Эмбриология

клеточного цикла при дроблении.

Гертвиг: 1) ядро стремится занять центр активной цитоплазмы

2) активная ось веретена обычно совпадает с направлением наибольшей протяженности цитоплазмы, а деление обычно разделяет плазму по центру перпендикулярно длинной оси

(Сакс: 1) клетки имеют тенденцию делиться на равные дочерние

2) каждая новая борозда обычно врезается под прямым углом к предыдущей)
Принято считать, что характер дробления зависит от типа яйцеклетки.
(Классификация яйцеклеток

1. По количеству желтка

* Полилецитальные — содержат большое количество желтка (членистоногие, рыбы, кроме осетровых, рептилии, птицы).

* Мезолецитальные — содержат среднее количество желтка (осетровые рыбы, амфибии).

* Олиголецитальные — содержат мало желтка (моллюски, иглокожие).

* Алецитальные — не содержат желтка (млекопитающие, человек).

2. По распределению желтка по объему яйца

* Телолецитальные — желток смещён к вегетативному полюсу яйцеклетки. Противоположный полюс называется анимальным. Сюда относятся некоторые полилецитальные (рыбы, кроме осетровых, рептилии, птицы) и все мезолецитальные яйца (осетровые рыбы, амфибии).

* Гомо (изо)- лецитальные — желток распределён равномерно. Сюда относятся олиголецитальные ядра (моллюски, иглокожие, млекопитающие).

* Центролецитальные — желток расположен в центре яйцеклетки. Сюда относятся некоторые полилецитальные яйца (членистоногие). Вместо анимального и вегетативного полюсов у этих яиц говорят о переднем и заднем полюсах. В центре яйца расположено ядро, а по периферии — ободок свободной от желтка цитоплазмы. Оба этих района — центр и периферия яйца — связаны тонкими цитоплазматическими мостиками, а всё промежуточное пространство заполнено желтком.)

Спиральное дробление – прогрессивное нарушение симметрии дробящегося яйца в результате спирального смещения завершающих деление бластомеров относительно друг друга. (характерно для первичноротых животных).

При этом типе дробления бластомеры, образовавшиеся в результате экваториальных делений, не располагаются один над другим: бластомеры верхнего ряда, как бы вклиниваются между бластомерами нижнего ряда. При спиральном дроблении веретена дроблений после третьего дробления направлены косо. Борозды дроблений проходят под углом в 45° к меридиану и экватору; следующие борозды проходят под прямым углом к предыдущим и, значит, опять-таки под углом в 45° к экватору. Такая ситуация создается благодаря тому, что в анафазе каждого деления дробления два дочерних бластомера отклоняются от оси веретена в противоположные стороны. После первых двух дроблений образуются четыре бластомера, которые называются основным квартетом и обозначаются А, В, С и D (затем – a, b, c, d итд).

Значение взаимодействия бластомеров для пространственной организации голобластического дробления.

Движения цитоплазмы хорошо заметны в тех случаях, когда разные участки цитоплазмы содержат разноцветные гранулы (желток, темный пигмент и др.). Например, у гребневиков по периферии яйцеклетки располагается зеленая цитоплазма (до стадии 8 бластомеров). После деления становятся неравномерными: крупные бластомеры отпочковывают от себя микромеры, которые целиком состоят из зеленой эктоплазмы. Микро- и макромеры резко отличаются по своей будущей судьбе и не способны ее изменить.

При спиральном дроблении (например, кольчатые черви и моллюски) на вегетативном полюсе есть полярная плазма. После 3 деления она вся попадает в один бластомер (1D, вегетативное полушарие, спинная сторона). Позже она большей частью попадает в 2d и 4d, из которых развивается большая часть эктодермы и целомическая мезодерма. Те, при удалении полярной плазмы, возникают личинки, лишенные мезодермы и некоторых эктодермальных закладок.
Регуляционные способности бластомеров у зародышей различных систематических групп (кишечнополостные, моллюски, асцидии, иглокожие, амфибии).
?
Механизмы бластуляции.
Бластуляция - заключительная часть периода дробления яйца многоклеточных животных, в течение которой происходит образование бластоцеля.

Бластоцель отличается по своему ионному составу от наружной среды, так как клетки стенок бластоцеля образуют между собой плотные контакты (у млек. компактизация происходит на стадии 8 бластомеров), а ионы Na и Cl в основном перекачиваются в бластоцель с помощью ионных насосов. В результате возникает повышенное осмотическое давление и вода накачивается в бластоцель.

+возможно, избыток Na может влиять на скорость клеточных циклов и стимулировать экспрессию генов в клетках.

На стадии средней бластулы происходит активация генома зародыша во всех клетках. (в основном тРНК и рРНК). Избирательная активация генов – только в гаструляции.

Типы бластул, связь их строения с морфологией дробления.

Дробление:

1. 
   Полное (голобластическое)
   
   1. 
      Равномерное (для олиго- и изолецитальных клеток). Объемы бластомеров одинаковы. Целобластула – однослойная бластодерма с крупным бластоцелем в центре.
      
   2. 
      Неравномерное (для мезо- и тело). Объемы бластомеров неодинаковы. Амфибластула – состоит из микро- и макромеров, бластоцель сдвинут к анимальному полюсу (к микромерам).
      
2. 
   Неполное (меробластическое)
   
   1. 
      Дискоидальное (поли- и тело-). Борозды формируются вслед за делениями ядер, но разделяют только один из полюсов яйца. Дискобластула – диск бластомеров, лежащий на желтке.
      
   2. 
      Поверхностное (поли- и центро-). Поверхностный слой цитоплазмы разделяется перегородками, перпендикулярными поверхности яйца, центральная часть не делится. Перибластула – не имеет бластоцеля – внутри желток.
      

сочетания. Типы гаструл. Способы закладки мезодермы. Осевая мезодерма и ее дальнейшая дифференцировка: боковая пластинка.

Нейруляция у зародышей амфибий. Морфогенетические движения при гаструляции и

нейруляции амфибий. Интеркаляция и конвергенция клеток. Карты презумптивных зачатков. Гетерономная метамерия.

Способы гаструляции разнообразны и отчасти связаны со строением бластулы.

У кишечнополостных, где дробление заканчивается морулой без полости, наблюдается другой тип гаструляции, который получил название деламинация (расслоение). В данном случае происходит выравнивание внутренних стенок клеток наружного слоя. Далее вдоль выровненных поверхностей формируется базальная мембрана, отделяющая внешний слой эктодермы от внетренней массы клеток энтодермы. Таким образом, при деламинации клеточные перемещения практически отсутствуют.

В целом процесс гаструляции приобретает в ходе эволюции более организованных характер и осуществляется обычно путем инвагинации. В этих случаях внутрь бластоцеля входят не отдельные клетки, а клеточный пласт, не утративший эпителиальной структуры. Полость вворачивания называется гастроцелем, а ведущее в нее отверстие - бластопором (первичным ртом). Края бластопора называются его губами.

Так как при инвагинации механическая целостность стенки бластулы не нарушается, вворачивание дна бластулы должно сопровождаться смещением клеточного материала боковых стенок. Такие движения всегда происходят, и скорость их, как правило, не меньше скорости вворачивания. Движения слоя, который в данный момент еще находится на поверхности гаструлы, называют эпиболией (обрастанием).

В соответствии с тем типом движения, в результате которого образовалась гаструла, выделяют несколько типов гаструл:

1. инвагинационная

2. иммиграционнная

3. деламинационная

4. эпиболическая

Материал, оставшийся на поверхности зародыша после завершения гаструляции - эктодерма. Погрузившийся внутрь листок лишь у кишечнополостных представляет собой чистую энтодерму. У всех вышестоящих систематических групп погрузившийся внутоб материал содержит кроме энтодермы еще и материал мезодермы.

Выделяют следующие типы закладки мезодермы:

• 
  Телобластический (А), встречается у спирально дробящихся форм. В процессе дробления обособляются две крупные клетки, расположенные в полости бластоцеля в области губ бластопора. Они дают начало всей целомической мезодерме личинки. эти бластомеры называются мезобластами или мезотелобластами. Более мелкие мезодермальные клетки отпочковываются от этих крупных бластомеров. В результате возникает пара мезодермальных полосок, которые затем подразделяются на парные сомиты. Внутри сомитов путем расхождения клеток образуются участки вторичной полости тела - целома. Способ образования полостей путем расхождения клеток называется шизоцелевым, или кавитационным. В данном случае мезодерма никак не связана с энтодермой, образующейся из других бластомеров.
  
• 
  Принципиально другой - энтероцельный (Б) - способ закладки мезодермы наблюдается у иглокожих и ланцетника. В данном случае материал будущей мезодермы вворачивается вместе с энтодермой в составе гастрального впячивания, которое называется первичным кишечником или архентероном. Мезодерма выделяется из архентерона путем выпячивания его стенок и отшнуровки возникших выпячиваний.
  
• 
  Если мезодерма выделяется из архентерона путем деламинации, то выделяют деламинационный (В) тип закладки мезодермы.
  
• 
  иммиграционный (Г) тип выделяют в том случае, когда мезодерма отделяется от архентерона путем иммиграции.
  

После отделения мезодермы, в составе стенки архентерона остается уже только энтодермальный материал, и архентерон превращается в полость вторичной (дефинитивной) кишки.

Как и полость сомитов первичноротых, полость отшнуровавшихся мезодермальных пузырьков называется целомом.

Особый способ закладки мезодермы в ходе гаструляции описан у пресмыкающихся, птиц и млекопитающих. Он заключается в миграции клеток первичной эктодермы через утолщение - первичную полоску и последующем их погружении (инвагинации) под эктодерму. У млекопитающих это происходит путем перемещения (иммиграция) клеток в области дна амниотического пузырька (первичная эктодерма) по направлению спереди назад, к центру и вглубь в результате размножения клеток. При этом образуется первичная полоска - источник формирования мезодермы. В головном конце первичная полоска утолщается, образуя первичный, или головной узелок, откуда берет свое

Гаструляция амфибий - комплексный процесс. Основными его компонентами принято считать эпиболию и инвагинацию, которые дополняются процессами иммиграции и деламинации. На вегетативном полюсе распологаются крупные, богатые желтком макромеры. Поэтому там не может возникнуть обширное впячивание. Но некоторые макромеры все же погружаются внутрь зародыша. Эти движения иммиграционного типа называются предгаструляционными. Они приволят к сокращению вегетативной зоны на поверхности зародыша и к увеличению анимальной зоны. Такой процесс можно рассматривать как первую фазу эпиболии.

Собственно гаструляция начинается в области серого серпа. Сначала возникает выровненная линия клеток, проходящая чуть вегетативнее границ анимального и вегетативного полушарий, а затем по этой линии образуется узкая, идущая вглубь щель - зачаток бластопора. Щелевидное впячивание углубляется, вовлекает в себя новые клетки поверхности зародыша и принимает вид серповидной бороздки. Область бороздки, расположенная непосредственно анимальнее бороздки, разывается дорсальной губой бластопора. Полость щелевидной бороздки расширяется и превращается в полость первичной кишки. Другое название этой полости - гастроцель.

Дальнейший ход гаструляции связан с подворачиванием клеточного материала через дорсаольную губу бластопора. При этом клетки анимальных районов смещаются в вегетативном направлении, и подвернувшись через ДГБ образуют дорсальную выстилку архентерона. Таким образом, клеточный состав ДГБ непрерывно обновляется. Данные движения представляют собой продолжение движения эпиболии, основой которой является интеркаляция клеток, то есть их "вставление" друг между друга. При этом происходит утрата прежних межклеточных контактов и установление новых. Выделяют два различных типа интеркаляции.

Интеркаляция первого типа называется радиальной. Она протекает с самого начала гаструляции вдоль всей крыши бластоцеля. При этом число клеточных слоев уменьшается, а общая площадь поверхности крыши бластоцеля увеличивается. При этом увеличение происходит изотропно, то есть равномерно во всех напрвлениях. Данный процесс ответственен за начальную стадию эпиболии.

→
У хвостатых амфибий, где крыша бластулы состоит из одного слоя клеток, аналогом радиальной интеркаляции является радиальное уплощение клеток.

С начала видимой гаструляциии в области ДГБ начинает действовать второй типа интеркаляции - планарная конвергентная интеркаляция. При этом клетки начинают двигаться в плоскости поверхности зародыша, то есть планарно, во встречных направлениях. Такой процесс приводит к сильному неравномерному растяжению области ДГБ, которая становится спинной стороной тела будущего животного. Именно благодаря этому процессу формируется продольная ось тела позвоночных животных и весь комплкекс осевых органов

→

Далее бластопор продолжает расти в стороны, охватывая вегетативную зону сначала полукольцом, а потом и полным кольцом. Заключенный внутри кольцевидного бластопора светлый вегетативный материал называется желточной пробкой. В кольцевидном бластопоре кроме дорсальной, уже различают вентральную и боковые губы.

Ввернувшийся внутрь клеточный материал постепенно оттесняет бластоцель в вентральном направлении. Это движение называют инвагинацией.

Самая ранняя стадия инвагинации связана с вознокновением колбовидных клеток с узкими апикальными "шейками" и удлиненными раздутыми телами. Впячивание бластопора закладывается благодаря активному сужению этих "шеек".

При дальшейшей инвагинации решающее значение имеют следующие поцессы:

• 
  Клетки вершины гастрального впячивания активно ползут по стенке бластоцеля, выбрасывая длинные отростки.
  
• 
  Клетки внутренних слоев ДГБ при подворачивании резко меняют свою структуру и характер контактов: до подворачивания они представляют собой довльно плотно скрепленные столбчатые клетки эпителиального характера. В процессе подворачиваются они ошариваются и почти не контактируют друг с другом. Клеточные слои рассыпаются на отдельные клетки. Впоследствии контакты между клетками восстанавливаются.
  
• 
  По мере вворачивания дорасльная губа бластопора смещается в вегетативном направлении. Такое смещение связано с тем, что скорость эпиболии превышает скорость подворачивания клеток через ДГБ. В том же направлении, к вегетативному полюсу, удлиняется деламинационная борозда, разграничивающая ввернувшийся и неввернувшийся материал.
  

По Фохту (рисунок со штриховкой), перед началом гаструляции все закладки зародыша выходят на поверхность. Сразу анимальнее щелевидной борозки бластопора располагается зачаток прехордальной пластинки (9), из которой развивается выстилка ротовой полости. Анимальнее прехордальной пластинки располагается зачаток будущей хорды (1). Дорсоанимальную часть занимает презумптивная эктодерма нервной системы - нейроэктодерма (8), а ветнроанимальную часть - эктодерма покровов тела (2). Между ними располагается метериал нервных валиков (7).

Вегетативнее их располагаются последовательно: материал осевой мезодермы, идущий на образование туловищных и хвостовых сомитов(5,6), боковой пластинки (4) - несегментированная часть мезодермы, и энтодермы (3). Прехордальная пластинка, хорда, мезодерма и энтодерма погружаются внурть зародыша.

В последние годы карты презумптивных зачатков для зародышей амфибий подверглись исправлениям и дополнениям. Установлено, что у бесхвостых амфибий (в отличие от хвостатых) материалы хорды, осевой мезодермы и боковой пластинки расположены во внутренних слоях стенки зародыша и не выходят на его поверхность, которая представлена в анимальной части зародыша тонким слоем эпиэктодермы (внешней эктодермы). При инвагинации через ДГБ бластопора именно ввернувшийся материал эпиэктодермы образует выстилку гастральной полости. Этот материал называется гипохордой. Благодаря наличию гипохорды у бесхвостых амфибий материал хорды и будущих сомитов ни на одной стадии развития не граничит с гастральной полостью, поэтому в данном случае она не является архентероном.

Движения гаструляции у зародышей позвоночных без существенного перерыва переходят в движения, связанные с нейруляцией - закладкой центральной нервной системы. На этой стадии формируется комплекс осевых структур. Зародыш в период нейруляции называется нейрулой.

В целом эти движения состоят в конвергентном (сходящемся) смещении материала эктодермы и мезодермы к средней линии спинной стороны зародыша (вентродорсальные движения). Происходит также растяжение дорсальной эктодермы зародыша в передне-заднем направлении.

Сначала нейральная эктодерма уплощается и превращается в нервную пластинку, которая в головной части зародыша шире, чем в туловищной. Края пластинки приподнимаются и образуют нервные валики, окаймляющие пластинку. Затем поверхность нервной пластинки начинет довольно сильно сокращаться в поперечном направдении. Одновременно она начинает складываться по средней линии. Возникающее углубление нервной пластинка называется нервным желобом. Еще чуть позже края неврной пластинки смыкаются и образуется нервная трубка, полость внутри которой называют невроцелем. Передняя расширенная часть трубки превращается в головной мозг, а ее невроцель - в полость мозгового пузыря. Более узкая туловищная часть трубки превращается в спинной мозг, а его полость - в спинномозговой канал.

Само формирование нервной пластинки происходит путем кооперативной поляризации клеток дорсальной эктодермы: клетки сильно вытягиваются в апико-базальном направлении, а их апикальные стенки сокращаются. Этот процесс начинается от дорсо-медиальной линии зародыша и распространяется в стороны (латерально), что приводит к скошенности клеток в сторону дорсо-медиальной линии. Образуется клеточный веер. На этой стадии нерная пластинка почти плоская. Ее последующее скручивание вызывается спрямлением скошенных клеток.

Описанная последовательность процессов типична не только для нейруляции, но и для всех других случаев образования органов из эпителиальных пластов (формирование хрусталика, органов слуха, обоняния, желез пищеварительной системы и т.д.).

Во всех этих процессах участвует как цитоскелет, так и клеточная мембрана. При этом их активность тесно скоординирована.

После смыкания нервного желобка в нервную трубку, материал нервных валиков, расположенный сначала по периферии нервной пластинки, концентрируется вдоль средней линии зародыша, дорсальнее нервной трубки - образуется нервный гребень. Клетки нервного гребня не входят в состав ЦНС, они дают множесто производных (периферическая НС, пигментные клетки).

В начале скручивания нервной пластинки в трубку из осевой мезодермы по средней (сагиттальной) линии зародыша формируется хорда, которая располагается под туловищной частью нервной трубки. Спереди от хорды находится прехордальная пластинка.

Сразу латеральнее материала хорды располагается мезодерма будущих сомитов, которая плавно переходит в мезодерму боковой пластинки. Внутри зачатков сомитов возникает полость, переходящая в узкую щель, разделяющую боковую пластинку на два листка: париетальный (прилежит к эктодерма) и висцеральный (прилежит к энтодерме). Внутренняя полость и щель формируют вторичную полость тела - целом.

Вскоре после обособления хорды, начинается метамеризация осевой мезодермы, то есть ее разделение на парные сегменты - сомиты. Метамеризация мезодемы идет в направлении спереди назад. Механизмы метамеризации у разных позвоночных различны. У бесхвостых амфибий клетки осевой мезодермы поворачиваются на 90°, изменяя первоначальную ориентацию на продольную.

У хвостатых амфибий формирование сомитов связано с группированием мезодермальных клеток в "розетки". У зародышей птиц происходит образование веерообразных структур, сходных с розетками, которые постепенно достраиваются до полного сомита.

Фактором, влияющим на движения и изменения формы отдельных клеток при гаструляции и нейруляции, являются механические напряжения в тканях зародыша.

Они имеют два основных источника: первый - тургорное давление в бластоцеле. Оно обусловливает равномерное растяжение крыши бластоцеля. Второй источник - клеточные движения. Например, инвагинация вокруг ДГБ вызывает растяжение в этой области в передне-заднем направлении и ее сжатие в поперечном направлении. При этом возникает градиент механических напряжений с наивысшей точкой около бластопора.

Определенными методами можно составить карты механических натяжений для периодов гаструляции и нейруляции. Нарушение этих закономерных и стадиоспецифичных механических напряжений приводит к глубоким нарушениями структуры зачатков и точности их взаимного расположения.

Явление гетерономной метамерии заключается в том, что метамеры, сохраняя общий план строения, дифференцируются в различных направлениях, при этом теряют внешнее сходство (например, у членистоногих). При гомономной метамерии все метамеры, образовавшиеся в ходе сегментации развиваются одинаково. Так, например, у кольчатых червей.