Лекция 10 Раннее развитие амфибий. Ооцит амфибий поляризован (имеет анимально- вегативную полярность). Поляризация цитоплазмы зародыша достигается также благодаря кортикальному сдвигу при оплодотворении(см. далее). Дробление полное, образующиеся бластомеры имеют неравные размеры (более крупные на вегетативном полюсе обогащены желтком). Два первых деления дробления проходят в меридианальной плоскости, третье - в экваториальной, ближе к анимальному полюсу. Вторая борозда дробления начинается, когда первое дробление еще не завершено. Лекции А. П. Перевозчикова

Оплодотворение вызывает специфическую реорганизацию цитоплазмы и предопределяет формирование дорсо-вентральной оси зародыша. Дорзальная сторона формируется на стороне противоположной месту вхождения спермия в ооцит. Сдвиг поверхностного слоя цитоплазмы в ходе кортикальной ротации и образование серого серпа в яйце Rana pipiens после оплодотворения.

Раннее развитие амфибий (зигота, дробление, гаструляция, нейруляция)

Раннее дробление. Образование морулы ( клетки)

Ранняя стадия гаструляции: образование дорсальной губы бластопора. Инвагинация и образование бутылковидных клеток вегетативного полушария (внизу).

Миграции клеток в ходе гаструляции у лягушки. Инволюция будущих мезодермальных и энтодермальных клеток, эпиболия эктодермальных клеток. Закладка передне-задней оси зародыша

Изменения в районе бластопора. Эпиболия эктодермы (обрастание зародыша эктодермой) и образование стадии желточной пробки (кольцевой бластопор с интернализованными энтодермальными клетками, обогащенными желтком)

Миграция клеток мезодермы ориентирована вдоль фибронектина внеклеточнго матрикса ходе гаструляции у Xenopus. (Фибронектин локализован благодаря флуоресцирующим зеленым цветом антителам, движение клеток происходит благодаря взаимодействию интегринов клеток с фибронектином внеклеточного матрикса)

Демонстрация регулятивного развития яиц амфибии (эксперимент Г. Шпемана)

Организатор - индуктор, индуцирующий целый комплекс зачатков вдоль передне-задней оси открыт Г. Шпеманом и Х. Мангольд в 1924 г. Дорсальная губа бластопора как организатор (пересадка организатора индуцирует эктопический комплекс зачатков)

Центр Ньюкупа. Мезодермализирующее воздействие вентральной энтодермы на экваториально расположенные клетки (маргинальной зоны). Формирование организатора под индуцирующим воздействием центра Ньюкупа

Роль wnt-сигнального пути (его компонентов) в спецификации дорсо- вентральной оси – ядерная транслокация -катенина преимущественно на дорзальной стороне зародыша.

Локализация -катенина на дорзальной стороне в течение гаструляции (слева). Угнетение GSK-3 (ингибитора -катенина) в 2-х клеточном зародыше Xenopus приводит к образованию второго комплекса осевых зачатков (справа)

Способность центра Ньюкупа (маркирована по экспрессии гена siamois, индуцированной -катенином) идуцировать дорзальную мезодерму достигается одновременной актвивацией катенина (дорзально) и активацией TGF- (с вегетативного полюса)

Одновременная индукция организатора и вентральной мезодермы - катенином и энтодермальными сигналами, идущими от цепочки VegT, Vg1. Создание вентральных градиентов морфогенов Bmp4, Xwnt8 и дорсального – Xnr (Xenopus nodal-related).

Белки, синтезируемые в районе организатора (неполный список)

Локализация иРНК noggin в организаторе

Локализация иРНК chordin в дорсальной губе бластопора и в тканях организатора

Региональная специфичность индукции дорсальной губы бластопора. Дорсальная губа, соответствующая передней части организатора, индуцирует при пересадке в раннюю гаструлу тритона структуры головы, а взятая на более поздней стадии - структуры задней части спины (Saxen, Toivonen, 1962))

Специфичность индуктора и реакция на индуктор компетентной ткани носят временный характер. По мере созревания компетентной ткани она становится детерминированной и больше не подвергается влиянию индуктора

В ходе гаструляции формирующиеся из организатора структуры дифференцируются сами и индуцируют образование осевых структур, проявляя региональную специфичность: 1. Индукция структур головы. Участвуют прехордальная пластинка (энтомезодерма,) фарингиальная энтодерма (глотки) и мезодерма головы. Они продуцируют и секретируют факторы, блокирующие действие wnt (Xwnt-8) и BMP4. Cerberus (ингибитор Xwnt-8 и BMP4), Frzb и Dickkopf - блокируют wnt -сигналинг. Прехордальная пластинка продуцирует также Noggin, Chordin, Follistatin, которые связываются с BMP-факторами и угнетают их взаимодействие с соответствующими рецепторами, что обусловливает формирование из эктодермы структур головного мозга. Follistatin блокирует связывание активина с соответствующими рецепторами. Инсулино-подобные ростовые факторы (IGF) стимулируют образование головного мозга и сенсорных плакод. 2. Туловищный отдел спинного мозга - Участвует хордомезодерма. Она продуцируют Noggin, Chordin и Nodal-related-3 (Xnr-3), которые- угнетают взаимодействие BMP4 с соответствующими рецепторами, что обусловливает нейрализацию эктодермы. Follistatin также блокирует связывание активина с соответствующими рецепторами. 3. Постериорный (каудальный) отдел. Постериорные структуры хордомезодермы секретируют те же молекулы, что и туловищные. Кроме того образуются т.н. постеоризующие факторы - eFGF, Xwnt8 и ретиноевая кислота. eFGF и ретиноевая кислота (в градиентной манере) активируют экспрессию постериорных Hox-генов