(Vývojová biologie)
Embryologie
Jiří Pacherník
jipa@sci.muni.cz
Podpořeno projektem FRVŠ 524/2011
buňka -> tkáně -> orgány -> organismus / jedinec
 dělení buněk – proliferace
 růst buněk - hypertrofie
 předurčení, rozrůzňování a zrání buněk – determinace,
diferenciace a maturace
 přesun buněk – migrace
 spojování buněk do větších celků – asociace (tkáně, orgány)
 odumírání buněk – apoptósa, buněčná smrt
 produkce extracelulární matrix
Základní procesy na buněčné úrovni
Proliferace ~ buněčný cyklus
Mitóza
Proliferace ~ buněčný cyklus
Proliferace ~ buněčný cyklus
Enzymovými hnacími motory buněčného cyklu
jsou na cyklinech závislé kinázy – cdk
(cyklin-dependent kinase)
Kontrola průběhu buněčného cyklu
Rozdílné proporce v jednotlivých fázích cyklu
u časných embryonálních buněk
Diferenciace
=> na základě změn čtecích rámců
genotypu změna fenotypu
významná součást diferenciace
determinace = předurčení
maturace = zrání (finální krok)
Diferenciace
Migrace
- buňky cestují (aktivní pohyb = zapojení cytoskeletu)
- tkáň roste směrem k buňce nebo jiné tkáni
- navigace – prostor
- chemokiny
- cesta v extracelulární matrix
Asociace
spojování buněk v tkáně, tkáně v orgány
- tvorba extracelulární matrix, membrán/blán,
opěrných struktur
- tzv. samoorganizace (self-organization)
Apoptósa
buněčná smrt, programovaná buněčná smrt
- přirozený mechanismus odstraňování nepotřebných buněk
- buňky se rozpadají na menší membránou ohraničené útvary,
které jsou odstraněny zejména fagocytózou
- za fyziologických podmínek je přísně regulovaná
- je nezbytná pro vývoj tkání, orgánů, organismů
- anoikis – apoptósa indukovaná uvolněním buněk z podkladu
- nekrósa – neregulovaná smrt buňky, může v ní přejít i apoptósa
Apoptósa
Apoptósa
vlastní proces enzymy – kaspásy (rodina proteás)
aktivační kaspásy – aktivují exekuční kaspásy
exekuční kaspásy – štěpí buněčné proteiny,zejména cytoskelet
Apoptósa
Morfogeneze - vznik tvarů
- proliferace
- růst
- diferenciace
- migrace
- asociace
- apoptósa
vchlípení svinutí vstoupení rozštěpení obrůstání
Proliferace, diferenciace, migrace, asociace i
apoptósa jsou řízeny pestrou škálou faktorů
 fyzikálních: tlak, světlo, teplo,..
 chemických: proteiny/peptidy, steroidní látky,
deriváty lipidů (mastné kyseliny), nukleotidy,plyny
(výživa & signální molekuly)
chemické faktory
extracelulární x intracelulární
(kaskády posloupností se zpětnými vazbami)
Regulace
Působení faktorů
 indukce na začátku děje
 kontinuální působení
 opakované působení
Některé extracelulární faktory / látky, zejména některé
tzv. „růstové faktory“ se označují jako morfogeny
Morfogeny
- mají zásadní vliv na specifikaci 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
Poloha buňky, poziční informace a prahování koncentrace
morfogenů (model francouzské vlajky)
Vzájemná (embryonální) indukce
Dva základní funkčně rozdílné mechanismy
buněčné signalizace / komunikace
lipofobní / hydrofilní látky lipofilní / hydrofobní látky
Příklady několika vývojově významnějších signálních drah
- jednotlivé dráhy jsou často tvořeny rodinami ligandů a jejich receptorů
- tento nárůst je dobře patrný se složitostí / vyspělostí organismů
- většinou více ligandů se váže na jeden nebo skupinu příslušných receptorů
- extracelulární variabilita se promítá do intracelulární
- signální dráhy často velice zásadně interagují v intracelulárním prostoru
- poruchy signálních drah vedou k poruchám vývoje
- embryonální, postnatální předčasná letalita
- vývojové defekty
- vznik nádorových onemocnění
Bottcher a Niehrs, 2005
Fibroblastové růstové faktory – FGF (Fibroblast growth factor)
- schéma je velmi podobné i pro další růstové faktory
– EGF, HGF, PDGF, IGF, TGFalfa,...
- FGF patří mezi významné morfogeny (první objevené, proteinové)
Transformující růstové faktory beta (TGFbeta)
a kostní morfogenetické proteiny (BMP)
- patří mezi významné morfogeny
Interakce v signálování rodiny TGFbeta
Interakce v signálování rodiny TGFbeta
Massague, 2003
Interakce mezi signálnímí drahami
TGFbeta signalizace x FGF / EGF signalizace
Wnt
+
http://www.stanford.edu/~rnusse/wntwindow.html
Signální dráha Wnt
Signální dráha Hedgehog
sonic hedgehog (Shh), Indian hedgehog (Ihh)
off on
Ptc – Patched Smo - Smoothened
Signální dráha Notch
a) b)
Brennan 2003
Kadheriny sprostředkovaná komunikace mezi buňkami
Boghog 2; Wikipedia
Signální dráha jaderných receptorů obecně
Signální dráha jaderných receptorů
DNA
DNA
transkripce ?
transkripce ?TF
TF
NR
NR NR
NR
NR
ligandy
jaderné (nuclear)
receptory
transkripční
faktory
DNA
transkripce ?NR NR
DNA
transkripce ?NR NR
háďátko – Caenorhabditis elegans
octomilka – Drosophila melanogaster
ostnokožci – Strongylocentrotus, Echinus,...
(Echinodermata)
pláštěnci – Tunicata (Urochordata)
danio – Brachydanio rerio
drápatka – Xenopus laevis
kur – Gallus gallus domesticus
myš – Mus musculus domesticus
potkan – Rattus norvegicus
hospodářská zvířata (tur, kůň, ovce, ....)
člověk – Homo sapiens sapies
Mezidruhové rozdíly x modelové organismy
přesto obecné principy,
homologie a analogie.
Terminologie pro bilaterální symetrii