Gastrulace HELENA NEJEZCHLEBOVÁ 1 BI6140 EMBRYOLOGIE Blastula, blastocysta … a co bude dál? 2 Purves et al., 1994; www.embryology.ch [USEMAP] BI6140 EMBRYOLOGIE • "It is not birth, marriage, or death, but gastrulation, which is truly the most important time of your life." L Wolpert •„Gastrulation is the time when a vertebrate takes its head out of its anus“ R Keller • https://comenius.susqu.edu/biol/202/dictionary%20of%20terms/ANIMALS/terms/figures/blastula_1.gif 3 •z blastuly vzniká dvouvrstevný útvar: gastrula s dutinou gastrocoel (prvostřevo/ archenteron) vyúsťující navenek otvorem (blastoporus/gastroporus). •proces vzniku gastruly se nazývá gastrulace → vnější a vnitřní zárodečný list (ektoderm, entoderm, u houbovců a žahavců, tj. Diblastica) a dále 3 zárodečný list: mezoderm (platí pro Triblastica = Coelomata: živočichové s coelomem – druhotnou, pravou tělní dutinou) • •invaginační gastrula: vchlípení části blastodermu •imigrační gastrula: uvolnění buněk a jejich migrace do prvotní dutiny tělní (apolární, multipolární, unipolární migrace) •delaminace (štěpení): všechny buňky blastodermu se dělí napříč •epibolie: mikromery se rychle dělí a obrůstají makromery •smíšený typ gastrulace http://studydroid.com/imageCards/0f/8v/card-16023345-back.jpg Gastrulace image51.gif (14880 bytes) [USEMAP] [USEMAP] BI6140 EMBRYOLOGIE K čemu vede gastrulace? 1) → embryonální tkáně (= zárodečné vrstvy: endoderm, ektoderm, mezoderm; každá zárodečná vrstva se bude diferencovat v různé tkáně a orgány) 2) → embryonální střevo, archenteron 3) → hlavní tělesné osy (u některých druhů je však informace určující tělesné osy již přítomná během rýhování v důsledku cytoplazmatických determinant a/nebo polarity žloutku, ale tyto osy se stávají viditelnými v důsledku gastrulace) 4) embryo je připraveno začít vytvářet orgány nového jedince 4 Major Structures Arising Out Of Primary Germ Layers - Embryogenesis - MCAT Content Morfogenetické (utvářecí) pohyby § vycházejí z genetické informace a jsou výsledkem buněčné kooperace, jsou nezbytné pro ontogenezi § spojené s růstem + tvarovým a strukturálním vývojem tkání, orgánů, orgánových systémů a celého organismu. Jsou výsledkem buněčné spolupráce. 4 základní typy: § a) buněčná proliferace = buněčné dělení § b) buněčná distribuce = migrace, přemísťování buněk; migrovat mohou jednotlivé buňky i celé tkáně Migrace: pasivní (odtlačování starších buněk novými) + aktivní (zapojení pohybového aparátu buňky) § c) buněčná interakce = proces vzniku tkání (zahrnuje mezibuněčnou komunikaci, vytvoření kontaktu buněk, upevnění v mezibuněčné hmotě a tvorbu výsledných tvarů. § d) buněčná redukce = proces buněčné smrti (nekróza, nebo apoptóza) 5 [USEMAP] BI6140 EMBRYOLOGIE Implantace a diferenciace blastocysty § implantace u člověka nastává cca 6. -7. den vývoje embrya, u myší 4. – 5. den vývoje § podmínkou je receptivita dělohy § po opuštění obalu zona pellucida se blastocysta dostává do kontaktu s děložním epitelem § při navázání kontaktu se uplatňují integriny (exprimované trofoblastem) a lamininy (součást mezibuněčné hmoty sliznice dělohy), vytváří se pevné spojení embryonálního pólu s epitelem hormonálně ovlivněného endometria http://mcb.berkeley.edu/courses/mcb135e/Difficult%20Slides.htmhttp://www.utm.utoronto.ca/~w3bio380/ lecture12.htm [USEMAP] 6 BI6140 EMBRYOLOGIE Implantace a diferenciace blastocysty § embryoblast → primitivní entoderm (hypoblast, nižší buňky, obrácené do blastocoelu) a primitivní ektoderm (epiblast, vyšší buňky) = dvouvrstevný zárodečný terčník § § imunologická tolerance embrya organismem matky: trofoblast embrya produkuje hCG a steroidy, bránící senzibilizaci mateřské tkáně a tvorbě protilátek; ve sliznici dělohy vznikají imunosupresivní cytokiny a další molekuly; chybí antigeny MHC komplexu na syncytiotrofoblastu, antigeny cytotrofoblastu špatně rozpoznatelné T lymfocyty, … § § navození imunologické tolerance je zásadní pro přežití zárodku! http://mcb.berkeley.edu/courses/mcb135e/Difficult%20Slides.htmhttp://www.utm.utoronto.ca/~w3bio380/ lecture12.htm [USEMAP] 7 BI6140 EMBRYOLOGIE Implantace a diferenciace blastocysty § embryoblast rozdělen na vyšší epiblast (primitivní ektoderm) a slabší hypoblast (primitivní entoderm), vzniká dvouvrstevný zárodečný terčík (dvouvrstevná ploténka, bilaminární disk) § dehiscencí a apoptózou vzniká v epiblastu dutina = primitivní amniová dutina § buňky hypoblastu vytvářejí uvnitř extraembryonálního mesenchymu dutinu = žloutkový váček §původní dutina blastocysty se vyplňuje primárním (extraembryonálním) mezodermem (hvězdicovité buňky s výběžky), v něm záhy vzniká dutina = primitivní (primární) žloutkový váček, který je ohraničený zbytky extraembrynálního mezenchymu v podobě Heuserovy membrány. Mezi Heuserovou membránou a cytotrofoblastem je stále zachován extraembryonální mezenchym. §dále pokračuje vývoj trofoblastu: v syncytiotrofoblastu se objevují lakuny = lakunární studium vývoje trofoblastu. Na periferii pokračuje rozrušování děložní sliznice, produkty rozpadu jsou resorbovány syncytiotrofoblastem a slouží k výživě zárodku = histiotrofé (tkáňová výživa). Posléze dojde k rozrušení mateřských cév a mateřská krev začne cirkulovat lakunami = vytvoření základů uteroplacentárního oběhu. Výživa zárodku mateřskou krví = hemotrofé. §místo penetrace je překryto epiteliální vrstvou ou podobně jako při hojení (kompletně zanořené embryo: 10. - 12. den) 8 [USEMAP] BI6140 EMBRYOLOGIE Zárodečný terčík § v extraembryonálním mezodermu se dále objevují prostory, které splývají v dutinu = extraembryonální coelom (exocoelom, choriová dutina, vyplněná tekutinou), který se rozpíná a utlačuje primární žloutkový váček, který zůstává dočasně zachován v podobě exocoelomové cysty §vzniká sekundární žloutkový váček: definitivní, vystlaný entodermem §rozpínající se exocoelom zatlačí primární mezoderm k cytotrofoblastu, s nímž vytvoří chorion, a ke stěně amniového váčku §zbytky extraembryonálního mezodermu vytváření úponový (zárodečný) stvol, který spojuje amniový a žloutkový váček s choriem, takto vzniká pozdější umbilikální provazec (pupeční šňůra) § chorion vytváří klky, které se zpočátku rozrůstají po celé blastocystě (chorion frondosum), klky prorůstající do děložní sliznice jsou zpočátku větší a větvenější než klky na protější straně embrya. Postupně se tak chorion rozliší na hladké chorion (chorion leave) a klkaté chrion (chorion frondosum). Chorion frondosum spolu s decidua basalis (pozměněná děložní sliznice) vytvářejí placentu § http://php.med.unsw.edu.au/embryology/index.php?title=BGDA_Practical_3_-_Implantation 13. den (platí pro člověka): 1 sek. žloutkový váček 2. zbytek primárního žloutkového váčku 3. amniová dutina 4. extraembryonální coelom 5. epiblast 6. zárodečný stvol 7. hypoblast 8. primární klky 9. trofobl. lakuny 10+11. extraembryon. mezoderm 9 [USEMAP] BI6140 EMBRYOLOGIE Trojvrstevný zárodečný terčík § v kaudální oblasti zárodečného terčíku se buňky epiblastu posunují do středu → ztluštění = primitivní proužek, v jeho ose je primitivní brázda, na kraniálním konci primitivní Hensenův uzel s primitivní jamkou. §buňky primitivního proužku (epiblastu) vnikají až do hypoblastu, odtlačují je – vzniká definitivní entoderm. Odtlačený hypoblast tvoří stěny žl. váčku § buňky epiblastu migrují do hloubi primitivní brázdy, vzniká mezoblast, šíří se laterálně a kraniálně, organizuje se do podoby epitelu – vzniká intraembryonální mezoderm. §epiblastové buňky zůstávající dorzálně → definitivní ektoderm §primitivní proužek určuje kraniokaudální a pravolevou osu zárodku §primitivní proužek zaniká cca 18. den, jeho regrese je spojena s utvářením tzv. paraxiálního mezodermu (-> somity) § vznik 3. zárodečného listu (člověk): 3. týden 10 http://www.bionalogy.com/human_embryology.htm http://www.biology.iupui.edu/biocourses/N100H/ch38repro.html [USEMAP] BI6140 EMBRYOLOGIE is the process in which the three germ layers (ectoderm, mesoderm and endoderm) are formed by successive waves of epiblast cells migrating through the primitive streak. Formation of the primitive streak on day 15, marks the first event of gastrulation. Cells from the epiblast migrate into the interior of the embryo, via the primitive streak, in a process termed ingression, which involves a cellular epithelial-to-mesenchymal transition (EMT). The initial wave of migrating cells (day 16) streams through the primitive streak, displacing the hypoblast cells to become definitive endoderm, which ultimately produces the future gut derivatives and gut linings. The second wave of migrating cells populate a layer between the epiblast and the definitive endoderm, thereby forming the mesoderm layer. Mastering Embryology: Notochord §migrace diferencujících se mezodermových buněk postupuje dále kraniálně i laterálně, oddělí ektoderm od entodermu s výjimkou 2 míst, kde jsou ektoderm a entoderm srostlé: prechordová ploténka (ztluštění v kraniální oblasti vzniklé z buněk hypoblastu, později důležité pro indukci vývoje koncového mozku) a kloakové membrány (políčko kaudálně od primitivního proužku). Takto vzniká intraembryonální mezoderm. § z primitivního uzlu migrují prekurzorové buňky chordy, zapojují se do entodermu jako chordová ploténka a konečně se oddělují jako chorda dorsalis (= notochord, axiální struktura zárodku s opornou funkcí). Kolem se později tvoří páteř. Notochord postupně degeneruje, jeho zbytky se zachovávají v meziobratlových ploténkách. § 11 Trojvrstevný zárodečný terčík https://www.med.umich.edu/lrc/coursepages/m1/embryology/embryo/05embryonicperiod.htm, http://embryocentral.blogspot.com/2014/12/notochord.html, https://www.creative-diagnostics.com/gastrulation-and-germ-layer-formation.htm https://www.med.umich.edu/lrc/coursepages/m1/embryology/embryo/images/gastrulation_1.gif BI6140 EMBRYOLOGIE Neurulace ◦vytvoření chordy indukuje ztluštění ektodermu nad ní a vznik neurální ploténky, která dále se vyvíjí v neurální brázdu s vyvýšenými valy ◦zvýšené okraje neurální brázdy se spojí za vzniku neurální trubice ◦proces neurulace končí, když se uzavře spojení hlavové a koncové části neurové trubice s amniovou dutinou v podobě neuroporus anterior a neuroporus posterior. Trubice je nyní tvořena úzkou kaudální částí a širší částí s mozkovými váčky (primitivní mozek): prosencephalon, mesencephalon a rhombencephalon) ◦když se neurální valy vyklenou a spojí, začnou se od neurální trubice oddělovat buňky neurální lišty ◦buňky neurální lišty se procesem epitelo-mezenchymové transformace uvolňují, aktivně migrují a vstupují do mezenchymu pod nimi; → z neurální lišty pochází: melanocyty, odontoblasty, elementy pia mater a arachnoidey, senzorické neurony kraniálních a spinálních senzorických ganglií, Schwannovy buňky, … ◦poruchy neurulace → vrozené vývojové vady ◦ ◦Hans Spemann: (1869-1941): princip embryonální indukce (1935 Nobelova cena) 1. notochord 2. neurální valy 3. neurální brázda 4. povrchový ektoderm 1.notochord 2. neurální lišta 3.neurální trubice 4. ektoderm 1. notochord 2. formující se ganglia 3. neurální trubice 4. ektoderm 12 [USEMAP] BI6140 EMBRYOLOGIE Poruchy neurulace § anencephalus: absence hlavních částí mozku, (koncového mozku), příčinou je defekt neurální trubice, kdy se rostrální (hlavový) konec neurální trubice neuzavře, u člověka cca 25. den po početí § spina bifida: rozštěp páteře, vzniklý v důsledku defektu vývoje neurální trubice 13 Embryonální mezoderm Mesoderm cartoon2.gif http://php.med.unsw.edu.au/embryology/index.php?title=Lecture_-_Mesoderm_Development 14 §buňky intraembryonálního mezodermu tvoří zpočátku tenký střední list, proliferací a ztluštěním vznikají 3 kraniokaudální sloupce (u člověka cca 17 den): a)paraaxiální mezoderm: prekurzorová tkáň pro párové somity (primitivní segmenty) b)b) intermediární mezoderm: spojuje paraxiální mezoderm a mezoderm laterální destičky, → vytváří orgány urogenitálního systému c) laterální mezoderm: dává vznik laterálním destičkám (v oblasti hlavy nezřetelné) [USEMAP] BI6140 EMBRYOLOGIE is the process in which the three germ layers (ectoderm, mesoderm and endoderm) are formed by successive waves of epiblast cells migrating through the primitive streak. Formation of the primitive streak on day 15, marks the first event of gastrulation. Cells from the epiblast migrate into the interior of the embryo, via the primitive streak, in a process termed ingression, which involves a cellular epithelial-to-mesenchymal transition (EMT). The initial wave of migrating cells (day 16) streams through the primitive streak, displacing the hypoblast cells to become definitive endoderm, which ultimately produces the future gut derivatives and gut linings. The second wave of migrating cells populate a layer between the epiblast and the definitive endoderm, thereby forming the mesoderm layer. Paraxiální mezoderm §v hlavové části se podílí na vzniku nesegmentovaného hlavového mezodermu §1. pár somitů (prvosegmentů) vzniká v okcipitální oblasti embrya (u člověka cca 20. den), další vznikají kraniokaudálním směrem (tj. od hlavy dolů). § v dalším vývoji buňky ventrálního a mediálního okraje somitů → sklerotom (→ základy páteře a míšních obalů) § další přeměnou somitů → myotom, každý myotom má epaxiální a hypaxiální část, svalstvo končetiny vzniká z buněk hypaxiálních myoblastů, které vycestují do končetinového základu. Svaly trupy vznikají z buněk epaxiálního myotomu. Zbývající dorzální epitel tvoří dermatom, která tvoří škáru a podkožní vazivo § od vzniku prvních somitů hovoříme o somitovém stádiu, bezprostředně mu předcházelo předsomitové stádium § signální molekuly (např. Noggin a Sonic Hedgehog) pro diferenciaci somitů vycházejí z okolních struktur: chordy, neurální trubice, epidermis a mezodermu laterální ploténky § 15 Somites2color1lbl https://webcampus.drexelmed.edu/neurobio/embryology/page21/page22, embryology.ch/ [USEMAP] http://www.embryology.ch/images/mimgmuskel/m3skelett/m3d_Transversalst11.gif 1 2 3 4 5 6 7 8 somit somitocoel neurální trubice centrální kanál neur. trubice coelom intermediarní mesoderm splanchnopleura somatopleura BI6140 EMBRYOLOGIE § intermediární mezoderm dočasně spojuje paraxiální mezoderm s laterálními ploténkami. Po segmentaci paraaxiálního mezodermu se segmentuje i intermediární mezoderm v tzv. nefrotomy. Nefrotomy s nesegmentovaným intermediárním mezodermem jsou základem urogenitálního systému. § mezoderm laterální ploténky se rozestoupí na 2 listy: somatopleuru (parietální list) a splanchnopleuru (viscerální list), mezi nimi vzniká embryonální coelom. § buňky parietálního listu → výstelky peritoneální (břišní), pleurální (hrudní) a perikardové (okolo srdce) dutiny § buňky viscerálního listu → tenká serózní blána na povrchu orgánů. § 16 Intermediární a laterální mezoderm [USEMAP] BI6140 EMBRYOLOGIE 17 figure 1 https://www.science.org/cms/10.1126/science.1250245/asset/bcd95267-fbad-49c5-85da-e10559f1fb9a/asse ts/graphic/343_736_f1.jpeg Mezoderm přehledně I Mezoderm přehledně II 18 18 Poznámka: vývoj mezodermu a coelomu je u všech obratlovců v podstatě stejný, rychlost vývoje je různá: např. první den ptačího embryonálního vývoje se tvoří obecné struktury ptačího embrya vč. somitů, mozku a míchy, 30 hodin po nasazení začne bít srdce. 19 Gastrulace - Xenopus 19 https://www.macmillanhighered.com/BrainHoney/Resource/6716/digital_first_content/trunk/test/hillis2 e/asset/img_ch38/c38_fig10.jpg Video: https://www.whfreeman.com/BrainHoney/Resource/6716/SitebuilderUploads/Hillis2e/Student%20Resources/ Animated%20Tutorials/pol2e_at_3801_Gastrulation/pol2e_at_3801_Gastrulation.html Gastrulace ptáků § po oplození (vejcovod) ze zárodečného terčíku → vícevrstevný blastoderm §blastoderm: svrchní epiblast a spodní hypoblast. V této fázi, na rozhraní rýhování a gastrulace, je zárodek snesen § při inkubační teplota těla kvočny nebo v inkubátoru vývoj pokračuje: § vlastní tělo embrya vzniká z blastodermu v zárodečném štítu/terčíku (area embryonalis) → primitivní proužek s vnitřní rýhou s okrajovými valy a vpředu s Hensenovým uzlem §primitivní proužek je de facto blastoporem (prvoústy) zárodku § Hensenův uzel postupuje po primitivním proužku a dochází zde k migraci buněk budoucího mezodermu primitivního proužku mezi epiblast a hypoblast. § chorda také vzniká migrací buněk primitivního proužku v Hensenově uzlu dopředu §Hensenův uzel postupuje v dalším vývoji dozadu, primitivní proužek se zkracuje a neurální indukcí vzniká z ektodermu vlivem chordomezodermu neurální destička ohraničená neurálními valy → neurální trubice §z části mezodermu přiléhajícího k chordě postupně dozadu vznikají somity a laterální destičky s coelomovou dutinou §probíhá i tvorba zárodečných obalů a žloutkového vaku 20 [USEMAP] BI6140 EMBRYOLOGIE https://www.macmillanhighered.com/BrainHoney/Resource/6716/digital_first_content/trunk/test/hillis2 e/hillis2e_ch38_4.html Řez kuřecím embryem 21 neurální trubice somit somit chorda Překrývání vývojových stádií, heterochronie § v časném vývoji savců, ptáků, plazů i obojživelníků můžeme pozorovat výrazné překrývání fází. Např. na předním okraji zárodečného terčíku můžeme pozorovat organogenezi nervové soustavy, zatímco v oblasti Hensenova uzlíku pozorujeme u stejného zárodku gastrulaci a v ocasní části probíhá ještě rýhování. Hovoříme o tzv. heterochronii ve vývoji. 22 Ochrana zárodku §určitá ochranu zárodku: už vaječné obaly (např. vitelinní membr. a slizové obaly u obojživelníků, obaly vajíček ptáků, zona pellucida savců, …) § specializované zárodečné obaly: nejdokonaleji vytvořeny u hmyzu a obratlovců § obratlovci: amnion (vnitřní), vnější seróza (=chorion), allantois; u plazů a ptáků jsou všechny 3 plně diferencovány, u savců je vždy vytvořen amnion, chorion a allantois mohou být součástí placenty §plazi a ptáci: z mimozárodečného ektodermu a somatopleury mimozárodečného mezodermu se vytvářejí postupně srůstající záhyby. Tak vzniká vnitřní amnion vyplněný amniovou tekutinou a vnější obal chorion. Chorion obaluje celý zárodek i s amniem a žloutkovým váčkem, prostor mezi choriem a amniem = exocoelom. Vychlípení zadní části střeva embrya do exocoelomu → allantois, který hromadí exkrety embrya, zajišťuje i dýchání. Amnion+allantois+žloutkový váček se stýkají tzv. pupkem v břišní části embrya. Po vylíhnutí zůstanou zárodečné obaly ve skořápce. 23 [USEMAP] CHICK FOETAL EMBRYONIC MEMBRANES thumb15 FOETAL MEMBRANES EMBRYONIC CHICK thumb27 CHICK: EXTRA EMBRYONIC MEMBRANES https://www.bioscience.com.pk/topics/zoology/item/620-chick-extra-embryonic-membranes Ochrana zárodku přehledně 24 Origins of the fetal membranes. (A) The amniote egg as found in birds, reptiles, and monotremes. (B) Embryo (EMB) and fetal membranes within the uterus of a generic mammal. The chorion (CHOR) is found beneath the eggshell (ES) in the former and facing the uterine wall (UT) in the latter. In birds and reptiles, the other membranes enclose the amniotic cavity (AM), allantoic vesicle (ALL), and yolk sac (YS). In some marsupials and all placental mammals, the allantois and chorion form a chorioallantoic placenta. Yolk sac and chorion can form a choriovitelline placenta, which may be a temporary or permanent structure or (as in the human) altogether absent. Reprinted from Carter and Mess [68] © 2014 with permission from Elsevier. [USEMAP] § A = plazi, ptáci § B = savci § UT = děloha, ALL = allantois, AM = amnion, EMB = embryo, YS = žloutkový váček, CHOR = chorion https://www.researchgate.net/figure/Origins-of-the-fetal-membranes-A-The-amniote-egg-as-found-in-bi rds-reptiles-and_fig1_283339790 Ochrana zárodku u savců §amnion = primární (extraembryonální) mesenchym + amniový ektoderm z epiblastu; chrání embryo, vyplněn amniovou tekutinou ; u člověka: 10. týden 30 ml; 37. týden 800-1000 ml; § chorion: syncytiotrofoblast + cytotrofoblast + primární (extraembryonální) mesenchym, u nižších amniot se termíny serosa a chorion používají víceméně jako synonyma, u savců se používá výhradně termín chorion; vždy součástí placenty, vytváří klky § allantois: vychlípenina střeva, participuje na výměně O2 a CO2 mezi embryem a vnějším prostředím; „fetální močový měchýř“, u placentálních savců ale ztrácí původní význam pro výměnu dýchacích plynů a pro skladování odpadních produktů metabolismu § žloutkový váček: vzniká obrůstáním dutiny blastocysty primárním entodermem, zpravidla malý nebo zcela redukovaný § všechny zárodečné obaly jsou prostoupeny cévami a souvisejí tzv. pupečním provazcem s ostatními částmi embrya. ◦ §placenta: plodové lůžko, místo spojení klků choria se sliznicí dělohy, selektivně propustná, bariéra proti patogenům, krevní oběh matky skrze ni vyživuje zárodek, produkuje hormony regulující průběh těhotenství, dočasný orgán původu z části mateřského a z části embryonálního § § 25 [USEMAP] Organogeneze obratlovců- shrnutí §organogeneze = tvorba orgánových základ embrya; intenzivní růst, diferenciace buněk, vývoj mezibuněčných hmot a tkání §ektoblast → epiblast (→ pokožka a její deriváty) a neuroblast (→ NS) §entoblast → trávicí trubice a její žlázy (s výjimkou počátečních a koncových úseků), plíce, někdy chorda dorsalis §mezoblast → somity (dorzální segmentované oddíly, → dermatom, sklerotom, myotom) a laterální destičky (ventrální oddíly) §rozhraní somitů a laterální destičky: nefrotom (→ ledviny, pohlavní vývody ), horní strana laterálních destiček: gonotom (→ gonády) §dutina laterálních destiček: tělní dutiny (hrudní, perikardiální, břišní) §vnitřní stěna lat. destiček: splanchnopleura: tvoří mezotel kryjící vnitřní orgány §somatopleura: vystýlá druhotnou tělní dutinu při její stěně jako pleura a peritoneum §místo styku L a P later. destičky: střevní závěs (mezenterium) a perikard §okraje laterálních destiček → srdce, cévy • http://php.med.unsw.edu.au/embryology/index.php?title=2010_Lab_3http://www.dls.ym.edu.tw/lesson3/or g1.htm, sci.muni.cz/ptacek 26 BI6140 EMBRYOLOGIE 27 Gastrulace - Drosophila § začíná bezprostředně po celularizaci blastuly (25 ° C, 3 hours): monovrstva → masivní pohyby buněk → entoderm, mezoderm ektoderm → orgánové základy → larvalní orgány § v okamžiku započetí gastrulace vývojový osud buněk je již determinován: ventralní buňky → mezoderm, lateralní buňky → ektoderm, posteriorní buňky → endoderm § buňky přispívající k tvorbě mesodermu a entodermu → invaginace → poloha uvnitř embrya: § entoderm → střední část trávicí trubce § mezoderm → svaly § ektoderm → počáteční a koncový úsek trávicí trubice, epidermis, NS § buňky vytvářející ektoderm → migrace a reorganizace → pokrývají povrch 27 M Leptin (1999) Details are in the caption following the image 28 Gastrulace - Coenorhabditis § začíná ve stádiu ve 26 buněk §masivní pohyby – řada buněk se dostává do nitra embrya § barevně zvýrazněné buňky se dostávají v průběhu gastrulace do nitra embrya § video: https://youtu.be/BaV63cLO1Tg 29 Movement of C. elegans cells from the surface to the interior during gastrulation. Diagram of internal and external tissues of C. elegans at the end of embryogenesis (top). Lineage with all 66 cells identified to gastrulate marked in colors and their cell fates indicated (middle). Horizontal lines are cell divisions and vertical lines are cells. White lines are exterior cells; colored lines are gastrulating cells; and the progeny of gastrulating cells, most or all of which are interior, are in gray. First nine rounds of embryonic cell divisions are drawn to a total of 409 cells, based on cell division timing data from WormBase release WS170. Tracings of one plane of an embryo over time depicting the ventral surface cells at all but the first timepoint (bottom). Times are marked in hours and minutes after the one-cell-stage division. Some anterior AB lineage-derived cells are not shown because they internalize from the side not shown in the embryos at the bottom. Progenitors of cells that will internalize are also colored, except in lineages that produce some external cells (AB and C lineages), which for clarity are left white until the last or second-to-last cell cycle before internalization in the AB lineage. Gray letters in lower right of some illustrations indicate axes: A (anterior) and P (posterior), D (dorsal) and V (ventral), and L (left) and R (right). White represents cells on the exterior and cells that internalize are marked in color. For movie, see https://youtu.be/BaV63cLO1Tg. Modified from Harrell and Goldstein (2011), which can be referred to for more detailed information. Movement of C. elegans cells from the surface to the interior during gastrulation. Diagram of internal and external tissues of C. elegans at the end of embryogenesis (top). Lineage with all 66 cells identified to gastrulate marked in colors and their cell fates indicated (middle). Horizontal lines are cell divisions and vertical lines are cells. White lines are exterior cells; colored lines are gastrulating cells; and the progeny of gastrulating cells, most or all of which are interior, are in gray. First nine rounds of embryonic cell divisions are drawn to a total of 409 cells, based on cell division timing data from WormBase release WS170. Tracings of one plane of an embryo over time depicting the ventral surface cells at all but the first timepoint (bottom). Times are marked in hours and minutes after the one-cell-stage division. Some anterior AB lineage-derived cells are not shown because they internalize from the side not shown in the embryos at the bottom. Progenitors of cells that will internalize are also colored, except in lineages that produce some external cells (AB and C lineages), which for clarity are left white until the last or second-to-last cell cycle before internalization in the AB lineage. Gray letters in lower right of some illustrations indicate axes: A (anterior) and P (posterior), D (dorsal) and V (ventral), and L (left) and R (right). White represents cells on the exterior and cells that internalize are marked in color. For movie, see https://youtu.be/BaV63cLO1Tg. Modified from Harrell and Goldstein (2011), which can be referred to for more detailed information. Teratologie § teratogeny → mutageny, způsobující vývojové vady § teratogeny: léky, návykové látky, infekce, radiace, mykotoxiny (produkty plísní)… biologické teratogeny = infekce: rubeola (zarděnky), CMV, Toxoplazma, Listeria, Parvovirus, … chemické teratogeny: cytostatika (cyklofosfamid, kolchicin), thalidomid (sedativum, úleva od nevolnosti), synt. retinoidy, progestiny, sedativa, barbituráty, salicyláty (aspirin), antibiotika, alkohol, kokain – poškozuje GIT a CNS, kouření, radiace § do cca 15 dne: podvojné zrůdy, ostatní malformace (anomálie, vady, monstra) vznikají později, kdy se zakládají orgánové systémy § teratogeny mají nejsilnější vliv v tzv. kritickém období (doba utváření a diferenciace orgánů, u člověka 4.-8. týden embryonálního vývoje), v tomto období může vzniknout velké množství vrozených vývojových vad § 1956 - thalidomid (Contergan) - lék na ranní nevolnost těhotných, sedativum (v ČSSR se neprodával) - stačila jednorázová dávka 50-100 mg v kritickém období (21.-36. den po početí) → VVV (chybějící končetiny), postiženo cca 15 000 dětí (u člověka je teratogenní dávka pouhých 0,1 mg/kg; u většiny zvířat 20-300 mg/kg!) [USEMAP] 30 BI6140 EMBRYOLOGIE www.sukl.cz Reprodukční patologie § abnormální zygoty: jejich počet je neznámý § genetické příčiny: viz první přednáška § vypuzení plodového vejce v důsledku imunitní reakce mateřských tkání, např. v případě systémového autoimunitního onemocnění lupus erythematodes § abnormální implantace na netypickém místě v děloze i mimo dělohu § vývoj abnormální blastocysty: chybění embryoblastu, abnormální orientace zárodečného terčíku, defektní trofoblast, … § mola hydatidosa : vyvíjí se cystický útvar s defektním trofoblastem vytvářejícím plodové obaly, beze známek embryonálních tkání. Moly produkují vysoké koncentrace hCG a mohou být zdrojem benigního i maligního bujení § holoprosencefalie: nedostatečný vývoj kraniofaciálních struktur, např. v důsledku konzumace alkoholu v kritickém období §kaudální dysgeneze: nedostatečně vyvinuté kaudální části embrya v důsledku působení např. toxinů § situm viscerum inversus: hrudní a břišní orgány jsou uložené v zrcadlově obrácené poloze §teratomy: zbytky primitivního proužku mohou přetrvávat v kostrční krajině jako pluripotentní buňky, které mohou dát vznik teratomům; další příčinou mohou být poruchy migrace primordiálních zárodečných buněk, které nedomigrovaly do základů gonád § § § 31 holoprosencefalie https://www.jcnonweb.com/articles/2012/1/3/images/JClinNeonatol_2012_1_3_146_101699_f1.jpg kaudální dysgeneze trofoblasticka-nemoc-priznaky-projevy-symptomy mola hydatidosa Nové průlomy v embryologii Kultivace myších embryí ex utero do stádia organogeneze Vytvoření imitace lidské blastocysty ze somatických buněk Aguilera-Castrejon A. et al.: Ex utero mouse embryogenesis from pre-gastrulation to late organogenesis, Nature, 2021, DOI: 10.1038/s41586-021-03416-3. Liu X. et al.: Modelling human blastocysts by reprogramming fibroblasts into iBlastoids, Nature, 2021, DOI: 10.1038/s41586-021-03372-y. Yu L. et al.: Blastocyst-like structures generated from human pluripotent stem cells, Nature, 2021, DOI: 10.1038/s41586-021-03356-y. 32 Použité a doporučené zdroje B. M. Carlson: Human embryology and developmental biology. 4th edition, 2009. ISBN 978-323-05385-3. B. Goldstein, J. Nance, Caenorhabditis elegans Gastrulation: A Model for Understanding How Cells Polarize, Change Shape, and Journey Toward the Center of an Embryo, Genetics, Volume 214, Issue 2, 1 February 2020, Pages 265–277 E. R. Norwitz, D. J. Schust, S. J. Fisher: Implantation and the Survival of Early Pregnancy. N Engl J Med 2001; 345:1400-1408 R. Hodge: Developmental Biology: from a Cell to an Organism. 1st edition, 2010. ISBN 978-0-8160-6683-4. M Leptin. Gastrulation in Drosophila: the logic and the cellular mechanisms. The EMBO Journal. 1999, 18, 3187-3192 K. L. Moore, T. V.N Persaud: The developing human. Clinically oriented embryology. 8th edition, 2008. ISBN 978-0-8089-2387-9. J. Paleček: Biologie vývoje živočichů. 1994. ISBN 382-146-94. W. K. Purves et al., Life: The Science of Biology, 4th Edition, 1994. ISBN-13: 978-1429298643 T. W. Sadler: Langmanova lékařská embryologie. Praha : Grada. 2013. ISBN 978-80-247-2640-3. J. M. W Slack: Essential developmental biology. 2nd edition, 2006. ISBN 978-4051-2216-0. Z. Vacek: Embryologie. 2006. ISBN 978 -80-247-1267-3. Věžník Z: Repetitorium spermatologie a andrologie, metodiky spermatoanalýzy.2004. Brno : Výzkumný ústav veterinárního lékařství. http://www.are.cz/ www.sci.muni.cz/ptacek https://biology.kenyon.edu/courses/biol114/Chap14/Chapter_14.html https://gacbe.ac.in/pdf/ematerial/18BZO51C-U3.pdf https://organismalbio.biosci.gatech.edu/growth-and-reproduction/animal-development-ii/ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK10052/ http://www.lsic.ucla.edu/classes/lifesci/central/ps107/lectures/em-slide_12.html http://www.biology.iupui.edu/biocourses/N100H/ch38repro.html https://www.quora.com/In-mammalian-gastrulation-how-do-the-endo-mesoderm-get-inside-the-ectoderm-a nd-the-ectoderm-get-right-side-out-given-that-they-initially-go-out-of-the-cell-mass-through-the-pr imitive-streak https://ib.bioninja.com.au/options/option-a-neurobiology-and/a1-neural-development/neurulation.htm l https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1935/spemann/facts/ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4023228/ https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32310363/ https://discovery.lifemapsc.com/in-vivo-development/mesoderm https://www.nature.com/articles/s12276-020-0482-1 https://discovery.lifemapsc.com/in-vivo-development/lateral-plate-mesoderm https://bio.libretexts.org/Bookshelves/Introductory_and_General_Biology/Book%3A_Biology_(Kimball)/ 15%3A_The_Anatomy_and_Physiology_of_Animals/15.07%3A_Sexual_Reproduction/15.7E%3A_Extraembryonic_Me mbranes_and_the_Physiology_of_the_Placenta https://www.science.org/doi/10.1126/science.1250245 https://www.macmillanhighered.com/BrainHoney/Resource/6716/digital_first_content/trunk/test/hillis 2e/hillis2e_ch38_4.html 33 BI6140 EMBRYOLOGIE