Участие пролиферации в росте тела зародышей Daniorerio в период сомитогенеза
|
Оглавление 2
1 Введение 3
2 Обзор литературы 5
2.1 Формы роста 5
2.1.1 Клеточная пролиферация 5
2.1.2 Методы численной оценки пролиферации клеток 7
2.1.3 Клеточный рост 8
2.1.4 Клеточная гибель 10
2.1.5 Увеличение межклеточного вещества 12
2.1.6 Клеточная миграция 13
2.2 Daniorerio 17
2.2.1 Общие сведения о Daniorerio 17
2.2.2 Эмбриональное развитие Daniorerio 19
2.3 Удлинение тела Daniorerio 26
2.3.1 Удлинение тела согласно Киммелу 26
2.3.2 Оригинальная методика измерения длины эмбриона 27
2.3.3 Результаты оценки удлинения тела зародыша Danio rerio в период сомитогенеза 31
2.4 Роль разных форм роста в процессах роста Daniorerio 33
2.4.1 Роль клеточной пролиферации в процессах роста Daniorerio 33
2.4.2 Роль гипертрофии клеток в процессах роста Daniorerio 38
2.4.3 Роль клеточной гибели в процессах роста Daniorerio 41
2.4.4 Роль накопления межклеточного вещества в процессах роста Daniorerio 42
2.4.5 Роль миграции клеток в процессах роста Daniorerio 42
2.5 Обсуждение 44
2.6 Заключение 45
3 Выводы 46
Список литературы 48
1 Введение 3
2 Обзор литературы 5
2.1 Формы роста 5
2.1.1 Клеточная пролиферация 5
2.1.2 Методы численной оценки пролиферации клеток 7
2.1.3 Клеточный рост 8
2.1.4 Клеточная гибель 10
2.1.5 Увеличение межклеточного вещества 12
2.1.6 Клеточная миграция 13
2.2 Daniorerio 17
2.2.1 Общие сведения о Daniorerio 17
2.2.2 Эмбриональное развитие Daniorerio 19
2.3 Удлинение тела Daniorerio 26
2.3.1 Удлинение тела согласно Киммелу 26
2.3.2 Оригинальная методика измерения длины эмбриона 27
2.3.3 Результаты оценки удлинения тела зародыша Danio rerio в период сомитогенеза 31
2.4 Роль разных форм роста в процессах роста Daniorerio 33
2.4.1 Роль клеточной пролиферации в процессах роста Daniorerio 33
2.4.2 Роль гипертрофии клеток в процессах роста Daniorerio 38
2.4.3 Роль клеточной гибели в процессах роста Daniorerio 41
2.4.4 Роль накопления межклеточного вещества в процессах роста Daniorerio 42
2.4.5 Роль миграции клеток в процессах роста Daniorerio 42
2.5 Обсуждение 44
2.6 Заключение 45
3 Выводы 46
Список литературы 48
Рост как увеличение размеров тела или частей тела многоклеточного организма был и остается одной из наиболее интригующих проблем биологии развития, а эмбриональный рост (в особенности у костистых рыб) – это, как ни странно, недостаточно изученная область эмбриологии. В значительной степени это связано с техническими трудностями в исследовании клеточного размножения в эмбриогенезе костистых рыб. Для осознания многоплановости проблемы роста достаточно сказать, что он является не только количественной характеристикой развития, обусловливая увеличение размеров развивающегося организма, но и участвует в формообразовании: в значительной степени благодаря росту определяются форма, размеры и пропорции тела организма. Однако, следует отметить, что в разные периоды развития морфогенетическая роль роста может существенно различаться. Так, дробление происходит в условиях отсутствия клеточного роста[98]. Увеличение одних частей тела часто происходит за счет уменьшения других. Например, увеличение площади поверхности зародыша при гаструляции сопровождается утончением его наружного клеточного слоя [98].
Рост - количественная характеристика развития -представляет собой увеличение массы или линейных размеров отдельных органов или тела в целом.
На начальных стадиях развития, например, в период дробления, рост, как изменение размерностей в организме, отсутствует. Изменение количественных характеристик (рост) организма не свойственно начальным стадиям развития: дробление происходит в отсутствии роста, то есть фаза роста выпадает из клеточного цикла. Перед дроблением оплодотворённая яйцеклетка (зигота) представляет собой гипертрофированную клетку, содержащую желток, размер которой многократно увеличен относительно клеток взрослого организма; затем начинается палинтомический процесс дробления: бластомеры делятся последовательно и быстро, не растут, не специализируются и не накапливают веществ, в результате чего уменьшаются в размерах и массе в каждом раунде деления дробления[97]. Рост у эмбрионов может начаться не раньше, чем палинтомический процесс заменится на монотомический, иначе говоря, по завершению дробления. Завершение дробления происходит с установлением нормального ядерно-плазменного отношения, то есть характерного для соматических клеток.
Согласно морфофизиологической теории роста Шмальгаузена[100], увеличение размеров и массы тела и органов (их рост) в эмбриональный период происходит за счет изменения числа клеток, то есть за счет клеточного деления, а не за счет изменения величины клеток. Важно отметить, что делятся в основном недифференцированные клетки, после дифференциации клетки теряют способность к пролиферации (разумеется, есть исключения: например, Т-клетки иммунитета могут возвращаться в клеточный цикл). Согласно данной теории, снижение темпов роста объясняется переходом клеток в специализированное состояние, и, следовательно, уменьшением количества недифференцированных, способных к делению клеток. Таким образом, скорость роста организма или органа и процесс дифференциации обратно пропорционально зависимы. Данная теория объясняет закономерности роста всех позвоночных животных. Однако, у теории Шмальгаузена есть противники. Основной аргумент противников теории можно кратко сформулировать следующим образом: рост не может происходить только за счет размножения клеток, он происходит и в результате увеличения их размеров, а также вследствие накопления межклеточного вещества [98].
В настоящей работе рассмотрены возможные формы роста, вносящие свой вклад в удлинение тела животных. В первую очередь внимание уделяется росту костистой рыбы Daniorerio, выполнена попытка ответить на вопрос, какие именно механизмы лежат в основе изменения размеров и формы тела этого животного. Возможные формы роста это пролиферация клеток, или прямое увеличение количества клеток, перестройка клеточного материала в результате миграции клеток, увеличение размеров самих клеток или межклеточного вещества. Также в росте и морфогенезе участвует программируемая клеточная гибель, антагонист пролиферации. Данная работа включает в себя обзор данных литературы о развитииDaniorerio, обзор механизмов удлинения тела, а так же анализ их роли в скачке роста эмбрионовDaniorerio в периоде сомитогенеза.
Целью настоящей работы является оценка степени и формы участия пролиферации клеток в процессах роста эмбрионов костистых рыб на примере Daniorerio.
Для достижения поставленной цели предстояло решить следующие задачи:
1. Дать общий обзор форм роста длины тела и факторов, участвующих в его коррекции;
2. Количественно охарактеризовать удлинение тела Daniorerioв период сомитогенеза;
3. Сопоставить участие рассмотренных форм роста в удлинении тела и его частей у Daniorerio в период сомитогенеза;
4. Представить аргументированное заключение о роли клеточной репродукции в процессах роста у Daniorerio в период сомитогенеза.
Рост - количественная характеристика развития -представляет собой увеличение массы или линейных размеров отдельных органов или тела в целом.
На начальных стадиях развития, например, в период дробления, рост, как изменение размерностей в организме, отсутствует. Изменение количественных характеристик (рост) организма не свойственно начальным стадиям развития: дробление происходит в отсутствии роста, то есть фаза роста выпадает из клеточного цикла. Перед дроблением оплодотворённая яйцеклетка (зигота) представляет собой гипертрофированную клетку, содержащую желток, размер которой многократно увеличен относительно клеток взрослого организма; затем начинается палинтомический процесс дробления: бластомеры делятся последовательно и быстро, не растут, не специализируются и не накапливают веществ, в результате чего уменьшаются в размерах и массе в каждом раунде деления дробления[97]. Рост у эмбрионов может начаться не раньше, чем палинтомический процесс заменится на монотомический, иначе говоря, по завершению дробления. Завершение дробления происходит с установлением нормального ядерно-плазменного отношения, то есть характерного для соматических клеток.
Согласно морфофизиологической теории роста Шмальгаузена[100], увеличение размеров и массы тела и органов (их рост) в эмбриональный период происходит за счет изменения числа клеток, то есть за счет клеточного деления, а не за счет изменения величины клеток. Важно отметить, что делятся в основном недифференцированные клетки, после дифференциации клетки теряют способность к пролиферации (разумеется, есть исключения: например, Т-клетки иммунитета могут возвращаться в клеточный цикл). Согласно данной теории, снижение темпов роста объясняется переходом клеток в специализированное состояние, и, следовательно, уменьшением количества недифференцированных, способных к делению клеток. Таким образом, скорость роста организма или органа и процесс дифференциации обратно пропорционально зависимы. Данная теория объясняет закономерности роста всех позвоночных животных. Однако, у теории Шмальгаузена есть противники. Основной аргумент противников теории можно кратко сформулировать следующим образом: рост не может происходить только за счет размножения клеток, он происходит и в результате увеличения их размеров, а также вследствие накопления межклеточного вещества [98].
В настоящей работе рассмотрены возможные формы роста, вносящие свой вклад в удлинение тела животных. В первую очередь внимание уделяется росту костистой рыбы Daniorerio, выполнена попытка ответить на вопрос, какие именно механизмы лежат в основе изменения размеров и формы тела этого животного. Возможные формы роста это пролиферация клеток, или прямое увеличение количества клеток, перестройка клеточного материала в результате миграции клеток, увеличение размеров самих клеток или межклеточного вещества. Также в росте и морфогенезе участвует программируемая клеточная гибель, антагонист пролиферации. Данная работа включает в себя обзор данных литературы о развитииDaniorerio, обзор механизмов удлинения тела, а так же анализ их роли в скачке роста эмбрионовDaniorerio в периоде сомитогенеза.
Целью настоящей работы является оценка степени и формы участия пролиферации клеток в процессах роста эмбрионов костистых рыб на примере Daniorerio.
Для достижения поставленной цели предстояло решить следующие задачи:
1. Дать общий обзор форм роста длины тела и факторов, участвующих в его коррекции;
2. Количественно охарактеризовать удлинение тела Daniorerioв период сомитогенеза;
3. Сопоставить участие рассмотренных форм роста в удлинении тела и его частей у Daniorerio в период сомитогенеза;
4. Представить аргументированное заключение о роли клеточной репродукции в процессах роста у Daniorerio в период сомитогенеза.
Целью данной работы является оценка роли клеточной пролиферации в росте тела зародышей Daniorerio в период сомитогенеза. Вначале дается детальный обзор основных механизмов, способных влиять на рост организма: клеточная пролиферация, гипертрофия клеток, гибель клеток, миграция клеток, а так же накопление межклеточного вещества. Показано, что, хотя клеточные деления являются основными в определении размеров взрослых организмов, во время эмбриогенеза остальные механизмы также могут играть значительную роль на определенных этапах развития. Далее дается описание морфогенеза Daniorerio с фокусом на период сомитогенеза. Данный период прежде всего характеризуется формообразованием туловищного и хвостового отделов. Используя доступные в литературе данные, показано, что в рассматриваемом временном интервале скорость удлинения эмбриона максимальна в начале периода сомитогенеза и затем экспоненциально снижается с константой 8.8 часа. При этом, высокая скорость удлинения в интервале от 10 и до 14-16 часов после оплодотворения определяется развитием туловищного отдела, а после - развитием хвостового отдела. Совокупный анализ показывает, что накопление межклеточного вещества и гибель клеток не несут вклада в удлинение тела зародышей Daniorerioв период сомитогенеза. При этом, наращивание клеточного объема, сопутствующее росту эмбриона, может осуществляться либо путем увеличения числа клеток через пролиферацию при нормальном эмбриогенезе, либо путем гипертрофии клеток при недостатке числа клеток после блокирования пролиферации. Примечательно, что данные два варианта приводят к почти равнозначному удлинению зародышей в период сомитогенеза. Это может свидетельствовать о том, что для формообразования телаDaniorerioв период сомитогенеза важно приращение суммарного клеточного объема, а не количества клеток. Более того, это суждение можно распространить и на более ранние стадии. Так, при блокировании пролиферации от стадии зародышевого щитка, приводящем к примерно 70-80% дефициту клеточной численности ко стадии 12 пар сомитов, формируются основные морфообразующие структуры тела, а общая длина эмбриона уменьшается лишь на 22% к 30 часам после оплодотворения [94]. С другой стороны, в данной работе акцентируется внимание на существенной роли скоординированных клеточных перемещений (миграции) в снабжении развивающегося тела клеточным материалом с поверхности желточного синцития, а также непосредственно внутри формирующихся различных структур организма. В частности, формирование хвоста у Daniorerio является ярким примером того, как совокупность своевременных клеточных перестроений приводит к формированию вытянутой и функциональной структуры. Нарушение же сигнальных путей, управляющих клеточными потоками, приводит к значительным дефектам эмбрионального морфогенеза [47, 75].