Vývoj jednobuněčné zygoty v mnohobuněčný organismus nastává v důsledku procesů buněčného růstu a diferenciace. Růst je nárůst hmotnosti organismu v důsledku asimilace látky. Může být spojen se zvýšením velikosti i počtu buněk; v tomto případě původní buňky extrahují látky, které potřebují, z prostředí a používají je ke zvýšení své hmoty nebo k výstavbě nových buněk podobných jim. Lidská zygota má tedy přibližně 110 g a novorozené dítě váží v průměru 3200 g, tzn. Během nitroděložního vývoje se hmota zvětší miliardkrát. Od okamžiku narození až do dosažení průměrné velikosti pro dospělého se hmotnost zvětší ještě 20krát.[...]
Diferenciace je tvůrčí proces řízené změny, v jehož důsledku ze společných znaků, které jsou vlastní všem buňkám, vznikají struktury a funkce charakteristické pro určité specializované buňky. Proces diferenciace spočívá v získání (nebo ztrátě) strukturálních resp funkční vlastnosti, v důsledku čehož se tyto buňky specializují na různé druhy činností charakteristické pro živé organismy a tvoří odpovídající orgány v těle. U člověka se například rostoucí buňky v důsledku postupných změn v procesu diferenciace přeměňují v různé buňky, které tvoří lidské tělo – buňky nervového, svalového, trávicího, vylučovacího, kardiovaskulárního, dýchacího a jiného systému. [...]
Bylo zjištěno, že diferenciace nevyplývá ze ztráty nebo přidání genetické informace. Diferenciace není výsledkem změny genetické potence buňky, ale rozdílné exprese těchto potencí pod vlivem prostředí, ve kterém se buňka a její jádro nachází. Buněčná diferenciace je v podstatě změna složení buněčných proteinů – souboru enzymů, a je způsobena tím, že v různých buňkách od celkový počet geny fungují v různých sadách genů, které určují syntézu různých sad proteinů. Selektivní exprese informace zakódované v genech dané buňky je dosažena aktivací nebo potlačením procesu transkripce (čtení) těchto genů, tzn. selektivní syntézou primárního genového produktu - RNA, obsahujícího informaci, která by měla být přenesena do cytoplazmy.[...]
U mnohobuněčných organismů, na rozdíl od jednobuněčných, je růst a diferenciace jedné buňky koordinován s růstem a vývojem ostatních buněk, tzn. informace se vyměňují mezi různými buňkami. U těchto organismů tedy vývoj závisí na integrovaném růstu a diferenciaci všech buněk a právě tato integrace zajišťuje harmonický vývoj organismu jako celku [...].
V ontogenezi prochází každý organismus po sobě jdoucími fázemi vývoje: zárodečným (embryonálním), postembryonálním a obdobím vývoje dospělého organismu. Každé období ontogeneze vyžaduje určitý soubor podmínek pro svůj vznik a dokončení. Utváření druhových charakteristik organismu (genotypu) končí nástupem puberty a vývoj jednotlivých charakteristik (fenotypu) probíhá až do konce.[...]
Reprodukce buněk pokračuje po celý život organismu rychlostí odpovídající jeho vnitřním potřebám a také v závislosti na podmínkách jeho vnitřního a vnějšího prostředí.[...]
Rostliny se vyznačují prakticky nedeterministickým růstem, vyznačujícím se pokračující vzdělávání nové buňky v určitých oblastech, díky nimž rostou kořeny a výhonky do délky a díky kambii se zvyšuje tloušťka. U většiny zvířat je určován růst a po dosažení proporcí vlastních dospělému organismu poskytují oblasti aktivní reprodukce buněk pouze náhradu ztracených nebo mrtvých buněk, aniž by se zvýšil celkový počet buněk přítomných v daném organismu. V těle některé buňky v důsledku životně důležité činnosti stárnou a odumírají, jiné se znovu tvoří. Doba existence různých buněk není stejná: od několika dnů u epidermálních (kožních) buněk po stovky let u dřevěných buněk.[...]
Při diferenciaci i přes zachování veškeré dědičné informace ztrácejí buňky schopnost dělení. Navíc, čím je buňka specializovanější, tím je obtížnější (a někdy nemožný) změnit směr její diferenciace, který je dán omezeními, která na ni uvaluje organismus jako celek.
Gastrulace a následné vývojové fáze organismů jsou doprovázeny procesy buněčného růstu a diferenciace.
Výška- jedná se o nárůst celkové hmotnosti a velikosti organismu během vývoje. Vyskytuje se na úrovni buněk, tkání, orgánů a organismu. Nárůst hmoty v celém organismu odráží růst jeho základních struktur.
Růst je zajištěn následujícími mechanismy:
Zvýšení počtu buněk;
Zvýšení velikosti buněk;
Zvýšení objemu a hmotnosti nebuněčné hmoty.
Existují dva typy růstu: omezený a neomezený. Neomezený růst pokračuje po celou dobu ontogeneze (během života jedince, před a po narození), až do smrti. Tento růst mají například ryby. Řada obratlovců se vyznačuje omezeným růstem, tzn. Rychle dosáhnou plošiny své biomasy.
Existuje několik typů buněčného růstu.
Auxentní – růst, ke kterému dochází zvětšením velikosti buněk. Jedná se o vzácný typ růstu pozorovaný u zvířat s konstantním počtem buněk, jako jsou vířníci, škrkavky, larvy hmyzu. Růst jednotlivých buněk je často spojen s jadernou polyploidizací.
Proliferativní - růst, ke kterému dochází prostřednictvím množení buněk. Je známá ve dvou formách: multiplikativní a akreční.
Multiplikativní růst je charakteristický tím, že se obě buňky vzniklé dělením mateřské buňky začnou znovu dělit. Multiplikativní růst je velmi efektivní a proto čistá forma téměř nikdy nenastane nebo skončí velmi rychle (například v embryonálním období).
Akreční růst znamená, že po každém dalším dělení se pouze jedna z buněk znovu dělí, zatímco druhá přestává dělit. Tento typ růstu je spojen s rozdělením orgánu na kambiální a diferencované zóny. Buňky se pohybují z první zóny do druhé a udržují konstantní poměry mezi velikostmi zón. Tento růst je typický pro orgány, kde dochází k obnově buněčného složení.
Prostorová organizace růstu je složitá a přirozená. S tím je do značné míry spojena druhová specifičnost formy. To se projevuje jako alometrický růst. Jeho biologický význam spočívá v tom, že organismus si během růstu potřebuje udržovat nikoli geometrickou, ale fyzickou podobnost, tzn. nepřekračovat určité poměry mezi tělesnou hmotností a velikostí nosných a motorických orgánů. Protože s růstem těla narůstá hmota na třetí stupeň a průřez kostí na druhý stupeň, pak aby tělo nebylo rozdrceno vlastní vahou, musí kosti neúměrně rychle narůst do tloušťky.
Existuje limit nebo Hayflickův limit – limit počtu dělení somatických buněk, pojmenovaný po svém objeviteli Leonardu Hayflickovi. V roce 1961 Hayflick pozoroval, jak lidské buňky dělící se v buněčné kultuře umírají asi po 50 děleních a vykazují známky stárnutí, když se blíží této hranici. Tato hranice byla nalezena v kulturách všech plně diferencovaných buněk jak lidí, tak jiných mnohobuněčných organismů. Maximální počet dělení se liší v závislosti na typu buňky a ještě více se liší v závislosti na organismu. Pro většinu lidských buněk je Hayflickův limit 52 dělení.
Hayflickův limit je spojen se zmenšením velikosti telomer – úseků DNA na koncích chromozomů. Pokud buňka nemá aktivní telomerázu, jako většina somatických buněk, velikost telomer se snižuje s každým buněčným dělením, protože DNA polymeráza není schopna replikovat konce molekuly DNA. V důsledku tohoto jevu by se telomery měly zkracovat velmi pomalu - několik (3-6) nukleotidů na buněčný cyklus, to znamená, že na počet dělení odpovídající Hayflickově hranici se zkrátí pouze o 150-300 nukleotidů. V současné době byla navržena epigenetická teorie stárnutí, která vysvětluje erozi telomer především aktivitou buněčných rekombináz aktivovaných v reakci na poškození DNA způsobené především věkem podmíněnou derepresí mobilních prvků genomu. Když po určitém počtu dělení telomery zcela vymizí, buňka v určité fázi buněčného cyklu zamrzne nebo spustí program apoptózy – fenomén postupné destrukce buňky objevený v druhé polovině 20. století, projevující se tzv. zmenšení velikosti buněk a minimalizace množství látky vstupující do mezibuněčného prostoru po její destrukci.
Nejdůležitější charakteristika růst je jeho diferencovanost. To znamená, že rychlost růstu není stejná za prvé v různých částech těla a za druhé na různé fáze rozvoj. Je zřejmé, že rozdílný růst má hluboký vliv na morfogenezi. Růst embrya v různých fázích je doprovázen buněčnou diferenciací. Diferenciace jsou změny ve struktuře buněk spojené se specializací jejich funkcí a determinované aktivitou určitých genů. Diferenciace buněk vede ke vzniku jak morfologických, tak funkčních rozdílů v důsledku jejich specializace. Během procesu diferenciace se méně specializovaná buňka stává specializovanější. Diferenciace mění buněčnou funkci, velikost, tvar a metabolickou aktivitu.
Existují 4 stupně diferenciace.
1. Ootypická diferenciace ve stadiu zygoty je představována presumptivními rudimenty - úseky oplodněného vajíčka.
2. Rozlišení blastomerů ve stádiu blastuly spočívá ve výskytu nestejných blastomer (například blastomery střechy, dna okrajových zón u některých zvířat).
3. Základní diferenciace v časném stádiu gastruly. Objevují se oddělené oblasti - zárodečné vrstvy.
4. Histogenetická diferenciace v pozdní fázi gastruly. V rámci jednoho listu se objevují rudimenty různých pletiv (např. v somitech mezodermu). Základy orgánů a systémů jsou tvořeny z tkání. Při procesu gastrulace a diferenciace zárodečných vrstev vzniká axiální komplex orgánových primordií.
Vznik nových struktur a změny jejich tvaru během individuálního vývoje organismů se nazývá morfogeneze. Morfogeneze, stejně jako růst a diferenciace buněk, se týká a cyklický procesy, tzn. nevracející se do předchozího stavu a z větší části nevratné. Hlavní vlastností acyklických procesů je jejich časoprostorová organizace. Morfogeneze na supracelulární úrovni začíná gastrulace. U strunatců po gastrulace dochází k tvorbě osových orgánů. Během tohoto období, stejně jako během gastrulace, morfologické změny pokrývají celé embryo. Následná organogeneze je lokální proces. Uvnitř každého z nich dochází k rozkouskování na nové diskrétní (individuální) základy. Individuální vývoj tedy postupuje sekvenčně v čase a prostoru, což vede k vytvoření jedince se složitou strukturou a mnohem bohatšími informacemi, než je genetická informace zygoty.
Ministerstvo školství Ruské federace
Petrohradský technologický institut
Ústav molekulární biotechnologie
Esej
Téma: Diferenciace embryonálních buněk
Doplnil: Shilov S.D. gr.295 kurz 3
Petrohrad
2003
Úvod………………………………………………………………………………………..3
Určení a diferenciace…………………………………………………….3
Fragmentace vajíčka a tvorba blastuly………………………………..4
Organizační centra vyvíjejících se embryí. Indukce…………..6
Chemický aspekt studia a diferenciace buněk a tkání…………...8
Teorie pole.. ………………………………………………………………………………………………….10
Závěr………………………………………………………………………………………………... 12
Seznam použité literatury…………………………………………………..13
Dodatek………………………………………………………………………………………………..14
Úvod:
Tělo jakéhokoli mnohobuněčného živočicha lze považovat za klon buněk vytvořený z jedné jediné buňky – oplodněného vajíčka. Tělesné buňky jsou proto zpravidla geneticky identické, ale liší se fenotypem: některé se stávají svalovými buňkami, jiné se stávají neurony, jiné krevními buňkami atd. Buňky v těle odlišné typy uspořádány přísně definovaným uspořádaným způsobem a díky tomu má tělo charakteristický tvar. Všechny vlastnosti organismu jsou určeny sekvencí nukleotidů v genomové DNA, která je reprodukována v každé buňce. Všechny buňky dostávají stejné genetické „instrukce“, ale interpretují je s náležitým ohledem na čas a okolnosti – tak, aby každá buňka plnila svou specifickou specifickou funkci v mnohobuněčném společenství.
Mnohobuněčné organismy jsou často velmi složité, ale jsou vytvářeny pomocí velmi omezeného souboru různé formy buněčná aktivita. Buňky rostou a dělí se. Odumírají, mechanicky se spojují, vytvářejí síly, které jim umožňují pohyb a změnu tvaru, diferencují se, tedy zahajují nebo zastavují syntézu určitých látek kódovaných genomem, uvolňují do okolí nebo na svém povrchu tvoří látky, které ovlivňují činnost sousedních buněk. V této eseji se pokusím vysvětlit, jak realizace různých forem buněčné aktivity ve správný čas a na správném místě vede k vytvoření kompletního organismu.
Určení a diferenciace:
Nejdůležitějšími pojmy v experimentální embryologii jsou pojmy diferenciace a determinace, odrážející základní jevy kontinuity, sled procesů ve vývoji organismu. V ontogenezi neustále probíhají diferenciační procesy, to znamená, že se objevují nové a nové změny mezi různými částmi embrya, mezi buňkami a tkáněmi a různé orgány. Ve srovnání s počáteční vaječnou buňkou ve vývoji se organismus zdá neobvykle složitý. Diferenciace je strukturální, biochemická nebo jiná změna ve vývoji organismu, při které se to, co je relativně homogenní, mění ve stále více odlišné, ať už jde o buňky (cytologická diferenciace), tkáně (histologická diferenciace) nebo orgány a organismus jako celku, mluvíme o morfologických nebo o fyziologických změnách. Při identifikaci kauzálního mechanismu určitých diferenciací se používá termín determinace. Část embrya se nazývá určená od okamžiku, kdy se v sobě nese konkrétní důvody jeho další vývoj, kdy se může rozvíjet sebediferenciací v souladu se svým perspektivním vývojem. Podle B.I. Balinského odhodlání je třeba nazvat stabilitou započatých procesů diferenciace, jejich tendencí vyvíjet se zamýšleným směrem, navzdory měnícím se podmínkám, nezvratností minulých změn.
Tělo zvířete se skládá z relativně malého počtu snadno odlišitelných buněčných typů – asi 200. Rozdíly mezi nimi jsou tak jasné, protože kromě četných proteinů, které každá buňka v těle potřebuje, různé typy buněk syntetizují své vlastní soubor specializovaných proteinů. Kerotin se tvoří v epidermálních buňkách, hemoglobin se tvoří v erytrocytech, trávicí enzymy se tvoří ve střevních buňkách atd. Může vyvstat otázka: není to jednoduše způsobeno tím, že buňky mají různé sady genů? Čočkové buňky by mohly například ztratit geny pro keratin, hemoglobin atd., ale zachovat si geny pro krystaliny; nebo by mohly selektivně zvýšit počet kopií krystalinových genů prostřednictvím amplifikace. To však není pravda, řada studií ukazuje, že buňky téměř všech typů obsahují stejný kompletní genom, jaký byl v oplodněném vajíčku. Buňky se zdají být odlišné ne proto, že obsahují různé geny, ale proto, že exprimují různé geny. Genová aktivita podléhá regulaci: lze je zapínat a vypínat.
Nejpřesvědčivější důkaz, že i přes viditelné změny v buňkách při jejich diferenciaci, v nich samotný genom zůstává nezměněn, získaly experimenty s transplantací jader do vajíček obojživelníků. Jádro vajíčka se nejprve zničí ozářením ultrafialovým světlem a jádro diferencované buňky např. ze střeva se pomocí mikropipety transplantuje do oplodněného vajíčka. Tímto způsobem je možné zkontrolovat, zda jádro diferencované buňky obsahuje kompletní genom, ekvivalentní genomu oplodněného vajíčka a schopný zajistit normální vývoj embrya. Odpověď byla kladná; v těchto experimentech bylo možné vypěstovat normální žábu schopnou produkovat potomstvo.
Fragmentace vajíčka a tvorba blastuly:
Zvířata se vyvíjela mnoha způsoby. Vazby mezi vyvíjejícími se organismy a jejich prostředím jsou velmi rozmanité a specifické. Navzdory tomu a navzdory skvělým rysům v morfologii a fyziologii štěpení u různých živočišných druhů je štěpení vajíčka u většiny organismů uskutečněno podobným vývojovým obdobím, které se nazývá blastula (z řeckého blaste, blastos - klíček, rudiment ). To je jeden z mnoha ukazatelů společného původu světa zvířat a jeden z příkladů paralelismu v evolučním vývoji struktur. To však neznamená, že embrya všech zvířat jsou ve stádiu blastuly konstruována úplně stejným způsobem; naopak spolu s hlavní obecné rysy Existují také významné rozdíly v blastule různých zvířat. V závislosti na mnoha důvodech si drcené vejce obecně zachovává svůj původní kulovitý tvar a blastomery na sebe mohou vyvíjet velmi velký tlak, získat mnohostranný tvar a nenechávat mezi sebou mezery; v tomto případě vzniká morula - soubor dělících se buněk, připomínající ostružinu s větší či menší dutinou uvnitř, vyplněnou odpadními produkty buněk. (obr. 1) Tato dutina se nazývá drtící dutina nebo na počest vědce Baera, který ji poprvé popsal - Baerova dutina. Jak se buňky dělí, dutina se postupně zvětšuje a stává se dutinou blastuly, nazývané blastocoelium. Buňky ohraničující blastocelium tvoří epiteliální vrstvu.
Obr. 1
Poté, co buňky blastuly vytvoří epiteliální vrstvu, přichází na řadu koordinované pohyby – gastrulace. Tato radikální restrukturalizace vede k přeměně koule z dutých buněk na vícevrstvou strukturu se středovou osou a oboustrannou symetrií. Jak se zvíře vyvíjí, je třeba určit přední a zadní konec těla, ventrální a dorzální stranu a centrální rovinu symetrie rozdělující tělo na pravou a levou polovinu. Tato polarita je velmi raná fáze vývoj embrya. V důsledku složitého procesu invaginace (invaginace) (obr. 1) se značná část epitelu přesune z vnější povrch uvnitř embrya, tvoří primární střevo. Následný vývoj bude dán interakcemi vnitřní, vnější a střední vrstvy vzniklé během gastrulace. Po procesu gastrulace začíná proces organogeneze - to je místní změna v určitých oblastech jedné nebo druhé zárodečné vrstvy a tvorba rudimentu. Někdy je přitom nemožné identifikovat jakýkoli dominantní typ buněčného materiálu, na kterém by závisel mechanismus vývoje orgánu.
Organizační centra vyvíjejících se embryí. Indukce.
Spemann při svém mučení odřízl celou horní polovinu (zvířecí hemisféru) embrya čolka v raném stádiu gastruly, otočil ho o 180° a znovu spojil dohromady. V důsledku toho se vytvořila nervová ploténka na stejném místě, kde měla být, ale ne z normálního buněčného materiálu, ale z ektodermální vrstvy. Spemann usoudil, že se v této oblasti šíří nějaký vliv, který způsobil, že se buňky ektodermální vrstvy vyvíjely podél cesty vývoje nervové ploténky, tedy indukovaly její tvorbu. Tuto oblast nazval organizačním centrem a samotným materiálem, ze kterého pochází vliv – organizátorem nebo induktorem. Následně Spemann transplantoval takzvané induktory do různých oblastí jiných embryí ve stádiu blastuly nebo časné gastruly. Bez ohledu na umístění byla v embryu indukována sekundární nervová ploténka se všemi atributy, nikoli však z štěpu, ale z hostitelských buněk, přičemž samotný štěp se ve většině případů pohyboval po dráze svého normálního vývoje. Pro analýzu těchto jevů Goldfeather v roce 1938 kultivoval malé kousky vyříznuté z gastruly čolků ve standardních médiích. Ukázalo se, že kousky vyříznuté z různých oblastí embrya, tedy determinované v různé míře, v závislosti na tom, se buď rozpadnou na různé jednotlivé buňky (méně determinované), nebo mohou tvořit různé tkáňové struktury (více lokálně determinované). Tyto struktury, v jazyce Spemannovy školy, se vyvíjely za nepřítomnosti organizátora.
Zcela přesvědčivý závěr z těchto faktů učinili v roce 1955 J. Goltfreter a W. Hamburger: všechny části marginální zóny produkují za podmínek explantace širší škálu tkání, než by produkovaly, kdyby byly v embryonálním systému. Později tito vědci, analyzující experimentální data, dospěli k velmi důležitému závěru, že by bylo nesprávné považovat pole a organizátory za nejvyšší moc při určování osudu jiných méně specificky určených částí embrya. Cenné výsledky četných experimentů a studií Spemannovy školy a jeho následovníků z jiných laboratoří, které poskytly embryologii brilantní důkazy o vzájemné závislosti částí embrya, jeho integraci v jakékoli fázi vývoje, se začaly stále více interpretovat jedno- jednostranně, jako působení organizátorů na údajně diferencovaný buněčný materiál. Bylo to období ve vývoji embryologie, kdy se zdálo, že hlavní vysvětlení procesů morfogeneze bylo nalezeno a kritické komentáře jednotlivých vědců proti jednostranným zálibám byly považovány za něco, co brzdí rozvoj vědy. Teorie vytvořená v té době organizační centra, nepochybně obsahoval jednostranné až fanatické názory, které byly poraženy tváří v tvář novým, neméně fascinujícím skutečnostem následně objeveným samotnou Spemannovou školou.
Vědci stáli před otázkou: jak konkrétní je akce organizátorů a induktorů? Při přesazování organizéru z bezocasého obojživelníka (žába břichatá)
Indukce dřeňové ploténky byla objevena u embrya ocasatého obojživelníka (mloka). V případě transplantace z ptačího embrya do embrya čolka má organizátor také indukční účinek. K podobnému jevu dochází, když je organizér čolka transplantován do králičího embrya. Objevily se i další otázky. Jsou organizátoři stejní v přírodě u různých zvířat? Závisí indukční vlastnosti organizéru na buňkách, jeho složkách, specifické diferenciaci, typu spojení mezi buňkami – jedním slovem na biologickém systému organizátoru, nebo mluvíme o nějakém jiném mechanismu? V roce 1931 bylo zjištěno, že organizér je schopen vyvolat i po úplném zničení své struktury i úplné zničení svých buněk. Rozdrcené kousky embrya smíchali, vytvořili z nich hrudky a transplantovali je do dutiny blastuly jiného embrya. Proběhla indukce. V roce 1932 se objevila zpráva o tzv. mrtvých organizátorech. Skupina vědců studovala účinek zabitých organizátorů, pro které byly buňky sušeny při 120 stupních, vařeny, zmrazeny, umístěny v alkoholu po dobu 6 měsíců, kyselina chlorovodíková atd. Ukázalo se, že po takových manipulacích organizátor neztratil své indukční schopnosti. Většina embryologů tento objev viděla nová éra v embryologii znalost chemického mechanismu organizátorů, nalézání tvarotvorných a orgánovotvorných látek. Některé laboratoře se pokusily dokázat, že akce mrtvých organizátorů je jiná než akce živých. Brzy však byla k překvapení výzkumníků odhalena nekonkrétnost organizátorů. Jako induktory se ukázaly zabité kousky hydry, kousky jater, ledviny, jazyk, různé tkáně lidské mrtvoly, kousky svalů měkkýšů, rozdrcené dafnie, kousky rybích střev, buňky krysího sarkomu, kuřecí a lidské tkáně. Začala jednostranná fascinace chemií induktorů: začali se pokoušet rozluštit vzorec látky, která vyvolává specifický proces formování, a během několika let se nashromáždilo množství materiálu. Věc dospěla do bodu absurdity: kousky agaru, údajně napuštěné takovou látkou, mastné kyseliny rostlinné oleje, cefalin, naftalen, který je jedovatý pro zvířata Bylo zjištěno, že i rostlinné buňky transplantované do embrya působí induktorem! Nyní je jasné, že všechny tyto pokusy o nalezení konkrétní tvarotvorné látky byly pouhými módními výstřelky a nedosáhly svého cíle.
Vraťme se znovu k teorii organizátorů. V obvyklém schématu o indukčních vlivech organizátorů na buněčný materiál, který reaguje, je indukován, je implikováno jako něco lhostejného, tedy jen čekajícího na dotlačení k determinaci. Nicméně není. Buněčný materiál, na který organizátor působí, není lhostejný. M.N. Ragozina ukázal, že anláž axiálního mezodermu je nejen induktorem neurální trubice, ale vyžaduje pro své odlišení i formativní vliv z analáže nervového systému. V tomto případě nedochází k jednostranné indukci, ale k interakci částí vyvíjejícího se embrya. Stejný induktor může indukovat různé formace, například ušní váček, když je transplantován na stranu embrya obojživelníka, může indukovat další končetinu, když je transplantován na jiné místo a v jiném stádiu vývoje; vyvolat ušní pouzdro. Může také působit jako induktor akcesorního jádra čočky v případě kontaktu s rudimentem čočky atd.
To, co bylo řečeno, je lepší shrnout citací z díla Wadingtona, který se spolu s řadou dalších vědců tak energicky snažil zjistit chemii organizátorů: „Zdálo se, že jsme na prahu exkluzivně důležitý objev– schopnost získat látku, která ovlivňuje vývoj. Potíž nebyla v tom, že bychom nemohli najít látku, která by fungovala jako organizátor způsobující buněčnou diferenciaci, ale v tom, že jsme takových látek našli příliš mnoho. J. Needham, M. Brachet a autor tohoto článku nakonec přesvědčivě ukázali, že i methylenová modř – látka, kterou by v embryu nehledal ani ten nejzarytější člověk – dokáže vyvolat tvorbu nervové tkáně. Ukázalo se, že je zbytečné hledat v jediné buňce reagující látku, která by mohla poskytnout klíč k pochopení diferenciace. Důvod diferenciace je třeba hledat v reagující tkáni, ve které se vyskytuje.“
Chemický aspekt studia a diferenciace buněk a tkání:
V 50. a 60. letech se v důsledku narůstajícího vzájemného ovlivňování biologie, fyziky a chemie a používání nových technik opět zvýšil zájem o chemii induktorů, i když obsah tohoto pojmu se dramaticky změnil. Za prvé, je považováno za neopodstatněné hledat jakoukoli formu tvořící látku, která způsobuje infekci. Za druhé, stále méně výzkumníků přirovnává fenomén indukce pozorovaný během normálního vývoje embryí k fenoménu mrtvých organizátorů. Za třetí, místo Spemannovy hypotézy o indukčních vlivech organizátoru na „lhostejný“ buněčný materiál byla založena myšlenka vzájemné závislosti částí ve vývoji embryí.
V roce 1938 S. Toivonen, který testoval stovky různých živočišných tkání na schopnost indukovat axiální primordia u obojživelníků, zjistil, že některé induktory mají kvalitativně různé akce, totiž: jaterní tkáň morčete indukuje téměř výhradně přední mozek a jeho deriváty, kostní dřeň - struktury trupu a ocasu. V roce 1950 F. Lehmann navrhl hypotézu přijatou Toivonenem, Yamatadou a dalšími badateli. Podle této hypotézy může být primární indukce způsobena pouze dvěma činidly, které tvoří dva překrývající se gradienty. Jedna látka indukuje výhradně anteriorní-cefalické (archencefalické) struktury a druhá látka indukuje trup-kaudální (deuterencefalické) struktury. Je-li mnoho druhého agens a málo prvního, pak je indukován přední mozek; pokud je hodně prvního a málo druhého, objeví se trup-ocasní část. To vše se podle hypotézy odehrává v normálním vývoji obojživelníků; je třeba si představit přítomnost určitých indukujících látek ve vhodných kvantitativních kombinacích v různých částech embrya. Toivonen
Provedena řada experimentů s odděleným a současným působením jaterní tkáně a kostní dřeně a data tuto teorii potvrzují. Působením jaterní tkáně vznikl přední mozek a jeho deriváty, působením kostní dřeně se vytvořily kmenově-kaudální tkáně a při současném působení jater a kostní dřeně struktury všech úrovní těla a. vytvořily se normální larvy.
Toivonen předpokládá, že každý ze dvou induktorů tvoří vlastní aktivní pole při jejich současném působení se objeví kombinované pole (obr. 2);
V 70. letech se chemie „induktorů“ ukazuje stejně nejasná jako v období jednostranného chemického nadšení embryologů ve 30. letech. Přes velký pokrok v chemické embryologii zůstávají všechny hlavní otázky o „organizačních centrech“ stejné jako ve 40. letech. Toivonenova hypotéza bohužel nepřináší nic zásadně nového ve srovnání se starými jednostrannými chemickými schématy podstaty induktorů a organizátorů jen místo jedné látky uvažují o dvou a více; Je třeba vzít v úvahu následující zjevné nedostatky Toivonenovy hypotézy, na které částečně poukazuje i sám autor. Za prvé, tato hypotéza hovoří pouze o induktorech a vůbec se netýká hlavního problému - reagujících systémů. Za druhé je uvedeno jeho experimentální zdůvodnění na základě působení některých látek v živočišných tkáních a pokus o vysvětlení fenoménu normálního vývoje embryí obojživelníků. Je nutné prokázat, že izolované látky jsou skutečně přítomny v normální gastrule embrya. Pokud jsou přítomni, jaké je jejich umístění? Není však důvod přehlížet zajímavá data Toivonena a dalších badatelů. Tato data odrážejí dlouholeté experimenty na zvířecích a vegetativních tendencích v mořští ježci. (obr. 3)
V experimentech chirurgický zákrok ve stádiích od 16 do 64 blastomer byly odstraněny různé části embrya - živočišné a vegetativní. Normální vývoj nastal, pokud zvířecí a vegetativní gradienty vzájemně nedominovaly. V podstatě jsou tyto experimenty blízké Tovonenovým názorům.
Teorie pole:
Různí badatelé vložili do pojmu pole různý obsah. Někteří považovali pole za oblast, v níž určité faktory působí stejným způsobem. Uvnitř pole podle jejich představ panuje rovnovážný stav. Pole je jeden systém a ne mozaiku, kde by bylo možné některé části odstranit nebo vyměnit bez změny systému. V rámci systému pole mohou být různé koncentrace chemikálií a mohou existovat metabolické gradienty.
Kolcovova teorie pole. Myšlenka N. K. Koltsova o integritě organismu a jeho teorie pole je pokusem zvážit data experimentální embryologie a genetiky ve fyzikálním a chemickém aspektu.
Oocyt a vajíčko jsou organizované systémy, s jasně definovanou polaritou, s určitým uspořádáním buněčných struktur. Již v oocytech existují různé látky a struktury, které dávají jedinečnou reakci na kyselá a bazická barviva v závislosti na jejich pH. To znamená, že různé části buňky mohou mít různé kladné nebo záporné náboje. V celé buňce je její povrch zpravidla nabitý záporně a povrch jádra a chromozomů je nabitý kladně. Když oocyt dozraje, v souladu s jeho strukturou se vytvoří elektrické silové pole, které tuto strukturu „fixuje“. Vlivem silového pole by se v buňce měly objevit určité kataforetické body pro pohyb látek, vysvětlované rozdílem potenciálů. Při aktivaci vajíčka spermií dochází ke změně dýchání, někdy k prudké změně pH, změně propustnosti membrán a pohybu látek. Podle Koltsova jsou tyto jevy zjevně způsobeny napětími dobíjecích silových polí a potenciálními rozdíly. Embryo, které se začíná vyvíjet, je tedy silové pole. Během vývoje jsou různé body silového pole charakterizovány potenciálními rozdíly. Není to jen o elektrické potenciály, ale také o chemické, teplotní, gravitační, difúzní, kapilární, mechanické atp.
I takový faktor, jako je snížení nebo zvýšení permeability buněčných membrán, nevyhnutelně způsobuje změnu proudů kapalných látek. Vzhledem k tomu, že mezi blastomerami existují určité vazby, lze si představit, že změny v proudech kapalných látek mohou ovlivnit i prostorové uspořádání blastomer. Potenciály různého charakteru a jejich změny provázejí nejen vývoj embryí, odrážejí nejen stav jeho integrace, ale hrají důležitou roli ve vývoji, určují chování jednotlivých blastomer i celého embrya. Během vývoje se silové pole embrya mění: stává se složitějším, diferencovanějším, ale zůstává jednotné. Koltsov hovoří o centrech s vysokým potenciálovým rozdílem, o centrech druhého a třetího stupně. Hovoří o gradientech s poklesem napětí z jednoho potenciálu na druhý. Z každého středu se šíří gradienty určené celým silovým polem. Vzhledem ke stavu biofyziky ve 30. letech 20. století nemohl Koltsov vytvořit konkrétnější fyzikální představy o pohlaví embrya. Věřil, že silové pole není magnetické, ale dá se s ním přirovnat. Blastomery, které vznikají při drcení a nemají identickou strukturu, končí v různé části jednotného pole embrya a podle nového postavení měnit jejich biochemické vlastnosti a strukturu. Chování každé části embrya tedy závisí na její předběžné struktuře, na vlivu obecného silového pole a vlivu blízkých oblastí tohoto pole.
Koltsov také zavádí pojem „silové pole vnějšího prostředí“ (gravitační, světelné a chemické), připisuje mu důležitý význam, protože ovlivňuje silové pole uvnitř embrya, například určuje směr růstu u přisedlých zvířat.
Problematika fyziky embryonálního vývoje je bohužel zcela nedostatečně rozvinuta. Dostupná fakta nejsou v rozporu s Koltsovovými myšlenkami o polích.
Další badatelé také vyjádřili myšlenky blízké Koltsovovým názorům V roce 1968 navrhl B. Weisberg jednotnou fyzikální interpretaci různých morfogenetických procesů, čímž vytvořil myšlenku oscilačních polí. Studoval kolísání elektrických potenciálů u myxomycet, podobnosti některých organické formy, například kolonie žampionů s uspořádáním malých částic v akustickém poli. Weisberg si myslí, že oscilační pole vedou k tomu, že by se buněčné komplexy měly dělit na teritoria, v rámci kterých se oscilace fázově synchronizují a mezi teritorii vzniká fázový rozdíl. Výsledná prostorová separace může vést k morfogenetickým pohybům: invaginaci buněk během gastrulace, umístění polokruhových kanálků vnitřního ucha, tvorbě pektálních destiček v ctenoforech atd.
Analýza všech teorií nám neumožňuje uznat žádnou z nich jako teorii individuálního vývoje, která může embryologa uspokojit. Bez ohledu na metodologii výzkumu je třeba vzít v úvahu zřejmý fakt, že jakákoli představa embrya jako mozaiky částí, jako souhrnu blastomer atd. jsou neudržitelné, aby byl organismus v jakékoli fázi vývoje nějak integrován a představoval integrální systém.
Seznam použité literatury:
B.P.Tokin „Obecná embryologie“
Nakladatelství "Higher School" Moskva 1970
B. Albers, D. Bray, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, J. Watson „Molekulární biologie buňky“ svazek 4
nakladatelství "Mir" Moskva 1987
DIFERENCIACE DIFERENCIACE
vznik rozdílů mezi homogenními buňkami a tkáněmi, jejich změny v průběhu vývoje jedince, vedoucí ke vzniku specializovaných buněk. buňky, orgány a tkáně. D. je základem morfogeneze a vyskytuje se především. v procesu embryonálního vývoje, stejně jako v postembryonálním vývoji a například v některých orgánech dospělého organismu. v krvetvorných orgánech se totipotentní hematopoetické kmenové buňky diferencují na různé typy. krvinky a v gonádách se primární zárodečné buňky formují do gamet. D. se projevuje ve změnách struktury a funkce. vlastnosti (nervové buňky získávají schopnost přenášet nervové vzruchy, žlázové buňky - vylučovat odpovídající látky atd.). Ch. D. faktory - rozdíly v cytoplazmě časných embryonálních buněk, vzhledem k heterogenitě cytoplazmy vajíčka, a specifické. vliv sousedních buněk - indukce. Průběh D. ovlivňují hormony. Mn. faktory určující D. nejsou dosud známy. Pod vlivem k.-l. faktor D. určení nejprve nastává, když vnější. známky D. se ještě neobjevily, ale další vývoj tkáně již může nastat bez ohledu na faktor způsobující D. Obvykle je D. nevratná. Nicméně v podmínkách poškození tkáně schopné regenerace, stejně jako v případech malignity. Během buněčné degenerace dochází k částečné dediferenciaci. V tomto případě jsou možné případy získání dediferenciace. buňky schopné D. jiným směrem (metaplazie). Molekulární genetika základem D. je aktivita genů specifických pro každou tkáň. I když všechno je somatické. buňky těla mají stejnou sadu genů, v každé tkáni je aktivní pouze část genů odpovědných za danou D. Úloha D. faktorů je tedy snížena na selekci. aktivace (zapnutí) těchto genů. Aktivita definována. genů vede k syntéze odpovídajících proteiny, které určují D. Předpokládá se, že rozhodující roli při určování tvaru buněk, jejich schopnosti se navzájem spojovat (viz ADHEZE) a jejich pohybech během D. hraje cytoskelet a glykoproteinový komplex buněčné membrány - glykokalyx.
.(Zdroj: “Biologický encyklopedický slovník.” Šéfredaktor M. S. Gilyarov; Redakční rada: A. A. Babaev, G. G. Vinberg, G. A. Zavarzin a další - 2. vyd., opraveno. - M.: Sov. Encyklopedie, 1986.)
diferenciaceProces rozdílů vznikajících mezi původně homogenními buňkami, při kterém vznikají specializované buňky, tkáně a orgány, které jsou schopné v těle vykonávat určité funkce. Diferenciace je tedy základem individuálního vývoje mnohobuněčných organismů od oplození vajíčka až po vznik dospělý. U zvířat dochází k diferenciaci intenzivně při embryonální vývoj, stejně jako v postembryonálním období, kdy tělo roste a vyvíjí se. K buněčné diferenciaci dochází i v dospělém organismu, kdy např. v krvetvorných orgánech kmenové buňky se diferencují na neustále obnovované krvinky a v pohlavních orgánech na primordiální zárodečné buňky gamety. Na rozdíl od zvířat rostou rostliny po celý život, a proto tvorba nových orgánů a tkání pokračuje, dokud existují. Tyto procesy jsou zajištěny vzdělávací tkáně nebo meristémy. Meristémy se skládají z nespecializovaných, navenek identických buněk, které se při opakovaném dělení diferencují a dávají vzniknout různým tkáním a orgánům rostliny.
Procesy buněčné diferenciace jsou určeny programy obsaženými v genech. Protože všechny somatické buňky vyvíjejícího se embrya obsahují stejnou genetickou informaci, může vzniknout z geneticky podobných buněk tak odlišně specializovaných buněk, jako jsou například buňky mozku, svalů, kůže u zvířat nebo buňky listů a kořenů u rostlin. lze vysvětlit pouze tím, že obsahují různé geny nebo tzv. rozdílná exprese (aktivita) genů. Složité molekulární a buněčné mechanismy, které regulují zapínání a vypínání různých genů a řídí buňky podél různých diferenciačních drah, nejsou dobře pochopeny.
Dříve se věřilo, že diferenciace somatických buněk, zejména buněk vyšších živočichů, je nevratná. Nicméně úspěch metod jako např buněčné a tkáňové kultury A klonování, ukázal, že v některých případech je diferenciace reverzibilní: za určitých podmínek lze ze specializované buňky vypěstovat plnohodnotný organismus.
.(Zdroj: „Biologie. Moderní ilustrovaná encyklopedie.“ Hlavní redaktor A. P. Gorkin; M.: Rosman, 2006.)
Synonyma:
Podívejte se, co je „DIFFERENTIATION“ v jiných slovnících:
diferenciace- a f. diferencier, něm. rozdílné. zastaralý Akce podle hodnoty Ch. odlišit. Vylepšování naší civilizace směřuje stále více k rozvoji jen některých našich schopností, k jednostrannému rozvoji, k... ... Historický slovník galicismů ruského jazyka
diferenciace- 1. Proces, v jehož důsledku jedinec přestane reagovat na ty stimulační možnosti, po kterých nejsou přítomny nepodmíněné nebo posilující látky, a reprodukuje behaviorální reakce pouze na ty stimuly, které pokračují... ... Skvělá psychologická encyklopedie
Přeměna v procesu individuálního vývoje organismu (ontogeneze) původně identických, nespecializovaných buněk embrya ve specializované buňky tkání a orgánů... Velký encyklopedický slovník
Proces přeměny kmenových buněk na buňky, které dávají vzniknout jediné linii krvinek. Tento proces vede k tvorbě červených krvinek (erytrocytů), krevních destiček, neutrofilů, monocytů, eozinofilů, bazofilů a lymfocytů... Lékařské termíny
Buňky jsou procesem implementace geneticky určeného programu pro tvorbu specializovaného buněčného fenotypu, odrážejícího jejich schopnost vykonávat určité profilové funkce. Jinými slovy, buněčný fenotyp je výsledkem koordinované... ... Wikipedie
Podstatné jméno, počet synonym: 2 diferenciace (11) diferenciace (6) ASIS Slovník synonym. V.N. Trishin. 2013… Slovník synonym
diferenciace- Specializace dříve homogenních buněk a tkání těla Témata biotechnologií EN diferenciace ... Technická příručka překladatele
diferenciace- DIFERENCIACE ŽIVOČICHOVÉ EMBRYOLOGIE je proces tvorby specifických vlastností v buňkách během individuálního vývoje a objevení se rozdílů mezi homogenními buňkami a tkáněmi, vedoucí ke vzniku specializovaných buněk, tkání a... ... Obecná embryologie: Terminologický slovník
Při procesu individuálního vývoje organismu (ontogeneze) přeměna původně identických, nespecializovaných buněk embrya na specializované buňky tkání a orgánů. * * * DIFERENCIACE DIFERENCIACE, transformace v procesu... ... encyklopedický slovník
Diferenciace Základní morfogeneze
Buněčná diferenciace a patologie
1. Buněčná diferenciace. Faktory a regulace diferenciace. Kmenová buňka a rozdíl
Tato otázka je jednou z nejsložitějších a zároveň nejzajímavějších jak pro cytologii, tak pro biologii. Diferenciace je proces vzniku a vývoje strukturních a funkčních rozdílů mezi původně homogenními embryonálními buňkami, v důsledku čehož vznikají specializované buňky, tkáně a orgány mnohobuněčného organismu. Buněčná diferenciace je kritickou součástí procesu tvorby mnohobuněčného organismu. V obecném případě je diferenciace nevratná, tzn. vysoce diferencované buňky se nemohou transformovat na jiný typ buněk. Tento jev se nazývá terminální diferenciace a je charakteristický především pro živočišné buňky. Na rozdíl od živočišných buněk je většina rostlinných buněk i po diferenciaci schopna přistoupit k dělení a dokonce se vydat na novou cestu vývoje. Tento proces se nazývá dediferenciace. Například při řezání stonku se některé buňky v oblasti řezu začnou dělit a uzavírat ránu, zatímco jiné mohou dokonce podléhat dediferenciaci. Tímto způsobem se kortikální buňky mohou přeměnit na xylémové buňky a obnovit vaskulární kontinuitu v oblasti poškození. Za experimentálních podmínek, když je rostlinná tkáň kultivována ve vhodném živném médiu, buňky tvoří kalus. Kalus je množství relativně nediferencovaných buněk odvozených z diferencovaných rostlinných buněk. Za vhodných podmínek lze z jednotlivých kalusových buněk vypěstovat nové rostliny. Během diferenciace nedochází ke ztrátě nebo přeskupení DNA. Přesvědčivě to dokládají výsledky experimentů na transplantaci jader z diferencovaných buněk do nediferencovaných. Tak bylo jádro z diferencované buňky zavedeno do enukleovaného žabího vajíčka. V důsledku toho se z takové buňky vyvinul normální pulec. K diferenciaci dochází hlavně během embryonálního období, stejně jako v prvních fázích postembryonálního vývoje. V některých orgánech dospělého organismu navíc probíhá diferenciace. Například v krvetvorných orgánech se kmenové buňky diferencují na různé krvinky a v gonádách se prvotní zárodečné buňky diferencují na gamety.
Faktory a regulace diferenciace. V prvních fázích ontogeneze probíhá vývoj organismu pod kontrolou RNA a dalších složek umístěných v cytoplazmě vajíčka. Poté začnou vývoj ovlivňovat diferenciační faktory.
Existují dva hlavní rozlišovací faktory:
1.Rozdíly v cytoplazmě časných embryonálních buněk v důsledku heterogenity cytoplazmy vajíčka. 2.Specifické vlivy sousedních buněk (indukce). Úlohou diferenciačních faktorů je selektivně aktivovat nebo inaktivovat určité geny v různých buňkách. Aktivita určitých genů vede k syntéze odpovídajících proteinů, které řídí diferenciaci. Syntetizované proteiny mohou transkripci blokovat nebo naopak aktivovat. Zpočátku aktivace nebo inaktivace různých genů závisí na interakci totipotentních buněčných jader s jejich specifickou cytoplazmou. Výskyt lokálních rozdílů ve vlastnostech cytoplazmy buněk se nazývá ooplazmatická segregace. Důvodem tohoto jevu je, že během fragmentace vajíčka končí úseky cytoplazmy, které se liší svými vlastnostmi, v různých blastomerách. Spolu s intracelulární regulací diferenciace se od určitého bodu zapíná i supracelulární úroveň regulace. Supracelulární úroveň regulace zahrnuje embryonální indukci. Embryonální indukce je interakce mezi částmi vyvíjejícího se organismu, během níž jedna část (induktor) přichází do kontaktu s jinou částí (reagujícím systémem) a určuje vývoj druhé části. Navíc byl zjištěn nejen vliv induktoru na reagující systém, ale také jeho vliv na další diferenciaci induktoru. Pod vlivem nějakého faktoru dochází nejprve k odhodlání. Determinace neboli latentní diferenciace je jev, kdy se vnější známky diferenciace ještě neprojevily, ale již dochází k dalšímu vývoji tkáně bez ohledu na faktor, který je způsobil. Buněčný materiál se považuje za určený od stádia, ve kterém se z něj po transplantaci na nové místo nejprve vyvine orgán, který se z něj normálně tvoří. Kmenová buňka a rozdíl. K číslu slibné směry Biologie 21. století zahrnuje studium kmenových buněk. Dnes je výzkum kmenových buněk svou důležitostí srovnatelný s výzkumem klonujících organismů. Využití kmenových buněk v medicíně podle vědců umožní léčit mnoho „problematických“ onemocnění lidstva (neplodnost, mnoho forem rakoviny, cukrovka, roztroušená skleróza, Parkinsonova nemoc atd.). Kmenová buňka není zralá buňka, schopné sebeobnovy a vývoje ve specializované buňky těla. Kmenové buňky se dělí na embryonální kmenové buňky (jsou izolovány z embryí ve stádiu blastocysty) a regionální kmenové buňky (jsou izolovány z dospělých orgánů nebo z orgánů pozdějších embryí). V dospělém těle se kmenové buňky nacházejí především v kostní dřeni a ve velmi malém množství ve všech orgánech a tkáních. Vlastnosti kmenových buněk. Kmenové buňky jsou samospasitelné, tzn. Po rozdělení kmenové buňky zůstává jedna buňka v kmenové linii a druhá se diferencuje na specializovanou buňku. Toto rozdělení se nazývá asymetrické. Funkce kmenových buněk. Funkcí embryonálních kmenových buněk je přenášet dědičnou informaci a vytvářet nové buňky. Hlavním úkolem regionálních kmenových buněk je obnovit ztrátu specializovaných buněk po přirozené smrti související s věkem nebo fyziologickou smrtí, stejně jako v mimořádných situacích. Differenton je sekvenční série buněk vytvořených ze společného prekurzoru. Zahrnuje kmenové, polokmenové a zralé buňky. Například kmenová buňka, neuroblast, neuron nebo kmenová buňka, chondroblast, chondrocyt atd. Neuroblast je špatně diferencovaná buňka neurální trubice, která se později změní ve zralý neuron. Chondroblast je špatně diferencovaná buňka chrupavkové tkáně, která se mění v chondrocyt (zralá buňka chrupavkové tkáně). Apoptóza a nekróza Apoptóza (z řečtiny – padání listů) je geneticky naprogramovaná forma buněčné smrti, nezbytná při vývoji mnohobuněčného organismu a podílející se na udržování tkáňové homeostázy. Apoptóza se projevuje zmenšením velikosti buněk, kondenzací a fragmentací chromatinu, zhutněním plazmatická membrána aniž by se obsah buněk uvolnil do okolí. Apoptóza je obvykle protikladem k jiné formě buněčné smrti - nekróze, která se rozvíjí vlivem poškozujících činitelů vně buňky a nevhodných podmínek prostředí (hypoosmie, extrémní hodnoty pH, hypertermie, mechanické namáhání, působení činitelů poškozujících membránu) . Nekróza se projevuje otokem buňky a prasknutím membrány v důsledku zvýšení její permeability s uvolněním obsahu buňky do okolí. První morfologické charakteristiky apoptóza (kondenzace chromatinu) jsou zaznamenány v jádře. Později se objevují prohlubně jaderné membrány a dochází k fragmentaci jádra. Oddělené fragmenty jádra ohraničené membránou se nacházejí mimo buňku, nazývají se apoptotická tělíska. K expanzi dochází v cytoplazmě endoplazmatického retikula, kondenzace a vrásnění granulí. Nejdůležitější vlastnost apoptóza je snížení transmembránového potenciálu mitochondrií. Buněčná membrána ztrácí vilóznost a tvoří bublinovité otoky. Buňky jsou zaoblené a oddělené od substrátu. Propustnost membrány se zvyšuje pouze ve vztahu k malým molekulám a k tomu dochází později než změny v jádře. Jeden z nejvíce charakteristické vlastnosti Apoptóza je zmenšení objemu buňky na rozdíl od jejího otoku během nekrózy. Apoptóza ovlivňuje jednotlivé buňky a nemá prakticky žádný vliv na jejich okolí. V důsledku fagocytózy, kterou buňky procházejí již při rozvoji apoptózy, se jejich obsah neuvolňuje do mezibuněčného prostoru. Naopak při nekrózách se kolem odumírající buňky hromadí jejich aktivní intracelulární složky a prostředí se okyseluje. To zase přispívá ke smrti jiných buněk a rozvoji zánětu. Srovnávací charakteristiky apoptóza a nekróza buněk je uvedena v tabulce 1. Tabulka 1. Srovnávací charakteristiky apoptózy a buněčné nekrózy Znamení Apoptóza Nekróza Extenze Jednobuněčná Skupina buněk Spouštěcí faktor Aktivace fyziologickými nebo patologickými podněty Rychlost vývoje, hodiny 1-12 Během 1 Změna velikosti buněk Snížení Zvětšení Změny buněčné membrány Ztráta mikroklků, tvorba otoků, celistvost není porušena Porušení integrity Změny v jádře Kondenzace chromatinu, pyknóza, fragmentace Otok Změny cytoplazmy Kondenzační cytoplazma, zhutnění granulíLýza granulíLokalizace primárního poškozeníV jádřeV membráněPříčiny buněčné smrtiDegradace DNA, narušení buněčné energie DNA Porušení integrity membrány Stav membrány s tvorbou nejprve velkých, pak malých úlomků Neuspořádaná degradace Energetická závislost Závisí Nezávislá Zánětlivá reakce Žádná Obvykle přítomna Odstranění mrtvých buněk Fagocytóza sousedními buňkami Fagocytóza neutrofily a makrofágy Příklady projevů Metamorfóza Smrt buňky z hypoxie, toxinů Apoptóza je ve světě mnohobuněčných organismů všeobecně rozšířená: podobné projevy byly popsány u kvasinek, trypanosomů a některých dalších jednobuněčných organismů. Apoptóza je považována za podmínku normální existence organismu. V těle plní apoptóza následující funkce: § udržování konstantního počtu buněk. Nejjednodušší ilustrací důležitosti apoptózy pro mnohobuněčný organismus jsou údaje o roli tohoto procesu při udržování konstantního počtu buněk u háďátka Caenorhabditis elegans. § chrání tělo před patogeny infekční choroby zejména před viry. Mnoho virů způsobuje hluboká porušení v metabolismu infikované buňky, že na tyto poruchy reaguje spuštěním programu smrti. Biologický význam této reakce spočívá v tom, že smrt infikované buňky v rané fázi zabrání šíření infekce po celém těle. Pravda, některé viry vyvinuly speciální úpravy k potlačení apoptózy v infikovaných buňkách. V některých případech tedy genetický materiál viru kóduje látky, které působí jako buněčné antiapoptotické regulační proteiny. V jiných případech virus stimuluje buňku k syntéze vlastních antiapoptotických proteinů. Jsou tak vytvořeny předpoklady pro nerušené množení viru. § odstranění geneticky defektních buněk. Apoptóza je nejdůležitější prostředek přírodní prevence rakoviny. Existují speciální geny, které řídí poruchy v genetickém materiálu buňky. V případě potřeby tyto geny posunou rovnováhu ve prospěch apoptózy a potenciálně nebezpečná buňka zemře. Pokud takové geny mutují, pak se v buňkách vyvinou zhoubné novotvary. § určování tvaru organismu a jeho částí; § zajištění správného poměru počtu buněk různé typy;
Intenzita apoptózy je vyšší v počátečních obdobích ontogeneze, zejména během embryogeneze. V dospělém těle apoptóza nadále hraje hlavní roli pouze v rychle se obnovujících tkáních. diferenciace buněčného nádoru 3. Nádorová transformace buněk Dozvěděli jsme se hodně o tom, jak buňky žijí a vyvíjejí se, i když ne dost o tom, jak rakovině předcházet. Právě naopak: viděli jsme různé faktory a mechanismy, které ji vyvolávají, a to oslabuje naději na univerzální metody terapie. Proto přicházejí na mysl slova Kazatele: ve velké moudrosti je mnoho zármutku; a kdo rozvíjí poznání, zvětšuje smutek. Ale vědci pracují." Khesin R.B. , sovětský vědec Problém onkologická onemocnění je jedním z hlavních pro moderní společnost. Podle prognóz Světové zdravotnické organizace se výskyt a úmrtnost na rakovinu na celém světě od roku 1999 do roku 2020 zdvojnásobí (z 10 na 20 milionů nových případů a ze 6 na 12 milionů registrovaných úmrtí). Nádor je nadměrný patologický růst tkáně skládající se z kvalitativně změněných buněk těla, které ztratily svou diferenciaci. Pojem „rakovina“ k nám přichází od pradávna. V té době byla nemoc nazývána hlavním, nejnápadnějším znakem nemoci. Analogicky mezi výrůstky zhoubný nádor do okolních tkání a končetin rakoviny, toto onemocnění se nazývá rakovina (latinsky rakovina). Tento prastarý termín je dnes všem dobře znám a každého děsí. Při komunikaci s pacienty je lepší jej nepoužívat. Při vzniku nádorů jsou rozhodující dva faktory: vzhled změněné buňky (transformace) a přítomnost podmínek pro její nerušený růst a reprodukci v těle. V průběhu života dochází v mnohobuněčném organismu k obrovskému množství buněčných dělení. Například v Lidské tělo toto číslo je přibližně 10 16. V somatických buňkách se periodicky vyskytují mutace, včetně těch, které mohou vést ke vzniku nádorové buňky. Navíc, čím více cyklů dělení buňka prošla, tím větší je pravděpodobnost, že se u jejích potomků objeví defektní buňky. To vysvětluje prudký nárůst pravděpodobnost vzniku rakoviny s věkem. Více než 50 % všech případů rakoviny je detekováno u lidí ve věku 65 let a starších. Statistiky ukazují, že pokud bereme úmrtnost na rakovinu ve 20 letech jako jednu, tak po 50 letní věk riziko úmrtí na tuto nemoc se desetkrát zvýší. Tělo bojuje se vzniklými vadnými buňkami pomocí imunitní systém. Vzhledem k tomu, že vznik defektních buněk je nevyhnutelný, jsou se vší pravděpodobností právě poruchy imunitního systému rozhodující pro vznik nádorů. Koncept role imunitních mechanismů ve vývoji zhoubné novotvary byla předložena v roce 1909 Ehrlichem. Výzkum v posledních letech potvrdila významnou roli imunodeficitních stavů při vzniku nádorů. Je zřejmé, že čím více defektních buněk se v těle objeví, tím vyšší je pravděpodobnost, že takové buňky budou imunitnímu systému chybět. Přeměnu buněk způsobují karcinogenní faktory. Karcinogenní faktory jsou faktory vnějšího i vnitřního prostředí, které mohou způsobit vznik a rozvoj nádorů. Mezi faktory vnitřního prostředí patří podmínky umístění buňky, genetická predispozice organismu. Čím je tedy buňka nepříznivější, tím větší je pravděpodobnost výskytu chyb při jejím dělení. Traumatizace kůže, sliznic nebo jiných tkání těla jakýmikoli mechanickými nebo chemickými dráždidly vede ke zvýšenému riziku vzniku nádoru v tomto místě. To je to, co určuje zvýšené riziko výskyt rakoviny těch orgánů, jejichž sliznice je vystavena nejintenzivnějšímu přirozenému stresu: rakovina plic, žaludku, tlustého střeva atd. Neustále poraněná znaménka či jizvy, dlouhodobě se nehojící ulcerace vedou i k intenzivním buněčné dělení v nepříznivých podmínkách a zvyšující toto riziko. Při vzniku některých nádorů hrají důležitou roli genetické faktory. U zvířat byla úloha genetické predispozice experimentálně potvrzena na příkladu vysoce a nízkorakovinných kmenů myší. Vnější karcinogenní faktory lze rozdělit do tří hlavních skupin: fyzikální, chemické a biologické. Mezi fyzické faktory patří ionizující radiace- záření. V posledních desetiletích se objevila kontaminace Země radionuklidy v důsledku lidské ekonomické činnosti a dosáhla velkého rozsahu. K úniku radionuklidů dochází v důsledku havárií u jaderné elektrárny a jaderné ponorky, vypouštění nízkoaktivních odpadů do atmosféry z jaderných reaktorů atd. K chemické faktory obsahují různé chemikálie (složky tabákový kouř benzopyren, naftylamin, některé herbicidy a insekticidy, azbest atd.). Zdroj většiny chemických karcinogenů v životní prostředí jsou emise z průmyslové výroby. NA biologické faktory zahrnují viry (virus hepatitidy B, adenovirus a některé další). Podle povahy a rychlosti růstu je zvykem rozlišovat nádory benigní a maligní. Benigní nádory rostou relativně pomalu a mohou existovat roky. Jsou obklopeni vlastní skořápkou. Jak nádor roste, odtlačuje okolní tkáně, aniž by je zničil. Buňky benigního nádoru se mírně liší od normálních buněk, ze kterých se nádor vyvinul. Proto jsou benigní nádory pojmenovány podle tkání, ze kterých se vyvinuly, s přidáním přípony „oma“ z řeckého výrazu „oncoma“ (nádor). Například nádor z tukové tkáně se nazývá lipom, z pojivové tkáně - fibrom, ze svalové tkáně - myom atd. Odstranění nezhoubného nádoru s jeho membránou vede k úplné vyléčení nemocný. Zhoubné nádory rostou mnohem rychleji a nemají žádné vlastní skořápka. Nádorové buňky a jejich provazce pronikají do okolních tkání a poškozují je. Dorůstání do lymfatického popř krevní céva mohou být transportovány proudem krve nebo lymfy do Lymfatické uzliny nebo vzdálené orgány se vznikem tam sekundárního ložiska nádorového bujení – metastázy. Zhoubné nádorové buňky se výrazně liší od buněk, ze kterých se vyvinuly. Zhoubné nádorové buňky jsou atypické, jsou alterované buněčná membrána a cytoskelet, proto mají víceméně zaoblený tvar. Nádorové buňky mohou obsahovat několik jader, které nejsou typické svým tvarem a velikostí. Charakteristický rys nádorová buňka je ztráta diferenciace a v důsledku toho ztráta specifické funkce. Naopak normální buňky mají všechny vlastnosti plně diferencovaných buněk, které v těle plní specifické funkce. Tyto buňky jsou polymorfní a jejich tvar je dán strukturovaným cytoskeletem. Normální buňky v těle se obvykle dělí, dokud nedosáhnou kontaktu se sousedními buňkami, poté se dělení zastaví. Tento jev je známý jako kontaktní inhibice. Výjimkou jsou embryonální buňky, střevní epitel (neustálá náhrada odumírajících buněk), buňky kostní dřeně (hematopoetický systém) a nádorové buňky. Tedy to nejdůležitější punc nádorové buňky jsou považovány za buňky s nekontrolovanou proliferací Přeměna normální buňky na transformovanou je vícestupňový proces. 1.Zahájení. Téměř každý nádor začíná poškozením DNA v jediné buňce. Tato genetická vada může být způsobena karcinogenními faktory, jako jsou složky tabákového kouře, UV záření, rentgenové záření a onkogenní viry. Zřejmě uvnitř lidský život značný počet tělesných buněk z celkového počtu 10 14dochází k poškození DNA. Pro iniciaci nádoru je však důležité pouze poškození protoonkogenů. Tyto léze jsou nejdůležitějším faktorem určujícím transformaci somatická buňka k nádoru. Poškození antionkogenu (tumor supresorového genu) může také vést k iniciaci nádoru. 2.Podpora nádoru je preferenční proliferace změněných buněk. Tento proces může trvat roky. .Progrese nádoru je proces proliferace maligních buněk, invaze a metastázy, vedoucí ke vzniku maligního nádoru.
