OH_img4-9 OH_img4-5 OH_img4-6 OH_img4-7 OH_img8-2 OH_img6-7 OH_img7-7 OH_img4-11 OH_img5-3 Ústav histologie a embryologie LF MU pvanhara@med.muni.cz OH_img4-4 OH_img4-3 5. Koncept a klasifikace tkání Petr Vaňhara, PhD Organizace lidského těla Hindu Avicenna Moderní buněčná teorie Jan E. Purkyně Matthias J. Schleiden Theodor Schwann Robert Remak Rudolf Wirchow a další Aristoteles a navazující středověká medicína 200px-Acupuncture_chart_300px Chinese medicine thomas-deerinck-yeast-saccharomyces-cerevisiae-budding-and-with-bud-scars-sem-x6000_i-G-64-6457-DDX H100Z Four_3-day_old_Aspergillus_colonies_on_a_Petri_dish Co je podstatou buněčné a tkáňové variability mnohobuněčného organismu ? ANd9GcRX3ftnSb-Rcd-VqAi8tD32Zzbvnumvq7VIV0Lj-TAD4SLqK2M4gg Jak se liší myš a kvasinka? Co je to vlastně tkáň? Moderní buněčná teorie § Organismy jsou složeny ze základních jednotek - buněk § Nové buňky vznikají pouze dělením stávajících buněk § Buňky představují termodynamicky otevřený systém § Dědičná informace se přenáší na dceřiné generace § Buňky se neliší v základním strukturním a chemickém složení animal%20cell Orgány a tkáně Tkáně - funkční, trojrozměrné, organizované seskupení morfologicky podobných buněk a jejich produktů a derivátů - 6 ´ 1013 buněk více než 200 různých typů Orgán – část těla adaptovaná k funkci – skládá se z jednotlivých tkání Kmenové buňky Asymetrické dělení Diferenciace Asymmetric cell division during animal development Knoblich JA. Asymmetric cell division during animal development. 2001. Nat Rev Mol Cell Biol Kmenové buňky Totipotence - Všechny buňky těla včetně extraembryonálních tkání - Zygota a raná stádia Pluripotence - Všechny buňky těla s výjimkou trofoblastu - Blastocysta – Inner cell mass - ICM (embryoblast) - Embryonální kmenové buňky (hESCs) Multipotence - Různé buněčné typy v rámci tkáně - Mesenchymální SC, hematopoietické SC http://www.embryology.ch/anglais/evorimplantation/furchung01.html Hematopoietic_Stem_Cells Oligo- a unipotence - Jeden nebo několik buněčných typů – hematopoietické buňky, tkáňové prekurzory (obnova epitelů apod.) BC%20Day5 Kmenové buňky Tkáňové (adultní) kmenové buňky - regeneration and renewal of tissues - GIT, CNS, mesenchym - regenerativní medicína, nádorová biologie Embryonální kmenové buňky - odvozeny z embryoblastu (ICM) blastocysty - pluripotentní - model rané embryogeneze, histogeneze, význam pro regenerativní medicínu BC%20Day5 File:Stem cell division and differentiation.svg nrg1840-f1 Nádorové kmenové buňky - solidní tumor je vždy heterogenní - malá populace buněk s charakterem SC může znovu iniciovat růst tumoru Indukované pluripotentní kmenové buňky - dospělá diferencovaná buňka (fibroblast) je dediferencovaná do pluripotentního stavu - reprogramovaná k diferenciaci do žádaného buněčného typu - regenerativní medicína, buněčná a genová terapie Nakagawa M., Yamanaka S. Reprogramming of Somatic Cells to Pluripotency. In Meshorer E., Plath K., (eds). The Cell Biology of Stem Cells. Landes Bioscience 2010. File:Cancer stem cells text resized.svg Kmenové buňky Nobel prize 2012 Mikroskopická stavba tkání Evoluční historie Embryonální vývoj Epigenetický profil Mezibuněčné interakce Funkční adaptace Dynamika genové exprese TKÁŇ Rozdíly v těchto parametrech se odrážejí ve vlastní histologické stavbě tkání Je dána průnikem velkého množství parametrů Genetický a epigenetický profil tkání Výslednou stavbu a funkci tkání určuje projev řady strukturních genů – různý v různých lokalizacích i časových úsecích doi:10.1038/nature10523 Embryonální původ Ektoderm Mesoderm Entoderm Trilaminární zárodečný disk (3. týden) Embryonální původ § Pojivová tkáň hlavy, lebka, dentin § § Kosterní svalovina hlavy, trupu a končetin § Dermis § Pojivová tkáň § § § Urogenitální systém + vývody a přídatné žlázy § § § Viscerální pojivová tkán § Serózní membrány pleury, peritonea a perikardia § Krevní buňky, leukocyty § Kardiovaskulární a lymfatický systém § Slezina § Adrenální kortex § Epitel GIT s výjimkou ústní dutiny a části análního kanálu § Extramurální žlázy GIT § Epitel močového měchýře a trubice § Epitel respiračního systému § Thyroidea, parathyreoidní tělíska, thymus § Parenchym tonsil § Epitel cavum tympani a Eustachovy trubice § Epidermis a její deriváty § Rohovka a epitel čočky § Zubní sklovina § Vnitřní ucho § Adenohypofýza § Epitel ústní dutiny a části análního kanálu § Neurální trubice a její deriváty: - CNS - Retina - Neurohypofýza - Epifýza § Neurální lišta a její deriváty: - Kraniální, spinální, autonomní ganglia, PNS - Schwanovy buňky, gliální buňky, - Chromafinní buňky nadledviny - Enteroendokrinní buňky - Melanoblasty - Mesenchym hlavy a jeho deriváty – faryngeální oblouky - Odontoblasty Entoderm Ektoderm Mesoderm Evoluční historie Redukce vlastní buněčné identity během vývoje mnohobuněčných organismů - Striktní kontrola buněčného dělení - Schopnost diferenciace a funkční specializace - Programovaná buněčná smrt Selekční tlak vedoucí k vytvoření efektivní mezibuněčné kooperace - Transport živin, pohyb, reprodukce… Evoluční novinky - Lokomoční polarita, bazální membrána, mezibuněčná spojení - Extracelulární trávení, chemické (acetylcholin) a elektrické synapse, senzorické buňky - Primární (apikální-blastoporální) a sekundární (anterio-posteriorní) osa těla - Příčně pruhované svaly, protonefridie (vylučovací systém) Příklad plasticity tkání – buňky neurální lišty Ref.: Shakhova O., Sommer L. Stem Book 2012. Neural crest-derived stem cells Molekulární principy histogeneze doi:10.1038/sj.hdy.6800872 Příklad: Hox komplex Starobylá skupina genů řídích transkripci ostatních regulátorů Tkáňová diferenciace podél anterio-posteriorní osy Člověk (39 genů) Cluster Chromozom Počet Hox genů HoxA 7 11 HoxB 17 10 HoxC 12 9 HoxD 2 9 Hox komplex a morfogenetické pole Příklad I: Diferenciace myšího urogenitálního traktu (prostata) Posterior Anterior Místně i časově specifická exprese různých regulačních genů určuje výslednou lokalizaci, orientaci i podobu tkáně Posterior Anterior Dorsal Ventral doi: 10.1210/en.2006-1250 Hoxb13 Distal Proximal The cutting-edge of mammalian development; how the embryo makes teeth Příklad II: Růst a diferenciace zubu - Indukce a tkáňové interakce - interakce orálního epitelu a dentálního mesenchymu - - specifická exprese homeoboxových genů v mesenchymu ohraničuje regiony, ve kterých se bude budoucí zub vyvíjet – odontogenní homeoboxový kód - - jednotlivé okrsky sousedních tkání se ovlivňují pomocí signálních molekul (cytokinů) – např. BMP, FGF - - morfogeneze zubů podél proximální–distální a orální–aborální/rostrální–kaudální osy OBM010202-f1 OBM010202-f2 Příklad organogeneze - vývoj končetin 4. týden – končetiny v podobě vychlípenin ventrolaterální stěny Apikální ektodermální výběžek (AER) 6. týden – rozlišitelné dlaně a chodidla vytvořená základní chrupavčitá kostra (hyalinní chrupavka) endochondrální osifikace od 12. týdne primární osifikační centra v dlouhých kostech) Tvar končetin 6. týden 8. týden Tvorba chrupavčitého skeletu HOX Tvorba končetin Limbbuddiagram.jpg Vaskularizace AER ZPA Ektoderm Mesenchym BMP FGF IGF … Proliferace Thalidomid Poruchy vývoje končetin Unilaterální amelie Meromelie (phocomelia) http://t3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcS1PDgoA2_XJcth47O3kRCgwoc-9CpbQUyFOes7X3W6pRkQ3rEv Kritický první trimestr Proč se zajímat o embryonální vývoj tkání a molekulární mechanismy histogeneze? - Regenerativní a transplantační medicína - Individualizace léčby na míru konkrétnímu pacientovi - Vývoj a testování specifických léčiv - Modelování různých onemocnění Přestávka MC900293200[1] Raný embryonální vývoj a vznik tkání http://abivf.com/Portals/18511/images/eggfert1day_lrg.jpg Na začátku vývoje je jen jediná buňka epiteljpg Neuron2 fibr2 musclecell bloodcells http://www.feppd.org/ICB-Dent/campus/biomechanics_in_dentistry/ldv_data/img/bone_10.JPG illus_fetus.jpg Lidské tělo 1013 – 1014 buněk (10 000 000 000 000 – 100 000 000 000 000) http://www.glowm.com/resources/glowm/graphics/figures/v5/0470/002f.jpg http://29.media.tumblr.com/tumblr_lnxpagxPnG1qzdlr7o1_400.gif http://4.bp.blogspot.com/-wvZiD4-9OPg/TgF0cXaffzI/AAAAAAAABa4/qhqUIxYTClo/s1600/Zygote-image.jpg Týden 1 Den 1 – 7 po oplození Týden 2 Embryonální tkáně vznikají pouze z malé skupiny buněk Bilaminární zárodečný disk Týden 2 Týden 3 Tvorba třetího zárodečného listu Trilaminární zárodečný disk Týden 3-8 Jsou určeny tělní osy Je rozhodnuto o osudu všech buněk a vývoji tkání Koncem 8. týdne embryo začíná mít lidský tvar – plod (fetus) http://qs1252.pair.com/monarchm/elsevier/drake2e_v1/images/module58/58_04.jpg http://media.rasoulallah.net/Images/E3JAZ/embryo_human_004.JPG http://embryology.med.unsw.edu.au/wwwhuman/stages/Images/CSt11.gif http://embryology.med.unsw.edu.au/Medicine/images/st11oralm.jpg http://embryology.med.unsw.edu.au/wwwhuman/Stages/Images/Cst800.jpg Týden 8 Týden 13 Týden 21 Tkáně Tkáň Z definice: tkáň – struktura těla tvořená buňkami stejného (podobného) typu vyvinutých k plnění určité funkce. Z různých tkání jsou složeny jednotlivé orgány (lekarske-slovniky.cz). …ale jen čtyři základní typy tkání Více než 200 různých buněčných typů v lidském těle… Epitelová Svalová Nervová Pojivová Současná klasifikace tkání Na základě morfologických a funkčních znaků Obsahují myofibrily à schopnost kontrakce Derivát mezodermu - KS, myokard, mezenchymu - HS Výjimečně ektoderm (např. m. sphincter a m. dilatator pupillae) Neurony a neuroglie Příjem a přenos elektrického vzruchu Derivát ektodermu, výjimečně mezenchymu (mikroglie) Dominantní přítomnost extracelulární matrix Vazivo, chrupavka, kost, tuková tkáň Derivát zejména mezenchymu Kontinuální, avaskulární vrstvy buněk s různou funkcí, orientovaných do volného prostoru, se specifickými mezibuněčnými spoji a minimem mezibuněčného prostoru a ECM Deriváty všech tří zárodečných listů http://www.arthursclipart.org/medical/humanbody/muscle%20tissue.gif http://djpowell.files.wordpress.com/2009/02/neuron-network.jpg http://www.technion.ac.il/~mdcourse/274203/slides/Connective%20%20Tissue/2-Loose%20Connective%20Tis sue-A.jpg http://www.temple.edu/dentistry/admissions/Images/epithelium.jpg Tkáň epitelová Buňky kryjící a vystýlající povrchy – buňky jsou otevřené do volného prostoru Odvozeny ze všech tří zárodečných listů Funkční a morfologické adaptace http://www.temple.edu/dentistry/admissions/Images/epithelium.jpg Různé funkční adaptace ― Krycí (kůže) Keratin Epitel Podkoží Různé funkční adaptace ― Absorpční (střevo) http://t2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRE64pmaqacVK9t6BESYFsbrA_TDKVfFGcl7PK4X8lxnVDYWirA Různé funkční adaptace ―Sekreční (epitelové žlázové buňky) http://www.vivo.colostate.edu/hbooks/pathphys/misc_topics/goblet_he.jpg http://www.vivo.colostate.edu/hbooks/pathphys/misc_topics/goblet_pas.jpg Různé funkční adaptace ― Vnímání (neuroepitel) http://ctrgenpath.net/static/atlas/mousehistology/Windows/senses/pics/vomeronasal_organ10xleg.jpg Vomeronasální orgán Tkáň pojivová Mezenchymální původ Vazivo, chrupavka, kost http://embryology.med.unsw.edu.au/Medicine/images/streak.jpg http://kentsimmons.uwinnipeg.ca/cm1504/15lab42006/DensRegularCT.jpg http://www.technion.ac.il/~mdcourse/274203/slides/Connective%20%20Tissue/2-Loose%20Connective%20Tis sue-A.jpg http://www.feppd.org/ICB-Dent/campus/biomechanics_in_dentistry/ldv_data/img/bone_10.JPG http://www.drsharma.ca/wp-content/uploads/sharma-obesity-adipocytes2.jpg http://www.newarkcolleges.com/kponto/AreolarConnectiveTissueSkin.jpg Tkáň svalová Mezenchymální původ Hladká svalovina Příčně pruhovaná (kosterní) svalovina Srdeční svalovina (myokard) http://www.arthursclipart.org/medical/humanbody/muscle%20tissue.gif http://www.uoguelph.ca/zoology/devobio/miller/013638fig6-17.gif http://clcpages.clcillinois.edu/home/bio567/pages/newtissues/Heart%20muscle%2004.jpg File:Sarcomere.svg Tkáň nervová ― Centrální (CNS) a periferní nervová soustava (PNS) ― Nervový systém CNS je oddělený hematoencefalickou bariérou ― Neurony (1010-1011), neuroglie a Schwannovy buňky 2875_c3c9_500 http://www.mda.org/publications/images/q81cmt_axon.jpg http://djpowell.files.wordpress.com/2009/02/neuron-network.jpg Ektoderm Mesoderm Endoderm Epidermis a některé kožní deriváty Svalová tkáň Plíce CNS/PNS Ledviny Pankreas Pigmentové buňky Urogenitální systém Štítná žláza Oční čočka Srdce Žaludek Pojivová tkáň hlavy Krev Střevo Slezina Močový měchýř Embryonální původ tkání Orgán – skupina tkání vykonávající určitou funkci např. srdce, mozek, plíce, játra, střeva, děloha, slinivka Orgánová soustava – skupina orgánů s určitou funkcí např. : • Trávicí soustava (ústní dutina, jazyk, zuby, jícen, žaludek, střevo, atd.) • Dýchací soustava (dýchací cesty, plíce) • Vylučovací soustava (ledviny, močové cesty) • Žlázy s vnitřní sekrecí (slinivka, štítná žláza, vaječníky, nadledviny) • Žlázy s vnější sekrecí (slinivka, játra, potní a mazové žlázy, slinné žlázy) Orgány a orgánové soustavy • Pohybová a opěrná soustava (svaly, kosti chrupavky) • Oběhová (srdce, cévy) • Mízní (mízní cévy a uzliny) • Nervová (mozek, mícha, smyslové orgány) • Rozmnožovací (vaječníky, děloha, prsní žlázy, genitálie) • Krycí (kůže a její deriváty) Orgánová soustava – skupina orgánů s určitou funkcí Po této přednášce máte představu o: • základní architektuře, funkci a typizaci tkání, orgánů a orgánových soustav • embryonálním a fetálním vývoji • principu utváření orgánů, tvarů a struktur Děkuji za pozornost www.med.muni.cz/histol/histolc.html pvanhara@med.muni.cz Petr Vaňhara, PhD. Ústav histologie a embryologie LF MU LFMU-logo mu