Embryonální diapauza u savců Přemysl Bartoš Osnova • Stručné shrnutí pojmu • Časná embryogeneze • Mezidruhové rozdíly • Rozdělení • Faktory ovlivňující embryonální diapauzu • Regulace embryonální diapauzy • Účely výzkumu Embryonální diapauza • reprodukční strategie, zvyšující šanci na přežití u narozených mláďat • objevuje se u celé řady bezobratlých i obratlovců, včetně zhruba stovky savců sedmi různých řádů • během ED u savců dochází k pozastavení vývoje zárodku ve stádiu blastocysty, která zůstává volně v děloze Embryonální diapauza • růst blastocysty výrazně omezen, nebo úplně zastaven • k obnovení růstu dochází až po implantaci do stěny děložní sliznice • začátek, průběh a ukončení diapauzy je řízeno souhrou faktorů prostředí s faktory hypofýzy, ovarií a dělohy a liší se mezi jednotlivými druhy zvířat • zastavení buněčného cyklu embrya je pravděpodobně způsobeno nedostatkem mitogenních faktorů z ovarií a dělohy popř. expresí inhibitorů buněčného cyklu Časná embryogeneze Mezidruhové rozdíly • morfologie dormantních (diapauzujících) embryí se v závislosti na živočišném druhu značně liší – glykoproteinový obal vajíčka (zona pellucida) • u šelem a vačnatců zachován až do momentu implantace • u hlodavců uvolnění blastocysty ještě před vstupem do diapauzy (tzv. „hatching“) – počty buněk v proliferující blastocystě (cca 3 dny) • blasotcysta myši zhruba 130 buněk • blastocysta vačnatce 100 buněk • blastocysta lasicovité šelmy 250-500 buněk – u některých druhů se mění velikost blastocysty, která v dutině blastocoelu akumuluje tekutiny, i v průběhu diapauzy – některé lasicovité šelmy i proliferace (jen trofoblast) Rozdělení Fakultativní Rozdělení • Fakultativní – pozastavení vývoje embrya v důsledku laktace – reprodukční adaptace, zajišťuje samicím maximální produkci mláďat v nejkratším možném čase – pokud dojde k úmrtí potomků sajících mléko, nebo k jejich odstavení, vývoj embrya v děloze se obnovuje – u druhů, které mají říji a páří se během několika hodin po vrhnutí mláďat – někteří hlodavci, vačnatci a hmyzožravci Rozdělení • Obligatorní – objevuje se v rámci každé březosti, nezávisle na laktaci – zajišťuje synchronizaci páření a vrhnutí potomků do nejvhodnější doby – někteří lasicovití, tuleňovití a medvědovití, srny a vybraní netopýři a pásovci – u některých vačnatců se fakultativní a obligátní diapauza vzájemně doplňuje Faktory ovlivňující embryonální diapauzu Exogenní Faktory ovlivňující embryonální diapauzu • Exogenní • Teplota a metabolický stres • jeden z hlavních faktorů, které vyvolávají diapauzu u bezobratlých a plazů • u savců vliv pozorován pouze u omezené skupiny živočichů zvýšení teploty může indukovat fakultativní diapauzu u hlodavců snížení může naopak prodlužovat obligátní diapauzu u některých lasicovitých šelem • Světlo • periodicita osvitu je hlavním vnějším faktorem, který reguluje obligátní embryonální diapauzu u savců Faktory ovlivňující embryonální diapauzu • Endogenní • Pineální žláza • Hormony hypofýzy • Prolaktin • Gonadotropiny • Hormony samičích pohlavních žláz • Estrogeny • Progesteron • Faktory dělohy Regulace embryonální diapauzy • K zastavení buněčného cyklu v průběhu diapauzy dochází pod vlivem exprese CKI z rodiny p21. Ta blokuje komplexy cyklin D1/CDK4, 6 a cyklin E/CDK2, které jsou nezbytné pro přechod do S fáze. Zvýšená exprese CKI je zapříčiněna transkripčními aktivitou FoxO. Syntéza HDAC-5 zabraňuje modifikaci chromatinu nutné pro transkripci dalších genů spojených s průchodem buněčným cyklem. Působení Btg1 zabraňuje přechodu z G0 fáze do G1 fáze, což je další z mechanismů, který přispívá k zastavení buněčného cyklu. • V důsledku působení mitogenních látek z ovarií (estrogenů) a dělohy (rodina EGF, LIF a další), dochází k obnovení vývoje embrya. Fosforylace FoxO vede k jejich přemístění z jádra do cytoplazmy, čímž je zamezena transkripce p21. Zvyšuje se exprese PCNA, dochází k přímé stimulaci cyklinů a buněčný cyklus se znovu rozbíhá Účely výzkumu • je pravděpodobné, že některé z prvků komunikace mezi mateřským organismem a vyvíjející se blastocystou, zůstaly zachovány i u člověka • aplikace v humánní medicíně, především v odvětvích zabývajících se reprodukcí • zastavení velmi rychlé proliferace buněk zárodku v průběhu embryonální diapauzy-regulátory růstu a proliferace zárodku by tak mohli zastavit i dělení u nádorových buněk • izolací pluripotentních buněk blastocysty lze získat embryonální kmenové buňky - možný vhodný kandidát k léčbě celé řady onemocnění a poúrazových stavů • regulace proliferace a diferenciace kultur kmenových buněk Děkuji za pozornost