Biologia rozwoju zwierząt - wykład 9
Oddziaływania indukcyjne
Odkrycie zjawiska indukcji oraz stworzenie modelu różnicowania się zarodków kręgowców związane jest z pracami niemieckiego uczonego, Hansa Spemanna. Odkrył on, że kluczową rolę w różnicowaniu się komórek odgrywają właśnie oddziaływania indukcyjne. Było to zaskakujące, ponieważ w czasie kiedy Spemann zaczynał swoje doświadczenia (początek XX wieku), ludzie byli przekonani, że rozwój zarodka zachodzi w taki sam sposób jak u znanych im wtedy zarodków bezkręgowców (żachw) - że polega na dziedziczeniu determinant cytoplazmatycznych. Odkrycie, że zarodki mogą się różnicować w wyniku oddziaływania różnych grup komórek było w owym czasie dużym szokiem a zarazem przełomem w badaniach biologicznych.
Rozpoczęło się to od pracy (omawianej już w kontekście jąder bruzdkującego zarodka, które nie tracą swego potencjału rozwojowego przechodząc przez kolejne stadia rozwoju), w której przewiązywano zapłodnioną komórkę jajową w taki sposób, że bruzdkujące jądro znajdowało się tylko w jednej części. Część cytoplazmatyczna pozostawała przez pewien czas oddzielona, po czym przechodziło do niej przez przewiązkę jedno z jąder powstałych podczas bruzdkowania. Po oddzieleniu obu fragmentów zarodka okazywało się, że każdy z nich może rozwinąć się w traszkę. Sporym zaskoczeniem dla badaczy w tym czasie było stwierdzenie, że w pewnych warunkach z jednego zapłodnionego jaja można było uzyskać rozwój dwóch organizmów.
Okazało się jednak, że doświadczenie to ma pewne ograniczenia - wykrył je również Spemann. Dzieje się tak dlatego, ponieważ potencjał rozwojowy poszczególnych części jaja jest różny (w zależności od tego, jaka cytoplazma znalazła się w której części), co z kolei zależy od tego, w jaki sposób założona jest przewiązka. Elementem decydującym o potencjale rozwojowym okazał się szary półksiężyc (rejon, który pojawia się u niektórych płazów po przeciwnej stronie do miejsca wniknięcia plemnika w wyniku rotacji powierzchniowej warstwy cytoplazmy do miejsca jego wniknięcia - w wyniku tego odsłania się szary region głębiej leżącej cytoplazmy). W ogromnej większości normalnie rozwijających się zarodków płaza, pierwsza bruzda podziałowa zakłada się w taki sposób, że oba blastomery dziedziczą po połowie szarego półksiężyca. Jeśli na wczesnym etapie rozwoju oddzieli się od siebie takie blastomery, to każdy z nich może rozwinąć się w normalną kijankę - co również obrazuje zdolności regulacyjne - każdy z izolowanych blastomerów może zrobić niejako dwa razy więcej, niż zrobiłby w trakcie niezaburzonego rozwoju. Ponadto blastomery „rozumieją”, że zostały same i że w związku z tym zmieniają swoje losy rozwojowe.
(…)
… charakterystycznie dla miejsca, w które została przeszczepiona.
Stwierdzono, że niewielka różnica czasowa wystarczała do tego, by potencjał rozwojowy presumptywnej ektodermy neuralnej został ograniczony w taki sposób, że może ona wytwarzać tylko tkankę nerwową. Jeśli pobrano ten sam rejon z trochę późniejszej gastruli (kiedy tworzenie prajelita jest już bardzo zaawansowane i kiedy duża część prospektywnej mezodermy…
…, np. mięśnie szkieletowe, strunę grzbietową, komórki krwi, miokardiocyty jest zależne od stężenia aktywiny. W różnych stężeniach aktywiny, różnicowanie komórek ektodermalnych zachodziło w kierunku różnych struktur mezodermalnych.
Przyjrzano się bliżej ekspresji genów charakterystycznych dla mezodermy w komórkach prospektywnej ektodermy poddanych działaniu aktywiny. Robiono to w ten sposób, że komórek…
… w ogóle. A więc różnicowanie się komórek w kierunku mezodermy jest związane z ekspresją tego genu, który powoduje potem ekspresję genów mezodermalnych. Ale nie zaobserwowano w tym przypadku specyficznego różnicowania się w kierunku mezodermy (przy małym stężeniu aktywiny). kiedy użyto wyższych stężeń aktywiny, wytworzył się gradient, na którego marginesie leżą komórki eksprymujące tylko Brachyury…
… organizatora.
Okazuje się jednak, że aby zaszła ekspresja genów charakterystycznych dla organizatora, muszą zadziałać dwie drogi.
Oprócz tego, że musi się pojawić czynnik transkrypcyjny Siamois, muszą działać również czynniki wywodzące się z wegetatywnej części zarodka (z rodziny TGFβ) - takie jak Vg1, VegT i Nodal. Tak występuje mechanizm na poziomie molekularnym, który wynika z nałożenia się tych dwóch…
… będzie polegało na blokowaniu białka BMP-4 i szlaku przekaźnictwa Wnt, przez produkty wydzielane przez organizator. Organizator zbudowany jest z różnych tkanek, zróżnicowanych pod względem ekspresji genów nawet w obrębie samego organizatora; będą one w różnym czasie wchodziły do środka podczas gastrulacji. Tkanki wywodzące się z organizatora to nie tylko struna grzbietowa. Pierwsza tkanka wnikającą w czasie…
… się prawidłowo rozwijać niezbędny jest szary półksiężyc (inaczej nie powstanie osiowość oraz nie wytworzą się struktury grzbietowe).
W pracowni Hansa Spemanna dalej prowadzono doświadczenia nad zarodkami płazów - nad polarnością zarodków oraz nad różnicowaniem się komórek. Kolejnym doświadczeniem, które wraz z poprzednim pozwoliło wysnuć wniosek o tym, że istnieją pewne mechanizmy w blastuli i gastruli…
… się w kierunku mezodermy i zachowują swój fenotyp ektodermalny. Wniosek: Czynniki TGFβ mogą być źródłem informacji dla komórek presumptywnej mezodermy po pierwsze do tego, by je poinstruować, że w ogóle mają różnicować się w kierunku mezodermy, a po drugie powiedzieć im, w którym miejscu osi grzbieto-brzusznej zarodka znajdują się te komórki i w kierunku jakiej mezodermy mają się wobec tego różnicować. Powstaje…
… jest z cytoszkieletem warstwy kortykalnej. Następnie w czasie rotacji kortykalnej, która determinuje oś grzbieto-brzuszną zarodka, ta warstwa cytoplazmy, która znajdowała się w rejonie wegetatywnym jest przenoszona w przyszły rejon grzbietowy zarodka. W tym momencie białko Disheveled jest uwalniane z warstwy kortykalnej, zaczyna dyfundować i tworzy się jego gradient. W tym rejonie, w którym występuje najwyższe…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)