Эмбриональная индукция. Дифференциация и интеграция в развитии. Молекулярно-генетические механизмы дифференцировки

Эмбриональная индукция — взаимодействие между частями развивающегося организма у многоклеточных беспозвоночных и всех хордовых.

Например: Если удалить зрительный пузырек, тохрусталик не образуется; если зрительный пузырек имплантировать под эпидермис в какой-либо другой части тела, даже в туловище, в этом месте индуцируется хрусталик.

Дифференцировка. Детерминированные клетки постепенно вступают на путь развития (неспециализированные эмбриональные клетки превращаются в дифференцированные клетки организма). Дифференцированные клетки в отличие от детерминированных обладают специальными морфологическими и функциональными организациями. В них происходят строго определенные биохимические реакции и синтез специальных белков.

Клети печени – альбумин.

Клетки эпидермиса кожи – кератин.

Мышцы – актин, миозин, миелин, миоглобин.

Как правило, дифференциация происходит в эмбриональном периоде и приводит к необратимым изменениям полипотентных клеток эмбриона.

1939 год Томас Морган выдвинул гипотезу: « дифференцировка клеток связана с активностью разных генов одного и того же генома». В настоящее время известно, что в дифференцированных клетках работает около 10% генов, а остальные неактивны. В силу этого в разных типах специализированных клеток функционируют свои определенные гены. Специальными опытами по пересадки ядер из клеток кишечника головастика в безъядерную яйцеклетку было доказано, что в дифференцированных клетках сохраняется генетический материал и прекращение функционирования определенных генов обратимо. Из яйца лягушки удаляли ядро, брали ядро из клетки кишечника головастика. Развитие не происходило, иногда эмбриогенез происходил нормально. Строение взрослой лягушки полностью определялось ядром.

На функционирование генов в процессе развития многоклеточного организма оказывают влияние сложные и непрерывные взаимодействия ядра и цитоплазмы и межклеточные взаимодействия.

Регуляция дифференцировки происходит на уровне транскрипции и на уроне трансляции.

Уровни регуляции дифференцировки клеток.

1. На уровне транскрипции.

- система оперона

-участие белков – гистонов, которые образуют комплекс с ДНК.

Участки ДНК, покрытые гистоном, неспособны к транскрипции, а участки без гистоновых белков транскрибируются. Таким образом, белки участвуют в контроле над считываемыми генами.

Гипотеза дифференциальной активности генов: « Предположение о том, что в разных генах дифференцированных клеток репрессированы (закрыты для считывания) разные участки ДНК и поэтому синтезируются разные виды м-РНК».

2. На уровне трансляции.

На ранних стадиях эмбрионального развития весь белковый синтез обеспечивается матрицами, созданными в яйцеклетке до оплодотворения под управлением ее генома. Синтез и-РНК не происходит, меняется характер синтеза белка. У разных животных синтез включается по-разному. У амфибий синтез и-РНК после 10 деления, синтез т-РНК на стадии бластулы. У человека синтез и-РНК после 2го деления. Не все молекулы и-РНК, находящиеся в яйцеклетке одновременно используются для синтеза полипептидов, белков. Часть из них некоторое время молчит.

Морфогенез – образование формы, принятие новой формы. Образование формы чаще всего происходит в результате дифференциального роста. В основе морфогенеза лежит организованное движение клеток и групп клеток. В результате перемещения клетки попадают в новую среду. Процесс происходит во времени и пространстве.

Дифференцированные клетки не могут существовать самостоятельно, кооперируются с другими клетками, образуя ткани и органы. В образовании органов важно поведение клеток, которое зависит от клеточных мембран.

Клеточная мембрана играет роль в осуществлении

-клеточных контактов

-адгезии

-агрегации.

Для формирования органа необходимо присутствие в определенном количестве всех клеток, обладающих общим органным свойством.

Смешивали клетки глазных зачатков и хряща. Раковые клетки не способны к сегрегации и неотделимы от нормальных. Остальные клетки подвержены сегрегации

Понятие о гомеостазе-гомеокинезе. Общие закономерности гомеостаза живых систем. Генетические, клеточные и системные основы гомеостатических реакций организма. Роль эндокринной, нервной и иммунной систем в обеспечении гомеостаза и адаптивных изменений. Виды гомеостаза.

Гомеостаз – способность сохранять относительное динамическое постоянство внутренней среды.

Он выражается в относительном постоянстве химического состава, осмотического давления, устойчивости основных физиологических функций в организмах растений, животных, человека. Понятие гомеостаза не связано со стабильность. процессов. Гомеостаз выработался в процессе эволюции, наследственно закреплен.

Ну и некоторые закономерности можно вспомнить.

Клеточный уровень: установление гомеостаза клеточной среды обеспечивается мембранными системами, с которыми связаны биоэнергические процессы и регулирование транспорта веществ в клетку и из нее.

Генетический уровень: тут видимо суть в том, что считывание генетической информации должно происходить без ошибок, это и обеспечивает нормальный гомеостаз. Также можно сказать про восстановление генома, репарацию за счет ферментов и т.д.

Системный уровень: обеспечивается взаимодействием важнейших регуляторных систем: нервной, эндокринной и иммунной.

Роль эндокринной: гормоны оказывают влияние на обменные процессы, обеспечивающие гомеостаз. Для сохранения гомеостаза необходимо уравновешение функциональной активности железы с концентрацией гормона, находящегося в циркулирующей крови.

Роль нервной: быстрое наступление ответной реакции, как вариант, регуляция работы эндокринной системы, которая, в свою очередь, влияет на гомеостаз.

Гомеорез – стабилизированный гомеостаз, если я правильно понял.

Гомеоклаз – гомеостаз при старении.

36. Проблема трансплантации органов и тканей. Ауто-, алло- и гетеротрансплантация. Трансплантация жизненно важных органов. Тканевая несовместимость и пути её преодоления. Искусственные органы.

Человека или животное, у которого берут орган или ткань для пересадки (трансплантации), называют донором, а организм, принимающий их,— реципиентом.

Аутотрансплантация, или аутологичная трансплантация — реципиент трансплантата является его донором для самого себя. Например, аутотрансплантация кожи с неповреждённых участков на обожжённые. Широко применяется при тяжёлых ожогах. Аутотрансплантация костного мозга или гемопоэтических стволовых клеток после высокодозной противоопухолевой химиотерапии широко применяется при лейкозах, лимфомах и химиочувствительных злокачественных опухолях.

Аллотранспланатация - пересадка органов и тканей от другой особи того же биологического вида (в медицине — от человека).

Гетеротрансплантация - пересадка тканей или органа от особи одного вида (донор) особи другого вида

Ксенотрансплантация - пересадку органов и тканей между двумя организмами разных видов (от животного человеку, напр, пересадка сосудов быка человеку взамен артерий, пораженных атеросклеротическим процессом).

Трансплантация может быть ортотопической и гетеротопической.

Ортотопическая трансплантация - пересадка, при которой орган или ткань помещают на место такого же отсутствующего или удаленного органа или ткани.

Гетеротопическая трансплантация - пересадка, при которой орган или ткань помещают на несвойственное им место.

Проблемы:

Проблема трансплантации сложна, многогранна и требует значительных совместных усилий различных специалистов: врачей и инженеров, химиков и физиков, биохимиков и физиологов

Каждый организм строго индивидуален, поэтому всякая ткань или орган, пересаженные в другой организм, воспринимаются им как чужеродное тело. Эта реакция на чужеродное тело вызывается специфическими веществами, находящимися в пересаженной ткани,— антигенами. Именно этой выраженной реакцией несовместимости объясняется частая гибель пересаженного органа.

Этические проблемы пересадки органов от трупа:

Моральные проблемы получения органов от живых доноров. Живым донором может быть только кровный родственник реципиента. Медицинские работники не имеют права участвовать в операции по трансплантации, если они подозревают, что органы были предметом торговой сделки.

Пути решения:

В последние годы были найдены и успешно применены вещества или физические факторы, способные подавлять нежелательную реакцию иммунитета. Их назвали иммунодепрессантами. К ним относятся гормональные, некоторые химиотерапевтические препараты, рентгеновское облучение.

Пути преодоления несовместимости:

Существуют неспецифические и специфические методы преодоления тканевой несовместимости. К неспецифическим методам относятся:

1) подавление иммунологической реактивности реципиента. Для этой цели используют различные иммунодепрессанты.

2) создание иммунологической устойчивости организма хозяина к трансплантируемым тканям. С этой целью (только экспериментально) эмбрионам и новорожденным вводят различные дозы трансплантата, потом уже во взрослом состоянии — ткани.

К специфическим методам подавления тканевой несовместимости относятся:

1) подбор иммунологически совместимых пар донора и реципиента.

2) получение трансплантационного иммунитета у реципиента. Данный метод возможен лишь в условиях эксперимента. Оба метода не получили широкого применений.

3) «приучивание» реципиента к антигенам донора путем предварительных многократных взаимообменных переливаний крови донора и реципиента.

Искусственные органы:

почка, легкие, сердце, кожа, кости, суставы, сетчатка, кохлеарные импланты.

Один из самых необходимых искусственных органов — это почка.

Искусственная вентиляция легких (ИВЛ) – эффективное средство интенсивной терапии, обеспечивающее газообмен,

Искусственное сердце – механический прибор, который временно берет на себя функцию кровообращения, в случае если сердце пациента не может полноценно обеспечивать организм достаточным количеством крови. Существенным его недостатком является потребность в постоянной подзарядке от электросети.

Все эти устройства можно рассматривать как временную меру, пока пациент ждет орган для пересадки. Все они далеки от совершенства и доставляют больному массу неудобств.