Vienšūnas zigotas attīstība par daudzšūnu organismu notiek šūnu augšanas un diferenciācijas procesu rezultātā. Izaugsme ir organisma masas palielināšanās, kas rodas vielas asimilācijas rezultātā. Tas var būt saistīts gan ar šūnu lieluma, gan skaita palielināšanos; šajā gadījumā sākotnējās šūnas izvelk no apkārtējās vides tām nepieciešamās vielas un izmanto tās masas palielināšanai vai jaunu sev līdzīgu šūnu veidošanai. Tādējādi cilvēka zigota ir aptuveni 110 g, un jaundzimušais bērns sver vidēji 3200 g, t.i. Intrauterīnās attīstības laikā masa palielinās miljardiem reižu. No dzimšanas brīža līdz pieauguša cilvēka vidējā izmēra sasniegšanai masa palielinās vēl 20 reizes.[...]
Diferenciācija ir radošs virzītu izmaiņu process, kura rezultātā no visām šūnām raksturīgajām kopīgajām iezīmēm rodas noteiktām specializētām šūnām raksturīgas struktūras un funkcijas. Diferenciācijas process ir saistīts ar strukturālo vai zaudēšanu funkcionālās īpašības, kā rezultātā šīs šūnas specializējas dažāda veida dzīviem organismiem raksturīgām darbībām un veido atbilstošus orgānus organismā. Cilvēkam, piemēram, augošās šūnas diferenciācijas procesa secīgu izmaiņu rezultātā transformējas par dažādām šūnām, kas veido cilvēka organismu – nervu, muskuļu, gremošanas, ekskrēcijas, sirds un asinsvadu, elpošanas un citu sistēmu šūnās. [...]
Ir konstatēts, ka diferenciāciju neizraisa ģenētiskās informācijas zudums vai pievienošana. Diferenciācija nav šūnas ģenētiskās potences izmaiņu rezultāts, bet gan šo potenciālu diferenciāla izpausme tās vides ietekmē, kurā atrodas šūna un tās kodols. Šūnu diferenciācija būtībā ir izmaiņas šūnu proteīnu – enzīmu kopuma – sastāvā, un tas ir saistīts ar to, ka dažādās šūnās no plkst. kopējais skaits gēni funkcionē dažādas gēnu kopas, kas nosaka dažādu proteīnu kopu sintēzi. Dotās šūnas gēnos kodētās informācijas selektīva izpausme tiek panākta, aktivizējot vai nomācot šo gēnu transkripcijas (lasīšanas) procesu, t.i. ar selektīvu primārā gēna produkta - RNS sintēzi, kas satur informāciju, kas jānodod citoplazmā.[...]
Daudzšūnu organismos, atšķirībā no vienšūnas, vienas šūnas augšana un diferenciācija ir saskaņota ar citu šūnu augšanu un attīstību, t.i. informācijas apmaiņa starp dažādām šūnām. Tādējādi šajos organismos attīstība ir atkarīga no visu šūnu integrētas augšanas un diferenciācijas, un tieši šī integrācija nodrošina harmonisku organisma attīstību kopumā. [...]
Ontoģenēzē katrs organisms iziet secīgus attīstības posmus: dīgļu (embrionālo), pēcembrionālo un pieaugušā organisma attīstības periodu. Katram ontoģenēzes periodam ir nepieciešams noteikts nosacījumu kopums tā izcelsmei un pabeigšanai. Organisma sugas pazīmju (genotipa) veidošanās beidzas, iestājoties pubertātei, un individuālo īpašību (fenotipa) attīstība notiek līdz beigām.[...]
Šūnu vairošanās turpinās visu organisma dzīves laiku tā iekšējām vajadzībām atbilstošiem tempiem, kā arī atkarībā no tā iekšējās un ārējās vides apstākļiem.[...]
Augiem raksturīga praktiski indeterministiska augšana, ko raksturo tālākizglītība jaunas šūnas noteiktos apgabalos, kuru dēļ saknes un dzinumi aug garumā, un kambija dēļ palielinās biezums. Lielākajai daļai dzīvnieku augšana tiek noteikta, un, sasniedzot pieaugušam organismam raksturīgās proporcijas, aktīvās šūnu reprodukcijas zonas nodrošina tikai zaudēto vai atmirušo šūnu aizstāšanu, nepalielinot kopējo šūnu skaitu, kas atrodas konkrētajā organismā. Organismā dažas šūnas dzīvībai svarīgas darbības rezultātā noveco un iet bojā, bet citas veidojas no jauna. Dažādu šūnu pastāvēšanas ilgums nav vienāds: no vairākām dienām epidermas (ādas) šūnām līdz simtiem gadu koksnes šūnām.[...]
Diferenciācijas laikā, neskatoties uz visas iedzimtās informācijas saglabāšanu, šūnas zaudē spēju dalīties. Turklāt, jo specializētāka ir šūna, jo grūtāk ir mainīt (un dažreiz neiespējami) tās diferenciācijas virzienu, ko nosaka ierobežojumi, ko tai uzliek organisms kopumā.
Gastrulāciju un turpmākos organismu attīstības posmus pavada šūnu augšanas un diferenciācijas procesi.
Augstums- tas ir organisma kopējās masas un lieluma pieaugums attīstības laikā. Tas notiek šūnu, audu, orgānu un organisma līmenī. Masas pieaugums visā organismā atspoguļo tā veidojošo struktūru augšanu.
Izaugsmi nodrošina šādi mehānismi:
Šūnu skaita palielināšanās;
Šūnu lieluma palielināšanās;
Nešūnu vielas tilpuma un masas palielināšanās.
Ir divu veidu izaugsme: ierobežota un neierobežota. Neierobežota izaugsme turpinās visā ontoģenēzē (indivīda dzīves laikā, pirms un pēc dzimšanas), līdz nāvei. Piemēram, zivīm ir šāda izaugsme. Daudziem mugurkaulniekiem ir raksturīga ierobežota augšana, t.i. Viņi ātri sasniedz savas biomasas plato.
Ir vairāki šūnu augšanas veidi.
Auxentic - augšana, kas rodas, palielinot šūnu izmēru. Tas ir rets augšanas veids, kas novērots dzīvniekiem ar nemainīgu šūnu skaitu, piemēram, rotiferiem, apaļtārpi, kukaiņu kāpuri. Atsevišķu šūnu augšana bieži ir saistīta ar kodola poliploidizāciju.
Proliferatīva - augšana, kas notiek šūnu vairošanās ceļā. Tas ir zināms divos veidos: multiplikatīvais un akrecionārs.
Multiplikatīvo augšanu raksturo fakts, ka abas šūnas, kas rodas no mātes šūnas dalīšanās, sāk atkal dalīties. Multiplikatīvā izaugsme ir ļoti efektīva un tāpēc tīrā formā gandrīz nekad nenotiek vai beidzas ļoti ātri (piemēram, embrionālajā periodā).
Akrecijas augšana nozīmē, ka pēc katras nākamās dalīšanās tikai viena no šūnām atkal dalās, bet otra pārtrauc dalīties. Šis augšanas veids ir saistīts ar orgāna sadalīšanu kambiālajās un diferencētajās zonās. Šūnas pārvietojas no pirmās zonas uz otro, saglabājot nemainīgas attiecības starp zonu izmēriem. Šī augšana ir raksturīga orgāniem, kuros tiek atjaunots šūnu sastāvs.
Izaugsmes telpiskā organizācija ir sarežģīta un dabiska. Ar to lielā mērā ir saistīta formas sugas specifika. Tas izpaužas kā alometriskā izaugsme. Tā bioloģiskā nozīme ir tāda, ka augšanas laikā organismam ir jāsaglabā nevis ģeometriskā, bet gan fiziska līdzība, t.i. nepārsniegt noteiktas attiecības starp ķermeņa svaru un balsta un kustību orgānu izmēru. Tā kā līdz ar ķermeņa augšanu masa palielinās līdz trešajai pakāpei, bet kaulu šķērsgriezums līdz otrajai pakāpei, tad, lai ķermenis nesaspiestu ar savu svaru, kauliem ir neproporcionāli ātri jāaug biezumā.
Ir limits jeb Heiflika limits – somatisko šūnu dalījumu skaita ierobežojums, kas nosaukts tā atklājēja Leonarda Heiflika vārdā. 1961. gadā Heifliks novēroja, kā cilvēka šūnas, kas dalās šūnu kultūrā, mirst pēc aptuveni 50 dalīšanās un, tuvojoties šai robežai, uzrāda novecošanās pazīmes. Šī robeža ir konstatēta visu pilnībā diferencēto šūnu kultūrās gan cilvēkiem, gan citiem daudzšūnu organismiem. Maksimālais dalījumu skaits mainās atkarībā no šūnas veida un vēl vairāk atšķiras atkarībā no organisma. Lielākajai daļai cilvēka šūnu Heiflika robeža ir 52 dalījumi.
Heiflika robeža ir saistīta ar telomēru izmēra samazināšanos - DNS sekciju hromosomu galos. Ja šūnai nav aktīvās telomerāzes, kā tas ir lielākajai daļai somatisko šūnu, telomēra izmērs samazinās ar katru šūnu dalīšanos, jo DNS polimerāze nespēj replicēt DNS molekulas galus. Šīs parādības rezultātā telomēriem vajadzētu saīsināties ļoti lēni - vairāki (3-6) nukleotīdi vienā šūnas ciklā, tas ir, Heiflika robežai atbilstošajam dalījumu skaitam tie saīsinās tikai par 150-300 nukleotīdiem. Pašlaik ir ierosināta epiģenētiskā novecošanās teorija, kas telomēru eroziju galvenokārt izskaidro ar šūnu rekombināžu aktivitāti, kas aktivizētas, reaģējot uz DNS bojājumiem, ko galvenokārt izraisa ar vecumu saistīta mobilā genoma elementu derepresija. Kad pēc noteikta dalīšanās skaita telomēri pilnībā izzūd, šūna noteiktā šūnu cikla posmā sasalst vai sāk apoptozes programmu - pakāpeniskas šūnu iznīcināšanas fenomenu, kas atklāts 20. gadsimta otrajā pusē un kas izpaužas šūnu izmēra samazināšanās un vielas daudzuma samazināšanās, kas nonāk starpšūnu telpā pēc tās iznīcināšanas.
Vissvarīgākā īpašība izaugsme ir viņa atšķirības. Tas nozīmē, ka augšanas ātrums nav vienāds, pirmkārt, dažādās ķermeņa daļās un, otrkārt, uz dažādi posmi attīstību. Ir skaidrs, ka diferencētai izaugsmei ir liela ietekme uz morfoģenēzi. Embrija augšanu dažādos posmos pavada šūnu diferenciācija. Diferenciācija ir izmaiņas šūnu struktūrā, kas saistītas ar to funkciju specializāciju un ko nosaka noteiktu gēnu darbība. Šūnu diferenciācija izraisa gan morfoloģisko, gan funkcionālo atšķirību rašanos to specializācijas dēļ. Diferenciācijas procesā mazāk specializēta šūna kļūst specializētāka. Diferenciācija maina šūnu funkciju, izmēru, formu un vielmaiņas aktivitāti.
Ir 4 diferenciācijas posmi.
1. Ootipiska diferenciācija zigotas stadijā to attēlo iespējamie rudimenti - apaugļotas olšūnas sekcijas.
2. Blastomeru diferenciācija blastula stadijā ir nevienlīdzīgu blastomēru parādīšanās (piemēram, jumta blastomēri, dažiem dzīvniekiem marginālo zonu dibens).
3. Rudimentārā diferenciācija agrīnā gastrulas stadijā. Parādās atsevišķas zonas - dīgļu slāņi.
4. Histoģenētiskā diferenciācija vēlīnā gastrulas stadijā. Vienas lapas ietvaros parādās dažādu audu rudimenti (piemēram, mezodermas somītēs). No audiem veidojas orgānu un sistēmu pamati. Gastrulācijas un dīgļu slāņu diferenciācijas procesā parādās orgānu primordiju aksiāls komplekss.
Jaunu struktūru rašanos un to formas izmaiņas organismu individuālās attīstības laikā sauc par morfoģenēzi. Morfoģenēze, tāpat kā augšana un šūnu diferenciācija, attiecas uz a ciklisks procesiem, t.i. neatgriežoties iepriekšējā stāvoklī un lielākoties neatgriezeniski. Aciklisko procesu galvenā īpašība ir to telpiskā un laika organizācija. Morfoģenēze supracelulārajā līmenī sākas ar gastrulāciju. Akordos pēc gastrulācijas notiek aksiālo orgānu veidošanās. Šajā periodā, tāpat kā gastrulācijas laikā, morfoloģiskās izmaiņas aptver visu embriju. Turpmākā organoģenēze ir lokāls process. Katrā no tiem sadalīšana notiek jaunos diskrētos (atsevišķos) rudimentos. Tādējādi indivīda attīstība noris secīgi laikā un telpā, kā rezultātā veidojas indivīds ar sarežģītu struktūru un daudz bagātāku informāciju nekā zigotas ģenētiskā informācija.
Krievijas Federācijas Izglītības ministrija
Sanktpēterburgas Tehnoloģiskais institūts
Molekulārās biotehnoloģijas katedra
Eseja
Tēma: Embrionālo šūnu diferenciācija
Pabeidza: Shilov S.D. gr.295 3. kurss
Sanktpēterburga
2003. gads
Ievads………………………………………………………………………………..3
Noteikšana un diferencēšana……………………………………………….3
Olšūnas sadrumstalotība un blastulu veidošanās………………………………..4
Embriju attīstības organizatoriski centri. Indukcija…………..6
Pētījuma ķīmiskais aspekts un šūnu un audu diferenciācija……………8
Lauka teorija.. …………………………………………………………………………………….10
Secinājums………………………………………………………………………………………12
Izmantotās literatūras saraksts………………………………………………..13
Pielikums……………………………………………………………………………………..14
Ievads:
Jebkura daudzšūnu dzīvnieka ķermeni var uzskatīt par šūnu klonu, kas veidojas no vienas vienas šūnas - apaugļotas olšūnas. Tāpēc ķermeņa šūnas, kā likums, ir ģenētiski identiskas, bet atšķiras pēc fenotipa: dažas kļūst par muskuļu šūnām, citas kļūst par neironiem, citas kļūst par asins šūnām utt. Šūnas organismā dažādi veidi sakārtoti stingri noteiktā kārtībā, un pateicoties tam ķermenim ir raksturīga forma. Visas organisma īpašības nosaka genoma DNS nukleotīdu secība, kas tiek reproducēta katrā šūnā. Visas šūnas saņem vienas un tās pašas ģenētiskās “instrukcijas”, taču tās interpretē, pienācīgi ņemot vērā laiku un apstākļus – lai katra šūna pildītu savu specifisko funkciju daudzšūnu kopienā.
Daudzšūnu organismi bieži ir ļoti sarežģīti, taču tie ir veidoti, izmantojot ļoti ierobežotu skaitu dažādas formasšūnu aktivitāte. Šūnas aug un dalās. Tie mirst, apvienojas mehāniski, rada spēkus, kas ļauj kustēties un mainīt formu, tie diferencējas, tas ir, sāk vai pārtrauc noteiktu genoma kodētu vielu sintēzi, izdalās vidē vai veido vielas uz to virsmas, ietekmēt blakus esošo šūnu darbību. Šajā esejā mēģināšu izskaidrot, kā dažādu šūnu darbības formu īstenošana īstajā laikā un īstajā vietā noved pie pilnīga organisma veidošanās.
Noteikšana un diferencēšana:
Eksperimentālajā embrioloģijā svarīgākie jēdzieni ir diferenciācijas un determinācijas jēdzieni, kas atspoguļo nepārtrauktības pamatparādības, procesu secību organisma attīstībā. Ontoģenēzē nepārtraukti notiek diferenciācijas procesi, tas ir, parādās jaunas un jaunas izmaiņas starp dažādām embrija daļām, starp šūnām un audiem un dažādi orgāni. Salīdzinot ar sākotnējo olšūnu attīstībā, organisms šķiet neparasti sarežģīts. Diferenciācija ir strukturālas, bioķīmiskas vai cita veida izmaiņas organisma attīstībā, kurā relatīvi viendabīgais pārvēršas arvien atšķirīgākā, neatkarīgi no tā, vai tas attiecas uz šūnām (citoloģiskā diferenciācija), audiem (histoloģiskā diferenciācija) vai orgāniem un organismu kā kopumā mēs runājam par morfoloģiskām vai fizioloģiskām izmaiņām. Nosakot noteiktu diferenciāciju cēloņsakarības mehānismu, tiek lietots termins noteikšana. Embrija daļu sauc par noteiktu no brīža, kad tā tajā atrodas konkrētus iemeslus tā tālākā attīstība, kad tā var attīstīties pašdiferenciācijas ceļā atbilstoši savai perspektīvajai attīstībai. Saskaņā ar B.I. Par Balinska apņēmību jāsauc iesākto diferenciācijas procesu stabilitāte, tieksme attīstīties paredzētajā virzienā, neskatoties uz mainīgajiem apstākļiem, pagātnes pārmaiņu neatgriezeniskums.
Dzīvnieka ķermeni veido salīdzinoši neliels skaits viegli atšķiramu šūnu tipu - aptuveni 200. Atšķirības starp tiem ir tik skaidras, jo papildus daudzajām olbaltumvielām, kas nepieciešamas jebkurai ķermeņa šūnai, dažāda veida šūnas sintezē savas šūnas. specializētu olbaltumvielu komplekts. Kerotīns veidojas epidermas šūnās, hemoglobīns veidojas eritrocītos, gremošanas enzīmi veidojas zarnu šūnās utt. Var rasties jautājums: vai tas nav vienkārši tāpēc, ka šūnām ir dažādi gēnu komplekti? Lēcu šūnas varētu, piemēram, zaudēt keratīna, hemoglobīna utt. gēnus, bet saglabāt kristalīnu gēnus; vai arī tie varētu selektīvi palielināt kristālisko gēnu kopiju skaitu, izmantojot amplifikāciju. Tomēr tā nav taisnība; vairāki pētījumi liecina, ka gandrīz visu veidu šūnas satur to pašu pilnīgu genomu, kas bija apaugļotajā olšūnā. Šķiet, ka šūnas atšķiras nevis tāpēc, ka tajās ir dažādi gēni, bet gan tāpēc, ka tās ekspresē dažādus gēnus. Gēnu darbība ir pakļauta regulējumam: tos var ieslēgt un izslēgt.
Pārliecinošākie pierādījumi tam, ka, neskatoties uz redzamajām izmaiņām šūnās to diferenciācijas laikā, pats genoms tajās paliek nemainīgs, iegūti eksperimentos ar kodolu transplantāciju abinieku olās. Vispirms olšūnas kodolu iznīcina, apstarojot ar ultravioleto gaismu, un diferencētas šūnas kodolu, piemēram, no zarnām, ar mikropipetes palīdzību transplantē apaugļotā olšūnā. Tādā veidā ir iespējams pārbaudīt, vai diferencētas šūnas kodolā ir pilns genoms, kas ir līdzvērtīgs apaugļotas olšūnas genomam un spēj nodrošināt normālu embrija attīstību. Atbilde bija pozitīva; šajos eksperimentos bija iespējams izaudzēt normālu vardi, kas spēj radīt pēcnācējus.
Olu sadrumstalotība un blastula veidošanās:
Dzīvnieki attīstījās dažādos veidos. Saiknes starp jaunattīstības organismiem un to vidi ir ļoti dažādas un specifiskas. Neskatoties uz to un par spīti lielajām iezīmēm dažādu dzīvnieku sugu šķelšanās morfoloģijā un fizioloģijā, olšūnas šķelšanos lielākajā daļā organismu veic līdzīgs attīstības periods, ko sauc par blastulu (no grieķu blastu, blastos — asns, rudiments ). Šis ir viens no daudzajiem dzīvnieku pasaules kopīgās izcelsmes rādītājiem un viens no paralēlisma piemēriem struktūru evolūcijas attīstībā. Bet tas nenozīmē, ka blastula stadijā visu dzīvnieku embriji tiek konstruēti tieši vienādi; gluži pretēji, kopā ar galveno vispārīgas iezīmes Būtiskas atšķirības ir arī dažādu dzīvnieku blastulās. Atkarībā no daudziem iemesliem sasmalcinātā ola parasti saglabā savu sākotnējo sfērisko formu, un blastomēri var viens uz otru izdarīt ļoti lielu spiedienu, iegūt daudzšķautņainu formu un neatstāt starp tiem atstarpes; šajā gadījumā veidojas morula - dalīšanās šūnu kopums, kas atgādina kazeni ar lielāku vai mazāku dobumu iekšpusē, kas piepildīts ar šūnu atkritumiem. (1. att.) Šo dobumu sauc par drupināšanas dobumu vai par godu zinātniekam Bēram, kurš to pirmais aprakstīja - Bēra dobumu. Šūnām daloties, dobums pakāpeniski palielinās un kļūst par blastulas dobumu, ko sauc par blastocēliju. Šūnas, kas robežojas ar blastocēliju, veido epitēlija slāni.
1. att
Pēc tam, kad blastulas šūnas ir izveidojušas epitēlija slāni, ir laiks saskaņotām kustībām – gastrulācijai. Šī radikālā pārstrukturēšana noved pie dobas šūnas bumbiņas pārvēršanas daudzslāņu struktūrā ar centrālo asi un divpusēju simetriju. Dzīvniekam attīstoties, jānosaka ķermeņa priekšējie un aizmugurējie gali, vēdera un muguras malas, kā arī centrālā simetrijas plakne, kas sadala ķermeni labajā un kreisajā pusē. Šī polaritāte ir ļoti agrīnā stadijā embriju attīstība. Sarežģītā invaginācijas procesa (invaginācijas) rezultātā (1. att.) nozīmīga epitēlija daļa pārvietojas no ārējā virsma embrija iekšpusē, veidojot primāro zarnu. Turpmāko attīstību noteiks gastrulācijas laikā radušās iekšējās, ārējās un vidējās kārtas mijiedarbības. Pēc gastrulācijas procesa sākas organoģenēzes process - tas ir lokālas izmaiņas noteiktās viena vai otra dīgļslāņa zonās un rudimenta veidošanās. Tajā pašā laikā dažreiz nav iespējams identificēt nevienu dominējošo šūnu materiāla veidu, no kura būtu atkarīgs orgānu attīstības mehānisms.
Embriju attīstības organizatoriski centri. Indukcija.
Savās spīdzināšanās Spemans nogrieza tritona embrija augšējo pusi (dzīvnieka puslodi) agrīnā gastrulas stadijā, pagrieza to par 180° un atkal savienoja kopā. Rezultātā tajā pašā vietā, kur tai vajadzēja būt, izveidojās nervu plāksne, bet ne no normāla šūnu materiāla, bet gan no ektodermālā slāņa. Spemans nolēma, ka šajā zonā izplatās zināma ietekme, kas izraisīja ektodermālā slāņa šūnu attīstību pa nervu plāksnes attīstības ceļu, tas ir, izraisot tās veidošanos. Šo jomu viņš nosauca par organizatorisko centru, bet pašu materiālu, no kura nāk ietekme – organizatoru jeb inducētāju. Pēc tam Spemans pārstādīja tā sauktos induktorus dažādās citu embriju zonās blastulas vai agrīnā gastrulas stadijā. Neatkarīgi no atrašanās vietas embrijā tika inducēta sekundāra nervu plāksne ar visiem atribūtiem, bet ne no transplantāta, bet no saimniekšūnām, savukārt pats transplantāts vairumā gadījumu pārvietojās pa savu normālās attīstības ceļu. Lai analizētu šīs parādības, 1938. gadā Goldfeather standarta barotnēs kultivēja mazus gabaliņus, kas izgriezti no tritonu gastrulas. Izrādījās, ka gabali, kas izgriezti no dažādām embrija zonām, tas ir, noteiktā pakāpē, atkarībā no tā vai nu sadalās dažādās atsevišķās šūnās (mazāk noteiktas), vai arī var veidot dažādas audu struktūras (vairāk lokāli noteiktas). Šīs struktūras, Spemaņa skolas valodā runājot, veidojās bez organizatora.
Pilnīgi pārliecinošu secinājumu no šiem faktiem 1955. gadā izdarīja J. Goltfreters un V. Hamburgers: visas marginālās zonas daļas eksplantācijas apstākļos ražo plašāku audu dažādību, nekā tās ražotu, ja atrastos embrionālajā sistēmā. Vēlāk šie zinātnieki, analizējot eksperimentālos datus, izdarīja ļoti svarīgu secinājumu, ka būtu nepareizi uzskatīt laukus un organizatorus par augstāko spēku citu mazāk noteiktu embrija daļu likteņa noteikšanā. Daudzu Spemaņa skolas un viņa sekotāju no citām laboratorijām veikto eksperimentu un pētījumu vērtīgie rezultāti, kas embrioloģijai sniedza spožus pierādījumus embrija daļu savstarpējai atkarībai, tā integrācijai jebkurā attīstības stadijā, sāka interpretēt arvien vienkāršāk. sāniski, kā organizatoru darbība uz it kā diferencētu šūnu materiālu. Šis bija embrioloģijas attīstības periods, kad šķita, ka ir atrasts galvenais morfoģenēzes procesu skaidrojums un atsevišķu zinātnieku kritiskie komentāri pret vienpusīgiem vaļaspriekiem tika uzskatīti par zinātnes attīstību kavējošiem. Tajā laikā radītā teorija organizatoriskie centri, neapšaubāmi, saturēja vienpusīgus un pat fanātiskus uzskatus, kas tika sakauti jaunu, ne mazāk aizraujošu faktu priekšā, ko vēlāk atklāja pati Spemaņa skola.
Pētnieki saskārās ar jautājumu: cik specifiska ir organizatoru un pamudinātāju darbība? Pārstādot organizatoru no bezastes abiniekiem (vēdera varde)
Medulārās plāksnes indukcija tika atklāta astes abinieka (tritona) embrijā. Pārstādīšanas gadījumā no putna embrija uz tritona embriju organizatoram ir arī inducējoša iedarbība. Līdzīga parādība notiek, kad tritonu organizators tiek pārstādīts truša embrijā. Radās arī citi jautājumi. Vai organizatori ir vienādi dažādos dzīvniekos? Vai organizatora inducējošās īpašības ir atkarīgas no šūnām, tās sastāvdaļām, specifiskās diferenciācijas, savienojumu veida starp šūnām - vārdu sakot, no organizētāja bioloģiskās sistēmas, vai mēs runājam par kādu citu mehānismu? 1931. gadā tika atklāts, ka organizators pat pēc pilnīgas struktūras iznīcināšanas spēj izraisīt pat pilnīgu savu šūnu iznīcināšanu. Viņi sajauca sasmalcinātos embrija gabalus, izveidoja no tiem kunkuļus un pārstādīja cita embrija blastulas dobumā. Notika indukcija. 1932. gadā parādījās ziņojums par tā sauktajiem mirušajiem organizatoriem. Zinātnieku grupa pētīja nogalināto organizatoru iedarbību, kam šūnas tika žāvētas 120 grādos, vārītas, sasaldētas, ievietotas spirtā uz 6 mēnešiem, sālsskābe utt. Izrādījās, ka pēc šādām manipulācijām organizators nezaudēja savas indukcijas spējas. Lielākā daļa embriologu redzēja šo atklājumu jauna ēra embrioloģijā organizatoru ķīmiskā mehānisma zināšanas, formu veidojošo un orgānu veidojošo vielu atrašana. Dažas laboratorijas ir mēģinājušas pierādīt, ka mirušo organizatoru rīcība atšķiras no dzīvo. Taču drīz vien, par pārsteigumu pētniekiem, tika atklāta organizatoru nespecifiskums. Nogalinātie hidras gabali, aknu, nieru, mēles gabali, dažādi cilvēka līķa audi, gliemju muskuļu gabali, sasmalcinātas dafnijas, zivju zarnu gabali, žurku sarkomas šūnas, vistas un cilvēka audi izrādījās induktori. Sākās vienpusēja aizraušanās ar induktoru ķīmiju: sāka mēģināt atšķetināt tās vielas formulu, kas izraisa specifisku formas veidošanās procesu, un vairāku gadu laikā sakrājās milzums materiālu. Lieta nonāca līdz absurdam: agara gabaliņi, kas it kā bija piesūcināti ar šādu vielu, taukskābju augu eļļas,cefalīns,naftalīns,kas ir indīgs dzīvniekiem.Tika atklāts,ka pat embrijā pārstādītas augu šūnas dod induktora efektu! Tagad ir skaidrs, ka visi šie mēģinājumi atrast konkrētu formu veidojošu vielu bija tikai iedoma un savu mērķi nesasniedza.
Atgriezīsimies vēlreiz pie organizatoru teorijas. Parastajā shēmā par organizatoru induktīvām ietekmēm uz šūnu materiālu, kas reaģē, tiek inducēts, tiek domāts kā kaut kas vienaldzīgs, tas ir, tikai gaida, lai tiktu virzīts uz apņēmību. Tomēr tā nav. Šūnu materiāls, uz kura rīkojas organizators, nav vienaldzīgs. M.N. Ragozina parādīja, ka aksiālās mezodermas anlage ir ne tikai nervu caurules induktors, bet arī tās diferenciācijai ir nepieciešama veidojoša ietekme no nervu sistēmas leņķa. Šajā gadījumā notiek nevis vienpusēja indukcija, bet gan augošā embrija daļu mijiedarbība. Viens un tas pats induktors var izraisīt dažādus veidojumus, piemēram, auss vezikula, pārstādot uz abinieku embrija sāniem, var izraisīt papildu ekstremitāti; viena un tā pati pūslīša, pārstādot uz citu vietu un citā attīstības stadijā, var izraisīt auss kapsulu. Tas var darboties arī kā lēcas papildu kodola induktors, saskaroties ar lēcas rudimentu utt.
Sacīto labāk rezumēt ar citātu no Vadingtona darba, kurš kopā ar virkni citu zinātnieku tik enerģiski centās noskaidrot organizatoru ķīmiju: “Likās, ka esam uz sliekšņa. ekskluzīvi svarīgs atklājums– iespēja iegūt vielu, kas ietekmē attīstību. Grūtības nebija tādas, ka mēs nevarējām atrast vielu, kas darbojās kā organizators, lai izraisītu šūnu diferenciāciju, bet gan tas, ka mēs atradām pārāk daudz šādu vielu. Galu galā Dž.Nīdhems, M.Brešē un šī raksta autors pārliecinoši pierādīja, ka pat metilēnzilais – viela, ko embrijā nemeklētu pat visdedzīgākais cilvēks – var izraisīt nervu audu veidošanos. Izrādījās, ka ir bezjēdzīgi meklēt reaģējošu vielu vienā šūnā, kas varētu nodrošināt atslēgu diferenciācijas izpratnei. Diferenciācijas iemesls ir jāmeklē reaģējošajos audos, kuros tā notiek.
Pētījuma ķīmiskais aspekts un šūnu un audu diferenciācija:
50. un 60. gados, palielinoties bioloģijas, fizikas un ķīmijas savstarpējai ietekmei un jaunu paņēmienu izmantošanai, atkal pieauga interese par induktoru ķīmiju, lai gan šī jēdziena saturs ir krasi mainījies. Pirmkārt, tiek uzskatīts par nepamatotu meklēt kādu vienu formu veidojošu vielu, kas izraisa infekciju. Otrkārt, arvien mazāk pētnieku salīdzina normālas embriju attīstības laikā novēroto indukcijas fenomenu ar mirušo organizatoru fenomenu. Treškārt, Spemana hipotēzes vietā par organizatora induktīvo ietekmi uz “vienaldzīgo” šūnu materiālu, tika izveidota ideja par daļu savstarpējo atkarību embriju attīstībā.
1938. gadā S. Toivonens, pārbaudot simtiem dažādu dzīvnieku audu spēju ierosināt abiniekiem aksiālās primordijas, atklāja, ka daži induktori ir kvalitatīvi dažādas darbības, proti: jūrascūciņu aknu audi inducē gandrīz tikai priekšējās smadzenes un to atvasinājumus, kaulu smadzeņu – stumbra un astes struktūras. 1950. gadā F. Lēmans izvirzīja hipotēzi, ko pieņēma Toivonens, Jamatada un citi pētnieki. Saskaņā ar šo hipotēzi primāro indukciju var izraisīt tikai divi aģenti, kas veido divus pārklājošus gradientus. Viena viela inducē tikai priekšējās-cefālās (archencephalic) struktūras, bet otra viela inducē stumbra-kaudālās (deuterencefālas) struktūras. Ja ir daudz otrā aģenta un maz pirmās, tad tiek inducētas priekšējās smadzenes; ja ir daudz pirmās un maz otrās, tad parādās stumbra-astes daļa. Tas viss notiek, saskaņā ar hipotēzi, abinieku normālā attīstībā; ir jāiedomājas noteiktu inducējošu vielu klātbūtne atbilstošās kvantitatīvās kombinācijās dažādās embrija daļās. Toivonens
Veikta virkne eksperimentu ar atsevišķu un vienlaicīgu aknu audu un kaulu smadzeņu darbību, un dati apstiprina šo teoriju. Ar aknu audu darbību veidojās priekšējās smadzenes un to atvasinājumi, ar kaulu smadzeņu darbību veidojās stumbra-astes audi, un, vienlaikus darbojoties aknām un kaulu smadzenēm, visu ķermeņa līmeņu struktūras. izveidojās normāli kāpuri.
Toivonens pieņem, ka katrs no diviem induktoriem veido savu aktīvo lauku; ar to vienlaicīgu darbību parādās apvienots lauks (2. att.)
Līdz 70. gadiem “inducētāju” ķīmija izrādās tikpat neskaidra kā 30. gadu embriologu vienpusējas ķīmiskās entuziasma periodā. Neskatoties uz lielo progresu ķīmiskajā embrioloģijā, visi galvenie jautājumi par “organizācijas centriem” paliek tādi paši kā 40. gados. Toivonena hipotēze, diemžēl, nesniedz neko principiāli jaunu, salīdzinot ar vecajām vienpusējām inducētāju un organizatoru būtības ķīmiskajām shēmām, tikai vienas vielas vietā viņi domā par divām vai vairākām. Jāņem vērā šādi acīmredzami Toivonena hipotēzes trūkumi, uz kuriem daļēji norāda arī pats autors. Pirmkārt, šī hipotēze runā tikai par induktoriem un nemaz neattiecas uz galveno jautājumu - par reaģējošām sistēmām. Otrkārt, tā eksperimentālais pamatojums sniegts, pamatojoties uz dažu vielu iedarbību dzīvnieku audos, un mēģināts izskaidrot abinieku embriju normālas attīstības fenomenu. Nepieciešams pierādīt, ka izolētās vielas patiešām atrodas embrija normālā gastrulā. Ja ir, kāda ir to atrašanās vieta? Tomēr nav pamata ignorēt Toivonena un citu pētnieku interesantos datus. Šie dati atspoguļo ilgstošus eksperimentus par dzīvnieku un veģetācijas tendencēm jūras eži. (3. att.)
Eksperimentos ķirurģiska iejaukšanās stadijās no 16 līdz 64 blastomēriem tika izņemtas dažādas embrija daļas - dzīvnieku un veģetatīvās. Normāla attīstība notika, ja dzīvnieku un veģetatīvie gradienti nedominēja viens pār otru. Būtībā šie eksperimenti ir tuvi Tovonena uzskatiem.
Lauka teorija:
Dažādi pētnieki lauka jēdzienā ir ielikuši atšķirīgu saturu. Daži ir domājuši par lauku kā jomu, kurā daži faktori darbojas vienādi. Laukā, saskaņā ar viņu idejām, ir līdzsvara stāvoklis. Lauks ir viena sistēma, nevis mozaīka, kur dažas detaļas varētu noņemt vai nomainīt, nemainot sistēmu. Lauka sistēmā var būt dažādas ķīmisko vielu koncentrācijas, un var būt vielmaiņas gradienti.
Koļcova lauka teorija. N.K.Koļcova ideja par organisma integritāti un viņa lauka teorija ir mēģinājums aplūkot eksperimentālās embrioloģijas un ģenētikas datus fizikālā un ķīmiskā aspektā.
Ocīts un olšūna ir organizētas sistēmas ar skaidri noteiktu polaritāti, ar noteiktu šūnu struktūru izvietojumu. Jau olšūnās ir dažādas vielas un struktūras, kas dod unikālu reakciju uz skābām un bāziskām krāsvielām atkarībā no to pH. Tas nozīmē, ka dažādās šūnas daļās var būt dažādi pozitīvi vai negatīvi lādiņi. Veselā šūnā tās virsma, kā likums, ir negatīvi uzlādēta, bet kodola un hromosomu virsma ir pozitīvi uzlādēta. Kad oocīts nobriest, tiek izveidots elektriskais spēka lauks atbilstoši tā struktūrai, “fiksējot” šo struktūru. Spēka lauka ietekmē šūnā vajadzētu parādīties noteiktiem kataforētiskiem punktiem vielu kustībai, ko izskaidro potenciālu atšķirība. Kad spermatozoīdi aktivizē olšūnu, mainās elpošana, dažreiz krasas pH izmaiņas, mainās membrānas caurlaidība un vielu kustība. Pēc Koļcova domām, šīs parādības acīmredzami izraisa uzlādēšanas spēka lauku spriegumi un potenciālu atšķirības. Tādējādi embrijs, kas sāk attīstīties, ir spēka lauks. Attīstības gaitā dažādiem spēka lauka punktiem ir raksturīgas potenciālās atšķirības. Runa nav tikai par elektriskie potenciāli, bet arī par ķīmisko, temperatūras, gravitācijas, difūzo, kapilāro, mehānisko u.c.
Pat tāds faktors kā šūnu membrānu caurlaidības samazināšanās vai palielināšanās neizbēgami izraisa izmaiņas šķidro vielu straumēs. Ņemot vērā to, ka starp blastomēriem pastāv zināmi savienojumi, var iedomāties, ka izmaiņas šķidro vielu strāvās var ietekmēt arī blastomēru telpisko izvietojumu. Dažāda rakstura potenciāli un to izmaiņas ne tikai pavada embriju attīstību, ne tikai atspoguļo to integrācijas stāvokli, bet arī spēlē nozīmīgu lomu attīstībā, kas nosaka atsevišķu blastomēru un visa embrija uzvedību. Attīstības gaitā mainās embrija spēka lauks: tas kļūst sarežģītāks, diferencētāks, bet paliek vienots. Koļcovs runā par centriem ar lielu potenciālu starpību, par otrās un trešās pakāpes centriem. Viņš runā par gradientiem ar sprieguma samazināšanos no viena potenciāla uz otru. Gradienti, ko nosaka viss spēka lauks, izplatās no katra centra. Ņemot vērā biofizikas stāvokli 20. gadsimta 30. gados, Koļcovs nevarēja radīt konkrētākas fiziskas idejas par embrija dzimumu. Viņš uzskatīja, ka spēka lauks nav magnētisks, bet ar to var salīdzināt. Blastomeri, kas rodas drupināšanas laikā un nav identiski pēc struktūras, nonāk iekšā dažādas daļas embrija vienotā lauka un atbilstoši jaunajai pozīcijai mainīt to bioķīmiskās īpašības un struktūru. Tādējādi katras embrija daļas uzvedība ir atkarīga no tās sākotnējās struktūras, no vispārējā spēka lauka ietekmes un blakus esošo šī lauka apgabalu ietekmes.
Koļcovs ievieš arī jēdzienu “ārējās vides spēka lauks” (gravitācijas, gaismas un ķīmiskais), piešķirot tam būtisku nozīmi, jo tas ietekmē spēka lauku embrija iekšienē, piemēram, nosakot augšanas virzienu sēdošajiem dzīvniekiem.
Diemžēl embrionālās attīstības fizikas jautājumi ir pilnīgi nepietiekami attīstīti. Pieejamie fakti nav pretrunā Koļcova domām par laukiem.
Koļcovam tuvas domas izteica arī citi pētnieki.1968.gadā B.Veisbergs piedāvāja dažādu morfoģenētisko procesu vienotu, fizisku interpretāciju, radot priekšstatu par svārstību laukiem. Viņš pētīja miksomicetu elektrisko potenciālu svārstības, dažu līdzības organiskās formas, piemēram, šampinjonu kolonijas ar sīku daļiņu izvietojumu akustiskajā laukā. Veisbergs domā, ka svārstību lauki noved pie tā, ka šūnu kompleksi ir jāsadala teritorijās, kuru ietvaros svārstības tiek sinhronizētas pa fāzēm, un starp teritorijām tiek radīta fāzu atšķirība. Rezultātā iegūtā telpiskā atdalīšana var izraisīt morfoģenētiskas kustības: šūnu invagināciju gastrulācijas laikā, iekšējās auss pusloku kanālu atrašanās vietu, pektālu plākšņu veidošanos ktenoforos utt.
Visu teoriju analīze neļauj mums nevienu no tām atzīt par individuālās attīstības teoriju, kas var apmierināt embriologu. Neatkarīgi no pētījuma metodoloģijas ir jāņem vērā acīmredzamais fakts, ka jebkura ideja par embriju kā daļu mozaīku, kā blastomēru summu utt. Nav ticams, ka organisms jebkurā attīstības stadijā ir kaut kādā veidā integrēts un pārstāv neatņemamu sistēmu.
Izmantotās literatūras saraksts:
B.P.Tokins “Vispārējā embrioloģija”
Izdevniecība "Higher School" Maskava 1970
B. Albers, D. Bray, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, J. Watson “Molecular biology of the cell” 4. sējums
izdevniecība "Mir" Maskava 1987
DIFERENCIĀCIJA DIFERENCIĀCIJA
atšķirību rašanās starp viendabīgām šūnām un audiem, to izmaiņas indivīda attīstības laikā, kas noved pie specializētu šūnu veidošanās. šūnas, orgāni un audi. D. ir morfoģenēzes pamatā un notiek galvenokārt. embrionālās attīstības procesā, kā arī pēcembrionālajā attīstībā un, piemēram, atsevišķos pieauguša cilvēka organisma orgānos. hematopoētiskajos orgānos totipotentās hematopoētiskās cilmes šūnas diferencējas dažādos veidos. asins šūnas, un dzimumdziedzeros primārās dzimumšūnas veidojas gametās. D. izpaužas struktūras un funkciju izmaiņās. īpašības (nervu šūnas iegūst spēju pārraidīt nervu impulsus, dziedzeru šūnas - izdalīt atbilstošas vielas utt.). Ch. D. faktori - agrīno embriju šūnu citoplazmas atšķirības, kas saistītas ar olšūnas citoplazmas neviendabīgumu, un specifiskas. blakus esošo šūnu ietekme - indukcija. D. gaitu ietekmē hormoni. Mn. D. noteicošie faktori vēl nav zināmi. Reibumā k.-l. faktors D. noteikšana vispirms notiek, kad ārējā. D. pazīmes vēl nav parādījušās, taču jau var notikt tālāka audu attīstība neatkarīgi no D. izraisošā faktora. Parasti D. ir neatgriezeniska. Taču reģenerācijai spējīgu audu bojājumu apstākļos, kā arī ļaundabīgo audzēju gadījumos. Šūnu deģenerācijas laikā notiek daļēja dediferenciācija. Šajā gadījumā ir iespējami dediferenciācijas iegūšanas gadījumi. šūnas, kas spēj D. citā virzienā (metaplazija). Molekulārā ģenētiskā D. pamatā ir katram audam raksturīgo gēnu darbība. Lai gan viss ir somatiski. Ķermeņa šūnām ir vienāds gēnu komplekts, katrā audā ir aktīva tikai daļa gēnu, kas atbild par doto D. D. faktoru loma ir samazināta līdz selekcijai. šo gēnu aktivizēšana (ieslēgšanās). Aktivitāte noteikta. gēni noved pie atbilstošās sintēzes olbaltumvielas, kas nosaka D. Tiek uzskatīts, ka izšķirošā loma šūnu formas, to spējas savienoties savā starpā (sk. ADHĒZIJA) un kustību D. laikā ir citoskeletam un šūnas membrānas glikoproteīnu kompleksam. - glikokalikss.
.(Avots: “Bioloģiskā enciklopēdiskā vārdnīca”. Galvenais redaktors M. S. Giļarovs; Redakciju kolēģija: A. A. Babajevs, G. G. Vinbergs, G. A. Zavarzins un citi - 2. izdevums, labots - M.: Sov. Encyclopedia, 1986.)
diferenciācijaAtšķirību process, kas rodas starp sākotnēji viendabīgām šūnām, kura laikā veidojas specializētas šūnas, audi un orgāni, kas spēj veikt noteiktas funkcijas organismā. Tādējādi diferenciācija ir daudzšūnu organismu individuālās attīstības pamatā no olšūnas apaugļošanas līdz veidošanās pieaugušais. Dzīvniekiem diferenciācija notiek intensīvi, kad embriju attīstība, kā arī pēcdzemdību periodā, kamēr ķermenis aug un attīstās. Šūnu diferenciācija notiek arī pieauguša cilvēka organismā, kad, piemēram, hematopoētiskajos orgānos cilmes šūnas diferencējas pastāvīgi atjaunotās asins šūnās, bet dzimumorgānos - pirmatnējās dzimumšūnas gametas. Atšķirībā no dzīvniekiem, augi aug visu mūžu, un tāpēc jaunu orgānu un audu veidošanās turpinās tik ilgi, kamēr tie pastāv. Šie procesi tiek nodrošināti izglītības audi, vai meristēmas. Meristēmas sastāv no nespecializētām, ārēji identiskām šūnām, kuras atkārtotas dalīšanās laikā diferencējas un rada dažādus auga audus un orgānus.
Šūnu diferenciācijas procesus nosaka gēnos esošās programmas. Tā kā visas jaunattīstības embrija somatiskās šūnas satur vienu un to pašu ģenētisko informāciju, no ģenētiski līdzīgām šūnām var rasties tādas atšķirīgi specializētas šūnas kā, piemēram, smadzeņu šūnas, muskuļi, āda dzīvniekiem vai lapu un sakņu šūnas augos. tikai izskaidrojami ar darbu tie satur dažādus gēnus jeb t.s. gēnu diferenciālā ekspresija (aktivitāte). Sarežģītie molekulārie un šūnu mehānismi, kas regulē dažādu gēnu ieslēgšanu un izslēgšanu un virza šūnas pa dažādiem diferenciācijas ceļiem, nav labi saprotami.
Iepriekš tika uzskatīts, ka somatisko šūnu, īpaši augstāko dzīvnieku šūnu, diferenciācija ir neatgriezeniska. Tomēr panākumi tādām metodēm kā šūnu un audu kultūra Un klonēšana, parādīja, ka dažos gadījumos diferenciācija ir atgriezeniska: noteiktos apstākļos no specializētas šūnas var izaudzēt pilnvērtīgu organismu.
.(Avots: "Bioloģija. Mūsdienu ilustrētā enciklopēdija." Galvenais redaktors A. P. Gorkins; M.: Rosman, 2006.)
Sinonīmi:
Skatiet, kas ir “DIFERENCIJA” citās vārdnīcās:
diferenciācija- un, f. atšķirība, vācu valoda. atšķirības. novecojis Darbība pēc vērtības Ch. atšķirt. Uzlabojumi mūsu civilizācijā arvien vairāk tiecas tikai uz dažu mūsu spēju attīstību, uz vienpusēju attīstību, uz... ... Krievu valodas gallicismu vēsturiskā vārdnīca
diferenciācija- 1. Process, kura rezultātā indivīds pārstāj reaģēt uz tiem stimulēšanas variantiem, pēc kuriem netiek uzrādīti beznosacījuma vai pastiprinošie līdzekļi, un reproducē uzvedības reakcijas tikai uz tiem stimuliem, kas turpinās... ... Lieliska psiholoģiskā enciklopēdija
Sākotnēji identisku, nespecializētu embrija šūnu transformācija organisma individuālās attīstības (ontoģenēzes) procesā par specializētām audu un orgānu šūnām... Lielā enciklopēdiskā vārdnīca
Process, kurā cilmes šūnas tiek pārvērstas šūnās, kas rada vienu asins šūnu līniju. Šis process izraisa sarkano asins šūnu (eritrocītu), trombocītu, neitrofilu, monocītu, eozinofilu, bazofilu un limfocītu veidošanos... Medicīniskie termini
Šūnas ir ģenētiski noteiktas programmas īstenošanas process specializēta šūnu fenotipa veidošanai, kas atspoguļo to spēju veikt noteiktas profila funkcijas. Citiem vārdiem sakot, šūnu fenotips ir saskaņotas... ... Vikipēdijas rezultāts
Lietvārds, sinonīmu skaits: 2 diferenciācija (11) diferenciācija (6) ASIS Sinonīmu vārdnīca. V.N. Trišins. 2013… Sinonīmu vārdnīca
diferenciācija- Iepriekš homogēnu ķermeņa šūnu un audu specializācija Biotehnoloģijas tēmas EN diferenciācija ... Tehniskā tulkotāja rokasgrāmata
diferenciācija- DZĪVNIEKU EMBRIOLOĢIJAS DIFERENCIĀCIJA ir specifisku īpašību veidošanās process šūnās individuālās attīstības laikā un atšķirību parādīšanās starp viendabīgām šūnām un audiem, kā rezultātā veidojas specializētas šūnas, audi un... ... Vispārējā embrioloģija: terminu vārdnīca
Organisma individuālās attīstības (ontoģenēzes) procesā sākotnēji identisku, nespecializētu embrija šūnu transformācija par specializētām audu un orgānu šūnām. * * * DIFERENCIĀCIJA DIFERENCIĀCIJA, transformācija procesā... ... enciklopēdiskā vārdnīca
Diferencēšana Pamatā esošā morfoģenēze
Šūnu diferenciācija un patoloģija
1. Šūnu diferenciācija. Diferenciācijas faktori un regulējums. Cilmes šūnas un diferenci
Šis jautājums ir viens no vissarežģītākajiem un tajā pašā laikā interesantākajiem gan citoloģijai, gan bioloģijai. Diferenciācija ir strukturālu un funkcionālu atšķirību rašanās un attīstības process starp sākotnēji viendabīgām embriju šūnām, kā rezultātā veidojas specializētas daudzšūnu organisma šūnas, audi un orgāni. Šūnu diferenciācija ir būtiska daudzšūnu organisma veidošanās procesa sastāvdaļa. Vispārīgā gadījumā diferenciācija ir neatgriezeniska, t.i. ļoti diferencētas šūnas nevar pārveidoties par cita veida šūnām. Šo parādību sauc par terminālu diferenciāciju un galvenokārt raksturīga dzīvnieku šūnām. Atšķirībā no dzīvnieku šūnām, lielākā daļa augu šūnu pat pēc diferenciācijas spēj dalīties un pat uzsākt jaunu attīstības ceļu. Šo procesu sauc par dediferenciāciju. Piemēram, kad tiek nogriezts stublājs, dažas šūnas grieztajā zonā sāk dalīties un aizvērt brūci, bet citas var pat tikt dediferencētas. Tādā veidā kortikālās šūnas var pārveidoties par ksilēma šūnām un atjaunot asinsvadu nepārtrauktību bojājumu zonā. Eksperimentālos apstākļos, kad augu audus kultivē atbilstošā barotnē, šūnas veido kallusu. Kalluss ir relatīvi nediferencētu šūnu masa, kas iegūta no diferencētām augu šūnām. Piemērotos apstākļos jaunus augus var izaudzēt no atsevišķām kallusa šūnām. Diferenciācijas laikā DNS nezaudē vai pārkārtojas. Par to pārliecinoši liecina eksperimentu rezultāti par kodolu transplantāciju no diferencētām šūnām uz nediferencētām. Tādējādi kodols no diferencētas šūnas tika ievadīts vardes olā, kurai nebija kodols. Rezultātā no šādas šūnas izveidojās parasts kurkulis. Diferenciācija galvenokārt notiek embrionālajā periodā, kā arī pirmajos postembrionālās attīstības posmos. Turklāt dažos pieaugušā organisma orgānos notiek diferenciācija. Piemēram, hematopoētiskajos orgānos cilmes šūnas diferencējas dažādās asins šūnās, un dzimumdziedzeros pirmatnējās dzimumšūnas diferencējas gametēs.
Diferenciācijas faktori un regulējums. Ontoģenēzes pirmajos posmos organisma attīstība notiek RNS un citu olšūnas citoplazmā esošo komponentu kontrolē. Tad diferenciācijas faktori sāk ietekmēt attīstību.
Ir divi galvenie diferenciācijas faktori:
1.Atšķirības agrīno embriju šūnu citoplazmā olšūnas citoplazmas neviendabīguma dēļ. 2.Blakus esošo šūnu specifiskās ietekmes (indukcija). Diferenciācijas faktoru loma ir selektīvi aktivizēt vai inaktivēt noteiktus gēnus dažādās šūnās. Atsevišķu gēnu darbība noved pie atbilstošu proteīnu sintēzes, kas virza diferenciāciju. Sintezētie proteīni var bloķēt vai, gluži pretēji, aktivizēt transkripciju. Sākotnēji dažādu gēnu aktivācija vai inaktivācija ir atkarīga no totipotentu šūnu kodolu mijiedarbības ar to specifisko citoplazmu. Vietējo atšķirību rašanos šūnu citoplazmas īpašībās sauc par ooplazmas segregāciju. Šīs parādības iemesls ir tas, ka olšūnas sadrumstalotības laikā citoplazmas daļas, kas atšķiras pēc to īpašībām, nonāk dažādos blastomēros. Līdz ar diferenciācijas intracelulāro regulējumu no noteikta punkta tiek ieslēgts arī supracelulārais regulējuma līmenis. Supracelulārais regulēšanas līmenis ietver embriju indukciju. Embrionālā indukcija ir mijiedarbība starp jaunattīstības organisma daļām, kuras laikā viena daļa (induktors) saskaras ar otru daļu (reaģēšanas sistēmu) un nosaka pēdējās attīstību. Turklāt tika konstatēta ne tikai induktora ietekme uz reaģējošo sistēmu, bet arī pēdējā ietekme uz induktora turpmāko diferenciāciju. Kāda faktora ietekmē vispirms notiek apņēmība. Determinācija jeb latentā diferenciācija ir parādība, kad ārējās diferenciācijas pazīmes vēl nav parādījušās, bet jau notiek tālāka audu attīstība neatkarīgi no faktora, kas tās izraisījis. Šūnu materiāls tiek uzskatīts par noteiktu no stadijas, kurā tas vispirms, pārstādot uz jaunu vietu, attīstās par orgānu, kas parasti veidojas no tā. Cilmes šūnas un diferenci. Uz numuru daudzsološie virzieni 21. gadsimta bioloģija ietver cilmes šūnu izpēti. Mūsdienās cilmes šūnu izpēte pēc nozīmes ir salīdzināma ar organismu klonēšanas pētījumiem. Pēc zinātnieku domām, cilmes šūnu izmantošana medicīnā ļaus ārstēt daudzas “problemātiskas” cilvēces slimības (neauglība, daudzi vēža veidi, diabēts, multiplā skleroze, Parkinsona slimība utt.). Cilmes šūna nav nobriedusi šūna, kas spēj pašatjaunoties un attīstīties par specializētām ķermeņa šūnām. Cilmes šūnas tiek iedalītas embrionālajās cilmes šūnās (tās tiek izolētas no blastocistu stadijas embrijiem) un reģionālajās cilmes šūnās (tās tiek izolētas no pieauguša cilvēka orgāniem vai vēlāko embriju orgāniem). Pieauguša cilvēka organismā cilmes šūnas atrodamas galvenokārt kaulu smadzenēs un ļoti mazos daudzumos visos orgānos un audos. Cilmes šūnu īpašības. Cilmes šūnas ir pašpietiekamas, t.i. Pēc cilmes šūnas dalīšanās viena šūna paliek cilmes līnijā, bet otrā diferencējas par specializētu šūnu. Šo sadalījumu sauc par asimetrisku. Cilmes šūnu funkcijas. Embrionālo cilmes šūnu funkcija ir nodot iedzimtu informāciju un veidot jaunas šūnas. Reģionālo cilmes šūnu galvenais uzdevums ir atjaunot specializēto šūnu zudumu pēc dabiskas vecuma vai fizioloģiskas nāves, kā arī ārkārtas situācijās. Differenton ir secīga šūnu sērija, kas veidojas no kopēja prekursora. Ietver cilmes, puscilmes un nobriedušas šūnas. Piemēram, cilmes šūnu, neiroblastu, neironu vai cilmes šūnu, hondroblastu, hondrocītu utt. Neiroblasts ir vāji diferencēta nervu caurules šūna, kas vēlāk pārvēršas par nobriedušu neironu. Hondroblasts ir slikti diferencēta skrimšļa audu šūna, kas pārvēršas par hondrocītu (nobriedušu skrimšļa audu šūnu). Apoptoze un nekroze Apoptoze (no grieķu — lapu krišana) ir ģenētiski ieprogrammēta šūnu nāves forma, kas nepieciešama daudzšūnu organisma attīstībā un ir iesaistīta audu homeostāzes uzturēšanā. Apoptoze izpaužas kā šūnu izmēra samazināšanās, hromatīna kondensācija un fragmentācija, sablīvēšanās plazmas membrāna neizlaižot šūnas saturu vidē. Apoptoze parasti tiek pretstatīta citai šūnu nāves formai - nekrozei, kas attīstās ārējo šūnu kaitīgo vielu un neatbilstošu vides apstākļu ietekmē (hipoosmija, ekstrēmas pH vērtības, hipertermija, mehānisks stress, aģentu darbība, kas bojā membrānu) . Nekroze izpaužas kā šūnas pietūkums un membrānas plīsums, ko izraisa tās caurlaidības palielināšanās līdz ar šūnu satura izdalīšanos vidē. Pirmkārt morfoloģiskās īpašības apoptoze (hromatīna kondensācija) tiek reģistrēta kodolā. Vēlāk parādās kodola membrānas ieplakas un notiek kodola sadrumstalotība. Atdalītie kodola fragmenti, ko ierobežo membrāna, atrodas ārpus šūnas; tos sauc par apoptotiskiem ķermeņiem. Izplešanās notiek citoplazmā Endoplazmatiskais tīkls, kondensācija un granulu saburzīšanās. Vissvarīgākā īpašība apoptoze ir mitohondriju transmembrānas potenciāla samazināšanās. Šūnu membrāna zaudē pūkainību un veido burbuļiem līdzīgus pietūkumus. Šūnas ir noapaļotas un atdalītas no substrāta. Membrānas caurlaidība palielinās tikai attiecībā uz mazām molekulām, un tas notiek vēlāk nekā izmaiņas kodolā. Viens no visvairāk raksturīgās iezīmes Apoptoze ir šūnu tilpuma samazināšanās pretstatā tās pietūkumam nekrozes laikā. Apoptoze ietekmē atsevišķas šūnas un praktiski neietekmē to apkārtni. Fagocitozes rezultātā, ko šūnas iziet jau apoptozes attīstības laikā, to saturs netiek izlaists starpšūnu telpā. Gluži pretēji, nekrozes laikā to aktīvie intracelulārie komponenti uzkrājas ap mirstošajām šūnām, un vide kļūst paskābināta. Tas savukārt veicina citu šūnu bojāeju un iekaisuma attīstību. Salīdzinošās īpašībasŠūnu apoptoze un nekroze ir dota 1. tabulā. 1. tabula. Apoptozes un šūnu nekrozes salīdzinošās īpašības Pazīme Apoptoze Nekroze Paplašināšanās Viena šūna Šūnu grupa Trigerējošs faktors Aktivizē fizioloģiski vai patoloģiski stimuli Attīstības ātrums, stundas 1-12 1 robežās 1 Šūnu izmēra izmaiņas Samazinājums Palielinājums Izmaiņas šūnas membrānā Mikrovillu zudums, pietūkumu veidošanās, integritāte nav bojāta Integritātes pārkāpums Izmaiņas kodolā Hromatīna kondensācija, piknoze, sadrumstalotība Pietūkums Izmaiņas citoplazmā Citoplazmas kondensācija, granulu sablīvēšanās Granulu līze Primārā bojājuma lokalizācijaKodolā MembrānāŠūnu nāves cēloņiDNS degradācija , šūnu enerģētikas traucējumi Violācijas stāvoklis DNS pārrāvumi, veidojoties vispirms lieliem, pēc tam maziem fragmentiem. Traucēta degradācija Enerģijas atkarība ir atkarīga Neatkarīga Iekaisuma reakcija Nav Parasti ir Atmirušo šūnu izvadīšana Fagocitoze ar blakus šūnām Fagocitoze ar neitrofiliem un makrofāgiem Izpausmju piemēri Metamorfoze Šūnu nāve no hipoksijas, toksīni Apoptoze ir plaši izplatīta daudzšūnu organismu pasaulē: līdzīgas izpausmes ir aprakstītas raugā, tripanosomās un dažos citos vienšūnu organismos. Apoptoze tiek uzskatīta par organisma normālas pastāvēšanas nosacījumu. Organismā apoptoze veic šādas funkcijas: § saglabājot nemainīgu šūnu skaitu. Vienkāršākais piemērs apoptozes nozīmei daudzšūnu organismam ir dati par šī procesa lomu nemainīga šūnu skaita uzturēšanā nematodē Caenorhabditis elegans. § aizsargā ķermeni no patogēniem infekcijas slimības, jo īpaši no vīrusiem. Daudzi vīrusi izraisa dziļi pārkāpumi inficētās šūnas metabolismā, ka tā reaģē uz šiem traucējumiem, uzsākot nāves programmu. Šīs reakcijas bioloģiskā nozīme ir tāda, ka inficētās šūnas nāve agrīnā stadijā novērsīs infekcijas izplatīšanos visā organismā. Tiesa, daži vīrusi ir izstrādājuši īpašus pielāgojumus, lai nomāktu apoptozi inficētajās šūnās. Tādējādi dažos gadījumos vīrusa ģenētiskais materiāls kodē vielas, kas darbojas kā šūnu anti-apoptotiski regulējošie proteīni. Citos gadījumos vīruss stimulē šūnu sintezēt savus anti-apoptotiskos proteīnus. Tādējādi tiek radīti priekšnoteikumi vīrusa netraucētai vairošanai. § ģenētiski bojātu šūnu noņemšana. Apoptoze ir svarīgākie līdzekļi dabiska vēža profilakse. Ir īpaši gēni, kas kontrolē traucējumus šūnas ģenētiskajā materiālā. Ja nepieciešams, šie gēni maina līdzsvaru par labu apoptozei, un potenciāli bīstamā šūna nomirst. Ja šādi gēni mutē, tad šūnās attīstās ļaundabīgi audzēji. § organisma un tā daļu formas noteikšana; § nodrošinot pareizu šūnu skaita attiecību dažādi veidi;
Apoptozes intensitāte ir augstāka ontoģenēzes sākotnējos periodos, īpaši embrioģenēzes laikā. Pieaugušā organismā apoptozei joprojām ir liela nozīme tikai ātri atjaunojošos audos. šūnu audzēju diferenciācija 3. Šūnu audzēju transformācija Mēs esam daudz iemācījušies par to, kā šūnas dzīvo un attīstās, lai gan nepietiekami par to, kā novērst vēzi. Gluži pretēji: mēs esam redzējuši dažādus faktorus un mehānismus, kas to izraisa, un tas vājina cerības uz universālām terapijas metodēm. Tāpēc prātā nāk Mācītāja vārdi: daudz gudrības ir daudz bēdu; un kas vairo zināšanas, tas vairo bēdas. Bet zinātnieki strādā." Khesins R.B., padomju zinātnieks Problēma onkoloģiskās slimības ir viens no galvenajiem priekš mūsdienu sabiedrība. Saskaņā ar Pasaules Veselības organizācijas prognozēm saslimstība ar vēzi un mirstība no 1999. gada līdz 2020. gadam visā pasaulē dubultosies (no 10 līdz 20 miljoniem jaunu gadījumu un no 6 līdz 12 miljoniem reģistrēto nāves gadījumu). Audzējs ir pārmērīga patoloģiska audu augšana, kas sastāv no kvalitatīvi izmainītām ķermeņa šūnām, kuras ir zaudējušas savu diferenciāciju. Jēdziens "vēzis" ir nācis pie mums kopš seniem laikiem. Tajos laikos slimību sauca par galveno, pamanāmāko slimības pazīmi. Pēc analoģijas starp izaugumiem ļaundabīgs audzējs apkārtējos vēža audos un ekstremitātēs, šo slimību sauc par vēzi (latīņu valodā vēzis). Šis senais termins tagad ir visiem labi zināms un visus biedē. Sazinoties ar pacientiem, to labāk nelietot. Audzēju rašanās gadījumā noteicošie ir divi faktori: izmainītas šūnas parādīšanās (transformācija) un apstākļu klātbūtne tās netraucētai augšanai un vairošanai organismā. Dzīves laikā daudzšūnu organismā notiek milzīgs šūnu dalīšanās skaits. Piemēram, iekšā cilvēka ķermenisšis skaitlis ir aptuveni 10 16. Periodiski somatiskajās šūnās notiek mutācijas, tostarp tās, kas var izraisīt veidošanos audzēja šūnas. Turklāt, jo vairāk dalīšanās ciklu šūna ir izgājusi, jo lielāka ir iespēja, ka tās pēcnācējiem parādīsies bojātas šūnas. Tas izskaidro straujš pieaugums vēža attīstības iespējamība ar vecumu. Vairāk nekā 50% no visiem vēža gadījumiem tiek atklāti cilvēkiem vecumā no 65 gadiem. Statistika liecina, ka, ja mirstību no vēža 20 gadu vecumā uztveram kā vienu, tad pēc 50 vasaras vecums risks nomirt no šīs slimības palielināsies desmitkārtīgi. Organisms cīnās ar iegūtajām bojātajām šūnām ar palīdzību imūnsistēma. Tā kā bojāto šūnu rašanās ir neizbēgama, visticamāk, tieši imūnsistēmas traucējumi ir noteicošie audzēju attīstībā. Lomas koncepcija imūnmehānismi attīstībā ļaundabīgi audzēji to 1909. gadā izvirzīja Ērlihs. Pētījumi pēdējos gados apstiprināja imūndeficīta stāvokļu nozīmīgo lomu audzēju attīstībā. Acīmredzot, jo vairāk bojātu šūnu parādās organismā, jo lielāka ir iespējamība, ka imūnsistēma palaidīs garām šādas šūnas. Šūnu transformāciju izraisa kancerogēni faktori. Kancerogēni faktori ir ārējās un iekšējās vides faktori, kas var izraisīt audzēju rašanos un attīstību. Iekšējās vides faktori ietver šūnas atrašanās vietas apstākļus, organisma ģenētisko predispozīciju. Tātad, jo nelabvēlīgākos apstākļos atrodas šūna, jo lielāka ir kļūdu iespējamība tās dalīšanas laikā. Ādas, gļotādu vai citu ķermeņa audu traumatizācija ar jebkādiem mehāniskiem vai ķīmiskiem kairinātājiem rada paaugstinātu audzēju attīstības risku šajā vietā. Tas ir tas, kas nosaka paaugstināts risks to orgānu vēža rašanās, kuru gļotāda ir pakļauta visintensīvākajam dabiskajam stresam: plaušu, kuņģa, resnās zarnas vēzis u.c. Pastāvīgi traumēti dzimumzīmes vai rētas, ilgstošas nedzīstošas čūlas noved arī pie intensīvas šūnu dalīšanās nelabvēlīgos apstākļos un palielinot šo risku. Ģenētiskajiem faktoriem ir liela nozīme dažu audzēju attīstībā. Dzīvniekiem ģenētiskās noslieces loma ir eksperimentāli apstiprināta, izmantojot peļu celmu ar augstu un zemu vēža celmu piemēru. Ārējos kancerogēnos faktorus var iedalīt trīs galvenajās grupās: fizikālie, ķīmiskie un bioloģiskie. Pie fiziskiem faktoriem pieder jonizējošā radiācija- starojums. Pēdējās desmitgadēs Zemes piesārņojums ar radionuklīdiem cilvēka saimnieciskās darbības rezultātā ir parādījies un sasniedzis lielus apmērus. Radionuklīdu izdalīšanās notiek avāriju rezultātā plkst atomelektrostacijas un kodolzemūdenes, zema radioaktivitātes līmeņa atkritumu novadīšana atmosfērā no kodolreaktoriem utt. K ķīmiskie faktori ietver dažādas ķīmiskas vielas (sastāvdaļas tabakas dūmi, benzopirēns, naftilamīns, daži herbicīdi un insekticīdi, azbests utt.). Lielākā daļa ķīmisko kancerogēnu avots vidi ir rūpnieciskās ražošanas radītās emisijas. UZ bioloģiskie faktori ietver vīrusus (B hepatīta vīrusu, adenovīrusu un dažus citus). Pamatojoties uz raksturu un augšanas ātrumu, ir ierasts atšķirt labdabīgus un ļaundabīgus audzējus. Labdabīgi audzēji aug salīdzinoši lēni un var pastāvēt gadiem ilgi. Viņus ieskauj savs apvalks. Pieaugot audzējam, tas atgrūž apkārtējos audus, tos neiznīcinot. Labdabīga audzēja šūnas nedaudz atšķiras no parastajām šūnām, no kurām audzējs attīstījās. Tāpēc labdabīgi audzēji ir nosaukti pēc audiem, no kuriem tie attīstījās, pievienojot sufiksu “oma” no grieķu vārda “oncoma” (audzējs). Piemēram, audzēju no taukaudiem sauc par lipomu, no saistaudiem - par fibromu, no muskuļu audiem - par fibromu utt. Labdabīga audzēja izņemšana ar tā membrānu noved pie pilnīga izārstēšana slims. Ļaundabīgi audzēji aug daudz ātrāk un tiem nav pašu apvalks. Audzēja šūnas un to auklas iekļūst apkārtējos audos un bojā tos. Augot limfātiskajā vai asinsvads, tos var transportēt ar asins vai limfas plūsmu uz Limfmezgli vai attālos orgānos, kur veidojas sekundārais audzēja augšanas fokuss - metastāzes. Ļaundabīgo audzēju šūnas būtiski atšķiras no šūnām, no kurām tās attīstījās. Ļaundabīgo audzēju šūnas ir netipiskas, tās ir izmainītas šūnu membrānu un citoskelets, tāpēc tiem ir vairāk vai mazāk noapaļota forma. Audzēja šūnās var būt vairāki kodoli, kas pēc formas un izmēra nav tipiski. Raksturīga iezīme audzēja šūna ir diferenciācijas zudums un rezultātā specifiskās funkcijas zudums. Gluži pretēji, normālām šūnām ir visas pilnībā diferencētu šūnu īpašības, kas organismā veic noteiktas funkcijas. Šīs šūnas ir polimorfas, un to formu nosaka strukturēts citoskelets. Normālas ķermeņa šūnas parasti dalās, līdz veidojas kontakts ar blakus esošajām šūnām, pēc tam dalīšanās apstājas. Šo parādību sauc par kontakta kavēšanu. Izņēmums ir embrionālās šūnas, zarnu epitēlijs (pastāvīga mirstošo šūnu nomaiņa), kaulu smadzeņu šūnas (hematopoētiskā sistēma) un audzēja šūnas. Tādējādi vissvarīgākais pazīme tiek uzskatīts, ka audzēja šūnām ir nekontrolēta proliferācija Normālas šūnas pārveidošana par pārveidotu ir daudzpakāpju process. 1.Iniciācija. Gandrīz katrs audzējs sākas ar DNS bojājumiem vienā šūnā. Šo ģenētisko defektu var izraisīt kancerogēni faktori, piemēram, tabakas dūmu sastāvdaļas, UV starojums, rentgena starojums un onkogēni vīrusi. Acīmredzot, iekšā cilvēka dzīve ievērojams skaits ķermeņa šūnu no 10 14tiek pakļauti DNS bojājumiem. Tomēr audzēja ierosināšanai ir svarīgi tikai bojājumi proto-onkogēniem. Šie bojājumi ir vissvarīgākais faktors, kas nosaka transformāciju somatiskā šūna uz audzēju. Antionkogēna (audzēja supresora gēna) bojājumi var izraisīt arī audzēja sākšanos. 2.Audzēja veicināšana ir izmainītu šūnu preferenciāla proliferācija. Šis process var ilgt gadus. .Audzēja progresēšana ir ļaundabīgo šūnu proliferācijas, invāzijas un metastāžu process, kas izraisa ļaundabīga audzēja parādīšanos.
