13. Vývoj kůže a kožních
derivátů
MAREK HAMPL
10. 5. 2023
BI6140 EMBRYOLOGIE 1
Funkce kůže a jejích derivátů
BI6140 EMBRYOLOGIE 2
o tvorba vnějšího pláště těla živočicha a dalších struktur (chlupy, drápy, nehty, peří)
o vytvoření ochranné vrstvy s mnoha funkcemi:
o bariéra proti působení fyzikálních, chemických,
mechanických a biologických činitelů
o termoregulace
o sekrece
o imunitní odpověď
o pigmentace povrchu těla
Vývoj svrchního „pláště“ C.elegans
BI6140 EMBRYOLOGIE 3
o povrch háďátka tvořen epidermis, tzv. hypodermis a
kutikulou
o původ epidermis a kutikuly:
o AB a C blastomery
o dorzálně – vytvoření epidermálního primordia
o pokrytí zbytku těla epidermis
o fúze buněk epidermis – vytvoření mnohojaderných soubuní
o spojení epidermis se svalovými buňkami
o na povrchu tvorba kutikuly Scott Gilbert. Developmental Biology 10th edition
D
V
PA
Altun et al. 2002-2015. Worm atlas
Vývoj ochranného „pláště“ –
D.melanogaster
BI6140 EMBRYOLOGIE 4
o povrch drosophily – epidermis a kutikula
o původ – laterální část ektodermu
dorzální
ventrální
anteriorní posteriorní
o uzavření na dorzální straně, vytvoření epidermis
na povrchu
o epidermis produkuje kutikulární komponenty –
vznik třívrstvé kutikuly
o povrchová – odpuzuje vodu
o Epikutikula – pevnost (střední vrstva)
o Prokutikula – elasticita (vnitřní vrstva)
o migrace buněk ektodermu dorzálně – pokrytí
amnioserósy (přechodný extraembryonální obal)
ektoderm
Payre, 2004. Int J Dev Biol
Scott Gilbert.
Developmental Biology
10th edition
laterální ektoderm
amniseróza
endoderm
neuroektoderm mezoderm
o Imaginární disky – deriváty povrchového ektodermu
Původ a vývoj kůže a kožních derivátů
BI6140 EMBRYOLOGIE 5
o hlavní zdroje pro vývoj povrchového pláště:
o epidermis - ektoderm
o dermis
o paraxiální mezoderm – trup
o somatická část mezodermu laterální ploténkyy – trup,
končetiny
o kraniální neurální lišta - hlava
Introduction to Anatomy and Development, University College London
Green et al. 2015. Nature
Vývoj epidermis
BI6140 EMBRYOLOGIE 6
o epidermis – povrchová vrstva kůže
o kubický epitel, bazální membrána v kontaktu s
mezenchymem
o po neurulaci – dvě vrstvy:
o bazální vrstva – kubický epitel, mitoticky aktivní
o periderm – ploché povrchové buňky, vznik po první
diferenciaci bazální buněk, povrch vyvíjejícího se těla
o proliferace buněk bazální vrstvy – vznik
intermediární vrstvy – vnik vrstevnaté epidermis
o počátek diferenciace buněk bazální vrstvy do
vrstev
o s diferenciací dochází k odlučování buněk
peridermu z povrchu epidermis
upraveno McGeady et al. Veterinary Embryology. 2009
periderm
ektoderm
bazální
lamina
mezoderm mezoderm
odlučování peridermu
periderm
inter.
vrstva
bazal.
vrstva
bazal.
lamina
mezoderm
Vývoj epidermis
BI6140 EMBRYOLOGIE 7
o diferenciace buněk bazální vrstvy pod
peridermem – vznik vrstev epidermis:
o stratum basale
o stratum spinosum
o stratum granulosum
o stratum corneum
o diferenciace bazálních buněk indukována tvorbou
faktorů v podkladovém mezenchymu (mezoderm, NC)
– vznik keratinocytů v epidermis (tvorba keratinu)
o vznik rohovějícího vrstevnatého dlaždicového epitelu
o migrace melanoblastů (neurální lišta) do vznikající
epidermis – vznik melanocytů (tvorba pigmentu),
nebo migrace prekurzorů Schwanových buněk
(tvorba melanocytů)
upraveno McGeady et al. Veterinary Embryology. 2009
rohovějící
vrstva
intermediární
vrstva
bazální vrstva
bazální
lamina
dermis
Migrace – důležitý mechanizmus pro
vývoj různých typů tkání a orgánů
BI6140 EMBRYOLOGIE 8
volná migrace – malé tělo (do
stádia E12), buňky migrují
samostatně efektivně
perineurální migrace – větší tělo
(od stádia E12 dále), buňky
nejsou schopny samostatné
efektivní migrace – migrace v
oblasti nervů
Furlan and Adameyko, 2018
Prekurzory Schwanových buněk (SCPs) –
prekurzory různých typů buněk schopné
migrace
Vrstvy epidermis
BI6140 EMBRYOLOGIE 9
o Stratum basale – kubické až cylindrické buňky, kmenové buňky a
keratinocyty, melanocyty, vrstva dělicích se buněk - zodpovědná za
regeneraci epidermis
o Stratum lucidum – těsně spojené keratinocyty bez jader a organel
(v tlusté kůži)
o Stratum granulosum – více vrstev plochých keratinocytů, obsahují
keratohyalinní granula
o Stratum spinosum – nejsilnější vrstva tvořena kerytinocyty, v hlubších
vrstvách dělicí se buňky, buňky produkují keratinová vlákna a oplošťují se
o Stratum corneum – až desítky vrstev mrtvých keratinizovaných buněk,
tvorba odolného a pevného povrchu
mrtvé
keratinocyty
granula
keratinocyty
melanocyt
Vývoj dermis
BI6140 EMBRYOLOGIE 10
o dermis – vrstva kůže pod epidermis
o vznik z různých zdrojů:
o paraxiální mezoderm – základ pro vývoj dermis v oblasti trupu
o somatický mezoderm laterální ploténky – základ pro vývoj dermis
části trupu a končetin
o kraniální neurální lišta – základ pro vývoj dermis v oblasti hlavy
o mezenchymové buňky dermis diferencují do
fibroblastů (hlavní buňky pojivové tkáně)
o fibroblasty produkují kolagenní a elastická vlákna
o svrchní papilární vrstva dermis – rozvolněná pojivová tkáň
o spodní retikulární vrstva – hustá nepravidelná pojivová
tkáň, velké množství kolagenních a elastických vláken
o lokalizace nervových zakončení, cév, žláz a chlupových folikulů
Vznik somitů - somitogeneze
o segmentace paraxiálního mezodermu, vznik párových somitů
o základ pro chrupavky, kosti, svaly, šlachy, dermis
o segmentace začíná na kraniálním (hlavovém) konci a probíhá
směrem k ocasnímu konci embrya
o kraniální paraxiální mezoderm – není segmentován, základ
pro faciální a krční svaly
o somity vznikají v pravidelných intervalech – určování stáří
embrya
o různé živočišné druhy mají různý počet somitů
BI6140 EMBRYOLOGIE 11
Introduction to Anatomy and Development,
University College London
Segmentace somitů 1
BI6140 EMBRYOLOGIE 12
Introduction to Anatomy and
Development, University College London
orostrálně – postupné oddělování a vznik somitů →
rostrální somity více diferencované než kaudální
oparaxiální mezoderm tvořen masou
mezenchymových buněk
ovznik jednotlivých segmentů somitu – sklerotom a
dermomyotom
otvorba kulovitých somitů, epitelový plášť, jádro
tvořeno mezenchymem, v časných somitech je
uvnitř dutina somitocoel
Dr. Hill. Uni New South Wales
Segmentace somitů 2
somit je nejdříve tvořen dvěma oblastmi
BI6140 EMBRYOLOGIE 13
ventromediálně uložený
sklerotom
těla obratlů, meziobratlové ploténky,
žebra
dorzolaterálně uložený
dermomyotom
dermis, kosterní svaly
dorzálně
ventrálně
mediálně laterálně
Dr. Hill. Uni New South Wales
dorzálně uložený
dermatom
(dermis)
ventrolaterálně
uložený
myotom
(kosterní svaly)
dermomyotom → dermatom a myotom
Vývojové vady kůže
BI6140 EMBRYOLOGIE 14
o Vrozená kožní aplázie (aplasia cutis congenita)
o vrozené chybění kůže
o lokální nebo rozšířené po celém těle
o nejčastěji chybí kůže na hlavě
o ne zcela známá patogeneze – způsobováno
užíváním léků a návykových látek v těhotenství
o nedostatečné uzavření povrchového ektodermu
o Cefalocele
o prostup intrakraniálních struktur otvorem v lebce
ven
o způsobeno neúplnou separací neuroektodermu a
povrchového ektodermu
o vznik váčku vyplněného neurální tkání pokrytého
kůží
Vývoj mléčných žláz
BI6140 EMBRYOLOGIE 15
Before We Are Born. 10th edition.
o párové ektodermální hřebeny (prorůstání epidermis do
podkladového mezenchymu) – prsní lišta (mléčná linie),
více vrstev cylindrických buněk
o vznik primárních pupenů v prsní liště – transformace
primárních pupenů do dělicích se sekundárních pupenů
o přetvoření a vývoj sekundárních pupenů do mléčných
duktů – větvení a kanalizace
o pojivová tkáň a tuk vznikají z okolního mezenchymu
o okolí primordiální mléčné žlázy – prohlubeň, vznik
mléčné jamky, vznik bradavek z okolního ektodermu
Vývojové vady mléčné žlázy
BI6140 EMBRYOLOGIE 16
o Nadpočetné mléčná žláza – polymastie
o vznik více jak dvou mléčných žláz
o většinou bez symptomů, ale může způsobovat úzkosti,
někdy bolestivé, omezení pohyblivosti trupu
o 1 – 5 % populace
o Nadpočetné bradavky – polythelie
o vznik více jak dvou bradavek
o nejčastější vada vývoje tkání asociovaných s mléčnou
žlázou (0,2 – 5,8 %)
Filho et al. 2018. Mastology
van As and Naidoo. 2008. SA J
Child Healt
Původ a vývoj chlupového folikulu
BI6140 EMBRYOLOGIE 17
o původ chlupového folikulu:
o bazální vrstva epidermis (ektoderm) prorůstá do
podkladového mezenchymu (dermis - mezoderm nebo
neurální lišta)
o vytvoření chlupového folikulu
o stádia:
o epidermální plakoda
o chlupový pupen
o chlupový váček
o chlup
mazová žláza
váček
melanocyty váčku
výduť tvořena
kmenovými buňkami
epidermální
melanocyty
papila
chlup
Vývojová stádia chlupu
BI6140 EMBRYOLOGIE 18
o vznik epidermálního ztluštění, tzv. plakody v epidermis
o buňky epidermální plakody se přeskládávají, proliferují a
invaginují do mezenchymového podkladu – vznik
chlupového pupene
o buňky mezenchymu kondenzují v oblasti okolo pupene –
prodlužování pupene a obklopování mezenchymových
buněk (chlupová papila) – vznik chlupového váčku
o Chlupová papila – zárodečné buňky, buňky matrix,
melanocyty
o buňky chlupové papily indukují vznik vnitřních
epidermálních buněk - tvorba tzv. zárodečné matrix:
o chlupové vlákno
o kořenová epitelová pochva
o vznik dutiny v chlupovém váčku – propojení zárodečné
matrix s povrchem
upraveno McGeady et al. Veterinary Embryology. 2009
proliferace
epidermis
mezenchym
chlupová papila
proliferace
epidermis
chlupová papila
kořen
chlupu zárodečná
matrix
Vývojová stádia chlupu
BI6140 EMBRYOLOGIE 19
o vnější epidermální buňky ohraničující dutinu – vnější
kořenová pochva, umístění tzv. Bulge (výduť) – kmenové
bunky chlupového folikulu
o buňky zárodečné matrix – proliferace a přemístění do
dutiny ve vnější kořenové pochvě – keratinizace buněk a
tvorba chlupového vlákna
o průběžná proliferace bazálních buněk v matrix způsobuje
tlačení chlupového vlákna směrem k povrchu
o okolní mezenchym:
o pojivová pochva
o hladké svaly – napřimovač chlupu
o invaginace bazální vrstvy epidermis v oblasti chlupu:
o mazové žlázy
o potní žlázy
upraveno McGeady et al. Veterinary Embryology. 2009
základ
mazové
žlázy
základ
potní žlázy
chlupová
papila
napřimovač
mazová
žláza
potní
žláza
chlupová
papila
epidermis
B
Životní cyklus chlupu
BI6140 EMBRYOLOGIE 20
o postnatálně – střídání fází proliferace a klidových fází:
o anagen
o aktivní růst
o proliferace buněk v papile
o katagen
o stádium regrese (ústupu)
o utlumení proliferace v papile
o změna tvaru kořene – kyjovitý tvar
o telogen
o konstrikce vnějších epidermálních buněk v oblasti kořene
o chlupový folikul přichycený provazci epitelových buněk k ustupující
papile
o obnovený anagen
o vznik náhradního chlupu
o epitelové provazce – vznik obnoveného chlupového váčku
obklopujícího novou chlupovou papilu
o vytlačování původního chlupu novým
upraveno McGeady et al. Veterinary Embryology. 2009
keretinizující
buňky
papila
anagen katagen telogen obnovený anagen
váček
matrix
chlupu konstrikce náhradní chlup
Vývojové vady chlupů/vlasů
BI6140 EMBRYOLOGIE 21
o vrozená hypotrichóza
o absence vlasů v průběhu fetálního období – většinou absence po celý
život
o izolovaná vada nebo doprovázena dalšími kožními vadami
o způsobeno mutacemi v genech potřebných pro růst, proliferaci a
diferenciaci buněk chlupového folikulu
o vrozená hypertrichóza
o často nazývána také vlkodlačím syndromem
o nadměrná produkce vlasů v důsledku zvětšeného množství vlasových
folikulů
o často doprovázeno zachováním fetálních vlasů
o způsobeno mutacemi v genech zodpovědných za vznik a růst
chlupových folikulů
o mutace způsobeny často užíváním léků (antibiotika, protizánětlivá
léčiva, imunosupresiva)
Romero and Grimalt, 2014.
Shah et al. 2018. Ind J Dermatol Vener Leprol
Původ a vývoj peří ptáků
BI6140 EMBRYOLOGIE 22
dermální
kondenzace
epidermis
dermální papila
raná
vlákna
dřeňová
dutina
brku
prolomené
pouzdro
peří
o interakce epiteliálního ztluštění (epidermis – ektoderm) s
kondenzujícími buňkami dermis (mezoderm, neurální lišta)
o vznik kuželovité papily – povrch epidermis, podklad tvořen
dermální papilou
o dermální papila postupně vytlačuje krycí epidermis ven –
vznik základového pupene peří
o zanoření buněk epidermis u báze pupene do dermis – vznik
folikulů obalených epidermis (ektoderm)
základy
vláken
pouzdro
peří
dermální
dřeň základ
folikulu
upraveno McGeady et al. Veterinary Embryology. 2009
o prodlužování folikulu – vrcholy pupenů začínají vytvářet
výběžky folikulů (základy vláken)
o prachové peří – buňky u základu papily proliferují – vznik
epitelového límce, vysílání buněčných výběžků do dřeňové
dutiny
o oddělení výběžků a rohovatění – základ jednotlivých vláken
Původ a vývoj peří ptáků
BI6140 EMBRYOLOGIE 23
o obrysové peří – raný vývoj identický s prachovým
upraveno McGeady et al. Veterinary Embryology. 2009
vyvíjející se
ostny
(větvičky)
epidermální
límec
epidermální
pochva
vyvíjející se
základní
osten (osa)
peří
základy
ostnů
ostny
(větvičky)
základní
osten (osa)
epidermální
límec
o vznik epidermálního límce u báze vznikajícího pupene
o proliferace ve svrchní oblasti límce – vznik základu
základního ostnu (osy) peří – prodlužování směrem k
distální části pupene
o ze základního ostnu vyrůstají menší ostny (větvičky) po obou
stranách – základy praporu
pupen
korunka
ostnů
(větviček)
epidermis
epidermální
límec
Vývoj nehtu
BI6140 EMBRYOLOGIE 24
o vznik zesíleného regionu epidermis (ektoderm) v
dorzální oblasti posledního článku prstu – nehtové pole
o po stranách nehtového pole – laterální nehtové valy –
přerůstají nehtové pole, navazují na proximální
nehtový val
Cui et al. 2013. J Investig Derm
proximální nehtový val
laterální nehtové valy
o pod proximálním nehtovým valem – vznik nehtové
matrix – tvorba hmoty nehtu
o buňky nehtové matrix keratinizují – vznik útvaru, tzv.
nehtové ploténky
o růst nehtové ploténky distálně přes nehtové lůžko ke
konci prstu
nehtové pole
epidermis epidermis
nehtová matrix nehtová matrix
epidermis
vyvíjející se nehtová
ploténka
Vývojové vady nehtů
BI6140 EMBRYOLOGIE 25
o anonychie
o částečná nebo úplná absence nehtů na nohou a/nebo rukou
o způsobeno defekty v tvorbě nehtové matrix nebo neschopnosti matrix
produkovat materiál pro tvorbu nehtu
Khan et al. 2015. Br J Dermatol
Etensel et al. 2002. Eur J Plast Surg
Původ a vývoj šupin kostnatých ryb
BI6140 EMBRYOLOGIE 26
Sire and Akimenko, 2004. In J Dev Biol
o leptoidní/elasmoidní šupiny – koncentricky tvarované
šupiny tvořeny čtyřmi vrstvami:
o svrchní vrstva – tvořena epidermis téměř po
celém povrchu
o zebřička (Danio rerio) – tvorba leptoidních šupin – nejčastější typ šupiny
o elasmodin - nejhlubší vrstva, není zcela
mineralizovaná, tvořena kolagenními vlákny ve
vrstvách (vzhled překližky)
o vnější vrstva – tenká dobře mineralizovaná
vrstva tvořena kolagenními vlákny
o limitující vrstva – vysoce mineralizovaná vrstva
bez kolagenních vláken
Původ a vývoj šupin kostnatých ryb
BI6140 EMBRYOLOGIE 27
o interakce epitelových buněk epidermis (ektoderm) s mezenchymovými
buňkami dermis (paraxiální mezoderm) - akumulace mezenchymových
buněk pod bazální vrstvou epidermis (raná morfogeneze)
Sire and Akimenko, 2004. In J Dev Biol
o pozdní morfogeneze – akumulace mezenchymových buněk v tzv. šupinové
papile
o raná diferenciace – svrchní vrstvy papily diferencují do buněk tvořící
šupinu, ukládání první části šupiny mezi buňkami papily – vnější vrstva
o pozdní diferenciace – hlubší vrstvy papily pod vnější vrstvou diferencují
do tzv. elasmoblastů – tvorba a ukládání elasmodinu
o ohýbání a zanořování – epidermis se začíná ohýbat okolo posteriorní
části vznikající šupiny – vznik překryvu přes následující šupinu, v
anteriorní části zanořování šupiny do dermis
šupinová papila
vnější vrstva
elasmodinelasmoblasty
Původ a vývoj šupin paryb
BI6140 EMBRYOLOGIE 28
o žraloci, rejnoci - tvorba dermálního skeletu tzv. plakoidní šupiny
(dentikly) – struktury podobné zubům (dentin, povrch podobný sklovině)
Gillis et al. 2017. PNAS
o plakoidní šupiny – struktury podobné zubům
o vnitřní část tvořena pulpou
o dentin – tvořen odontoblasty
o enameloid (podobnost se sklovinou) – tvořen ameloblasty
Původ a vývoj šupin paryb
BI6140 EMBRYOLOGIE 29
o interakce mezi povrchovou epidermis (ektoderm) a podkladovým
mezenchymem (neurální lišta)
Miyake et al. 1999. J Morph
o vznik lokálního epitelového ztluštění (epidermis) – nahromadění
mezenchymových buněk (dermis) pod ztluštěním
o vytvoření vnějšího a vnitřního epitelu dentiklu – diferenciace
vnitřních epitelových buněk do ameloblastů a vznik sklovinného
orgánu (tvorba enameloidu)
o diferenciace mezenchymových buněk dermální papily – vznik
odontoblastů tvořících dentin
o proražení epidermis – šupina kryta enameloidem
o rostrální a kaudální invaginace epidermis do dermálního
mezenchymu – vznik dermální papily
nahromadění
mezenchymových buněk
vznik dermální papily
dermální papila tvorba enameloidu a dentinu
kompletní šupina
dermální
papila
dentin
sklovinný
orgán
enameloid
dentin
dřeň
Vývoj šupin u plazů
BI6140 EMBRYOLOGIE 30
Di-Poï and Milinkovitch. 2016. Science Advances
o podobnost ve vývoji šupin u krokodýlů, agamy (ještěrka)
a užovky (had)
o tvorba epidermálních plakod v epidermis
o vznik dermoepidermálních výrustků
o tvorba asymetrických šupin s různou mírou překryvu
o podobné epidermální plakody jako u plakod pro
chlupové folikuly (savci) a folikuly peří (ptáci)
Vývoj šupinových drah u plazů
BI6140 EMBRYOLOGIE 31
o vznik mnoha různých tzv. šupinových drah (scale tract)
Di-Poï and Milinkovitch. 2016. Science Advances
o šupinové dráhy – vznik v různých oblastech tělního
pokryvu (končetinové, krční, zádové,…)
o iniciace ve formě anatomicky podobných
ektodermálních plakod
o vznik a vývoj šupinových drah velmi podobný mezi druhy
Poznatky z dnešní přednášky
o Původ a vývoj epidermis a kutikuly u bezobratlých
o Původ a vývoj kůže a kožních derivátů u obratlovců
o Vývoj kůže
o Migrace prekurzorů melanocytů
o Vývoj chlupu
o Vývoj peří
o Vývoj nehtu
o Původ a vývoj šupin ryb a paryb
o Vývojové vady
BI6140 EMBRYOLOGIE 32