Критические периоды в эмбриогенезе. (Лекция 6)

1. Экологическая эмбриология (спецкурс для магистров кафедры эмбриологии МГУ)

О.П. Мелехова,
д.б.н., вед.н.с.,
+79153501293;
[email protected]

2. 2

Лекция 6.
Критические периоды развития.

3. 3

Содержание лекции:
1. История открытия и современные представления о
критических периодах развития.
2. Креодичность как фундаментальная закономерность
развития.
3. Основные положения теории П.Г. Светлова.
4. Чувствительность: повреждаемость и репарация.
5. Периодичность морфогенетической функции ядер.
6. Критические периоды в эмбриогенезе позвоночных.
7. Клеточные механизмы тератогенеза.
8. Уровни регуляции дифференцировки.

4. 4

Развитие всего организма и отдельных его частей
проходит через периодически повторяющиеся этапы
– фазы развития.
Фазы разделяются на периоды: индифферентный,
подготовительный, критический и период
дифференциации.
Критический период является периодом
предетерминации и детерминации.

5. 5

Термин «критические периоды» ввел в 1897г. ботаник П.И.
Броунов. Определял как периоды наибольшей
чувствительности (у растений).
Ц.Р. Стоккард (1921г.): онтогенез представлен как ряд
последовательных этапов, различающихся скоростями
развития. Критические периоды – наибольшая скорость
развития (у животных).
На ранних стадиях эмбриогенеза такие периоды являются
критическими для всего эмбриона. На более поздних стадиях
имеются критические стадии в развитии органов.
Критические периоды всегда предшествуют
морфологической дифференциации (Б.Н. Шванвич, 1937г.).
К.-Х. Уоддингтон (1962г.): понятие «эпигенетического
ландшафта».

6. 6

В современном представлении критические
периоды онтогенеза являются периодами
повышенной чувствительности организма к
внешним и внутренним факторам. Являются
проявлением общей фундаментальной
закономерности развития – чередования креодов
(устойчивых периодов) и кризов (периодов
повышенной чувствительности и повреждаемости
отдельных систем и организмов в целом).

7. 7

Концепция критических периодов развития П.Г. Светлова
- одно из ведущих обобщений современной эмбриологии.
Критические периоды знаменуют вступление зародыша (или
его зачатков) в начальную стадию крупного этапа
морфогенеза, определяют направление дифференциации и
конечную судьбу отдельных зачатков или всего зародыша.
В течение критических периодов проходят процессы
детерминации, т.е. получение извне относительно
недифференцированным зачатком специфического импульса,
ответом на который является дальнейшее автономное
развитие.
Высокая рецептивность клеток необходима для восприятия
индукционных импульсов. В критических периодах зачатки
наиболее повреждаемы.

8. 8

По П.Г. Светлову, минимальные дозы каких-либо
воздействий в период детерминации (критический)
играют большую роль в формообразовании. Подъем
чувствительности связан с пониженной
репаративной способностью клеток.
Ступенчатый процесс детерминации – причина
следующих за ним цепных процессов
дифференциации клеток и организма в целом.
Характер тератогенных эффектов различных
воздействий в критических периодах может
служить инструментом изучения механизмов
развития.

9. 9

Некоторые особенности влияния тератогенных
факторов в течение критических периодов:
1. Чувствительность к тератогенезу связана с генотипом
зародыша (видовые вариации резистентности).
2. Чувствительность и эффект тератогенного действия
зависит от стадии развития объекта.
3. Характер начальных изменений не всегда связан со
специфичностью действия тератогенных агентов.
Основные механизмы начального действия: генная
мутация, хромосомные, в том числе эпигенетические,
изменения, нарушения пролиферации, изменения
функциональной способности аминокислот, изменение пула
предшественников, субстратов и пр., изменение
биоэнергетики и свойств мембран, нарушения осмотического
баланса, торможение активности ферментов.

10. 10

Проявление нарушений развития (тератогенный
эффект) является отсроченным.
Тератогенные и эмбриотоксические воздействия
зачастую не являются токсичными для организма
самки.

11. 11

Периодичность морфогенетической функции ядер определяет
ряд критических периодов в раннем развитии.
Понятие «тератогенный терминационный период».
критический период формирования индивидуального
генотипа – гаметогенез и оплодотворение.
Критический период формирования протеома – раннее
развитие, активация генов. Механизмы повреждения: генные
мутации.
Основные врожденные нарушения:
- Транскрипции (мутации в генах рецепторов клеточной
поверхности, сигнальных путей);
- Сплайсинга (мутации по сайтам сплайсинга – измененные
белки);
- Трансляции (изменения в промоторах, в стоп-кодонах, в сроках
жизни и-РНК).
- Критические периоды формирования фенома – в течение
гаструляции, нейруляции и органогенеза.

12. 12

Клеточные механизмы тератогенеза
Основные типы поведения клеток: клеточные деления,
рост, изменение формы, миграция, секреция, адгезия, гибель,
специализация (дифференцировка).
Основные нарушения морфогенеза – результат нарушений
клеточных делений, миграции, избирательной адгезии.
Дифференциация последовательно проходит в течение всего
эмбриогенеза. Может прекратиться на любом этапе развития
(бесформенная масса клеток, гибель эмбриона, агенезия
органа или системы органов и др.).
Ключевые позиции дифференцировки – дифференциальная
активность генов в результате детерминации.
Основные механизмы тератогенеза на уровне тканей:
гибель отдельных клеточных масс, замедление распада и
лизиса клеток, нарушения адгезии.

13. 13

У человека благополучно завершается около 65%
беременностей.
По данным Минздрава РФ 35% новорожденных имеют
врожденные нарушения или заболевают в течение первого
года жизни.
Основной критический период для всего эмбриона у
млекопитающих – имплантация.
В первый лунный месяц погибает 37% (из суммарного
значения гибели) эмбрионов.
На начальных стадиях активируются гены, определяющие
способность к пролиферации, гены обязательного
метаболизма. После формирования бластоцисты
экспрессируются тканеспецифические гены.
Нейруляция является критическим периодом формирования
нервной системы. У человека – от 18х до 23х сут. развития.

14. 14

Регуляция процессов развития и роста обеспечивается
взаимодействием генных, гормональных,
иммунологических и метаболических влияний,
реакцией рецепторов тканей и органов на действие
гормонов, нейромедиаторов и др., а также адекватным
питанием растущего плода.
Генная регуляция складывается из влияний
доминирующих генов и генотипической среды, включая
ядерные факторы эпигенома, а также действия факторов
окружающей среды, реализуемые через микросреду в
эмбриональных клетках.

15. 15