywa się organogenezą.

Podobnie jak ośrodkowy układ nerwowy, serce również rozpoczyna swój rozwój w zarodku jako struktura przypominająca rurkę, połączona naczyniami włosowatymi z kosmkami kosmówki. Komórki prymitywnego serca w kształcie rurki są zdolne do przewodzenia i kurczenia się elektryczności. Serce zaczyna bić na początku czwartego tygodnia, chociaż w rzeczywistości pompuje krew zarodkową dopiero tydzień później, kiedy przerośnięta wątroba zaczyna wytwarzać czerwone krwinki. (Jest to tymczasowa odpowiedzialność embrionalnej wątroby, którą szpik kostny przejmie podczas rozwoju płodowego.) W ciągu 4-5 tygodni tworzą się doły oczne, zawiązki kończyn stają się widoczne i tworzą się zaczątki układu płucnego.

W szóstym tygodniu zaczynają pojawiać się niekontrolowane ruchy kończyn płodu. Układ pokarmowy rozwija się zbyt szybko, aby embrionalny brzuch mógł go pomieścić, a jelita tymczasowo zapętlają się w pępowinie. Ręce i stopy w kształcie wiosła rozwijają palce u rąk i nóg w procesie apoptozy (zaprogramowanej śmierci komórek), co powoduje rozpad tkanek między palcami. W 7 tygodniu struktura twarzy jest bardziej złożona i obejmuje nozdrza, uszy zewnętrzne i soczewki (ryc. 28.15). W ósmym tygodniu głowa jest prawie tak duża jak reszta ciała embrionu, a wszystkie główne struktury mózgu są na swoim miejscu. Zewnętrzne narządy płciowe są widoczne, ale w tym momencie embriony męskie i żeńskie są nie do odróżnienia. Kość zaczyna zastępować chrząstkę w szkielecie embrionalnym poprzez proces kostnienia. Pod koniec okresu embrionalnego zarodek ma około 3 cm (1,2 cala) od korony do zadu i waży około 8 g (0,25 uncji).

Interaktywny link

Użyj tego interaktywnego narzędzia, aby zobaczyć proces embriogenezy od zapłodnienia przez ciążę do porodu. Czy potrafisz określić, kiedy neurulacja występuje w zarodku?


Obejrzyj wideo: ZOOLOGIA BEZKRĘGOWCÓW - Owady społeczne - ZADANIA MATURALNE Z BIOLOGII (Sierpień 2022).