Работа 4. Регуляционная способность ядер. Клонирование.

В онтогенезе при дифференцировке клеток происходит избирательная экспрессия разных частей генома и ограничение генетических потенций у дифференцированных клеток. Одна­ко в ядрах соматических клеток сохраняются все гены, и в соот­ветствующих условиях они могут реактивироваться и обеспе­чить развитие нормального зародыша. Клонирование - это развитие нового организма, являющегося точной генетической копией родительской особи. У видов, размножающихся поло­вым путем, клонирование происходит при пересадке ядер из соматической клетки в энуклеированную яйцеклетку. Молодая особь при клонировании является точной копией организма-донора ядер соматических клеток. В настоящее время получе­ны путем клонирования животные разных классов, в том числе и млекопитающие. Оказалось, что в процессе, развития генетические потенции ядер соматических клеток снижаются, и чем старше донор соматических ядер, тем ниже процент развития клонированных особей. Кроме того, установили, что генетиче­ские потенции разных клеток донора неодинаковы.

Изучите рисунки по пересадке ядер, взятых из соматических клеток на разных стадиях развития лягушки (по Гёрдон, 1965, из Дьюкар Э., 1978) (рис. 4).

Рис. 4. Пересадка ядер из соматических клеток в яйцеклетки лягушки на разных стадиях развития клеток донора.

Работа 5. Взаимодействие бластомеров в период дробления, (лечебный факультет).

а. Влияние положения бластомеров на их дифференцировку. На дифференцировку клетки влияет ее положение в определен­ном месте зародыша в определенное время. У плацентарных животных до завершения восьмиклеточной стадии разные бластомеры не отличаются друг от друга по морфологии, биохимии и потенциям. Однако компактизация (сближение и увели­чение контакта бластомеров с образованием компактного клеточного шара) приводит к образованию наружных и внутрен­них клеток, которые резко различаются по своим свойствам. Наружные клетки формируют трофобласт, а внутренние - зародыш. Опыт по пересадке бластомеров показывает, что образование из бластомеров трофобласта или клеток зародыша оп­ределяется тем, где оказалась клетка - на поверхности или внутри группы клеток.

Изучите рис. 5, а пересадки бластомеров у зародышей мыши [Минц Б., 1970; Hillman et al., 1972].

Рис. 5. Взаимодействие бластомеров в период дробления.

а - пересадка бластомеров зародышам мыши; б - соединение бластомеров у зародышей мыши: 1 -зародыш, 2 - трофобласт; в - механизмы формирова­ния однояйцевых близнецов и двойниковых уродств у человека: 1 - внутрен­ние клетки бластоцисты; 2 - полость бластоцисты; 3 - зародыш; 4 - полость амниона; 5 - полость хориона; 6 - не полностью разъединенные близнецы.

б. Влияние контакта бластомеров на развитие зародыша. Образование однояйцевых близнецов и двойниковых уродств у человека.

При сохранении полного контакта бластомеров развивается один организм. Также один организм развивается при объеди­нении бластомеров нескольких зародышей. После специально­го воздействия бластомеры нескольких четырехклеточных за­родышей могут соединиться с образованием общей морулы. Например, если соединить бластомеры зародышей трех разных линий с контрастной окраской (белой, черной и рыжей), фор­мируется морула, из которой развиваются мыши с разноокрашенными участками кожи. Это связано с перемешиванием бла­стомеров зародышей разных линий мышей, часть из которых пошла на образование зародыша и свидетельствует о том, что наследственный материал бластомеров не смешивается.

Изучите рис. 5,б - соединение бластомеров у зародышей [Гилберт С, 1993].

Потеря контакта между бластомерами изменяет их судьбу. Разъединение клеток зародыша на ранних этапах развития при­водит к образованию идентичных близнецов, так как ранние бластомеры тотипотентны. Неполное разъединение клеток за­родыша приводит к возникновению двойниковых уродств, ко­торые могут быть у разных видов беспозвоночных, позвоноч­ных животных и у человека.

Рассмотрите слайды, таблицы, рисунки с примерами двой­никовых уродств у разных видов животных и человека.

Изучите рис. 5, в, на котором показан механизм образова­ния однояйцевых близнецов и двойниковых уродств у человека [из: Гилберт С., 1993, переработано].

Рис. 5. Продолжение.

Примерно в 33 % случаев разъединение бластомеров идет до образования трофобласта. Близнецы имеют собственные хорион и амнион.

Разъединение бластомеров после образования трофобласта, но до образования амниона происходит примерно в 66 % случаев. Близнецы имеют собственные амниотические оболочки, но находятся в общем хорионе.

Разъединение бластомеров после образования ам­ниона происходит редко, в нескольких процентах случаев. Близнецы имеют общие амнион и хорион.

Неполное разъединение клеток зародыша. Близне­цы имеют общие отделы тела (двойниковое уродст­во).

Работа 6. Клеточные процессы в периоды гаструляции и ор­ганогенеза.

Изучите табл. 2, рис. 6 и 7, слайды и препараты по эм­бриогенезу животных. Перепишите таблицу.

Рис. 6. Последовательные этапы формирования лица (вид спереди). а - 4-недельный зародыш (3,5 мм.); б - 5-недельный зародыш (6,5 мм); в - 5,5-недельный зародыш (9 мм); г - 6-недельный зародыш (12 мм); д - 7-недельный зародыш (19 мм); е - 8-недельный зародыш (28 мм). 1 - лобный выступ; 2 - обонятельная плакода; 3 - носовая ямка; 4 - ротовая пластинка; 5 - ротовое отверстие; 6 - верхнечелюстной отросток; 7 - нижнечелюстная дуга; 8 - гиоидная дуга; 9 - медиальный носовой отросток; 10 - латеральный носовой отросток; 11 - носослезная бороздка; 12 - гиомандибулярная щель; 13 - область филтрума, сформированная слившимися медиальными носовыми отростками; 14 - наружное ухо; 15 - слуховые бугорки вокруг гиомандибулярной щели; 16 - подъязычная кость; 17 - хрящи гортани.

Таблица 2

Формы клеточных взаимодействий	Образование нормальных структур (примеры)	Последствия нарушений межклеточных взаимодействий (примеры)
Клеточные перемещения Избирательное размножение клеток Избирательная клеточная гибель Клеточная адгезия Клеточные сгущения	Перемещение клеток при гаструляции, при образовании нервной трубки, при перемещении первичных половых клеток.     Закладка зачатков отдельных органов.   Разделение пальцев, гибель эпителиальных клеток при слиянии небных зачатков, носовых отростков. Гибель нейроэпителиальных клеток при образовании нервной трубки.   Образование нервной трубки из нервной пластинки, слияние зачатков структур лица (небных отростков, носовых отростков между собой и с верхнечелюстными отростками).   Образование зачатков конечностей.	Нарушение образования гаструлы, нервной трубки; нарушение структуры, изменение количества или отсутствия гонад.   Отсутствие органа или его доли.   Синдактилия, расщелина твердого неба, расщелины твердой губы, лица, спинномозговые грыжи.   Спинномозговая грыжа, расщелины твердого неба, верхней губы, лица.     Отсутствие конечностей, дополнительные конечности.

Рис. 7. Развитие неба у зародыша свиньи [Карлсон Б., 1983].

а-г - этапы развития вторичного неба (препарат крыши ротовой полости, х 5); д, е (поперечные срезы, иллюстрирующие до и после опускания языка, 1 - верхняя губа; 2 - срединный небный отросток; 3 - латеральный небный отросток; 4 - носовая перегородка; 5 - язык; 6 - шов неба.

Работа 7. Эмбриональная индукция.

Разберите рис. 8, а, б, зарисуйте и обозначьте основные структуры.

Рис. 8. Эмбриональная индукция почки и зуба у млекопитающих, а - развитие почек: 1 - предпочка. 2 - мезонефральный канал, 3 - мезенхима первичной почки, 4 - первичная почка, 5 - вырост мочеточника вторичной почки, 6 - мезенхима вторичной почки, 7 - зачаток вторичной почки, → ин­дукция; б - ранние стадии развития зуба: I — десна нижней челюсти (вид свер­ху): II - поперечный срез десны; III-VI - стадии развития зуба: 1 - гребень десны, 2 - зубная пластинка, 3 - мезодермальные зубные сосочки, 4 - зача­ток эмалевого органа, 5 - амелобласты, 6 - зачаток эмали, 7 – одонтобласты, 8 - зачаток дентина, 9 - зачаток пульпы, 10 - эмаль, 11 - дентин; → индук­ция; ↔ − взаимная индукция.

Лечебный факультет:

а. Эмбриональная индукция, обусловливающая развитие почек у млекопитающих (рис. 8, а).

Мезонефральный (вольфов) канал индуцирует образование первичной почки. Вырост мочеточника из мезонефрального канала индуцирует образование вторичной почки, которая в свою очередь поддерживает рост мочеточника. Метанефрогенная мезенхима индуцирует ветвление мочеточника. Эпителий разветвлений мочеточника индуцирует мезенхиму к образованию почечных канальцев.

Стоматологический факультет

б. Эмбриональная индукция, обусловливающая развитие зуба у млекопитающих (рис. 8, б) [Дьюкар Э., 1978].

Первый зачаток зубов - зубная пластинка, утолщенная по­лоска эктодермы по гребню десны, развивается независимо от мезодермы. Под зубной пластинкой появляется ряд мезодермальных зубных сосочков, которые индуцируют образование из эктодермы зачатков эмалевого органа (при удалении мезодермальных сосочков зачатки эмалевого органа не образуются). Взаимная индукция между эмалевым органом и мезодермальным зубным сосочком приводит к формированию клеток, об­разующих эмаль, дентин и пульпу. На следующей стадии дифференцировки возникающие эмаль и дентин оказывают взаимное влияние на развитие друг друга.

Работа 8. Взаимосвязь нервной системы и иннервируемого ею органа в онтогенезе.

Взаимодействие между центрами ЦНС и иннервируемыми органами устанавливается на ранних этапах эмбриогенеза, при­чем эти структуры взаимно стимулируют развитие друг друга. Отсутствие периферических нервов или их повреждение (на­пример, лекарственными препаратами, токсинами токсоплазмы и др.) вызывают нарушение формирования иннервируемых ими структур. Так, например, в Европе родились несколько со­тен детей с отсутствием конечностей, матери которых в период беременности принимали снотворное талидомид.

В постнатальном периоде сохраняется взаимосвязь между нервной системой и иннервируемыми органами. Родовые трав­мы головного мозга и периферических нервов приводят не только к параличам, но и к атрофии мышц и отставанию роста соответствующих конечностей или односторонней гипотрофии структур лица (при врожденном параличе VI-VII черепных нервов). Способствуют восстановлению поврежденных струк­тур головного и спинного мозга пассивные движения (для это­го созданы специальные аппараты), массаж и физиотерапевти­ческая стимуляция иннервируемых органов.

При нейрофиброматозе (аутосомно-доминантный тип на­следования) развиваются опухоли периферических нервов. Если заболевание начинается в раннем детстве, то на той сто­роне тела, где развиваются опухоли, возникает гипертрофия костей и мягких тканей. Например, развивается дизморфоз лица (несимметричное, непропорциональное развитие струк­тур, формирующих лицо).

Установлено, что в раннем детстве игры, способствующие движению кистей рук, особенно мелкие, точные формы дея­тельности, стимулируют развитие структур головного мозга, в том числе и развитие интеллекта.

Разберите схемы экспериментов по изучению взаимосвязи нервных центров и иннервируемых органов.

Удаление нерва на левой стороне зародыша аксолотля при­вело к отсутствию конечности на оперированной стороне тела. Отсутствие конечности может быть обусловлено действием нейротропных тератогенов (токсины при токсоплазмозе, тали­домид и др.) (рис. 9, а).

Удаление зачатка конечности у зародыша аксолотля приво­дит к уменьшению размеров ганглиев и рогов серого вещества спинного мозга на оперированной стороне (рис. 9, б).

Рис. 9. Взаимосвязь нервных центров и иннервируемых органов [Дьюкар Э., 1978, с изменениями].

а - влияние спинномозговых нервов на развитие конечности: 1 - спинной мозг, 2 - спинномозговой нерв, иннервирующий конечность, 3 - спинномоз­говой ганглий, 4 - конечность; б- влияние зачатка конечности на развитие сегментов спинного мозга (поперечный сред зародыша аксолотля с удаленным зачатком конечности: 1 - спинномозговой ганглий, 2 - спинномозговой нерв, 3 - дорсальные рога серого вещества спинного мозга, 4 - вентральные рога се­рого вещества спинного мозга.

Работа 9. Гормональная регуляция онтогенеза у плацентар­ных млекопитающих.

Изучите по табл. 3 влияния гормонов на процессы разви­тия организма.

Таблица 3

Источник образования гормона	Гормоны	Основные эффекты
Гипоталамус Гипофиз Эпифиз (шишковид­ное тело) Щитовид­ная железа Поджелудоч­ная железа Надпочеч­ники Яичники: фолликулы желтое тело Плацента Семенники Тимус	Либерины Статины Гонадолиберин     Соматропный гормон   Тиреотропный гормон(ы)   Адренокортикотропный гормон (АКТГ) Гонадотропины: а) фолликулостимулирующий гормон (ФСГ) б) лютеинизирующий гормон (ЛГ) в) пролактин (лютеотропный гормон - ЛТГ)   Мелатонин (син­тезируется но­чью) Серотонин (син­тезируется днем)     Тироксин   Инсулин   Кортизол   Эстрогены   Прогестерон     Прогестерон     Хорионический соматомаммотропин (плацен­тарный гормон роста)   Тестостерон     Фактор, ингибирующий парамезонефральные протоки Дигидротестостерон   Тимозин	В раннем эмбриогенезе гормоны ги­поталамуса влияют на дифференцировку и миграцию нейронов. В позднем эмбриогенезе и постна­тальном периоде - регулируют разви­тие опосредованно путем изменения синтеза гормонов гипофиза. Усиливают синтез гормонов аденогипофиза. Тормозят синтез гормонов аденогипофиза. Определяет момент наступления по­ловой зрелости и характер полового поведения.   Усиливает пролиферацию клеток и синтез белка. В постнатальном перио­де регулирует рост. Ускоряет рост и дифференцировку клеток щитовидной железы. Стимулирует рост надпочечников и продукцию стероидов.   Усиливают пролиферацию стволовых клеток, рост фолликулов в яичниках, стимулируют рост семенных канальцев и семенников, образование поло­вых гормонов в гонадах. Инициируют гаметогенез. Поддерживает желтое тело беремен­ности в активном состоянии. Стиму­лирует рост молочной железы и секрецию молока. Регулирует суточные биологические ритмы, половое созревание и репро­дуктивные функции. Чувствительные к серотонину нейро­ны регулируют поведение, сон, про­цессы терморегуляции. Регуляция двигательной активности пищеварительного тракта.   Повышает интенсивность обмена ве­ществ и синтеза белка; регулирует развитие головного мозга, рост и про­порции тела.   Необходим для нормального развития производных кожи. Инициирует дифференцировку молочной железы. Усиливает пролиферацию.   Необходим для нормального развития многих органов на поздних стадиях он­тогенеза. Стимулирует поздние стадии дифференцировки молочных желез.   Стимулируют развитие женских вто­ричных половых признаков; способст­вуют пролиферации и секреции в эпи­телиальных клетках матки; начальных изменений в молочных железах. Сохранение беременности; дальнейшая дифференцировка молочных желез.   Дальнейшая пролиферация эпителия матки и сохранение беременности; дальнейшая дифференцировка мо­лочных желез. Действие, сходное с действием гормо­на роста и пролактина гипофиза.     Определяет развитие мужских поло­вых путей, семенников, вторичных половых признаков и гормональной функции гипоталамуса (в эмбриогенезе), ингибирует развитие молочных желез, регулирует рост тела. Регрессия парамезонефральных мюллеровых протоков.   Развитие предстательной железы, пениса, мошонки.   Пролифирация Т-лимфоцитов.

Работа 10. Воздействие вредных факторов среды на зародыш.

Изучите таблицу 4, разберите и зарисуйте схему 1, приведите примеры прямого и опосредованного повреждения зародыша.

Таблица 4

Факторы	Основные механизмы нарушений	Эмбрио- и фетопатии
I. Неполноценное питание матери 1. Голодание и недоедание 2. Дефицит белка   3. Дефицит вита­минов (часто без гиповитаминоза у матери): витамина А     витамина В2     витамина С     витамина Е     фолиевая кислота   4. Избыток витаминов: витамина А   витамина С   II. Заболевания матери 1. Ревматические пороки сердца     2. Ненаследственные врожден-ные пороки сердца   3. Гипертониче­ская болезнь   4. Анемия     5. Сахарный диабет   6. Тиреотоксикоз   7.Патология надпочечников   8. Иммунологи­ческий конфликт (по резус-факто­ру и системе АВ0; наиболее часто несовмес­тимы: 0 - А, 0 - В, А - В, В - А, комбинации групп крови ма­тери и плода) III. Внутриутроб­ные инфекции 1.Вирус краснухи   2. Вирус гриппа   3. Вирус полиомиелита   4. Вирусный ге­патит (болезнь Боткина)     Токсоплазмоз     IV. Ионизирующая радиация   V. Влияние хи­мических соеди­нений, в том чис­ле лекарственных веществ (более 600 соединений) Никотин   Алкоголь	Нарушение трофики за­родыша.     Нарушение метаболизма у зародыша.   Нарушение окислитель­но-восстановительных процессов в эпителии. Нарушение роста, обра­зование ферментов био­логического окисления. Нарушение процессов окисления, образования соединительной ткани, биосинтеза. Нарушение окисления жиров, приводящее к по­явлению токсичных про­дуктов. Нарушение синтеза ряда аминокислот, метальных групп.   Нарушение роста, окислительно-восстановительных процессов.   Гипоксия, нарушение трофики, дистрофиче­ские изменения плацен­ты.   Гипоксия, нарушение трофики, дистрофиче­ские изменения плаценты.   Гипоксия, нарушение маточно-плацентарного кровообращения, морфофункциональные на­рушения плаценты. Нарушается транспорт кислорода к плоду, де­фицит железа, морфоло­гические изменения пла­центы. Гормональные сдвиги, гипергликемия и кетоацидоз, ухудшение маточно-плацентарного кровообращения, пато­логические изменения в плаценте.   Повышенное выделение гормонов щитовидной железы.     Недостаток или избыток гормонов надпочечников. Проникают через пла­центу резус-антитела. Проникновение через плаценту неполных изоиммунных антител А и В, которые вызывают ге­молиз эритроцитов пло­да. Выделившийся не­прямой билирубин явля­ется сильным тканевым токсином.   Инфицирование зароды­ша, особенно в первые три месяца развития. Инфицирование плода, интоксикация организма матери, гипертермия, нарушение маточно-плацентарного кровообра­щения. Вирус переходит через плаценту, вызывая забо­левание. Патологические изменения материнского организма, изменения в плаценте.   Эндометрит, проникновение паразита через плаценту, приводящее к нарушению развития зародыша на ранних сроках.   Поражение зародыша проникающими радиацией и токсичными продуктами поврежденных тканей.     Непосредственное дейст­вие на зародыш. Наруше­ние структуры и функ­ции плаценты. Патологи­ческие изменения в мате­ринском организме. Прямое токсическое действие на плод, пла­центу и организм матери. Повреждение гамет, ге­неративные мутации. Прямое токсическое действие.	Гипотрофия плода, различные аномалии развития, преимущественно центральной нервной системы, мертворождение, ослабленные, склонные к заболевани­ям дети.     Дефекты органов зрения и мочеполовой системы.   Деформация конечно­стей, расщепление твер­дого неба, гидронефроз, гидроцефалия, аномалии сердца и др. Возможны гибель заро­дыша, выкидыш.     Аномалии мозга, глаз, скелета.   Пороки сердца и сосудов.     Расщепление твердого неба, анэнцефалия. Увеличивается вероят­ность выкидыша.   Гипотрофия плода, функциональная незре­лость, аномалии органов и систем, преимущест­венно сердечно-сосуди­стой. У детей часто встречаются инфекционно-аллергические за­болевания и нарушения нервной системы. Гипотрофия плода. По­роки развития, в основ­ном сердца и сосудов.   Гипотрофия плода, на­рушения сердечно-сосу­дистой системы. Повы­шенная заболеваемость у детей.   Гибель плода, наруше­ние центральной нерв­ной системы, анемия у детей.   Гибель плода, недоно­шенные, незрелые с повышенной массой плоды, функциональная не­зрелость поджелудочной железы, легких, реже из­менения щитовидной железы, почек. Встреча­ются анэнцефалия, гид­ронефроз и другие нарушения центральной нервной системы Нарушение формирова­ния центральной нерв­ной системы, щитовид­ной железы и, меньше, других желез внутренней секреции. Реже аномалии сердечно-сосудистой системы, костно-мышечной, половой и др. Функциональная неполно­ценность надпочечников. Гемолитическая болезнь плода и новорожденного.   Аномалии сердца, мозга, органов слуха, зрения и др. Аномалии половых орга­нов, катаракта, «заячья губа».     Врожденный полиомие­лит.   Уродства на разных стади­ях развития. Врожденный вирусный гепатит, ослож­ненный циррозом печени; задержка развития. Уродства головного моз­га, глаз, конечностей, «волчья пасть», пороки сердца, заболевания эн­докринных органов.   Врожденная лучевая бо­лезнь. Наиболее часто паралич нервной системы. Могут быть анома­лии глаз, сосудов, легких, печени, мочеполовых ор­ганов, конечностей.   Различные пороки раз­вития, зависящие от ве­щества, дозы и срока по­ступления.     Гипотрофия, склонность детей к респираторным заболеваниям. Умственная отсталость, психические заболева­ния, пороки сердца, эпи­лепсия, алкогольное по­ражение плода.

Схема 1. Воздействие вредных факторов среды на зародыш.

Работа 11. Критические периоды в онтогенезе человека.

Изучите и перепишите табл. 5.

Таблица 5

Периоды онтогенеза человека	Критические периоды	Возможные нарушения развития
Предымплантаци­онный и имплантационный   Период гисто- и органогенеза и начала плацентации Перинатальный пе­риод (роды)   Период новорожденности     Подростковый (пу­бертатный)     Климактерический	Для всего зародыша     Для разных органов и систем не совпадают по времени Для всего организма и отдельных органов и систем Для всего организ­ма и отдельных ор­ганов и систем   Для всего организ­ма и отдельных ор­ганов и систем   Для всего организ­ма и отдельных ор­ганов и систем	Гибель зародыша Двойниковые уродства Наследственные болезни Пороки и аномалии развития различных органов и систем, гибель зародыша Травмы, детский церебральный паралич, слабоумие, гибель Высокая вероятность перегревания, переохлаждения, патологии различных организмов и систем, неспецифических инфекций и гибели Повышен риск проявления ненаследственных заболеваний, нарушения обмена веществ, подростковых нарушений поведе­ния, психической ранимо­сти, агрессивности. Увели­чивается смертность Возрастает риск развития соматических и психиче­ских болезней, увеличива­ется частота возникнове­ния опухолей. Повышается смертность