Izpitna vprašanja Flashcards
Osnovna cilja embrionalnega razvoja
Generiranje celične pestrosti (diferenciacija) in organizacija v tkiva in organe (morfogeneza).
Zagotoviti kontinuiteto življenja iz generacije v generacijo (reprodukcija)
Razloži epigenezo in preformacijo.
Epigeneza - nastanek organov de-novo iz nič.
Preformacija - prisotnost miniaturnega embria, majhnega človeka v JC ali spermiju.
Naštej 4 načela von Baera (1828)
1) Lastnosti, ki so skupne vsem članom glavne taksonomske skupine se razvijejo zgodaj v njihovi ontogeniji, specializirane lastnosti podskupin se izrazijo kasneje.
Primer: Vsi vretenčarski embriji so si po zaključku gastrulacije zelo podobni (filotipski stadij) hrbtna struna, dorzalno cevasto živčevje, žepi in loki žrela, aortni loki
2) Bolj specifične značilnosti izhajajo iz bolj splošnih.
Primer: Vsi vretenčarji imajo na začetku razvoja enako zgradbo kože, specifične kožne strukture se oblikujejo kasneje. Zgodnji razvoj okončin je pri vseh vretenčarjih enak, razlike se pojavijo kasneje.
3) Embrij določene vrste vse bolj divergira od odrasle oblike “nižjih” vrst živali in nikakor ne gre skozi stadije razvoja odraslih “nižjih” živali.
4) Zgodnji embrij “višjih” živali ni nikoli podoben nižjim odraslim živalim, temveč je podoben le njihovemu zgodnjemu embriju
Kaj je morfogeneza in naštej glavne morfološke procese.
Oblikovanje organiziranih oblik, ki vključuje koordinirano celično rast, celično migracijo in celično smrt. Diferencirane celice se organizirajo v tkiva in organe, to ni naključen proces.
Procesi: celične delitve, spreminjanje oblike celic (EM tranzicije in obratno), migracija celic, celična rast (sprememba velikosti), celična smrt, spremembe v sestavi celic in nastanek različnih produktov, signalizacija.
Kaj nam povedo mape usode (fate maps)?
- So temeljni koncept embriologije
- Omogočajo razumevanje embrionalnega izvora različnih tkiv
- Prikazujejo, kaj lahko vsaka posamezna regija zarodka postane tekom normalnega razvoja
- Narejene so s pomočjo označevanja celic/regij
- Načrti usod zgodnjih embrijev različnih vretenčarjev so si med seboj podobni
Razloži pojem transgene himere
Transplantacija celic/tkiva iz GMO v w.t. prejemniški embrio.
GMO embrij ustvarimo tako, da vanj inficiramo virus z modificiranih genomom, ki lahko izrazi gen za GFP, dobimo transgeni organizem. Nevrulam transgenega organizma izrežemo del nevralnega tkiva in ga prestavimo v w.t. prejemniški embrio.
Himere, poskus Spemann in Mangold
Prve himere so bile narejene na zarodkih dvoživk. Šlo je za transplantacijo embrionalnega tkiva iz ene vrste pupka v drugo vrsto. Odkrit koncept organizatorja. Presaditev celic nad dorzalno ustno. Ugotovita, da tkivo dorzalne ustne določa glavne telesne osi. Celice so do določene faze še pluripotentne in njihova usoda ni dokončno določena. – zgodnja gastrula. Ob določenem času (gastrulacija) pa dobijo te celice avtonomno specifikacijo – pozna gastrula. Presaditev tega tkiva (organizatorja) na specifično lokacijo sproži nastanek sekundarne telesne osi (siamski dvojčki). Nastanek himer. To je embrij z 2 ali več seti genetsko različnih celic. Presaditev, ko imunski sistem še ne deluje in jih ne zavrne, se obnašajo kot njegove lastne celice.
Razloži razliko med homologijo in analogijo (homologno strukturo in analogno strukturo), primer embrionalne homologije.
Homologija: podobnost izvira iz skupne izpeljane predniške strukture.
Analogija: podobnost zaradi enake vloge, običajno NE izvirajo iz skupne predniške strukture.
Primer embrionalne homologije: prednje okončine človeka in ptiča, netopirja…
Opredeli pojem ‘‘teratologija’’
Teratologija je veda, ki preučuje vpliv eksogenih dejavnikov na embrionalni razvoj.
Teratogeni – snovi, ki povzročajo motnje (kemične snovi, virusi, bakterije, protisti, ionizirajoče sevanje, hipertermija…)
V katerem obdobju embrionalnega razvoja je embrio človeka najbolj občutljiv za teratogene in zakaj? Kaj so predpisovali nosečnicam konec 60. in so bile posledice?
V prvem trimesečju (3.-8. Teden). To je obdobje intenzivnega oblikovanja organov. Mesto okvare je odvisno od časa izpostavitve teratogenu in količine. Če izpostavitev pred 3. tednom – avtomatska smrt zarodka.
Predpisovali so jim pomirjevalo talidomid – zdravilo s pomirjevalnim in uspavalnim učinkom, za preprečevanje jutranje slabosti nosečnic. Posledica je deformacija okončin, pomanjkljiv razvoj ali odsotnost nog/rok, srčne napake, manjkajoče zunanje oko, nepravilno razvito črevo.
Na kakšen način je določena usoda celic zgodnjega embrija?
S specifikacijo, determinacijo in diferenciacijo.
Kaj je specifikacija, determinacija?
Specifikacija ali opredelitev je proces, ki celice zarodka usmerja k določeni usodi. Usoda celic je na začetku labilna in reverzibilna. Avtonomno diferencirajo samo v nevtralnem okolju. Lahko se odvija po eni izmed 3 osnovnih strategij porazdelitve morfogenetskih determinant (avtonomna, odvisna ali sincicijska specifikacija).
Determinacija ali dokončna določitev tudi usmerja celice zarodka k določeni usodi in organizira zgodnji zarodek. Takšne celice so sposobne avtonomne diferenciacije neglede na okolje (tudi v primeru prestavitve celic v drugo regijo zarodka). Usoda celic je ireverzibilna.
Razloži in opiši razlike med avtonomno, odvisno in sincicijsko specifikacijo. Primeri?
Avtonomna: Glavni način usmerjanja celic nevretenčarjev. Je zgodnja opredelitev usod, brez interakcij med celicami, morfogenetske determinante se podedujejo in regulirajo ekspresijo genov ter usmerjajo celico na določeno pot razvoja. Morfogenetske determinante so nehomogeno porazdeljene v jajčni celici, kar določa različno usodo celic. Primer: izolirana celica 16 celičnega stadija polža, ki kljub izolaciji v ustreznem času oblikuje ciliarne celice. Enako embrij plaščarja (razdružen 8 celični stadij, celice nadaljujejo usodo).
Odvisna: Glavni način usmerjanja celic vretenčarjev. Interakcije s sosednjimi celicami določajo usodo. Usoda je odvisna od pozicije celice in signalov sosednjih celic. Signali so parakrini - izločanje signalnih molekul ali pa jukstakrini - direkten kontakt celic. Signali sosednjih celic določajo TF, zato ob poškodbi ali odvzemu dela celic blastule pride do normalnega razvoja, saj sosednje celice prevzamejo funkcijo. Primer: morski ježek, skupina blastomer ima TF podedovane jajčne celice ki se razvijajo avtonomno. Sočasno pa TF aktivirajo gene za parakrine in jukstakrine faktorje, ki specializirajo usodo sosednjih celic.
Sincicijska: Značilna za žuželke. Mešanica avtonomne in odvisne specifikacije. Značilne so delitve jeder brez citoplazme, nastane citoplazma z mnogo jedri = sincicij. Jedra znotraj sincicija so izpostavljena različnih gradientom morfogenetskih determinant v citoplazmi, kar povzroči različno ekspresijo genov. Po celularizaciji blastoderma sledi odvisna specifikacija in signalizacija med celicami.
Primer je D. melanogaster: sincicijska specifikacija poteka prek gradienta maternalnih determinat, ta gradient je že v jajčni celici. Ko se delijo jedra, so ta izpostavljena različnemu gradienti determinant zato poteka različna ekspresija genov. To omogoča različen razvoj anteriornega in posteriornega dela.
Glavni vedenjski procesi celic, ki potrebujejo medcelično komunikacijo in so ključni za pravilen potek morfogeneze so:
celična adhezija, migracija celic in celična signalizacija
Kaj so kadherini, katere skupine poznamo, delovanje in katere vloge imajo v embrio. razvoju?
Kadherini so od kalcija odvisni transmembranski proteini. So adhezijske molekule oz. membranske strukture, ki omogočajo hierarhično sortiranje celic in spremenijo lastnosti površinske napetosti celic.
Površinska napetost celic in trdnost povezav je odvisna od različne količine kadherinov ali različnih tipov kadherinov (30 tipov).
Imajo dve domeni: zunanja domena je pomembna za medsebojno povezovanje celic, z notranjo domeno pa se povezujejo z aktinskim citoskeletom.
Različni tipi se izražajo v različnih obdobjih in omogočajo prostorsko segregacijo in oblikovanje struktur, delujejo kot signalne molekule.
VLOGA: Povezujejo celice, prevajajo mehanske sile za oblikovanje celičnih slojev in služijo kot signalne molekule za ekspresijo genov. Ustrezno sodelovanje različnih tipov in ekspresija ob pravem času in mestu je ključna za morfogenezo.
TIPI:
E-kadherini: zgodnji embriji + epitelna tkiva embrijev in odraslih
P-kadherini: placenta
N – kadherini: Izražanje v nevralnem ektodermu. Za ločevanje nevralne cevi in ektoderma nevrule
R – kadherini: ob oblikovanju mrežnice
Protokadherini: niso vezani na citoskelet. Funkcija je ločevanje embrionalnih tkiv z ekspresijo različnih protokadherinov in sprožitev migracije povezanih celic (imajo isti tip protokadherinov).
Razložite, kaj je epitelno mezenhimska tranzicija (EMT), kaj jo izzove in v kakšnih razvojnih procesih je zastopana? V katerih procesih je EMT udeležena pri odraslem organizmu?
EMT – Tranzicija epitelnih celic v mezenhimatske. Je pomemben razvojni pojav, pri katerem polarizirane epitelne celice postanejo migratorne mezenhimske celice. Parakrini faktorji sosednjih celic aktivirajo ekspresijo genov v tarčnih epitelnih celicah za utišanje kadherinov. Sledi prekinitev celice s komponentami bazalne lamine, reorganizacija aktinskega citoskeleta in izguba polaritete celice. Mezenhimatske celice sodelujejo v razvojnih procesih oblikovanja celic nevralnega grebena, oblikovanju mezoderma pri piščančjem zarodku, oblikovanju prekurzorjev za vretenca… V odraslem organizmu EMT sodeluje pri celjenju ran in metastaziranju rakavih celic.
Vloga ekstracelularnega matriksa EM:
Je netopno omrežje makromolekul (proteoglikani, glukozaminoglukani, kolagen, elastan, glikoprteini-laminin, fibronektin…). Predstavlja substrat kamor se celice pritrdijo in po njem migrirajo. Je vir signalov za diferenciacijo, migracijo, morfogenezo, skladiščenje parakrinih faktorjev, zaščita pred encimi, difuzija proteinov, …
Integrini so receptorji ki vežejo EM z zunanjo domeno ekstracelularija vezano na fibronektin/vitronektin/laminin in povezavo z notranjo domeno intracelularija na aktinski citoskelet.
Navedi primer za recipročno embrionalno interakcijo:
Optični vezikel in ektoderm glave, kjer pride do interakcije izvihka nevralnega ektoderma (invaginacija sprednjih možganov) z ektodermom glave za izgradnjo očesa. Potekajo številne celične oz. induktivne interakcije ki koordinirajo razvoj. Signalni proteini, ki to omogočajo, so parakrini faktorji.
Signalni proteini, ki jih celice izločajo v ekstracelularni prostor; celice, ki izločajo te signalne molekule in celice, ki se odzovejo na signal
Parakrini faktorji, induktorji in odzivne celice
Kaj je parakrina interakcija
Je medcelična signalizacija, kjer celica izloča signalne proteine, ki se vežejo na receptorje kompetentnih celic.
Med parakrine faktorje prištevamo:
FGF fibriblastni rastni faktorji, HEDGEHOG, Wnt in Superdružina TGF-β.
Jukstakrino signalizacijo razdelimo na dve glavni družini
NOTCH PROTEINI in EPH receptorji in ephrin ligandi.
Kaj so parakrini faktorji in kateri so glavni pri embrionalnem razvoju. Na kratko opiši signalno pot.
Parakrini faktorji so signalni proteini, ki jih izločajo induktorske celice v ekstracelularni prostor.
Signalna prevajalna pot: vezava liganda sproži spremembo konfomacije receptorja. Sproži se fosforilacija in encimatska dejavnost v citoplazemski domeni receptojev, sproži se intracelularni odziv, fosforilacija ostalih proteinov v citoplazmi. Pride do aktivacije TF/niza TF in citoskeleta. To privede do aktivacije ali represije specifičnih genov in spremembe oblike celice, mobilnost.
Klasična signalna pot receptorja tirozin kinaze: vezava liganda povzroči fosforilacijo in vezavo adaptorskega proteina. Aktivacija G proteina, aktivacija niza kinaz, zadnji prehaja v jedro in aktivira TF.
Pakrini faktorji so rastni faktorji in faktorji diferenciacije (difuzne molekule, delujejo lokalno na bližnje tarčne celice):
- FGF – fibroblastni rastni faktor (sprožijo nastanek različnih fgf proteinov, njihova vloga je regeneracija, razvoj krvnih žil, kože, okončin, indukcija leče. Signalne poti: RTK, JAK-STAT pot)
- HEDGEHOG - indukcija določenih celičnih tipov in meje med tkivi. Pri vretenčarjih 3 homologi teh genov: Sonic (shh) – največ vlog, Desert (dhh), Indian (ihh). Pomembno vlogo igra holesterol. Razvoj okončin, diferenciacija nevronov, morfogeneza obraza.
- Wnt - oblikovanje dorzalne strani telesa, razvoj srednjih možganov, polarizacija okončin, urogenitalni sistem, proliferacija metičnih celic). Kanonična signalna pot.
- superdružina TGF beta - ektracelularni matriks, celične delitve, razvejanje cevk, družina aktivina in nodal – L in D stran vretenčarjev, specifikacija mezoderma, družina BMP – oblikovanje kost, Vg1). Signalna pot smad.
- Ostali – faktor matičnih celic, rastni faktorji za epidermis, hepatocite…
Razloži pojme: parakrina interakcija, jukstakrina interakcija, avtokrina interakcija.
Parakrina interakcija: celica izloča signalne proteine, ki se vežejo na receptorje kompetentnih celic. Transport signalnih proteinov poteka z difuzijo (do 200 um).
Jukstakrina interakcija: membranski protein ene celice je v interakciji z receptorskim proteinom sosednje celice.
Avtokrina interakcija: specifičen tip parakrine, celica, ki izloča signalne molekule se nanj tudi odzove.
Vloga FGF, HEDGEHOG, Wnt, TGF-beta superdružina.
FGF – razvoj okončin, somitov, indukcija leče, regeneracija, oblikovanje žil, razvoj kože
HEDGEHOG – motorični nevroni na ventralni strani NC, del vsakega somita tvori vretence,
peresa na ustreznih mestih, razvoj okončin, diferenciacija nevronov, morfogeneza obraza
Wnt – oblikovanje dorzalne strani telesa, razvoj srednjih možganov, polarizacija okončin,
proliferacija matičnih celic, razvoj urogenitalnega sistema
TGF-beta superdružina:
TGF B - oblikovanje ekstracelularja, regulacija delitev, razvejanje cevk ledvic/pljuč,
BMP – oblikovanje kosti, regulacija delitev in apoptoze,
Nodal in akvitin – specifikacija regij mezoderma, L in D stran telesa vretenčarjev.
Naštej in opiši načine vzdrževanja diferenciranega stanja celic
Produkt signalne poti je transkripcijski faktor, ki spodbuja transkripcijo lastnega gena.
Sintetizirani proteini stabilizirajo kromatin in dostopnost genov.
Avtokrina stimulacija: ista celica tvori signal in se nanj odzove
Parakrina interakcija: sosednji celici, vsaka spodbuja diferenciacijo druge.
Kje je pomemben Wnt pri zgodnjem razvoju in kateri so njegovi antagonisti?
Pomemben pri determinaciji telesnih osi (na anteriornem delu ga manj, na posteriornem več). Wnt signalna pot je pri dvoživkah pomembna že ob oploditvi. Ključna, da pride do akumulacije nodala na dorzalni strani, ključen za nastanek organizatorja.
Wnt ključen, da pride do vzorčenja posteriorne regije nevralne cevi. Tkivo organizatorja producira njegove antagoniste, zato ga ni v anteriorni regiji.
Antagonisti so PF organizatorja in oblikujejo glavino regijo (cerberus, dickkopf, frzb, igf).
Na katerih nivojih prihaja do regulacije izražanja genov?
- Nivo prepisa DNA v mRNA: dostopnost genov – metilacija histonov, regulatorni elementi cis (enhancersm silencers), metilacija DNA.
- Nivo procesiranja mRNA v jedru: selektivno izrezovanje in spajanje mRNA, selektivni transport mRNA v citoplazmo
- Nivo translacije mRNA: dolgoživost mRNA, selektivnost ribosomov, delovanje miRNA , lokalizacija mRNA v celici.
- Postranslacijski nivo
Metilacija: delovanje, učinek, substrat, primeri.
Uravnavanje izražanja genov na ravni transkripcije oz prepisa DNA. Pride lahko do metilacije DNA ali histonov, ključno vlogo pri tem igrajo encimi.
Kondenziran kromosom je neaktiven in onemogoča prepisovanje DNA zaradi metilacije histonov. Na ta način je onemogočen dostop RNA-polimerazi. Prepisovanje DNA je omogočeno le na delih aktivnega oz. dekondenziranega kromatina, kjer je reverzibilno razrahljan kromatin zaradi dodajanja acetilnih skupin na histonske repe.
Metilacija DNA oz. cisteinov v promotorskih regijah neaktivnih genov stabilizira nukleosome in preprečujejo prepis genov, ki se ne smejo izražat zato, da se zagotovi pravilen razvoj celice določenega tipa (citozin in metil citozin). Metilacija tudi inhibira ojačevalna zaporedja.
Kaj pomeni, da ojačevalna zaporedja genov delujejo modularno in kombinatorno?
Ojačevalna zaporedja omogočajo vezavo TF, ki s tem aktivirajo encime za rahlanje ali kondenziranje nukleosomov (histonske acetil ali metil transferaze).
Lahko pa oblikujejo zanko, ki vezan TF približajo promotorski regiji in omogočajo prepis gena.
Ojačevalna zaporedja aktivirajo prepis genov in lahko delujejo:
MODULARNO: gen je pod nadzorom različnih enhancerjev, v različnih tkivih se aktivirajo z vezavo različnih TF.
KOMBINATORNO: izražanje določenega gena zahteva sočasen vpliv različnih TF.
Nastanek mRNA in na kaj lahko vpliva?
mRNA nastane s prepisom oz. transkripcijo iz DNA. Na sam prepis vpliva dostopnost genov oz.metilacija histonov, regulatorni elementi cis oz. ojačevalna in utiševalna zaporedja enhancer/silencer ter TF, ki se tu vežejo.
Pomembna je še metilacija DNA, ki onemogoča promotorske regije neaktivnih genov oz. vpliva na ojačevalna zaporedja.
V nadaljevanju procesiranja mRNA poteka izrezovanje intronov (dobimo zrelo mRNA) na spliceosomih (spajalna telesca) ali snRNA. Izrezovanje in spajanje delov omogoča nastanek variabilnie mRNA, ki se lahko razlikuje v celicah pa čeprav so se prepisali isti geni. To omogoča nastanek velikega št. proteinov iz relativno majhnega št. genov.
Procesiranje dopolnjuje še selektivni transport v citoplazmo. S svojo različno dolgoživostjo vpliva na količino proteinov v katere se prevede. Dolgoživost in obstojnost določa dolžina poliA repa, katero definira UTR regija na 3´ koncu gena, ta UTR regija pa tudi vpliva na lokalizacijo mRNA v citoplazmi.
Model nastanka in delovanja microRNA, opiši
microRNA je majhno, 22 nukleotidov dolgo zaporedje RNA, ki omogoča utišanje RNA v post -transkripcijski regulaciji ekspresije genov.
miRNA se komplementarno veže z mRNA in utiša molekulo. V človeškem genomu je več kot 1000 miRNA lokusov, ki modulirajo prevajanje 50% vseh genov.
Za kaj se uporablja interferenčna RNA (iRNA)?
V celico vnesemo dvoverižno RNA, nanjo se veže kompleks DICER, ki razreže dsRNA na manjše kose. Te se nato povežejo s kompleksom RISC in skupaj delujejo kot interferenčna RNA, ki se pari s komplementarno obliko RNA in s tem prepreči prevajanje že prepisane mRNA – torej utiša izražanje genov. Primer je virusna dednina, pred katero se celica brani z iRNA.
Kaj so reporterski geni? Čemu sluzijo?
Reporterski geni omogočajo identifikacijo ojačevalnih zaporedij in mesta ekspresije genov v tkivih z oblikovanjem transgenih organizmov katerim smo vstavili reporterske gene. Ti služijo kot markerji. Njihova ekspresija je vezana na izražanje preiskovanih genov, ki so pod vplivom določenih ojačevalnih zaporedij.
Opiši CRISPR/Cas9
- Namenjeno generiranju točkovnih mutaciji in vnosu želenih zaporedij na točno določen del genoma
- s gRNA se komplementarno pari in vodi Cas9 na določeno mesto, ta naredi DBS, ki privede do aktivacije popravljalnih mehanizmov, ti pa potem preko homologne rekombinacije vstavijo naš želen del v prelom.
Mehanizmi kompenzacije prebitka genov kromosoma X
Drosophila - pri samcih podvojen prepis X kromosoma zaradi acetilacije nukleosomov
C. elegans - zavrta ekspresija pri samicah
Sesalci - inaktivacija enega kromosoma X v kondenzirano Barrovo telesce
Kaj predstavlja pojem »fertilizacija«
Združitev genetskega materiala dveh gamet, ki vodi v nastanek novega organizma. Gre za kompleksen dialog spermija in JC, regulirani dogodki. Kontakt in prepoznavanje vrstno specifična. Vstop spermija je reguliran proces. Jajčna celica omogoča aktivacijo metabolizma spermija, ki omogoča oploditev, spermij pa aktivira metabolizem jajčne celice potreben za razvoj zarodka.
Nariši zrel spermij in označi značilne strukture, ter dopiši, kateri deli vstopijo v JC.
Nariši: Akrosom, glava, jedro, vrat, mitohondriji, telo, biček – aksonema – motor bička
V JC vstopijo: pronukleus, centriol, nekaj citoplazme z mitohondriji.
Kaj vse se nahaja v jajčni celici?
Hranilni proteini (rumenjak), ribosomi in tRNA (izgradnja proteinov), mRNA (koordinacija proteinov), morfogenetski faktorji (za diferenciacijo), zaščitne kemikalije (UV filtri, protitelesa, alkaloidi).
Zrelostna faza jajčne celice večine sesalcev ob vstopu spermija:
Metafaza mejoze II. Spermij vstopi v jajčno celico še pred zaključkom mejoze II. Jedro je še diploidno.
Opiši različne nivoje vrstno specifične prepoznave gamet (spermija in JC):
Kemotaksija: kemoatraktanti JC pogojujejo smer gibanja spermijev v smer JC, sledijo gradientu koncentracije.
Aktivacija spermijev z vezavo kemoatraktantov, ki sprožijo vdor Ca v citoplazmo, kar dvigne respiratorno funkcijo mitohondrijev in omogoča energijo za gibljivost spermija, ki plava v smeri atraktantov JC.
Akrosomska reakcija: ob stiku spermija z želatinastim ovojem JC, sledi eksocitoza proteolitičnih encimov iz akrosoma, ki razgradijo ovoj JC. Značilni so vrstno specifični sulfatirani polisaharidi želatinastih ovojev JC. Oblikuje se tudi akrosomski podaljšek s pomočjo polimerziacije aktina za stik akrosomskega vezikla s vitelinsko membrano, ki je vrstno specifična.
Vezava spermijev na JC: oblikuje se fertalizacijska cona s pretvorbo citoskeleta oz. polimerizacijo aktina.
Primerjaj hitri in počasni blok polispermije
Hitri blok polispermije: morski ježki, žabe, nekateri sesalci, kratkotrajna sprememba mirovnega membranskega potenciala JC (-70 mV > + 20 mV), dotok Na ionov v JC. Zlitje membran ob neg. MMP JC.
Počasni blok polispermije: večina živali tudi sesalci, kemični in mehanski blok, aktiviran 1min po kontaktu gamet, reakcija kortikalnih granul, sproščanje vsebine v perivitelinski prostor in oblikovanje fertilizacijskega ovoja, modifikacija receptorjev zone pelucide. Ob vezavi spermija in JC se iz ER JC sprosti Ca, ki omogoča kortikalno reakcijo.
Preprečevanje polispermije pri morskemu ježku, hitri in počasni blok.
Jedro jajčne celice je že haploidno ob vstopu spermija (pri večini drugih je diploidno). Prepoznavanje spermija poteka na več nivojih: kemotaksija spermija (spermij ima receptorje za peptide, ki jih izloča JC), aktivacija spermija, akrosomska reakcija in vezava spermija na poršino JC.
Polispermija preprečena, ker vodi v poliploidijo (različno št. kromosomov, kar je smrtno). Pri morskem ježku poteka hitri blok. Gre za spremembo električnega membranskega potenciala v JC (poleg ježkov še žabe in nekateri sesalci). Pri počasnem bloku polispermije pa gre za kemične in fizikalne spremembe (tudi sesalci).
Lokacija in vloga kortikalnih granul:
Kortikalne granule se nahajajo v robni citoplazmi JC. Ob obloditvi oz. vstopu spermija preprečujejo polispermijo s počasnih blokom, kjer poteče reakcija kortikalnih granul in sprostitev vsebine v perivitelinski prostor. Omogoča nastanek fertilizacijskega ovoja. Ob vezavi spermija in JC se iz ER JC sprosti Ca ki omogoča kortikalno reakcijo.
Vloga inozitol fosfata
Zaradi vezave obeh membran spermija in JC se aktivira PLC, ki vpliva na produkcijo inozitol fosfat IP3 in DAG.
IP3 omogoča sproščanje Ca iz ER in aktivacijo JC. Od Ca pa je odvisna reakcija kortikalnih granul in počasni blok polispermije, vpliva tudi na biosintezo membran in mitotični celični cikel.
DAG vpliva na izmenjavo Na in H, omogoča zvišanje pH citoplazme in stimulira sintezo proteinov in replikacijo DNA.
Na kratko opiši pot spermijev v ženskih spolnih organih
Spermiji skozi nožnico potujejo v maternico, kjer jim pri gibanju pomaga kontrakcija mišic uterusa. Pri usmerjanju do jajčne celice pripomore tudi jajcevod s temperaturnih gradientom in potem gradientom molekul JC. Kemotakstično atraktivne so samo zrele JC, odzivni pa so kapacitirani spermiji.
Kaj je kapacitacija spermija in kako lahko spermije kapacitiramo v in vitro pogojih
Kapacitacija spermija je priprava za oploditev. Med kapacitacijo se s površine spermija odstranijo substance nadmodka in semenske tekočine, ki preprečujejo akrosomsko reakcijo. Omogoča spermiju, da med celicami kumulusa prodre do jajčne celice. Na kemotaksičnost JC so odzivni samo kapacitirani spermiji.
Kapacitacija je kompetenca za oploditev in povzroči značilne biokemijske spremembe v membrani spermija- fosforilacijo proteinov in alkalinizacija citoplazme, pomembna je odstranitev holesterola v membrani spermija.
V in vitro pogojih se semenčeca inkubira v umetno pripravljeni tekočini z ioni Ca, bikarbonata in serumskega albumina.
Naštej in na kratko utemelji štiri uporabne lastnosti vinske mušice kot modelnega organizma za študij procesov razvojne biologije / Pet značilnosti zakaj so C. elegans dobri modelni organizmi za raziskave razvoja:
Enostavno vzdrževanje v laboratoriju, dostopnost zarodkov, hiter razvoj zarodkov, kratek generacijski čas, veliko število potomcev, možnost genetske in kirurške manipulacije, sekvenciran genom - transkriptom, filogenetsko sorodstvo, neogroženost, prosojnost zarodkov, poznana biologija.
Značilnosti zgodnjega embrionalnega razvoja prostomijev:
- spiralna blastulacija
- nastanek celoma z razmikanjem mezoderma (shizocelija)
- nastanek ustne odprtine pred zadnjično
- hitra aktivacija genov zigote in diferenciacija blastomer
- relativno majhno število celic blastule ob začetku gastrulacije
Zakaj je Caenorhabditis elegans dober modelni organizem?
-majhen, nepatogen, prostoživeč organizem
-majhno št. celic odraslega: 959 hermafrodit, 1031 odrasli samec
- hiter potek embriogeneze (16h), hiter celoten razvoj (3 dni)
- nezahtevno gojenje, preprosto shranjevanje
- prosojna kutikula
- majhen, posekveniran genom, možna genska manipulacija
- ima prisotne enake fiziološke funkcije kot višji organizmi in se stara
Kako se določijo telesne osi pri Caenorhabditis elegans? / Na kakšen način in kdaj v embrionalnem razvoju je vzpostavljena dorzalno-ventralna os zarodka gliste.
Inekvalna blastulacija v zgodnjih delitvah privede do osnovnih linij somatskih celic AB, C, D, E, MS in zarodnih celic P1 - P4.
Anteriorno Posteriorna os določena pred zlivanjem gamet → posteriorna stran določena z vstopom spermija, ki spremeni porazdelitev PAR proteinov (PAR1 in PAR2 v centralnem delu, PAR3 in PAR6 v korteksu, mikrotubuli centriola spermalne celice povzročijo premik PAR1 in PAR2 v posteriorni koreks). To vodi v inekvalno prvo delitev celice na večji AB anteriorni del in posteriorni P1 del.
Dorzalno Ventralna os določena v dvocelični fazi → anteriorna AB celica se deli ekvatorialno, P1 celica pa meridialno. Ker je ovojnica pretesna za hčerinske celice se ABa potisne naprej, ABp pa malo nazaj in nad celico EMS s čimer determinira njeno ventralno lego. P2 in potomke vedno ostanejo posteriorno.
Levo Desna os določena med 4-8 celično fazo → potomke AB v stiku z MS determinirajo levo stran, preostale pa desno stran med 4-8 celično fazo blastulacije.
Kako se specificira A-P os pri vinski mušici in glisti, primerjaj.
Glista: posteriorna stran določena z vstopom spermija, ki spremeni porazdelitev PAR proteinov (PAR1 in PAR2 v centralnem delu, PAR3 in PAR6 v korteksu, mikrotubuli centriola spermalne celice povzročijo premik PAR1 in PAR2 v posteriorni koreks). To vodi v inekvalno prvo delitev celice na večji AB anteriorni del in posteriorni P1 del. Iz nje se razvije P linija (spolne celice). Nato se delijo še naprej. AB se razdeli v AB anteriorno in AB posteriorno (bodoča dorzalna stran). P1 pa se razdeli na EMS (bodoča ventralna stran) in P2 posteriorno.
Mušica: anteriorno-posteriorna os je določene že v jajčni celici. Pomembna sta 2 morfogena: bicoid in nanos.
mRNA gena za bicoid je koncentriran anteriorno, posteriorno pa za nanos. Po oploditvi v fazi sincicijskega blastoderma je tako že vzpostavljen gradient vzdolž embria, ki določa A-P os.
Bicoid protein tvori gradient v anteriornem delu, proti posteriornemu pada. Nanos protein pa je samo na posteriorni polovici, ni gradienta. Za oblikovanje sprednjega in zadnjega dela telesa sta pomembna še hunchback in caudal. Translacija mRNA za Hunchback v anteriornem delu prepreči razvoj posteriornih struktur. Njuno prevajanje pa je odvisno od gradienta bicoid in nanos. Hunchback in caudal nastajata v podpornih celicah oocite in se preneseta v oocito prek medceličnih povezav ali z difuzijo, znotraj oocite pa prek mikrotubulov.
Funkcija mikropile pri oociti Drosophile
Onemogoča polispermijo in določa bodočo ventralno stran
Blastulacija pri Drosophila melanogaster.
Superficialna meroblastična blastulacija poteka na obrobju jajca, kjer je manj rumenjaka > dobimo enocelično sincicijsko tvorbo zaradi pomnoževanja jeder.
Jedro se v sredini celice večkrat deli, potekata M in S faza.
Pri deveti delitvi se nekaj jeder pomakne v korteks in oblikujejo “polne celice”, ki so zasnova gamet.
Po 10 delitvi na obrobje migrirajo jedra, oblikuje se sincicijski blastoderm, nastane 1 večjedrna celica.
Posamična jedra na obrobju ločujejo AF oz. energidi
Po 13. delitvi nastane večcelični organizem, kjer se plazmalema ugrezne med energine (omrežje AF), ki omejujejo posamezna jedra, nastane celularni blastoderm.
Gastrulacija pri Drosophila melanogaster.
Več gastrulacijskih centrov
Začne se z vdorom bodočega mezoderma v notranjost embria prek ventralne brazde, ko se odcepi se oblikuje ventralni žleb.
Dodatni 2 ugreznitvi nastaneta na sprednjem in zadnje delu ventralne cevi, kjer pride do ugreznitve v obliki žepov.
Nastane bodoči endoderm.
Na posteriornem delu se ugreznejo tudi polne celice.
- oblikuje se cefalna brazda
- na površini se širi ektoderm, pod njim mezoderm, tako se oblikuje zarodni pas, ob stiku nastane dorzalni žleb. Razrezanje zarodnega pasu izpodriva izvenembrionalne ovojnice.
- celice se premeščajo in oblikujejo telesne člene. Zarodni pas se krči in pomika dorzalne segmente v posteriorni del.
Glavne skupine genov zadolženih za potek morfogeneze Drosophile melanogaster:
- Oblikovanje telesnih osi - geni citoplazemske polarnosti, materinski geni, izraženi že v oociti, kjer vzpostavijo gradient. (bicoid - anteriorno v oociti , nanos - posteriorno v oociti); telesne osi so definirane že v sami JC pred oploditvijo!
- Členjenje telesa - nadzirajo geni embria, aktivirani po oploditvi in omogočajo prehod nedefiniranih celice iz specifikacije v determinacijo. Segmentacijske gene se deli v 3 skupine za:
- oblikovanje telesnih regij (Gap genes) npr. hunchback
- alternacija členov (Pair rule genes)
- organizacija in orientacija posameznih členov Segment polarity genes, npr. hedgehog
Gre za koordiniran nadzor in hierarhično vklapljanje skupin genov potrebnih za končno diferenciacijo
členov.
Gradient maternalnih genov bicoid in nanos vplivata na prepis genov Gap.
Geni Gap pa kodirajo TF, ki nadzirajo prepis pair rule genes. Ti se v embriu izražajo kot progast vzorec in ga razdelijo na manjše zarodne enote.
Razvoj D. melanogaster in skupine genov, ki pri tem sodelujejo
Materinski geni – izraženi že v jajčecu, nastajajo produkti teh genov, ki so pomembni po oploditvi v embriogenezi. Vzpostavijo gradiente (geni za bicoid in nanos). Aktivirajo/utišajo gap gene.
Geni segmentacije – aktivni po oploditvi. Za število in polarnost segmentov. 3 skupine genov:
- Geni gap/presledkovni geni. Aktivacija v pasovih vzdolž AP osi. To so Hunchback, Kruppel, Knirps, Giant. Pojavljajo se v progah in se inhibirajo, da nastanejo ostre meje med področji. Uravnani so z materinskimi geni in en protein skupine uravnava drugega.
- Geni pair rule. Tu gre za pravilo para, aktivirani v ožjih progah. Odvisni od koncentracije produktov presledkovnih genov. Primarni in sekundarni.
- Geni polarnosti segmentov. Znotraj segmenta določijo AP del. Produkti so del poti prenosa Wingless in Hedgehog. Ena proga sintetizira Wingles, druga Hedgehog.
HOMEOTIČNI GENI – posledica interakcije vseh TF zgoraj omenjenih genov. Opredeljujejo končne značilnosti posameznih členov telesa. za identiteto segmenta . ANT-C se izraža v glavi in 3. segmentih trupa. BX-C uravnava razvoj členov od T2 do A8. Homeozaporedja za vezavo DNA. Ta ohranjena pri večini organizmov.
Delujejo po vrsti, časovno odvisni. Imajo zapis za faktorje transkripcije genov, ki so ključni za razvoj.
Kaj so morfogenetski faktorji in katere poznamo pri D. melanogaster?
To so morfogeni. Proteini, ki tvorijo konc. gradient.
Pri mušici sta BICOID in NANOS, ključna za vzpostavitev AP osi.
Vplivajo na izražanje genov.
Transmembranska receptorja: Toll in Torso – ključna za vzpostavitev D-V osi
Nariši blastocisto, označi in kaj se razvije iz tega, kako nastane blastocel?
Časovno umesti obdobje blastulacije v embriogenezi in opiši, kaj se dogaja:
Po zaključku oploditve (združenja gamet spermija in JC) se razvoj večceličnega organizma nadaljuje s procesom blastulacije. Nato sledi gastrulacija in organogeneza.
Pri blastulaciji gre za serijo mitotičnih delitev, velik volumen citoplazme zigote se razdeli na številne majhne celice, blastomere. Hitrost celičnih delitev in razporeditev blastomer je sprva pod vplivom maternalnih proteinov in mRNA jajčen celice, kasneje pa jih vodi novonastali genom.
Celični cikel regulira MPF (mitozo promovirajoči faktor), ki regulira cikline in od ciklina odvisne kinaze. Ko se porabijo vse komponente citoplazme JC, se prične sinteza novih proteinov, embrij vstopi v fazo MBT (mid-blastula transition), kjer se aktivira novo nastali genom embrija.
Tu se celičnemu ciklu pridružita G fazi, pojavi se nesinhronost delitev in prepisovanje novih mRNA molekul. Nove molekule mRNA so pomembne za nadaljnjo specifikacijo in začetek gastrulacije.
Brazdanje pri dvoživkah
holoblastično, radialno in neenakomerno.
Z vstopom spermija v JC je determinirana dorzalno-ventralna os. Mesto vstopa spermija označuje bodočo ______ stran embrija, sivi polmesec pa ______stran embrija.
ventralno, dorzalno
Celice blastule imajo različno usodo, ki je odvisna od pozicije celic in predhodno lokaliziranih determinant v jajčni celici. Tako animalni pol predstavlja bodoči _______, vegetalni pol bodoči _______ in notranja marginalna zona bodoči ______
ektoderm, endoderm, mezoderm
Vloga rotacije kortikalne citoplazme pri dvoživki
Na mestu vstopa spermija se oblikuje bodoča ventralna stran. Pride pa tudi do rotacije kortikalne citoplazme v smeri 30° glede na vstop spermija. Tako se oblikuje območje sivega polmeseca (tam, kjer je na začetku bila kortikalna citoplazma, a se je zasukala in je več ni), kjer bo bodoča dorzalna stran in mesto začetka gastrulacije.
Z rotacijo inicirana kaskada dogodkov, ki determinirajo D-V os. Če mesto sivega polmeseca odstranimo se razvije tkivo brez dorzalnih struktur.
Organizator je dorzalna ustna blastopora. Daje navodila za oblikovanje telesnih osi. Ta vpliva na invaginacijo, začetek gastrulacije in oblikovanje endomezoderma glave ter horde/regije nevralne cevi.
