Embryologie Jiří Pacherní jipa@sci.muni.c; Podpořeno projektem FRVS 524/2011 Bone Tubule Red 11■.siii" celt of the blood kidney cells 5- hicial muscle 1__ Endoderm (internal layer) Germ cells i f 1 J. Digestive atory tubc Pharynx lube Monuch Thyroid l.ung cell «II cell .ilviMil.i:-cd]) [ 1 Male Female ;/0 Sperm F.gg Základní procesy na buněčné úrovni ❖ dělení buněk - pr OI if e r QCe ❖půst buněk - hypertrofie ❖ předurčení, rozrůzňování o zrání buněk - determinace, diferenciace a maturace^r^ ❖ > přesun buněk - miqPQCe M spojování buněk do větších celku - QSOCIQCe (tkáně, orgány > odumírání buněk - QpOpŤOSQ, buněčná smrt > produkce extracelulární matrix Proliferace ~ buněčný cyklus Proliferace ~ buněčný cyklus Proliferace ~ buněčný cyklus Enzymovými hnacími motory buněčného cyklu jsou na cyklinech závislé kinázy - cdk (cyklin-dependent kinase) trlooor mrtosls rracíilnůry t M-[)]i(]SLi'[)fúrnottn(i factor w jMMM]||| :. trlfloař DNA rapiIcHttor machina ry Rozdílné proporce v jednotlivých fázích cyklu u časných embryonálních buněk BlilMDL-Oťl Timing of i he tell cycle during cleavage in Xenopas early e m b ryo nic cell cycle ■ S M S M (C- M —I M From The Ar\ of MBoC^ © 1995 Garland Publishing, Inc. )iferenciace Pluripotent Stem Cells Blood cells Neural cells Cardiac muscle i = > na základě změn čtecích rámců genotypu změna fenotypu významná součást diferenciace determinace = předurčení maturace = zrání (finální krok) D if erenclace ■ pluripotent (B) Committed stem cell Progenitor cell Differentiated cells Pluripotent Other Mem Hcmangioblast Multipoint Myeloid stem cells cells stem cell hematopoietic item progenitor cell (uncommitted) (committed) cell (committed) {precursor) eosinophil Neutrophil Basophil Monocyte Ä^" I'Luelcb Migrace buňky cestují (aktivní pohyb = zapojení cytoskeletu) tkáň roste směrem k buňce nebo jiné tkání navigace - prostor - chemokiny - cesta v extracelulární matrix Asociace spojování buněk v tkáně, tkáně v orgány tvorba extraceluární matrix, membrán/blan opěrných struktur - tzv. samoorganizace (self-organization) m Apoptósa buněčná smrt, programovaná buněčná smrt přirozený mechanismus odstraňování nepotřebných buněk - buňky se rozpadají na menší membránou ohraničené útvary, které jsou odstraněny zejména fagocytózou, případně autofagií - za fyziologických podmínek je přísně regulovaná je nezbytná pro vývoj tkání, orgánu organismu^ ■ anolKIS - apoptósa indukovaná uvolněním buněk z podkladu - nekrósa - neregulovaná smrt buňky,muže v ní přejít i apoptósa Apoptósa vlastní proces enzymy - kaspásy (rodina proteás) aktivační kaspásy - aktivují exekuční kaspásy exekuční kaspásy - štěpí buněčné proteiny, zejména cytoskelet 1A poptosa _ Some Functions of PCD in Animal Development Sc u 1 ptin g Deleting Unwanted Structures Eliminating Dangerous Cells _^_ Mz&tti fruro Jacobson *t si. Morfogeneze - vznik tvaru vchlípení_svinutí vstoupení rozštěpení_obrůstaní Invagination: Infolding of cell sheet into embryo Example: Sea urchin endoderm Involution: Inturning of cell sheet over the basal surface of an outer layer Example: Amphibian mesoderm Ingression: Migration of individual cells into the embryo Delamination: Splitting or migration of one sheet into two sheets oooqooooo Example: Sea urchin mesoderm, Drosophila neuroblasts Example: Mammalian and bird hypoblast formation Epiboly: The expansion of one cell sheet over other cells Example: Ectoderm formation in amphibians, sea urchins, and tunicates proliferace rust diferenciace migrace asociace apoptósa Regulace Proliferace, diferenciace, migrace, asociace i apoptósa jsou řízeny pestrou škálou faktoru ❖ fyzikálních: tlak, světlo, teplo,.. /&ť*^^iP^ ❖ chemických: proteiny/peptidy, steroidní látky, deriváty lipidu (mastné kyseliny), nukleotidy,plyny chemické faktory extracelulární x intracelulární ► Některé extracelulární faktory / látky, zejména některé tzv. „růstové faktory" se označují jako rnorfogeny Morfogeny ™ - mají zásadní vliv ncřjpecif ikaci buněk / tkání - různé buňky či tkáně vykazují na stejný morfogen odlišnou odpověď (působí pleiotropně) - různá dávka morfogenu, vyvolává kvalitativně odlišnou odpověď u stejných buněk / tkáně Působení faktoru ❖ indukce na začátku děje ❖ kontinuální působení V ❖ opakované působení ' EEj 1 EEj =■ - EEj v_K v _Kv K v K, ^^^^^ Poloha buňky, poziční informace a prahování koncentrace morfogenů (model francouzské vlajky) Each nil ha« the potential to develop as btue. white, or red Position o< each cell is defined by Ihe concentration of morphcgen Co nos nfTJAo n Ras MH1 1 inker Srn ad 1 + MEK1 i Erk1,2 MH2 Other kinases BMP receptor MM NucJear import Smad2 Epidermal differentiation Mesoderm ventralization Massague, 2003 TGFfr Nodal. Activin receptors I MH2 Nuclear import Mesoderm induction Signální dráha Hedgehog sonic hedgehog (Shh), Indian hedgehog (Ihh) Ptei Smo GIÍ1 I Off j Oil on toflflte Ptal Smo GIM I on I 011 toqete Ptc - Patched Smo - Smoothened hormone o HSP LBE □BC 3 NH cfímer NR/nomnone complex NR/HSP complex cytopfasm target gene changed cell function ■ ■' ' " itiRNA prol J pralein ri boso me nuclear envelope cell membrane Boghog 2; Wikipedia Signální dráha jaderných receptoru N R J Jaderné (nuclear) ___\ ^ transkripce ? transkripce ? DNA DNA transkripce ŕ Vertebrates Cephatochordates Urochofdates Hertifchordates Ecninoderms Qryozoans Ertoprocts Plat>tielmintlies Pogonophorans BracNopods Phoronids Neměřte ans Annelids Echiurans Molluscs Sipuncularts Grathostomtjiids Rotifers_ -C 7 ~3 Gastrotrichs Nematodes Pnapulids Kinortiynchs Onythüphorara Tardigrades Arthropods CtefiophoranT" Cnicfariars.......... s. 0 s S c r 3 i— o a i Mezidruhové rozdíly x modelové organismy přesto obecné principy, homologie a analogie. hádatko - Caenorhabditis elegans 5 octomilka - Ď roso phi la melanogaster ti 3í I Poriferins Fungi ^ ostnokožci - StrongylocenfroŤus, Echinus,... (Echinoderma fa) pláštěnci - Tunicata (Urochordata) danio - Brachydanio rerio drapatka - Xenopus laevis kur - Gallusgallus domesticus myš - Mus musculus domesticus potkan - Rattus norvegicus hospodářská zvířata (tur, kůň, ovce/N^ člověk - Horno sapiens sapies